NÄKEMYKSIÄ ILMANLAATUMITTAUKSISTA Luonnos 28.6.2007 Koonneet: Tarja Lahtinen, ympäristöministeriö Jari Waldén, Ilmatieteen laitos
2 SISÄLLYS Alkusanat...3 1. Johdanto...4 2. Lainsäädäntö Suomessa...5 3. Voimassaolevat ilmanlaatutavoitteet...7 4. Mittausten laatutavoitteet ja vaatimukset...10 4.1. Jatkuvat mittaukset...11 4.2. Suuntaa-antavat mittaukset...12 4.3. Kansainväliset ja kansalliset mittaus- ja tutkimusohjelmat...13 5. Laatujärjestelmät...13 6. Ilmanlaatumittausten visio...17 7. Toimenpiteet tavoitteiden saavuttamiseksi...19 8 Yhteenveto...21 VIITTEET...23
3 Alkusanat Ilmatieteen laitos toimii ympäristönsuojelulain mukaisena ilmanlaadun kansallisena vertailulaboratoriona, jonka pätevyysalue ja tehtävät on määritelty ympäristöministeriön kirjeessä (YM 60/481/2001). Vertailulaboratorion toimintaa seuraamaan ja kehittämään asetetun työryhmän (YM 047:00/2004) aloitteesta Ilmatieteen laitos on laatinut raportin Näkemyksiä ilmanlaatumittauksista. Raportissa määritellään ilmanlaatumittauksille tavoitteet (visio) sekä toimet näiden tavoitteiden saavuttamiseksi. Tarkoituksena on, että kaikki ilmanlaatumittaukset Suomessa: - täyttävät lainsäädännölliset vaatimukset - noudattavat eurooppalaisia standardeja (European committee for standardization CEN), tai niiden puuttuessa muita yleisesti käytössä olevia standardeja, kuten kansainvälisiä ISO standardeja ja kansallisia SFS standardeja - perustuvat referenssi- eli vertailumenetelmiin tai niiden kanssa ekvivalenteiksi osoitettuihin menetelmiin - noudattavat laatujärjestelmää, joka kattaa mittaukset, mittaustulosten käsittelyn sekä raportoinnin - täyttävät hyväksytyt laatutavoitteet (mittausten epävarmuus, mittausten ajallinen kattavuus ja mittausaineiston vähimmäismäärä) - ovat jäljitettäviä kansallisiin mittanormaaleihin - ovat vertailukelpoisia kansallisesti ja kansainvälisesti. Vertailulaboratorion seuranta- ja kehittämisryhmä on osallistunut julkaisun toimittamiseen. Sen varsinaisina jäseninä ovat Markku Hietamäki (puheenjohtaja, ympäristöministeriö), Harri Jussila (UPM-Kymmene Oyj), Jaana Järvinen (Mittatekniikan keskus), Tarja Koskentalo (Pääkaupunkiseudun yhteistyövaltuuskunta, YTV), Jaakko Kukkonen (Ilmatieteen laitos), Tarja Lahtinen (ympäristöministeriö), Marja Luotola (Suomen ympäristökeskus, SYKE), Erkki Pärjälä (Kuopion kaupunki), Risto Saari (liikenne- ja viestintäministeriö), Satu Vuolas
4 (Uudenmaan ympäristökeskus), Jari Waldén (Ilmatieteen laitos) ja Sisko Laurila (Ilmatieteen laitos). Raporttia päivitetään tarpeen mukaan uudistuvan lainsäädännön ja yhteisötasolla laadittavien ohjeiden edellyttämällä tavalla. 1. Johdanto Suomessa ilmanlaadun mittauksia on alettu tehdä säännöllisesti 1970 luvulta lähtien. Tuolloin suurimpana ilmanlaatuongelmana olivat ns. happamoittavat yhdisteet, lähinnä rikkidioksidi ja sulfaattihiukkaset. Painopiste on sittemmin siirtynyt typenoksidien, otsonin ja hiukkasten mittauksiin. Euroopan Unionissa ilmanlaatu on yksi ympäristönsuojelun painopistealueista. Euroopan kuudennessa ympäristöohjelmassa ja sen perusteella laaditussa ilmanlaadun aihekohtaisessa strategiassa (Clean Air For Europe, CAFE) tavoitteena on ilmanlaatu, josta ei aiheudu merkittävää haittaa ihmisen terveydelle eikä ympäristölle. Vuonna 2005 julkaistun CAFE strategian yhteydessä komissio antoi ehdotuksen ilmanlaatudirektiivien uudistamiseksi. Uudistuksen tarkoituksena on yhdistää ilmanlaadun puitedirektiivi ja kolme johdannaisdirektiiviä, jotka on esitetty kuvassa 1, sekä ottaa pienhiukkaset (PM 2,5 ) sääntelyn piiriin. Uuden direktiivin on tarkoitus tulla voimaan vuoden 2007 aikana. Neljäs johdannaisdirektiivi, joka koskee eräitä metalleja ja PAH yhdisteitä, sisällytetään direktiivikokonaisuuteen myöhemmin. Ilmanlaadun mittaustarpeeseen vaikuttavat voimassaoleva lainsäädäntö, paikalliset olosuhteet sekä tutkimustarpeet. Valtioneuvoston asetuksissa määrätään ilmanlaadun mittauksille asetettavista tavoitteista ja vaatimuksista. Jotta kaikkia tuotettuja ilmanlaadun mittaustuloksia voitaisiin käyttää hyväksi, on aineiston saatavuus ja sen laatu tärkeä tekijä tulosten arvioinnille ja vertailulle sekä kansallisesti että kansainvälisesti.
5 Tässä raportissa tarkastellaan ilmanlaadun mittauksille asetettuja tavoitteita ja vaatimuksia, mittausten laatujärjestelmiä sekä tehdään ehdotus ilmanlaatumittausten jakamisesta kahteen luokkaan eli niin sanottuihin jatkuviin ja suuntaa-antaviin mittauksiin. 2. Lainsäädäntö Suomessa Ilmansuojelulaki (67/1982) ja asetus (716/82) tulivat voimaan 1980 luvun alussa. Ilmansuojelulain tavoitteena on ehkäistä ilman pilaantuminen ennakolta. Uusi ympäristönsuojelulaki (86/2000) ja asetus (169/2000) tulivat voimaan 1.3.2000, jolloin osa aikaisemmasta lainsäädännöstä kumoutui. Ympäristönsuojelulain mukaan lain täytäntöönpanon edellyttämät mittaukset, testaukset, selvitykset ja tutkimukset on tehtävä - pätevästi, - luotettavasti ja - tarkoituksenmukaisin menetelmin. Ympäristönsuojelulaissa säädetään kunnan velvollisuudesta huolehtia paikallisten olojen edellyttämästä ympäristön tilan seurannasta sekä toiminnanharjoittajan velvollisuudesta olla riittävästi selvillä toimintansa ympäristövaikutuksista. Laissa ei ole säädetty yksityiskohtaisesti seurannasta tausta-alueilla. Käytännössä taustaalueitten ilmanlaadun seurannasta vastaa Ilmatieteen laitos. Lain velvoitteet mittausten luotettavasta suorittamisesta koskevat kaikkia edellä mainittuja tahoja. Lupavelvollisten laitosten osalta on usein tarpeen käsitellä ilmanlaadun seurantaa kyseisten laitosten ympäristöluvissa tai erillisissä tarkkailusuunnitelmissa. Ympäristönsuojelulain mukaan luvassa on annettava tarpeelliset määräykset muun muassa päästöjen ja toiminnan vaikutusten tarkkailusta sekä siitä, miten tarkkailun tulokset toimitetaan valvontaviranomaiselle. Ympäristönsuojelulain nojalla annetut yksityiskohtaisemmat säännökset ilmanlaadusta on annettu valtioneuvoton asetuksilla ja ne perustuvat pääosin
6 Euroopan yhteisöjen säädöksiin. Vuonna 2001 annetulla valtioneuvoston asetuksella ilmanlaadusta (711/2001, ilmanlaatuasetus) on pantu täytäntöön kaksi Euroopan parlamentin ja neuvoston ilmanlaatua koskevaa johdannaisdirektiiviä (1999/30/EY ja 2000/69/EY). Vuonna 2003 annetulla valtioneuvoston asetuksella alailmakehän otsonista (783/2003, otsoniasetus) pantiin täytäntöön kolmas ilmanlaatua koskeva johdannaisdirektiivi (2002/3/EY). Neljäs johdannaisdirektiivi, joka koskee raskasmetallien ja eräiden orgaanisten yhdisteiden pitoisuuksia ulkoilmassa (2004/5/EC) tullaan asetuksella saattamaan osaksi Suomen lainsäädäntöä vuoden 2007 alussa (164/2007, metalliasetus). Kuvassa 1 on esitetty EU:n voimassa olevat ilmanlaatudirektiivit ja niiden sisällyttäminen kansalliseen lainsäädäntöön. Yhteisölainsäädäntöön perustuvien asetusten lisäksi Suomessa sovelletaan valtioneuvoston päätöstä ilmanlaadun ohjearvoista ja rikkilaskeuman tavoitearvoista (480/1996). EU Puitedirektiivi 96/62/EY 6/62 Fi: Ympäristönsuojelulaki 8 86/20006/2000 Johdannaisdirektiivit 1999/30/EY VNA 711/2001 2000/69/EY VNA 711/2001 2002/3/EY VNA 783/2003 2004/107/EY VNA 164/2007 SO 2, NO x, PM 10 Pb (PM 2,5 ) CO, C 6 H 6 O 3 Cd, As, B(a)P, Ni (Hg ja eräät PAH yhdisteet) Kuva 1. EU:n ilmansuojeludirektiivit ja niiden sisällyttäminen kansalliseen lainsäädäntöön.
7 3. Voimassaolevat ilmanlaatutavoitteet Raja-arvot ja tavoitearvot Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta määrittelee mm: - terveysperusteiset raja-arvopitoisuudet eräille kaasumaisille yhdisteille ja hengitettäville hiukkasille (PM 10 ) - epäpuhtauksien mittausmenetelmät (vertailumenetelmät) - mittausasemien sijaintikriteerit ja ohjeet näytteenotosta - mittausten laatutavoitteet ja vaatimukset - tietojen ajantasaisuutta ja tietojen saatavuutta koskevat vaatimukset. Taulukko 1a. Eräiden kaasumaisten yhdisteiden, lyijyn ja hengitettävien hiukkasten raja-arvot terveyshaittojen ehkäisemiseksi ulkoilmassa. Aine Rikkidioksidi (SO 2 ) Typpidioksidi (NO 2 ) Keskiarvon laskenta-aika Raja-arvo μg/m 3 (293 K, 101,3 kpa) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa (vertailujakso) Ajankohta, jolloin pitoisuuksien viimeistään tulee olla raja-arvoa pienemmät 1 tunti 350 24 1.1.2005 24 tuntia 125 3 1.1.2005 1 tunti 200 18 1.1.2010 kalenterivuosi 40-1.1.2010 Hiukkaset (PM 10 ) 24 tuntia 50 1) 35 1.1.2005 kalenterivuosi 40 1) - 1.1.2005 Lyijy (Pb) kalenterivuosi 0,5 1) - 15.8.2001 Hiilimonoksidi 8 tuntia 2) 10 000-1.1.2005 (CO) Bentseeni (C 6 H 6 ) kalenterivuosi 5-1.1.2010 1) Tulokset ilmaistaan ulkoilman lämpötilassa ja paineessa. 2) Vuorokauden korkein 8 tunnin keskiarvo, joka valitaan tarkastelemalla 8 tunnin liukuvia keskiarvoja. Kukin kahdeksan tunnin jakso osoitetaan sille päivälle, jona jakso päättyy. Typpidioksidille on 1.1.2010 saakka voimassa ilmanlaatuasetuksen mukainen siirtymäkauden raja-arvo, joka on 200 µg/m 3 vuoden tuntiarvojen 98. prosenttipisteenä ilmaistuna. Siirtymäsäännöstä sovelletaan, kun verrataan havaittuja pitoisuuksia raja-arvoon ja arvioidaan täyttääkö ilmanlaatu sille asetetut vaatimukset.
8 Vuoden 2010 typpidioksidiraja-arvot ovat kuitenkin perustana kaikelle tiedottamiselle ja niiden ylittyminen edellyttää kuntien ryhtyvän ympäristönsuojelulain ja ilmanlaatuasetuksen edellyttämiin toimiin pitoisuuksien alentamiseksi. Terveysperusteisten raja-arvojen lisäksi ilmanlaatuasetuksessa on määritetty rajaarvot korkeimmille sallituille rikkidioksidin ja typen oksidien (NO x ) pitoisuuksille, joita sovelletaan laajoilla maa- ja metsätalousalueilla ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla. Rikkidioksidille ja typpidioksidille on säädetty myös varoituskynnykset 500 µg/m 3 ja 400 µg/m 3 kolmen perättäisen tunnin keskiarvoina mitattuina joiden mahdollista ylittymistä on seurattava, joskin varoituskynnysten ylittyminen tavanmukaisissa taajamamittauksissa on Suomessa epätodennäköistä. Taulukko 1b. Raja-arvot ekosysteemien ja kasvillisuuden suojelemiseksi Aine Keskiarvon laskentaaika Raja-arvo μg/m 3 (293 K, 101,3 kpa) Ajankohta, jolloin pitoisuuksien viimeistään tulee olla raja-arvoa pienemmät Rikkidioksidi (SO 2 ) kalenterivuosi ja 20 15.8.2001 talvikausi (1.10. 31.3) Typen oksidit (NO x ) kalenterivuosi 30 15.8.2001 Otsoniasetuksessa puolestaan on säädetty otsonin aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi ja kasvillisuuden suojelemiseksi tavoitearvot ja pitkän aikavälin tavoitteet. Tiedottamista ja väestön varoittamista varten myös otsonille on säädetty kynnysarvot, jotka tuntiarvoina ilmaistuna ovat 180 µg/m 3 ja 240 µg/m 3. Taulukko 1c. Otsonin tavoitearvot alailmakehässä. Terveyshaittojen ehkäiseminen Kasvillisuuden suojeleminen Tunnusluku Korkein 8 tunnin keskiarvo päivässä AOT 40 (lasketaan 1.5. 31.7 klo 9.00 21.00 mitatuista tuntiarvoista) Tavoitearvo (293 K, 101,3 kpa) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa 120 µg/m 3 25 ylitystä (kolmen vuoden keskiarvo) 3 18 000 µg/m h (viiden vuoden keskiarvo) Tavoitevuosi 2010 2010
9 Taulukko 1d. Otsonin pitkän ajan tavoitteet alailmakehässä. Terveyshaittojen ehkäiseminen Kasvillisuuden suojeleminen Tunnusluku Korkein 8 tunnin keskiarvo päivässä AOT 40 (lasketaan 1.5. 31.7 klo 9.00 21.00 mitatuista tuntiarvoista) Pitkän ajan tavoite (293 K, 101,3 kpa) Sallittujen ylitysten määrä kalenterivuodessa Tavoitevuosi 120 µg/m 3 Ei ylityksiä Ei määritetty 3 6 000 µg/m h Ei määritetty Uudessa, 15.2.2007 voimaan tulleessa valtioneuvoston asetuksessa ilmassa olevasta arseenista, kadmiumista, nikkelistä ja polysyklisistä aromaattisista hiilivedyistä säädetään tavoitearvot terveyshaittojen ja ympäristöön kohdistuvien haittojen ehkäisemiseksi. Pitoisuudet määritetään hengitettävien hiukkasten massapitoisuudesta ja ilmaistaan kalenterivuoden keskiarvoina. Polysyklisiin aromaattisiin yhdisteisiin kuuluvaa bentso(a)pyreeniä käytetään näiden yhdisteiden syöpävaarallisuuden merkkiaineena. Maaseututausta-alueilla, joiden seurannasta vastaa Ilmatieteen laitos, on mitattava myös bentso(a)antraseenin, bentso(b)fluoranteenin, bentso(j)fluoranteenin, bentso(k)fluoranteenin, indeno(1,2,3-cd)pyreenin ja dibentso(a,h)antraseenin pitoisuuksia sekä arseenin, kadmiumin, elohopean, nikkelin, bentso(a)pyreenin ja muiden polysyklisten aromaattisten hiilivetyjen kokonaislaskeumia. Lisäksi tulee mahdollisuuksien mukaan kerätä tietoja hiukkasmaisen ja kaasumaisen kaksiarvoisen elohopean pitoisuuksista. Taulukko 1e. Eräiden metallien ja bentso(a)pyreenin tavoitearvot. Epäpuhtaus Keskiarvon laskenta-aika Tavoitearvo ng/m 3 Arseeni (As) Kalenterivuosi 6 Kadmium (Cd) Kalenterivuosi 5 Nikkeli (Ni) Kalenterivuosi 20 Bentso(a)pyreeni Kalenterivuosi 1
10 Kansalliset ohjearvot Yhteisölainsäädäntöön perustuvien sitovien raja-arvojen ohella Suomessa on käytössä kansalliset ohjearvot, jotka on tarkoitettu otettavaksi huomioon maankäytön ja liikenteen suunnittelussa, rakentamisen muussa ohjauksessa sekä toimintojen sijoittamisessa ja lupakäsittelyssä. Ohjearvoille ei ole säädetty määräaikaa, johon mennessä ne tulisi alittaa, vaan ohjearvojen ylittyminen on pyrittävä estämään pitkällä aikavälillä. Haisevien rikkiyhdisteiden kokonaismäärää (TRS) ja kokonaisleijumaa (TSP) koskevat ohjearvot ovat yleisesti käytettyjä, sillä näille yhdisteille ei ole olemassa raja-arvoja. Taulukko 1f. Ilmanlaadun ohjearvot terveyden suojelemiseksi. Aine Ohjearvo µg/m 3 (20 ºC, 1 atm) Tilastollinen määrittely Rikkidioksidi (SO 2 ) 250 Kuukauden tuontiarvojen 99. prosenttipiste 80 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Typpidioksidi (NO 2 ) 150 Kuukauden tuontiarvojen 99. prosenttipiste 70 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Hiukkaset (TSP) 120 Vuoden vuorokausiarvojen 98. prosenttipiste Hiukkaset (PM 10 ) 70 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Hiilimonoksidi (CO) 20 000 Tuntiarvo Haisevien rikkiyhdisteiden kokonaismäärä (TRS) 10 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo TRS ilmoitetaan rikkinä 4. Mittausten laatutavoitteet ja vaatimukset Ilmanlaatumittauksille, ovat ne sitten jatkuvia tai kestoltaan lyhytaikaisia, asetetaan ilmanlaatuasetuksessa, otsoniasetuksessa ja metalliasetuksessa tiettyjä laatutavoitteita, jotka koskevat mittausten ajallista kattavuutta, aineiston vähimmäismäärää ja mittausten epävarmuutta. Myös muille kuin suoraan lainsäädäntöön perustuville mittauksille asetetaan usein laatutavoitteita tai vaatimuksia. Tällaisia mittauksia ovat esimerkiksi kansainvälisten ilmanlaadun mittausohjelmien (esim. EC/ECE European
11 monitoring and evaluation programme, EMEP) ja kansallisten tai kansainvälisten tutkimusprojektien mittauskampanjat. Laatutavoitteiden tarkoituksena on antaa havaintoaineiston jatkokäyttäjille informaatiota siitä, kuinka luotettavia (= mittausarvo ± mittausten kokonaisepävarmuus) mittaustulokset ovat. 4.1. Jatkuvat mittaukset Jatkuvilla mittauksilla tarkoitetaan ilmanlaatuasetuksen mukaisesti kiinteillä mittausasemilla joko jatkuvatoimisesti tai satunnaisotannalla tehtyjä mittauksia. Jatkuville mittauksille asetetut laatutavoitteet on koottu taulukkoon 2. Taulukko 2a. Ilmanlaatuasetuksen ja otsoniasetuksen mukaiset laatutavoitteet jatkuville mittauksille. sallittu epävarmuus SO 2 PM NO 10 2 Pb NO x 15 % 25 % 25 % C H 6 6 CO O 3 15 % 15 % ajallinen kattavuus 100 % 100 % 35 % 1) 90 % 2) 100 % 100 % aineiston vähimmäismäärä 90 % 90 % 90 % 90 % 90 % kesä 75 % talvi 1) Kaupunkiasemat 2) Teollisuusasemat HUOM: Mittausepävarmuus (95 % luottamusvälillä) määritellään oppaassa Guide to the Expression of Uncertainty of Measurements (ISO 1993) tai standardissa ISO 5725:1994 tai muussa vastaavassa standardissa esitettyjen periaatteiden mukaisesti. Taulukko 2b. Metalliasetuksen mukaiset laatutavoitteet jatkuville mittauksille. sallittu epävarmuus As, Cd, Ni 40 % B(a)P 50 % Muut polysykliset aromaattiset hiilivedyt kuin bentso(a)pyreeni, kaasumainen elohopea - Kokonaislaskeuma - ajallinen kattavuus 50 % 33 % - - aineiston vähimmäismäärä 90 % 90 % - -
12 4.2. Suuntaa-antavat mittaukset Suuntaa-antaville mittauksille asetetut laatutavoitteet ovat hieman väljempiä kuin jatkuville mittauksille asetetut tavoitteet. Tämän tyyppiset mittaukset ovat usein kestoltaan lyhyempiä tai käytetty menetelmä ei täysin vastaa jatkuville mittauksille asetettuja laatutavoitteita. Suuntaa-antavia mittauksia voidaan käyttää apuna arvioitaessa jatkuvissa mittauksissa havaittujen pitoisuuksien alueellista edustavuutta. Jos suuntaa-antavissa mittauksia havaitaan raja-arvon ylittyvän tai olevan selkeästi vaarassa ylittyä, olisi mittaustulos pyrittävä varmistamaan ja selvittämään mahdolliset poikkeuksellisista oloista johtuvat syyt ylitykseen. Yleensä suositeltava ratkaisu raja-arvon ylittyessä on siirtyminen jatkuviin mittauksiin. Taulukko 3a. Ilmanlaatuasetuksen ja otsoniasetuksen mukaiset laatutavoitteet suuntaa-antaville mittauksille. sallittu epävarmuus SO 2 PM NO 10 2 Pb NO x 25 % 50 % C 6 H 6 CO O 3 30 % 25 % 30 % ajallinen kattavuus 14 % 1) 14 % 1) 14 % 1) 14 % 1) yli 10 % (kesä) aineiston vähimmäismäärä 90 % 90 % 90 % 90 % 90 % 1) Yksi satunnaismittaus viikossa tasaisesti jaettuna koko vuoden ajalle tai kahdeksan viikon mittaista jaksoa tasaisesti jaettuna koko vuoden ajalle. Taulukko 3b. Metalliasetuksen mukaiset laatutavoitteet suuntaa-antaville mittauksille. sallittu epävarmuus As, Cd, Ni 40 % B(a)P 50 % Muut polysykliset aromaattiset hiilivedyt kuin bentso(a)pyreeni, kaasumainen elohopea 50 % Kokonaislaskeuma 70 % ajallinen kattavuus 14 % 14 % 14 % 33 % aineiston vähimmäismäärä 90 % 90 % 90 % 90 %
13 4.3. Kansainväliset ja kansalliset mittaus- ja tutkimusohjelmat Ilmanlaadun mittauksia tehdään hyvin paljon myös muutoin kuin viranomaisseurantaa varten. Tällaisia mittauksia ovat esim. Euroopan monitorointi- ja evaluointiohjelma EMEP(ECE/UNEP), Maailman Ilmatieteen järjestön (WMO) ylläpitämä Global Atmosphere Watch (WMO/GAW) -ohjelma, Yhdennetty seurantaohjelma (IM/ECE/UNEP), EU-tutkimusohjelmat sekä kansallista rahoitusta saavat projektit (Akatemia, TEKES, säätiöt). Kansainvälisissä mittaus- ja seurantaohjelmissa on useimmiten määritetty laatuvaatimukset ja laatukäsikirja (EMEP, 1995, WMO/GAW). Voidaan kuitenkin edellyttää, että ilmanlaatumittausten laadulliset tavoitteet (esim. minimivaatimuksina) täytetään myös näissä kansainvälisissä mittauksissa sekä kansallisista rahoitusta saavissa tutkimusprojektien mittauksissa. Viimemainituissa tapauksissa tulisi rahoittajan asettaa mittauksille tarpeelliset laatuvaatimukset. 5. Laatujärjestelmät Laatujärjestelmä pitää sisällään laadunvarmistukseen (Quality Assurance, QA) sekä laadunohjaukseen (Quality Control, QC) liittyvät asiakokonaisuudet. Usein näistä puhutaan myös yhteisesti laadunvarmistus ja ohjaustoimina. Seuraavassa erotetaan nämä toimet toisistaan. Laadunvarmistuksella tarkoitetaan niitä suunniteltuja ja järjestelmällisiä toimia, joilla saavutetaan riittävä luottamus siihen, että mittaustoiminta täyttää sille asetetut laatuvaatimukset ja laatujärjestelmän toimivuus voidaan tarvittaessa osoittaa (SFS-EN ISO 8402, 1995). Tyypillisesti laadunvarmistustoimet kohdistetaan niihin tekijöihin, joilla voidaan mittauksille asetetut laatuvaatimukset täyttää. Tällaisia tekijöitä ovat: - mittausverkoston suunnittelu - mittausasemien valinta ja pystytys (edustavuuden arviointi) - mitattavien epäpuhtauksien, mittausmenetelmien ja mittalaitteiden valinta - mittausten suorittaminen ja ylläpito (huolto ja korjaus)
14 - henkilöstön koulutus - mittalaitteiden kalibrointi (jäljitettävyys) - ohjeistus eri toimenpiteitä varten - mittalaitteiden oikean toiminnan varmistaminen - laatukriteerien sisällyttäminen havaintoaineiston käsittelyyn. Laadunohjauksella tarkoitetaan niitä tekniikoita ja toimia, joita käytetään laatuvaatimusten täyttämiseksi (SFS-EN ISO 8402, 1995). Laadunohjaus kohdistuu mittaustulokseen ja sen oikeellisuuteen. Tällaisia tekijöitä ovat: - vertailumittaukset - auditointitulokset - havaintoaineiston vertailu muuhun vastaavaan aineistoon - havaintoaineiston tarkistus ja laatuluokitus (liputus) - tulosten lopullinen hyväksyntä (mittaustulosten validointi). Ilmatieteen laitoksen valmistelemassa raportissa (Ilmanlaadun mittausohje, 2004) esitellään laatujärjestelmä, joka tulisi olla kaikilla mittaajilla käytössä. Seuraavassa esitetään lyhyt kuvaus laatujärjestelmästä, jota tulisi vähintään noudattaa ilmanlaatumittauksissa: - Ilmanlaatumittausten laatuvaatimukset: Kirjataan esimerkiksi ilmanlaatua koskevissa asetuksissa esitetyt laatutavoitteet ja vaatimukset. - Menettelytavat ja ohjeistus mittauspaikan valinnalle: Kirjataan ilmanlaatua koskevissa asetuksissa esitetyt yleiset periaatteet mittausalueen ja mittausaseman sijoittamisesta sekä huomioidaan kunkin paikkakunnan erityispiirteet ilmanlaadun kannalta. - Asemakuvauksen laatiminen: Laaditaan asianmukaiset kuvaukset jokaisesta mittausasemasta. - Mittausmenetelmät: Käytetään vertailumenetelmiä tai sellaisia menetelmiä, joiden on todettu täyttävän samat laatukriteerit vertailumenetelmän kanssa (ekvivalenttimenetelmä).
15 - Mittausten suorittaminen ja näytteenotto: Tulee olla ohjeet mittalaitteen oikean toiminnan varmistamiseksi ja näytteenoton edustavuuden ja häiriöttömyyden arvioimiseksi. - Mittaustietojen keruu ja käsittely: Varmistutaan, että mittaustieto ei muutu tiedonkäsittelyn aikana hallitsemattomasti. - Kalibrointi: Laaditaan kalibrointisuunnitelma, jolla varmistetaan mittausten jäljitettävyys kansallisiin mittanormaaleihin (SI-yksikköön). Kaikki mittaustulokseen oleellisesti vaikuttavat suureet tulee kalibroida mittausjärjestelmässä ja kalibroinnin epävarmuuden tulee olla tunnettu. - Laitteiden ylläpito ja huolto: Laaditaan ohjeistus ja suunnitelma huollon järjestämisestä ja tarkistustoimenpiteistä mittalaitteiden oikean toiminnan toteamisesta (toimintatestit). - Mittaustulosten korjaus ja validointi: Ohjeistetaan mittaustulosten korjaus ja hyväksymismenettely niin, että toiminnan perusteet ovat helposti osoitettavissa. - Mittaustulosten tallennus: Ohjeistetaan kaikki toiminnot, joilla varmistetaan tiedon eheä tallentuminen. - Tulosten raportointi: Tulokset esitetään käyttäen raportointiohjeissa määrättyä yksikköä. - Vertailumittaukset: Laaditaan suunnitelma vertailumittauksiin osallistumisesta sekä siitä, miten vertailumittaustuloksia on tarkoitus hyödyntää arvioitaessa laatujärjestelmän toimivuutta. Euroopan standardisointielimen valmistamissa standardeissa on kirjattu laadunvarmennustoimia, joita mittaajan tulee suorittaa (SFS-EN 14211, SFS-EN 14212, SFS-EN 14625, SFS-EN 14626). Taulukossa 4 on kerätty eräitä säännöllisiä laadunvarmennustoimia, joita mittaajan tulee suorittaa.
16 Taulukko 4a. Kaasumaisten epäpuhtauksien mittaamisessa suoritettavat laadunvarmennustoimenpiteet ja niiden suoritusväli. Toimenpide Aikaväli toimenpiteelle Toimintakriteeri Span ja zero tarkistus vähintään 2 viikon välein, suositus: päivittäin Nollataso: 5 nmol/mol (1 0,2 μmol/mol (2 Span: 5 % määritetystä arvosta Näytelinjan testaus 6 kk välein 2 % hävikki pitoisuudessa Hiukkassuodattimet vaihto tarvittaessa, 2 viikko - 3 kk välein Pitoisuusvaste suodattimen läpi 97 % Analysaattorin kerran vuodessa + aina 6 % lineaarisuustesti huollon jälkeen Konvertterin tehokkuuden kerran vuodessa 95 % määritys (NO-NO x analysaattori) Kalibrointi vähintään 3 kk välein ja aina huollon jälkeen Kenttänormaalien tarkistus 6 kk välein Laimennuskaasu: havaintoraja Span: 5 % määritetystä arvosta Näytteenottosondin testaus - pumpun/tuulettimen aiheuttaman paine-eron vaikutus - näytteen keruutehokkuus Laitteiden huolto 3 vuoden välein Jos vaikutus > 1 % mitatusta arvosta erillisen huoltosuunnitelman mukaan laitevalmistajan ohjeiden mukaisesti Vaikutus pitoisuustasoon > 2 % Taulukko 4b. Jatkuvatoimisten hiukkasmittalaitteiden laadunvarmennustoimet. Toimenpide Näytelinja ja PM-inletti Laitteen huolto Aikaväli toimenpiteelle puhdistus 6 kk välein erillisen huoltosuunnitelman mukaan laitevalmistajan ohjeiden mukaisesti Kalibrointi - näytevirtaus vähintään kerran vuodessa - paine- ja lämpötila-anturit vähintään kerran vuodessa - massa vähintään 3 kk välein ja aina huollon jälkeen
17 Ilmanlaatudirektiivien uudistuksen yhteydessä ilmanlaatumittauksia koskevat vaatimukset tiukentuvat, mutta direktiiviehdotukseen sisältyy myös joitakin joustomahdollisuuksia. Kaasu- ja hiukkasmittauksissa on käytettävä uusien EN standardien mukaisia vertailumenetelmiä tai menetelmiä, jotka antavat ekvivalentteja tuloksia vertailumenetelmän kanssa. Ekvivalenttisuus (hiukkasmittaukset) on osoitettava vertailumittausten avulla komission ohjeiden mukaisesti. Kahden vuoden kuluttua uuden direktiivin voimaantulosta kaikkien uusien mittalaitteiden (joita käytetään direktiivin tarkoittamissa mittauksissa) on täytettävä EN standardien vaatimukset tai oltava ekvivalentteja vertailumenetelmän kanssa. Vanhoille laitteille, jotka eivät täytä ekvivalenttisuusvaatimusta, sallitaan viiden vuoden siirtymäaika, minkä jälkeen laitteita voi käyttää edelleen suuntaa-antavissa mittauksissa. Tällöin edellytetään, että mittausten epävarmuus tunnetaan ja suuntaa-antaville mittauksille asetetut kriteerit täyttyvät. 6. Ilmanlaatumittausten visio Ilmanlaatumittauksia suorittavat tahot (kunnat, toiminnanharjoittajat, teollisuus ja tutkimuslaitokset) huolehtivat seuraavien toimien toteuttamisesta mittausten riittävän laadun varmistamiseksi. 1. Ilmanlaatumittausten laatutaso täyttää jatkuville tai suuntaa-antaville mittauksille ilmanlaatua koskevissa valtioneuvoston asetuksissa asetetut vaatimukset. Ilmanlaatumittauksissa epäpuhtauksien pitoisuuksia seurataan suhteessa raja-arvopitoisuuksiin. Mittauksista vastuussa oleva taho arvioi mittaustensa laatutason. 2. Seurantatiedot ovat julkisia ja yleisesti saatavilla. Mittauksista vastaavat tahot järjestävät tietojen saatavuuden ympäristönsuojelulain ja sen nojalla annettujen asetusten mukaisesti.
18 3. Mittauksissa käytetään vertailumenetelmiä tai menetelmää, joka täyttää vertailumenetelmälle asetetut laatuvaatimukset. Mikäli mittauksissa käytetään muuta menetelmää kuin vertailumenetelmää, on menetelmän vertailtavuus vertailumenetelmää vastaan osoitettava ns. ekvivalenttisuuden osoitusmenettelyn mukaisesti (Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods, EC 2005). 4. Mittausverkoilla on dokumentoitu laatujärjestelmä (ks. kpl 5). Laatujärjestelmä täyttää vähintään kappaleessa 5 esitetyt vähimmäisvaatimukset. 5. Mittausten jäljitettävyys on järjestetty aukottoman ketjun kautta kansallisiin mittanormaaleihin. Mittauslaitteen (jatkuvatoiminen kaasu- tai hiukkasanalysaattori, keräin) kalibrointi käsittää kaikki ne suureet tai mittausparametrit, joilla on merkittävä vaikutus mittaustulokseen. Tällaisia kalibrointeja ovat esim. analysaattorien pitoisuusvaste (kaasu- tai hiukkaspitoisuus), näytevirtaus, paine- ja lämpötilamittarit sekä käytetyt kaasunormaalit. Kalibroinneista laaditaan seloste, jossa tulee olla esitettynä kalibrointiketju kansalliseen mittanormaaliin tai SI-yksikköön. 6. Jäljitettävyyden siirtoon osallistuvilla toimijoilla on toiminnan kattava laatujärjestelmä. Laatujärjestelmän tulee kattaa vähintään kalibrointitoiminta ja kalibroinnissa käytettyjen laitteiden laadunvarmennustoimet (validointi, huoltosuunnitelma, kalibroinnit). On suositeltavaa, että näiltä osin laatujärjestelmä noudattaa laatustandardia SFS-EN ISO/IEC 17025(2005). 7. Vertailulaboratorio on akkreditoitu. Akkreditointi kattaa käytössä olevat mittausmenetelmät, kalibrointimenetelmät ja testausmenetelmät.
19 8. Mittausepävarmuus tunnetaan ja se lasketaan SFS-EN-standardien mukaisesti (SFS-EN 14211, SFS-EN 14212, SFS-EN 14625, SFS-EN 14626, ISO-Guide 1995). Mittaustulokset täyttävät olemassa olevan ja hyväksytyn mittaussuunnitelman mukaisesti joko jatkuville mittauksille asetetut tavoitteet (esim. NO 2, SO 2, CO, O 3 < 15 %) tai suuntaa-antaville mittauksille asetetut tavoitteet (esim. NO 2, SO 2, CO, O 3 < 25 %). 9. Ilmanlaatua mittaavat toimijat osallistuvat kansallisesti järjestettäviin vertailumittauksiin. Vertailutulokset analysoidaan ISO-Guide 43 mukaan ja mittaustulosten poikkeamat ovat hyväksyttävien rajojen sisällä (ISO-Guide 43). 7. Toimenpiteet tavoitteiden saavuttamiseksi 1. Luokitellaan mittausasemat jatkuvia ja suuntaa-antavia mittauksia tekeviin asemiin. Mittausasemat luokitellaan jatkuvia ja suuntaa-antavia mittauksia tekeviin asemiin olemassa olevan tiedon perusteella (mittaajat ja vertailulaboratorio). Mittauksista vastuussa olevat tahot laativat käytettyjen analysaattorien mittausominaisuuksien, laadunvarmennustoimien sekä kalibrointiin käytettävien mittanormaalien laadun ja kalibrointitiheyden avulla mittausepävarmuusbudjettinsa. Luokitusta tarkennetaan kohdassa 2 tarkoitettujen auditointien, kohdassa 4 tarkoitettujen vertailumittausten perusteella sekä raja-arvojen ylittyessä mittausasemalla. 2. Mittausverkkojen laatujärjestelmä auditoidaan säännöllisesti 2 4 vuoden välein. Minimivaatimuksena on kuvattu vähimmäislaatujärjestelmä (Kartastenpää et al. 2004). Käytettyjen mittanormaalien jäljitettävyys tarkistetaan kalibrointitodistuksista. Vertailulaboratorio vastaa ulkoisista auditoinneista. On suositeltavaa, että seuranta-alueilla suoritettaisiin sisäisten auditointien lisäksi mittausverkkojen välisiä ristiinauditointeja.
20 3. Mittauksista ja tulosten käsittelystä ja raportoinnista vastuussa oleville henkilöille järjestetään koulutusta mittausepävarmuudesta, mittausmenetelmistä ja raportoinnista. Vertailulaboratorio osallistuu koulutuksen suunnitteluun sekä toimii asiantuntijana ulkopuoliselle koulutukselle. Ilmanlaatumittausten suorittaminen ja tulosten analysointi edellyttää pitkälle koulutettua henkilökuntaa ja käytännön kokemusta tehtävästä. Mittauksista vastuussa oleva taho laatii koulutussuunnitelman, jotta henkilöstö pysyy ajan tasalla laitteiden teknisten ominaisuuksien parantuessa sekä mittauksille asetettujen vaatimusten muuttuessa. Vertailulaboratorio järjestää ja osallistuu koulutuksen suunnitteluun. 4. Vertailulaboratorio järjestää vertailumittauksia mittausverkoille. Vertailumittauksia järjestetään kaasumaisten epäpuhtauksien, hiukkasmaisten epäpuhtauksien sekä kalibrointimenetelmien osalta 2 3 vuoden välein. Kalibrointimenetelmien osalta vertailut suoritetaan laboratorio-olosuhteissa ja muut vertailut suoritetaan mittausasemilla. Vertailulaboratorio valmistaa vertailuaineet, määrittää vertailupitoisuuden ja sen epävarmuuden tai käyttää vertailumenetelmää tai siihen ekvivalenttia menetelmää. 5. Mittausmenetelmät. Vertailulaboratorio ylläpitää luetteloa standardien mukaisista menetelmistä ja niiden kanssa hyväksytyistä ekvivalenteista mittausmenetelmistä (jatkuvat mittaukset).
21 8 Yhteenveto Ilmanlaatumittausten suorittaminen on asiantuntijatyötä, jossa mittausten onnistuminen koostuu useista tekijöistä. Jotta näitä yksittäisiä tekijöitä voidaan hallita ja saada paras mahdollinen lopputulos, on mittauksille laadittava laatujärjestelmä. Laatujärjestelmässä laatuvaatimusten asettaminen on tärkeimpiä kriteerejä mitoitettaessa mittaustoimintaa. Tässä raportissa esitetään toimet, jotka vähintään tulee sisällyttää laatujärjestelmään sekä esitetään keinot mittausten laatutason määrittämiseksi. Tavoitteena on, että ilmanlaatumittausten laatutaso tunnetaan ja on riittävän korkeatasoinen, jotta mittaustulokset ovat luotettavia ja käyttökelpoisia. Laatujärjestelmän lisäksi henkilöstön osaamisella on tärkeä merkitys mittausten laatuvaatimusten täyttymiseen. Tämän vuoksi myös henkilöstön jatkuva kouluttaminen on ensiarvoisen tärkeä toimenpide. Usein mittauksista vastuussa oleva taho ulkoistaa tiettyjä toimintoja resurssien ja kustannusten leikkaamiseksi. On kuitenkin tiedostettava, mitkä asiat sisältyvät ulkoistettavan toiminnan piiriin ja mistä asioista huolehditaan itse. Kalibrointipalvelu ja huolto ovat useimmiten ulkoistettavia toimintoja, koska kalibrointi vaatii usein kalliin kalibrointilaitteiston ja huolto edellyttää teknistä erityisosaamista. Kalibrointipalvelu ei usein kuitenkaan sisällä näytelinjojen huoltoa tai muita säännöllisesti tehtäviä tarkistustoimenpiteitä (ks. taulukko 4a ja 4b), ellei niitä ole kirjattu toimeksiantoon. Näin ollen mittausten ylläpitoon jää useita toimenpiteitä laitteiden toiminnan varmistamiseksi, jotka on tehtävä paikallisin voimin. Nyt esitetty laatuluokitus auttaa mittauksista vastuussa olevia tahoja suunnittelemaan toimintaa kustannustehokkaasti. Mittausten laatuluokitus antaa mahdollisuuden mitoittaa laadunvarmennustoimet laatutavoitteiden mukaisesti, jolloin se voi myös merkitä kustannussäästöjä. Korkeatasoisia jatkuvia mittauksia tarvitaan erityisesti siellä, missä pitoisuudet ovat korkeita ja missä väestön altistuminen on suurinta. Muilla alueilla voidaan turvautua suuntaa-antaviin mittauksiin, joita voidaan käyttää myös paremman käsityksen saamiseksi pitoisuuksien alueellisesta vaihtelusta. Jos mittauksissa ei voida saavuttaa alinta laatuluokitusta, on mittaustoiminnan jatkamista
22 arvioitava kriittisesti. Mittausten laatuluokitus varmistaa ilmanlaatumittausten vähimmäislaatutason Suomessa ja sitä kautta parantaa mittaustulosten käytettävyyttä mm. mallinnuksessa, arvioitaessa väestön altistumista tai ilmanlaadun ajallista kehittymistä.
23 VIITTEET COM(2001) 245. Communication from the commission, The clean air for Europe (CAFÉ) Programme: Towards a Thematic Strategy for Air Quality COM(2005) 446. Communication from the commission to the council and the European Parliament. Thematic strategy for air pollution. Demonstration of equivalence of ambient air monitoring methods. EC Working group on Guidance for the demonstration of equivalence, 2005, 83 p. Euroopan Parlamentin ja Neuvoston päätös 1600/2002/EY kuudennesta ympäristöä koskevasta yhteisön toimintaohjeesta. Euroopan yhteisön virallinen lehti 242 (s. 1-15). SFS-EN ISO 8402 (1995). Laadunhallinta ja laadunvarmistus. Sanasto. Suomen standardisoimisliitto SFS. R. Kartastenpää, V. Pohjola, J. Walden, T. Salmi ja H. Saari. Ilmanlaadunmittausohje, ver 1.0 (2004) Ilmatieteen laitos, www.fmi.fi. EMEP manual for sampling and chemical analysis. EMEP/CCC-Report 1/95. Ref O- 7726. ISO Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM), 1995 ISO Guide 43-1: 1997. Proficiency testing by interlaboratory comparisons Part 1: Development and operation of proficiency testing schemes. SFS-EN 14211 (2005). Ambient air quality - Measurement method for the determination of the concentration of nitrogen dioxide and nitrogen monoxide by chemiluminescence
24 SFS-EN 14212 (2005). Ambient air quality - Measurement method for the determination of the concentration of sulphur dioxide by ultraviolet fluorescence SFS-EN 14625 (2005). Ambient air quality - Measurement method for the determination of ozone in ambient air by means of ultraviolet photometric method SFS-EN 14626 (2005). Ambient air quality - Measurement method for the determination of carbon monoxide in ambient air by means of the non-dispersive infrared method Vna 711/2001. Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta. Vna 783/2003. Valtioneuvoston asetus alailmakehän otsonista. Vna 481/1996. Valtioneuvoston päätös ilmanlaadun raja-arvoista ja kynnysarvoista 86/2000. Ympäristönsuojelulaki