VANTAAN ENERGIAN LÅNGMOSSEBERGENIN JÄTEVOIMALAN PÄÄSTÖJEN LEVIÄMISMALLISELVITYS Birgitta Alaviippola Sari Lappi
VANTAAN ENERGIAN LÅNGMOSSEBERGENIN JÄTEVOIMALAN PÄÄSTÖJEN LEVIÄMISMALLISELVITYS Birgitta Alaviippola Sari Lappi ILMATIETEEN LAITOS ILMANLAADUN ASIANTUNTIJAPALVELUT Helsinki 11.5.2009
TIIVISTELMÄ Tutkimuksessa arvioitiin Vantaan Energian Vantaan Långmossebergeniin suunnitellun jätevoimalan päästöjen ilmanlaatuvaikutuksia. Leviämislaskelmin tarkasteltiin muodostuvia ulkoilman rikkidioksidi-, typenoksidi-, hiukkas-, kloorivety- ja fluorivetypitoisuuksia sekä raskasmetallien sekä dioksiinien ja furaanien pitoisuuksia laitoksen ympäristössä. Päästöjen leviämislaskelmat suoritettiin Ilmatieteen laitoksella kehitetyn leviämismallin avulla. Mallilaskelmissa tarkasteltiin pitoisuuksien muodostumista kahdella päästötasolla: jätteenpolttoasetuksen päästörajojen mukaisesti arvioiduilla päästöillä ja suunnitteluperusteisilla päästöillä. Laskelmissa huomioitiin myös kaasuturbiinin typenoksidipäästöt sekä typenoksidipäästöjen ilmakemiallinen muutunta kulkeutumisen aikana. Päästöjen aiheuttamat pitoisuudet laskettiin tutkimusalueen maanpintatasoon sekä muutamien lähistöllä sijaitsevien asuintalojen kattotasoille. Mallilaskelmien meteorologisina tietoina käytettiin tutkimusalueen ilmastollisia olosuhteita edustavaa kahden sääaseman havainnoista muodostettua aineistoa. Päästöjen leviämistä ja pitoisuuksien muodostumista tutkimusalueelle tarkasteltiin kaikissa vuosien 2003 2005 tunneittaisissa ilmastollisissa tilanteissa. Tutkimuksessa käytettiin samaa meteorologista aineistoa kuin YTV:n jätevoimalan ympäristövaikutusten arviointia varten tehdyssä Långmossebergenin jätevoimalan leviämismallinnuksessa (Alaviippola & Pietarila, 2007). Jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman epäpuhtauksien pitoisuudet jäävät pieniksi ja alittavat selvästi ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Tutkimusalueen suurimmat rikkidioksidi- ja typpidioksidipitoisuudet ovat muutamia prosentteja vastaavista ohjearvoista. Muiden ilman epäpuhtauksien pitoisuudet jäävät em. pienemmiksi. Jätteenpolttoasetuksen päästörajojen mukaan arvioiduilla päästöillä lasketut pitoisuudet olivat suurempia kuin suunnitteluperusteisilla päästöillä lasketut. Suunnitteluperusteisilla päästöraja-arvoilla mallinnetut pitoisuudet ovat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen mukaisilla raja-arvoilla lasketuista pitoisuuksista. Suurimmat pitoisuudet muodostuvat pitkällä ajalla Långmossebergenin jätevoimalan koillispuolelle vallitsevan lounaisen tuulensuunnan mukaisesti. Rakennusten kattotasoille muodostuneet pitoisuudet olivat korkeimmillaan jätevoimalan koillispuolella tutkimusalueen maksimipitoisuuksien tasoisia. Leviämislaskelmien mukaan suunnitellut päästömäärät ja piippuratkaisut aikaansaavat ilmanlaadun kannalta riittävän hyvät päästöjen leviämis- ja laimenemisolosuhteet. Jätevoimalan päästöt eivät heikennä merkittävästi alueen ilmanlaatua eivätkä aiheuta ihmisille huomattavaa lisäaltistumista ilman epäpuhtauksille.
SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO... 3 2 TAUSTAA ILMANLAADUSTA... 3 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät... 3 2.2 Kaupunkien ilmanlaatu... 4 2.2.1 Rikkidioksidi... 4 2.2.2 Typpidioksidi... 4 2.2.3 Hiukkaset... 5 2.3 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot... 7 3 MENETELMÄT... 9 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus... 9 3.2 Leviämismallilaskelmien lähtötiedot... 11 4 TULOKSET... 14 4.1 Rikkidioksidipitoisuudet... 14 4.2 Typpidioksidipitoisuudet... 15 4.3 Hiukkaspitoisuudet... 17 4.4 Kloorivety-, fluorivety- ja raskasmetallipitoisuudet sekä dioksiinien ja furaanien pitoisuudet... 18 4.5 Pitoisuudet asuinalueilla... 20 4.6 Mallilaskelmien tulosten epävarmuustekijät... 20 5 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET... 21 VIITELUETTELO... 23 LIITEKUVAT
1 JOHDANTO Tämän työn tarkoituksena oli selvittää leviämismallilaskelmien avulla Vantaan Långmossebergeniin rakennettavan jätevoimalan päästöjen ilmanlaatuvaikutuksia. Leviämismallilaskelmin tarkasteltiin kahden eri päästötason vaikutuksia jätevoimalan ympäristön ilmanlaatuun. Mallilaskelmien päästöraja-arvoina käytettiin jätteenpolttoasetukseen perustuvia päästörajoja ja suunnitteluperusteisia päästörajoja, jotka olivat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen raja-arvoista. Tarkastelun kohteena olivat rikkidioksidin, typenoksidien, hiukkasten, kloori- ja fluorivedyn, raskasmetallien sekä dioksiinien ja furaanien päästöt. Typenoksidien leviämislaskelmissa huomioitiin myös jätevoimalan kaasuturbiinin typenoksidipäästöt. Mallilaskelmien avulla arvioitiin maanpintatasolle muodostuvia ilman epäpuhtauksien pitoisuuksia. Lisäksi arvioitiin lähistöllä sijaitsevien asuintalojen kattojen korkeudelle muodostuvia pitoisuuksia. Leviämismallinnuksen tuloksena saatuja pitoisuuksia on verrattu ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. Työn tilasi Pöyry Energy Oy. Leviämismallilaskelmissa tarvittavia jätevoimalan päästöihin ja teknisiin tietoihin liittyviä lähtötietoja toimitti Minna Jokinen Pöyry Energy Oy:stä. Leviämismallilaskelmat teki Birgitta Alaviippola Ilmatieteen laitoksen Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut -yksiköstä. 2 TAUSTAA ILMANLAADUSTA 2.1 Ilmanlaatuun vaikuttavat tekijät Ilmanlaatua heikentävien ilman epäpuhtauksien suurimpia päästölähteitä Suomessa ovat liikenne, energiantuotanto, teollisuus ja talojen lämmitys. Ilman epäpuhtauksia kulkeutuu Suomeen myös kaukokulkeumana maamme rajojen ulkopuolelta. Ilmansaasteiden päästöistä suurin osa vapautuu ilmakehän alimpaan kerrokseen, jota kutsutaan rajakerrokseksi. Rajakerroksessa päästöt sekoittuvat ympäröivään ilmaan ja epäpuhtauspitoisuudet laimenevat. Päästöt voivat levitä liikkuvien ilmamassojen mukana laajoille alueille. Tämän kulkeutumisen aikana epäpuhtaudet voivat reagoida keskenään sekä muiden ilmassa olevien yhdisteiden kanssa muodostaen uusia yhdisteitä. Ilman epäpuhtaudet poistuvat ilmasta sateen huuhtomina, kuivalaskeumana erilaisille pinnoille tai kemiallisen muutunnan kautta. Ilman epäpuhtauksien leviäminen tapahtuu pääosin ilmakehän alimmassa osassa, rajakerroksessa. Sen korkeus on Suomessa tyypillisesti alle kilometri, mutta varsinkin kesällä se voi nousta yli kahteen kilometriin. Matalimmat rajakerroksen korkeudet havaitaan yleensä talvella kovilla pakkasilla. Rajakerroksen korkeus määrää ilmatilavuuden, johon päästöt voivat välittömästi sekoittua. Rajakerroksen tuuliolosuhteet määräävät karkeasti ilman epäpuhtauksien kulkeutumissuunnan, mutta rajakerroksen ilmavirtausten pyörteisyys ja kerroksen korkeus vaikuttavat merkittävästi epäpuhtauksi- 3
en sekoittumiseen ja pitoisuuksien laimenemiseen kulkeutumisen aikana. Leviämisen kannalta keskeisiä meteorologisia tekijöitä ovat tuulen suunta ja nopeus, ilmakehän stabiilisuutta kuvaava suure ja sekoituskorkeus. Ilmakehän stabiilisuudella tarkoitetaan ilmakehän herkkyyttä pystysuuntaiseen sekoittumiseen. Stabiilisuuden määrää ilmakehän pystysuuntainen lämpötilarakenne. Inversiolla tarkoitetaan tilannetta, jossa ilmakehän lämpötila nousee ylöspäin mentäessä. Erityisesti maanpintainversion aikana ilmanlaatu voi paikallisesti huonontua nopeasti. Maanpintainversiossa maanpinta ja sen lähellä oleva ilmakerros jäähtyy niin, että kylmempi ilma jää ylempänä olevan lämpimämmän ilman alle. Kylmä pintailma ei raskaampana pääse kohoamaan yläpuolellaan olevan lämpimän kerroksen läpi, ja ilmakehän pystysuuntainen liike estyy. Inversiokerroksessa tuuli on hyvin heikkoa ja näin ollen ilmaa sekoittava pyörteisyys on vähäistä, jonka vuoksi ilman epäpuhtaudet laimenevat huonosti. Inversiotilanteissa pitoisuudet kohoavat taajamissa etenkin liikenneruuhkien aikana, koska epäpuhtaudet kerääntyvät matalaan ilmakerrokseen päästölähteiden lähelle. 2.2 Kaupunkien ilmanlaatu 2.2.1 Rikkidioksidi Ulkoilman rikkidioksidipitoisuudet ovat nykyisin alhaisella tasolla Suomessa. Rikkidioksidipäästöjen voimakkaan vähenemisen seurauksena taajama-alueiden rikkidioksidipitoisuudet ovat laskeneet lähelle tausta-alueiden pitoisuuksia. Ulkoilmassa oleva rikkidioksidi on pääosin peräisin energiantuotannosta, teollisuudesta ja laivojen päästöistä. Teollisuuspaikkakunnilla rikkidioksidipitoisuudet voivat kohota lyhytaikaisesti ja paikallisesti häiriöpäästötilanteissa. Puhtailla tausta-alueilla rikkidioksidipitoisuuden vuosikeskiarvot ovat olleet noin 1 2 µg/m³. 2.2.2 Typpidioksidi Typen yhdisteitä vapautuu päästölähteistä ilmaan typen oksideina eli typpimonoksidina (NO) ja typpidioksidina (NO 2 ). Typpidioksidin pitoisuus on kaupunki-ilmassa yleensä pienempi kuin typpimonoksidin pitoisuus. Näistä yhdisteistä terveysvaikutuksiltaan haitallisempaa on typpidioksidi, jonka pitoisuuksia ulkoilmassa säädellään ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoilla. Typpidioksidin määrään ilmassa vaikuttavat myös kemialliset muutuntareaktiot, joissa typpimonoksidi hapettuu typpidioksidiksi. Ulkoilman typpidioksidipitoisuuksille altistuminen on suurinta kaupunkien keskustojen ja taajamien liikenneympäristöissä. Typpidioksidipitoisuudet kohoavat tyypillisesti ruuhka-aikoina. Korkeimmillaan typpidioksidipitoisuudet ovat erityisesti tyyninä ja kylminä talvipäivinä, jolloin myös energiantuotannon päästöt ovat suurimmillaan. Taajamien ja kaupunkien korkeimmat typpidioksidipitoisuudet aiheuttaa pääasiassa autoliikenne, vaikka energiantuotannon ja teollisuuden aiheuttamat päästöt (pistemäiset päästölähteet) olisivat määrällisesti jopa suurempia autoliikenteeseen verrattuna. Ihmiset 4
altistuvat helposti liikenteen päästöille, sillä autojen pakokaasupäästöt vapautuvat hengityskorkeudelle. Typpidioksidille herkimpiä väestöryhmiä ovat lapset ja astmaatikot, joiden hengitysoireita kohonneet pitoisuudet voivat lisätä suhteellisen nopeasti. Pakkaskaudella tapahtuva typpidioksidipitoisuuden kohoaminen on erityisen haitallista astmaatikoille, koska jo puhtaan kylmän ilman hengittäminen rasituksessa aiheuttaa useimmille astmaatikoille keuhkoputkien supistusta ja typpidioksidi pahentaa tästä aiheutuvia oireita kuten hengenahdistusta ja yskää. Ilmatieteen laitoksella tehdyn ilmanlaadun alustavan arvioinnin (Pietarila ym., 2001) tulosten mukaan typpidioksidipitoisuuden raja-arvot voivat nykyisin ylittyä etenkin suurimpien kaupunkien vilkkaasti liikennöidyillä keskusta-alueilla lähinnä liikenneväylien ja risteyksien läheisyydessä. Korkeimmillaan vuosikeskiarvot ovat olleet ilmanlaadun mittausten mukaan Helsingin vilkasliikenteisimmillä alueilla noin 40 50 µg/m 3. Yleensä Suomen kaupungeissa vuosikeskiarvot ovat noin 20 30 µg/m 3. Ilmatieteen laitoksen puhtailla tausta-alueilla tehtyjen ilmanlaatumittausten mukaan typpidioksidin vuosikeskiarvot ovat olleet Etelä-Suomessa noin 2 8 µg/m³ ja Pohjois-Suomessa noin 1 µg/m³. 2.2.3 Hiukkaset Ulkoilman hiukkaset ovat nykyisin merkittävimpiä ilmanlaatuun vaikuttavia tekijöitä Suomen kaupungeissa. Pienhiukkasia pidetään länsimaissa haitallisimpana ympäristötekijänä ihmisten terveydelle. Ulkoilman hiukkaset ovat taajamissa suurelta osin peräisin liikenteen ja tuulen nostattamasta katupölystä (ns. resuspensio) eli epäsuorista päästöistä. Hiukkaspitoisuuksia kohottavat myös nk. suorat hiukkaspäästöt, jotka ovat peräisin energiantuotannon ja teollisuuden prosesseista, autojen pakokaasuista ja puun pienpoltosta. Suorat hiukkaspäästöt ovat pääasiassa pieniä hiukkasia. Hiukkasiin on sitoutunut myös erilaisia haitallisia yhdisteitä kuten hiilivetyjä ja raskasmetalleja. Ulkoilman hiukkasten koko on yhteydessä niiden aiheuttamiin erilaisiin vaikutuksiin. Suurempien hiukkasten korkeat pitoisuudet vaikuttavat merkittävimmin viihtyvyyteen ja aiheuttavat likaantumista. Terveysvaikutuksiltaan haitallisempia ovat ns. hengitettävät hiukkaset ja pienhiukkaset, jotka kykenevät tunkeutumaan syvälle ihmisten hengitysteihin. Hengitettäville hiukkasille, joiden halkaisija on alle 10 mikrometriä (PM 10 ), on annettu ilmanlaadun ohje- ja raja-arvot. Hengitettävien hiukkasten pitoisuudet kohoavat erityisesti keväällä, jolloin jauhautunut hiekoitushiekka ja asfalttipöly nousevat ilmaan kuivilta kaduilta liikenteen nostattamana. Pienhiukkaset, joiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä (PM 2,5 ), ovat pääasiassa peräisin suorista autoliikenteen ja teollisuuden päästöistä ja kaukokulkeumasta, jonka lähde voi olla esimerkiksi metsä- ja maastopalot. Hiukkasten kokoluokkia on havainnollistettu kuvassa A. Suurimmat hiukkaspitoisuudet esiintyvät vilkkaasti liikennöidyissä kaupunkikeskustoissa. Suomessa hiukkaspitoisuudet kohoavat yleensä voimakkaasti keväällä maalis huhtikuussa, kun maanpinnan kuivuessa tuuli ja liikenne nostattavat katupölyä ilmaan. Liikenteen vaikutukset korostuvat matalan päästökorkeuden vuoksi. Hengitettäville hiukkasille annettu vuorokausiohjearvo ylittyy keväisin yleisesti Suomen kaupungeissa. 5
Hengitettävien hiukkasten vuorokausipitoisuudelle annettu raja-arvo on sen sijaan ylittynyt viime vuosina vain Helsingin keskustassa. Maamme suurimpien kaupunkien keskusta-alueilla on mitattu useina vuosina yli 25 µg/m 3 :n hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvoja. Hengitettävien hiukkasten vuosipitoisuudelle annettu raja-arvo 40 µg/m 3 on kuitenkin alittunut Suomessa. Pienempien kaupunkien keskusta-alueilla hengitettävien hiukkasten pitoisuuden vuosikeskiarvot voivat ylittää 20 µg/m 3 ja kaupunkien keskusta-alueiden ulkopuolella pitoisuudet ovat olleet yli 10 µg/m 3 (Pietarila ym., 2001). Puhtailla tausta-alueilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat olleet Etelä-Suomessa noin 10 12 µg/m³ ja Pohjois- Suomessa noin 3 µg/m³. Pienhiukkaspitoisuudet ovat Suomessa suurimmillaan pääkaupunkiseudun vilkasliikenteisillä alueilla, joilla vuosikeskiarvopitoisuudet ovat yli 10 µg/m 3. Keskisuurissa kaupungeissa ja Etelä-Suomen tausta-alueilla pienhiukkaspitoisuudet ovat noin 6 10 µg/m 3 (Alaviippola ym., 2009). Hiukkasten kokoluokkia Pienet hiukkaset Suuret hiukkaset Jättiläishiukkaset Hiesu Hieno hiekka Karkea hiekka Sora Pilvi- ja sumupisarat Sa depisa rat Tupa ka nsav u Sementtipöly Lannoite- ja kalkkikivipöly JAUHOA Jauhot K aasumolekyylit Itiöt Siitepöly Virukset Bakteerit Hius Pisaroista kuivunut merisuola Liikenne Liikenteen ja tuulen nostattama pöly Energiantuot anto Energiantuotanto, lentotuhka 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000 (1mm) (1cm) µm Kuva A. Hiukkasten kokoluokkia. Hiukkasten koko ilmaistaan halkaisijana mikrometreissä (µm). Mikro (µ) etuliite tarkoittaa miljoonasosaa. 1 µm on siten metrin miljoonasosa eli millimetrin tuhannesosa. 6
2.3 Ilmanlaadun raja- ja ohjearvot Leviämismallilaskelmilla tai ilmanlaadun mittauksilla saatuja ilman epäpuhtauspitoisuuksia voidaan arvioida vertaamalla niitä ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. EU-maissa voimassa olevat raja-arvot ovat sitovia ja ne eivät saa ylittyä alueilla, joissa asuu tai oleskelee ihmisiä. Raja-arvot eivät ole voimassa esimerkiksi teollisuusalueilla, joilla ei säännöllisesti oleskele ihmisiä tai liikenneväylillä, lukuun ottamatta kevyen liikenteen väyliä. Kansalliset ilmanlaadun ohjearvot eivät ole yhtä sitovia kuin rajaarvot, mutta niitä käytetään esimerkiksi kaupunkisuunnittelun tukena ja ilman pilaantumisen vaaraa aiheuttavien toimintojen sijoittamisessa. Tavoitteena on ennalta ehkäistä ohjearvojen ylittyminen sekä säilyttää hyvä ilmanlaatu. Raja-arvot määrittelevät ilman epäpuhtauksille sallitut korkeimmat pitoisuudet. Rajaarvoilla pyritään vähentämään tai ehkäisemään terveydelle ja ympäristölle haitallisia vaikutuksia. Raja-arvon ylittyessä kunnan tai alueellisen ympäristökeskuksen on tiedotettava väestöä ja tehtävä ohjelmia ja suunnitelmia ilmanlaadun parantamiseksi ja raja-arvon ylitysten estämiseksi. Tällaisia toimia voivat olla esimerkiksi määräykset liikenteen tai päästöjen rajoittamisesta. Ilman epäpuhtauksien aiheuttamien terveyshaittojen ehkäisemiseksi ulkoilman epäpuhtauksien pitoisuudet eivät saisi ylittää taulukon 1 raja-arvoja alueilla, joilla ihmiset saattavat altistua ilman epäpuhtauksille. Rikkidioksidin vuosiraja-arvo (20 µg/m 3 ) ja typen oksidien vuosiraja-arvo (30 µg/m 3 ) on annettu kasvillisuuden ja ekosysteemien suojelemiseksi ja ne ovat voimassa laajoilla maa- ja metsätalousalueilla ja luonnonsuojelun kannalta merkityksellisillä alueilla. Taulukko 1. Terveyshaittojen ehkäisemiseksi annetut ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin, hengitettävien hiukkasten, pienhiukkasten ja lyijyn pitoisuuksia koskevat raja-arvot (Vna 711/2001; 2008/50/EY). Epäpuhtaus 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 Rikkidioksidi (SO 2 ) 1 tunti 350 24 1.1.2005 24 tuntia 125 3 1.1.2005 Typpidioksidi (NO 2 ) 1 tunti 200 18 1.1.2010 kalenterivuosi 40 1.1.2010 Hengitettävät hiukkaset (PM 10 ) 24 tuntia 50 1) 35 1.1.2005 kalenterivuosi 40 1) 1.1.2005 Pienhiukkaset (PM 2,5 ) kalenterivuosi 25 1) 1.1.2015 Lyijy (Pb) kalenterivuosi 0,5 1) 15.8.2001 1) Tulokset ilmaistaan ulkoilman lämpötilassa ja paineessa. 7
Ilmanlaadun ohjearvot on otettava huomioon suunnittelussa ja niitä sovelletaan mm. alueiden käytön, kaavoituksen, rakentamisen ja liikenteen suunnittelussa ja ympäristölupaharkinnassa. Ohjearvojen soveltamisen avulla pyritään ehkäisemään epäpuhtauksien aiheuttamia terveysvaikutuksia. Suomessa voimassa olevat rikkidioksidi-, typpidioksidi- ja hiukkaspitoisuuksien ohjearvot on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Ulkoilman rikkidioksidin, typpidioksidin ja hengitettävien hiukkasten pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun ohjearvot (Vnp 480/1996). Epäpuhtaus Ohjearvo (20 C, 1 atm) Tilastollinen määrittely Rikkidioksidi (SO 2 ) 250 µg/m 3 Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 80 µg/m 3 Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Typpidioksidi (NO 2 ) 150 µg/m³ Kuukauden tuntiarvojen 99. prosenttipiste 70 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Hengitettävät hiukkaset (PM 10 ) 70 µg/m³ Kuukauden toiseksi suurin vuorokausiarvo Eräille ulkoilman raskasmetallipitoisuuksille on annettu tavoitearvot terveyshaittojen ja ympäristöön kohdistuvien haittojen ehkäisemiseksi. Taulukossa 3 esitetyt tavoitearvot tulee saavuttaa 1.1.2013 mennessä. Taulukko 3. Ulkoilman arseenin, kadmiumin ja nikkelin pitoisuuksia koskevat ilmanlaadun tavoitearvot (Vna 164/2007). Epäpuhtaus Tavoitearvo Tilastollinen määrittely Arseeni (As) 6 ng/m 3 Kalenterivuosi Kadmium (Cd) 5 ng/m³ Kalenterivuosi Nikkeli (Ni) 20 ng/m³ Kalenterivuosi 8
3 MENETELMÄT 3.1 Leviämismallilaskelmien kuvaus Ilman epäpuhtauksien leviämismalleilla tutkitaan eri epäpuhtauksien kulkeutumista ilmakehässä. Malleihin sisältyy usein laskentamenetelmiä, joiden avulla voidaan tarkastella epäpuhtauksien muuntumista, kemiallisia reaktioita ja poistumista ilmakehästä laskeumana sekä ilman epäpuhtauspitoisuuksien muodostumista. Tässä tutkimuksessa käytettiin Ilmatieteen laitoksella kehitettyä leviämismallia jätevoimalan päästöjen leviämisen kuvaamiseen ja niiden ilmanlaatuvaikutusten arvioimiseen. Ilmatieteen laitoksen leviämismalleja on kehitetty pitkäjänteisesti tavoitteena tuottaa luotettavaa tietoa ilmanlaadusta mm. kaupunki- ja liikennesuunnittelun sekä ilmansuojelutoimenpiteiden suunnittelun tueksi sekä pitoisuuksien ja väestön altistumisen arvioimiseksi. Mallien toimintaa on kehitetty lukuisissa tutkimusprojekteissa ja verifiointitutkimusten mukaan mallinnusten tulokset on todettu Suomen taajamien ja teollisuusympäristöjen ilmanlaadun mittaustulosten kanssa hyvin yhteensopiviksi. Nykyisissä Ilmatieteen laitoksen leviämismalleissa kuvataan tarkasti päästökohdassa tapahtuvaa mekaanista ja lämpötilaeroista johtuvaa nousulisää, lähimpien esteiden aiheuttamaa savupainumaa, ilmassa tapahtuvia päästöaineiden kemiallisia prosesseja sekä epäpuhtauksien poistumamekanismeja. Malleihin sisältyy laskentamenetelmä typenoksidien kemialliselle muutunnalle. Autoliikenteen ja energiantuotannon typenoksidipäästöt koostuvat typpidioksidista sekä typpimonoksidista, jota on valtaosa päästöistä. Osa typpimonoksidista hapettuu ilmassa terveydelle haitallisemmaksi typpidioksidiksi. Tässä selvityksessä käytetyllä leviämismallilla voidaan arvioida ilman epäpuhtauksien pitoisuuksia päästölähteen lähialueilla. Kaupunkimallia (UDM-FMI, Urban Dispersion Modelling system) käytetään pistemäisten päästölähteiden (esim. piippujen) ilmanlaatuvaikutusten arviointiin. Kaavio leviämismallin toiminnasta on esitetty kuvassa B. Leviämismallien lähtötiedoiksi tarvitaan tietoja päästöistä ja niiden lähteistä, mittaamalla ja mallittamalla saatuja tietoja ilmakehän tilasta sekä tietoja epäpuhtauksien taustapitoisuuksista. Lisäksi lähtötiedoiksi tarvitaan erilaisia paikkatietoja, kuten tietoja maanpinnan muodoista ja laadusta sekä päästölähteiden sijainnista. Pistemäisten lähteiden päästöjen laskennassa huomioidaan lähdekohtaiset päästöt, savukaasujen ominaisuudet ja laitoksen tekniset tiedot. Leviämislaskelmia varten muodostetaan kaikille päästölähteille päästöaikasarjat, joissa on jokaiselle tarkastelujakson tunnille (1 3 vuotta, 8760 26304 tuntia) laskettu päästömäärä erikseen eri ilman epäpuhtauksille. 9
Päästötiedot Meteorologiset tiedot Muut lähtötiedot Päästöjen laskenta Meteorologisten tietojen käsittelymalli Päästöaikasarja Meteorologinen aikasarja Paikkatiedot Tarkastelupisteet Leviämismalli Pitoisuuksien tunneittainen aikasarja Tilastollinen käsittely Tilastolliset tunnusluvut Graafinen käsittely Alueelliset pitoisuusjakaumat Kuva B. Kaaviokuva Ilmatieteen laitoksella kehitetyn leviämismallin, kaupunkimallin (UDM-FMI), toiminnasta. Leviämismallin tarvitseman meteorologisen aikasarjan muodostuksessa käytetään Ilmatieteen laitoksella kehitettyä meteorologisten tietojen käsittelymallia, joka perustuu ilmakehän rajakerroksen parametrisointimenetelmään (Rantakrans, 1990; Karppinen, 2001). Menetelmän avulla voidaan meteorologisten rutiinihavaintojen ja fysiikan perusyhtälöiden avulla arvioida rajakerroksen tilaan vaikuttavat muuttujat, joita tarvitaan epäpuhtauksien leviämismallilaskelmissa. Tarvittavat mittaustiedot saadaan Ilmatieteen laitoksen havaintotietokantaan talletetuista sää-, auringonpaiste- ja radioluotaushavainnoista. Menetelmässä huomioidaan tutkimusalueen paikalliset tekijät, kuten leviämisalustan rosoisuus ja vuodenaikaiset albedoarvot (maanpinnan kyky heijastaa auringon säteilyä) eri maanpinnan laaduille. Laskelmissa käytetään yleensä 1 3 vuoden pituista tutkimusalueen sääolosuhteita edustavaa meteorologista aineistoa. Laskelmissa käytettäviksi sääasemiksi valitaan tutkimusaluetta lähimpänä sijaitsevat sääasemat, joilla mitataan kaikkia mallin tarvitsemia suureita. Tuulen suunta- ja nopeustiedot muodostetaan kahden tai useamman sääaseman havaintojen etäisyyspainotettuna tilastollisena yhdistelmänä. Lopputuloksena saadaan leviämismalleissa tarvittavien meteorologisten tietojen tunneittaiset aikasarjat. Leviämismallit laskevat epäpuhtauspitoisuuksia tarkastelujakson jokaiselle tunnille laskentapisteikköön, joka muodostetaan kullekin tutkimusalueelle sopivaksi. Laskentapisteitä on yleensä useita tuhansia ja niiden etäisyys toisistaan vaihtelee muutamasta kymmenestä metristä satoihin metreihin riippuen tutkimusalueen koosta ja tarkastelta- 10
vista kohteista. Mallin tuottamasta pitoisuusaikasarjasta lasketaan tilastollisia ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin verrannollisia suureita, jotka esitetään raportissa mm. pitoisuuksien aluejakaumakuvina ja taulukkoina. 3.2 Leviämismallilaskelmien lähtötiedot Tässä tutkimuksessa laskettiin Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ilman epäpuhtauksien pitoisuudet laitoksen ympäristössä. Tutkimusalueen sijainti esitetään kuvassa C. Tutkimusalue oli kooltaan 10 10 km. Päästöjen aiheuttamat pitoisuudet laskettiin maanpintatasolle laskentapisteikköön, jossa oli 5 817 laskentapistettä. Laskentapisteikössä pisteiden välisiä etäisyyksiä on tihennetty pitoisuuksien muodostumisen kannalta merkittävimmällä alueella eli päästölähteen lähiympäristössä. Laskentapisteikön pisteet olivat tiheimmillään 50 metrin etäisyydellä toisistaan ja harvimmillaan 200 metrin etäisyydellä toisistaan. Tutkimusalueiden maanpinnan korkeuserot huomioitiin laskentapisteissä Maanmittauslaitoksen maastonkorkeusmallin mukaisesti. Leviämismallilaskelmin tarkasteltiin myös pitoisuuksien muodostumista asuintalojen kattojen korkeudelle viidellä alueella, jotka sijaitsevat alle 2,5 km etäisyydellä jätevoimalasta (kuva C). Liitteessä 2 on esitetty kaikki mallinnuksessa tarkastellut asuinrakennukset. Kuva C. Tutkimusalueen ja tarkasteltujen asuinalueiden sijainti. 11
Långmossebergenin jätevoimala koostuu jätteen vastaanotto- ja käsittelylaitteista, kahdesta jätettä polttavasta arinakattilasta ja savukaasujen puhdistuslaitteistosta, maakaasua polttavasta kaasuturbiinista, lämmöntalteenottokattilasta sekä höyryturbiinilaitoksesta. Jätteenpolton savukaasut johdetaan savupiippuun, jossa on kaksi sisäpiippua, kummallekin identtiselle jätteenpolttolinjalle omansa. Mallilaskelmissa tarkasteltiin pitoisuuksien muodostumista kaksilla eri päästömäärillä: jätevoimalan teoreettisilla vuotuisilla päästöillä jätteenpolttoasetuksen päästörajojen mukaan arvioituna ja suunnittelun perusteena olevien päästötasojen mukaan arvioiduilla vuotuisilla päästöillä. Suunnitteluperusteiset päästöt ovat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen mukaisista päästöistä. Typenoksidien leviämismallilaskelmissa huomioitiin jätevoimalan päästöjen lisäksi myös kaasuturbiinin typenoksidipäästöt. Taulukossa 4 on esitetty leviämismallilaskelmien lähtötietoina käytetyt Långmossebergenin jätevoimalan ja kaasuturbiinin päästöt ja muut tekniset tiedot. Mallilaskelmissa huomioitiin päästöjen lisäksi laitoksen toiminta-aika, päästöjen ajallinen vaihtelu ja laitoksen tekniset tiedot, kuten esimerkiksi laitosrakennusten ja piippujen korkeus, piippujen halkaisijat, savukaasuvirtaama ja savukaasun lämpötila. Lähtötiedot toimitti Pöyry Energy Oy. Tilaajalta saadut lähtötiedot on esitetty kokonaisuudessaan liitteessä 1. Taulukko 4. Vantaan Energian Långmossebergenin jätevoimalan päästöt ja tekniset tiedot. Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Kaasuturbiini Suunnitteluperusteiset päästörajat Jätteenpolttokattilat Jätteenpolttokattilat Kaasuturbiini Teho (MW) 2 58 MW 77 MW 2 58 MW 77 MW Käyntiaika (h/a) 8 000 8 000 8 000 8 000 Rikkidioksidipäästöt (t/a) 104 66 Typenoksidipäästöt (NO 2 :na) (t/a) 416 111 282 78 Hiukkaspäästöt (t/a) 21 13 Kloorivetypäästöt (t/a) 21 13 Fluorivetypäästöt (t/a) 2,1 1,3 Kadmium- ja talliumpäästöt (t/a) 0,1 0,07 Elohopeapäästöt (t/a) 0,1 0,04 Raskasmetallipäästöt (t/a) 1) 1,0 0,66 Dioksiinien ja furaanien päästöt (t/a) 2,0 10-7 1,0 10-7 Savukaasujen lämpötila (ºC) 120 80 120 80 Savukaasujen tilavuusvirtaus (Nm 3 /h) 260 000 277 200 260 000 277 200 Savukaasujen nousunopeus (m/s) 24 8 24 8 Piipun korkeus (m) 70 50 70 50 Yhden hormin halkaisija (m) 2) 1,8 3,9 1,8 3,9 1) Sb, As, Pb, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, V 2) Jätevoimalassa on kaksi samanlaista hormia, jotka johdetaan samaan piippuun. 12
Tutkimusalueen ilmastollisia olosuhteita edustava meteorologinen aikasarja muodostettiin Helsinki-Vantaan lentoaseman ja Helsingin Isosaaren sääasemien havaintotiedoista vuosilta 2003 2005. Tutkimuksessa käytettiin samaa meteorologista aikasarjaa kuin aikaisemmassa YTV:n jätevoimalan ympäristövaikutusten arviointia varten tehdyssä leviämismallinnuksessa (Alaviippola & Pietarila, 2007). Sekoituskorkeuden määrittämiseen käytettiin Jokioisten observatorion radioluotaushavaintoja vuosilta 2003 2005. Kuvassa D on esitetty tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella tuuliruusun muodossa. Lounaistuulet ovat tutkimusalueella vallitsevia ja vähiten esiintyy itäisiä tuulia. Kuva D. Tuulen suunta- ja nopeusjakauma tutkimusalueella vuosina 2003 2005. Lasketut tuulitiedot kuvaavat olosuhteita 10 metrin korkeudella maan pinnasta. Typenoksidipäästöjen muutunnan kuvaamiseen käytettiin YTV:n Espoon Luukin havaintoasemalla mitattuja otsonin taustapitoisuuksia vuosilta 2004 2006. Taustapitoisuuksina käytettiin pitoisuuksien kuukausittain laskettuja tunneittaisia keskiarvoja, joilla pyrittiin kuvaamaan taustapitoisuuksien vuorokauden sisäistä vaihtelua. 13
4 TULOKSET 4.1 Rikkidioksidipitoisuudet Leviämislaskelmien tuloksina saadut ulkoilman rikkidioksidipitoisuuksien suurimmat arvot tutkimusalueella on esitetty taulukossa 5. Leviämismallilaskelmin tarkasteltiin rikkidioksidipitoisuuksien muodostumista kahdella jätevoimalan päästötasolla: jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästöraja-arvoilla ja suunnitteluperusteisilla päästörajoilla. Leviämismallilaskelmilla saatujen rikkidioksidipitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvista 1 6. Taulukko 5. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan rikkidioksidipäästöjen aiheuttamat ulkoilman rikkidioksidipitoisuuksien maksimiarvot. Rikkidioksidipitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosiraja-arvo ekosysteemien suojelemiseksi 20 0,16 0,11 Vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 80 2,2 1,3 Vuorokausiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 125 1,9 1,3 Tuntiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 250 4,6 3,4 Tuntiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 350 4,5 3,1 Suurimmat jätevoimalan päästöjen aiheuttamat rikkidioksidipitoisuudet muodostuvat vuositasolla vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti päästölähteen koillispuolelle (liitekuvat 1 2). Tuulen käydessä päästölähteiden lounaispuolelta poistokaasuvanat etenevät piipuista koillisen suuntaan, jolloin päästöt eivät laskennassa vaikuta lähteen lounaispuolisiin pitoisuuksiin. Långmossenin jätevoimalan ympärille muodostuu selvä katvealue, jolla pitoisuudet ovat minimissään ja kasvavat lyhyellä etäisyydellä nopeasti. Aivan päästölähteen ympärille muodostuvan, muita arvoja matalampien pitoisuuksien alueen laajuuteen vaikuttaa poistokaasujen nousulisä. Nousulisää aiheuttavat poistokaasujen nousunopeus piipussa sekä ulkolämpötilan ja poistokaasujen lämpötilan välinen ero. Rikkidioksidin vuorokausi- ja tuntipitoisuuksien alueelliset jakaumat on esitetty liitekuvissa 3 6. Suunnitteluperusteisilla päästörajoilla tehtyjen leviämislaskelmien mukaan suurimmat rikkidioksidin lyhytaikaispitoisuudet ovat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästöraja-arvoilla saaduista korkeimmista pitoisuuksista. Kuvassa E esitetään leviämislaskelmien tuloksina saatujen tutkimusalueen suurimpien rikkidioksidipitoisuuksien suhde maassamme voimassa oleviin ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. Rikkidioksidin ohjearvoihin verrannolliset pitoisuudet olivat suurimmillaan jätteenpolttoasetuksen päästörajoilla alle 3 % ohjearvoista ja suunnitteluperusteisilla raja-arvoilla alle 2 % ohjearvoista. Rikkidioksidin raja-arvoihin verrannolliset pitoisuudet olivat suurimmillaan jätteenpolttoasetuksen päästörajoilla 1,5 % rajaarvoista ja suunnitteluperusteisilla päästörajoilla 1 % raja-arvoista. 14
120 % 100 % Ohje- tai raja-arvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 2,8 % 1,6 % 1,8 % 1,4 % 0,8 % 0,6 % 1,5 % 1,0 % 1,3 % vuorokausi tunti vuosi vuorokausi tunti OHJEARVO RAJA-ARVO Kuva F. Leviämismallilla laskettujen Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamien ulkoilman korkeimpien rikkidioksidipitoisuuksien suhde ilmanlaadun ohje- ja raja-arvoihin. Kuvassa y-akselin 100 % kuvaa ohje- tai raja-arvotasoa, johon pitoisuuksia verrataan. 4.2 Typpidioksidipitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut ulkoilman typpidioksidipitoisuuksien maksimiarvot on esitetty taulukossa 6. Leviämismallilaskelmilla saatujen typpidioksidipitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvista 7 12. Laskelmissa on huomioitu myös kaasuturbiinin typenoksidipäästöt sekä typenoksidipäästöjen ilmakemiallinen muutunta kulkeutumisen aikana. Taulukko 6. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan ja kaasuturbiinin typenoksidipäästöjen aiheuttamat ulkoilman typenoksidi- ja typpidioksidipitoisuuksien maksimiarvot. Typpidioksidipitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosiraja-arvo ekosysteemien suojelemiseksi (NO x ) 30 1,2 0,88 Vuosiraja-arvo 40 0,14 0,10 Vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 70 1,2 0,91 Tuntiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 150 2,2 1,6 Tuntiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 200 2,1 1,2 15
Suurimmat jätevoimalan päästöjen aiheuttamat typpidioksidipitoisuudet muodostuvat vuositasolla vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti päästölähteiden koillispuolelle (liitekuvat 7 8). Långmossebergenin jätevoimalan ympärille muodostuu selvä katvealue, jolla pitoisuudet ovat minimissään ja kasvavat lyhyellä etäisyydellä nopeasti. Typpidioksidin lyhytaikaispitoisuudet on esitetty liitekuvissa 9 12. Suurimmat typpidioksidipitoisuudet muodostuvat noin 1,5 2,5 kilometrin etäisyydelle jätevoimalasta. Suunnitteluperusteisilla päästörajoilla tehtyjen leviämislaskelmien mukaan suurimmat typpidioksidin lyhytaikaispitoisuudet ovat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästöraja-arvoilla saaduista korkeimmista pitoisuuksista. Kuvassa F esitetään leviämislaskelmien tuloksina saatujen tutkimusalueen suurimpien typpidioksidipitoisuuksien suhde maassamme voimassa oleviin ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin. Typpidioksidin ohjearvoihin verrannolliset pitoisuudet ovat suurimmillaan jätteenpolttoasetuksen päästörajoilla alle 2 % ohjearvoista ja suunnitteluperusteisilla raja-arvoilla alle 1,5 % ohjearvoista. 120 % 100 % Ohje- tai raja-arvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 1,7 % 1,3 % 1,5 % 1,1 % 0,4 % 0,3 % 1,1 % 0,6 % vuorokausi tunti vuosi tunti OHJEARVO RAJA-ARVO Kuva F. Leviämismallilla laskettujen Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamien ulkoilman korkeimpien typpidioksidipitoisuuksien suhde ilmanlaadun terveysvaikutusperusteisiin ohje- ja raja-arvoihin. Kuvassa y-akselin 100 % kuvaa ohje- tai raja-arvotasoa, johon pitoisuuksia verrataan. 16
4.3 Hiukkaspitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut ulkoilman hiukkaspitoisuuksien maksimiarvot tutkimusalueella on esitetty taulukossa 7. Leviämismallilaskelmilla saatujen hiukkaspitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvista 13 14. Suurimmat jätevoimalan päästöjen aiheuttamat hiukkaspitoisuudet muodostuvat vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti päästölähteen koillispuolelle. Taulukko 7. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan hiukkaspäästöjen aiheuttamat ulkoilman hiukkaspitoisuuksien maksimiarvot. Hiukkaspitoisuus (µg/m³) Raja- tai ohjearvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosiraja-arvo (PM 10 / PM 2,5 ) 40 / 25 0,032 0,022 Vuorokausiohjearvoon verrannollinen pitoisuus 70 0,44 0,26 Vuorokausiraja-arvoon verrannollinen pitoisuus 50 0,12 0,084 Kuvassa G esitetään leviämislaskelmien tuloksina saatujen tutkimusalueen suurimpien hiukkaspitoisuuksien suhde maassamme voimassa oleviin ilmanlaadun raja- ja ohjearvoihin. Tutkimusalueen suurimmat hiukkaspitoisuudet ovat jätteenpolttoasetuksen päästörajoilla noin 0,6 % hengitettävien hiukkasten vuorokausiohjearvosta ja suunnitteluperusteisilla raja-arvoilla noin 0,4 % ohjearvosta. Raja-arvoihin verrannolliset hiukkaspitoisuudet ovat suurimmillaankin vain 0,2 % hengitettävien hiukkasten vuorokausiraja-arvosta ja 0,1 % pienhiukkasten vuosiraja-arvosta. 17
120 % 100 % Ohje- tai raja-arvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat 80 % 60 % 40 % 20 % 0 % 0,63 % 0,37 % 0,08 % 0,06 % 0,13 % 0,09 % 0,24 % 0,17 % vuorokausi vuosi (PM10) vuosi (PM2,5) vuorokausi OHJEARVO RAJA-ARVO Kuva G. Leviämismallilla laskettujen Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamien ulkoilman korkeimpien hiukkaspitoisuuksien suhde ilmanlaadun terveysvaikutusperusteisiin ohje- ja raja-arvoihin. Kuvassa y-akselin 100 % kuvaa ohje- tai raja-arvotasoa, johon pitoisuuksia verrataan. 4.4 Kloorivety-, fluorivety- ja raskasmetallipitoisuudet sekä dioksiinien ja furaanien pitoisuudet Leviämismallilaskelmien tuloksina saadut ulkoilman kloorivety-, fluorivety-, kadmiumja tallium-, elohopea- ja raskasmetallipitoisuuksien sekä dioksiinien ja furaanien pitoisuuksien maksimiarvot tutkimusalueella on esitetty taulukoissa 8 13. Leviämismallilaskelmilla saatujen raskasmetallipitoisuuksien alueellinen vaihtelu käy ilmi raportin liitekuvista 15 16 ja dioksiinien ja furaanien pitoisuuksien alueellinen jakauma on esitetty liitekuvissa 17 18. Suurimmat jätevoimalan päästöjen aiheuttamat raskasmetallipitoisuudet sekä dioksiinien ja furaanien pitoisuudet muodostuvat vuositasolla vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti päästölähteen koillispuolelle. Leviämislaskelmien tuloksina saadut tutkimusalueen suurimmat kadmiumin ja talliumin pitoisuudet ovat jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästörajoilla 3 % kadmiumin tavoitearvosta ja suunnitteluperusteisilla raja-arvoilla 2,2 % tavoitearvosta. Suurimmat raskasmetallipitoisuudet ovat jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästörajoilla noin 0,3 % lyijyn raja-arvosta ja suunnitteluperusteisilla raja-arvoilla noin 0,2 % rajaarvosta. Kokonaisraskasmetallipitoisuuden vuosikeskiarvo on 18 25 % arseenin tavoitearvosta ja 6 8 % nikkelin tavoitearvosta. 18
Taulukko 8. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman kloorivetypitoisuuksien maksimiarvot. Kloorivetypitoisuus (µg/m³) Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 0,032 0,022 Korkein vuorokausikeskiarvo 0,62 0,41 Korkein tuntikeskiarvo 2,8 1,7 Taulukko 9. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman fluorivetypitoisuuksien maksimiarvot. Fluorivetypitoisuus (µg/m³) Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 0,0032 0,0022 Korkein vuorokausikeskiarvo 0,062 0,042 Korkein tuntikeskiarvo 0,28 0,17 Taulukko 10. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman kadmium- ja talliumpitoisuuksien maksimiarvot. Kadmium- ja talliumpitoisuus (ng/m³) Tavoitearvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 5 (Cd) 0,15 0,11 Korkein vuorokausikeskiarvo 3,0 2,2 Korkein tuntikeskiarvo 13 9,1 Taulukko 11. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman elohopeapitoisuuksien maksimiarvot. Elohopeapitoisuus (µg/m³) Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 0,00015 0,00011 Korkein vuorokausikeskiarvo 0,0030 0,0022 Korkein tuntikeskiarvo 0,013 0,0091 19
Taulukko 12. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman raskasmetallipitoisuuksien maksimiarvot. Raskasmetallipitoisuus 1) (µg/m³) Raja-arvo Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 0,5 (Pb) 0,0015 0,0011 Korkein vuorokausikeskiarvo 0,030 0,021 Korkein tuntikeskiarvo 0,13 0,088 1) Sb, As, Pb, Co, Cr, Cu, Mn, Ni ja V Taulukko 13. Leviämismallilaskelmilla saadut Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat ulkoilman dioksiinien ja furaanien pitoisuuksien maksimiarvot. Dioksiinien ja furaanien pitoisuus (pg/m³) Jätteenpolttoasetuksen päästörajat Suunnitteluperusteiset päästörajat Vuosikeskiarvo 0,00030 0,00017 Korkein vuorokausikeskiarvo 0,0059 0,0032 Korkein tuntikeskiarvo 0,026 0,013 4.5 Pitoisuudet asuinalueilla Leviämismallilaskelmien avulla tarkasteltiin jätevoimalan päästöjen aiheuttamien rikkidioksidipitoisuuksien muodostumista lähistöllä sijaitsevien asuintalojen kattojen korkeudelle, jonne rakennusten raittiinilmanotto on yleensä sijoitettu. Kuvassa C on esitetty mallilaskelmin tarkastellut asuinalueet ja liitteessä 2 kaikki tarkastellut asuinrakennukset. Korkeimmat rikkipitoisuudet havaittiin jätevoimalan koillispuolella sijaitsevien rakennusten kattotasoilla. Rikkidioksidipitoisuudet jäivät kuitenkin hyvin pieniksi kaikissa kohteissa. Suurimmillaan rikkidioksidin ohjearvoihin verrannolliset pitoisuudet olivat asuinrakennusten kattotasoilla noin 1 2 % rikkidioksidin ohjearvoista. 4.6 Mallilaskelmien tulosten epävarmuustekijät Leviämismallilaskelmilla saatavien tulosten luotettavuuteen vaikuttavat malliin syötettävät lähtötiedot sekä itse mallin toiminta. Mallilaskelmilla kuvataan ilmiöiden tavanomaista kehittymistä pitkällä aikavälillä yksinkertaistaen jossain määrin todellisuutta. Malliin sisältyy olettamuksia, jotka ovat välttämättömiä mallin toiminnan ja tietojen saatavuuden vuoksi. 20
Leviämismallinnusten tulosten tarkkuus riippuu etenkin päästötietojen oikeellisuudesta, päästöjen ja niiden vaihteluiden kuvaamisen tasosta mallilaskelmissa sekä meteorologisen aineiston alueellisesta ja ilmastollisesta edustavuudesta. Mallilaskelmilla saadaan tilastollisia pitoisuusarvoja, joiden muodostumiseen vaikuttaa voimakkaasti mm. kuinka päästöjen lyhytaikaisvaihtelu on kuvattu mallissa. Yleensä leviämismallilaskelmien tuloksiin liittyy epävarmuutta sitä enemmän mitä lyhyemmän jakson pitoisuusarvoista on kyse. 5 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tässä tutkimuksessa arvioitiin leviämismallilaskelmilla Vantaan Energian Långmossebergeniin rakennettavan jätevoimalan päästöjen aiheuttamia ilmanlaatuvaikutuksia laitoksen ympäristössä maanpintatasossa. Mallilaskelmin tarkasteltiin ulkoilman rikkidioksidin, typenoksidien, hiukkasten, kloorivedyn, fluorivedyn ja raskasmetallien sekä dioksiinien ja furaanienien pitoisuuksia. Jätevoimalan päästöjen aiheuttamia pitoisuuksia tarkasteltiin mallilaskelmissa kahdella päästötasolla: jätteenpolttoasetuksen päästörajojen mukaisesti arvioiduilla päästöillä sekä suunnitteluperusteisilla päästöillä, jotka ovat noin 60 70 % jätteenpolttoasetuksen mukaisista päästöistä. Långmossebergenin jätevoimalan päästöjen aiheuttamat pitoisuudet maanpintatasolla jäivät pieniksi molemmilla päästötasoilla tarkasteltuina. Suurimmat rikkidioksidin ohjearvoihin verrannolliset pitoisuudet ovat jätteenpolttoasetuksen mukaisilla päästörajoilla noin 2 3 % ohjearvoista. Suunnitteluperusteisilla päästörajoilla rikkidioksidipitoisuudet ovat noin 1,5 % ohjervoista. Suurimmat typpidioksidipitoisuudet ovat jätteenpolttoasetuksen päästörajoilla noin 1,5 2 % ohjearvoista ja suunnitteluperusteisilla päästörajoilla noin 1 1,5 % ohjearvoista. Tutkimusalueen suurimmat hiukkaspitoisuudet ovat molemmilla päästötasoilla noin 0,5 % hengitettävien hiukkasten vuorokausiohjearvosta. Raskasmetallien vuosipitoisuudet ovat noin 2 3 % kadmiumpitoisuuden tavoitearvosta ja 0,2 0,3 % lyijypitoisuuden raja-arvosta. Suurimmat jätevoimalan päästöjen aiheuttamat epäpuhtauksien pitoisuudet muodostuvat vuositasolla vallitsevien tuulensuuntien mukaisesti päästölähteiden koillispuolelle. Tutkimuksessa tarkasteltiin rikkidioksidipitoisuuksien muodostumista jätevoimalan ympäristössä sijaitsevien asuinrakennusten kattotasoille, missä rakennusten raittiinilmanotot yleensä sijaitsevat. Ylöspäin mentäessä pitoisuudet pääsääntöisesti laimenevat ja yläkerrosten korkeudella ilmanlaadun voidaan olettaa olevan maanpintatason ilmanlaatua parempaa. Pitoisuudet voivat kohota maanpintatasoa korkeammaksi, jos rakennukset estävät savukaasuvanan leviämistä ja päästöjen laimenemista ja tapahtuu ns. savupainumaa. Tarkastelluilla asuinalueilla pitoisuudet jäivät pieniksi. Pitoisuudet olivat suurimmillaan jätevoimalan koillispuolella sijaitsevien rakennusten kattotasoilla, jossa ne olivat samaa tasoa kuin tutkimusalueen maanpintatason maksimipitoisuudet. Mallilaskelmien perusteella voidaan arvioida, että suunnitelluilla päästömäärillä ja piippuratkaisuilla varmistetaan ilmanlaadun kannalta riittävän hyvät päästöjen leviämisja laimenemisolosuhteet. Jätevoimala on toiminnassa lähes koko ajan maksimiteholla, jolloin savukaasujen nousunopeus muodostuu huomattavan suureksi. Tämä kasvattaa leviämisen alkuvaiheessa ns. nousulisää, jonka seurauksena päästöt leviävät korkeam- 21
malle ja laimenevat tehokkaammin. Jätevoimalan päästöt eivät heikennä merkittävästi alueen ilmanlaatua eivätkä aiheuta ihmisille huomattavaa lisäaltistumista ilman epäpuhtauksille. 22
VIITELUETTELO Alaviippola, B. & Pietarila, H., 2007. YTV:n jätevoimalan savukaasupäästöjen ja kuljetusten päästöjen ilmanlaatu- ja altistusvaikutusten mallinnus. Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut. 59 s + 77 liites. Alaviippola, B., Pietarila, H. & Salmi, T., 2009. Ilmanlaadun arviointi Suomessa. Pienhiukkaset (PM 2,5). Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun asiantuntijapalvelut. 23 s. + 5 liites. ILSE, 2009. Ilmanlaadun seurannan tietojärjestelmä (ILSE), Ilmatieteen laitos. Karppinen, A. 2001. Meteorological pre-processing and atmospheric dispersion modeling of urban air quality and applications in the Helsinki metropolitan area. Academic dissertation. Finnish Meteorological Institute, Contributions No. 33, Helsinki Pietarila, H., Salmi, T., Saari H. & Pesonen, R., 2001. Ilmanlaadun alustava arviointi Suomessa. Rikkidioksidi, typen oksidit, PM 10 ja lyijy. The preliminary assessment under the EC air quality directives in Finland. SO 2, NO 2 /NO x PM 10, lead. Ilmatieteen laitos, Ilmanlaadun tutkimus. Rantakrans, E. 1990. Uusi menetelmä meteorologisten tietojen soveltamiseksi ilman epäpuhtauksien leviämismalleissa. Ilmansuojelu-uutiset 1/90, s. 18 20. Vnp 480/96. Valtioneuvoston päätös ilmanlaadun ohjearvoista ja rikkilaskeuman tavoitearvoista. Annettu 19.6.1996. Vna 711/2001. Valtioneuvoston asetus ilmanlaadusta. Annettu 9.8.2001 Vna 164/2007. Valtioneuvoston asetus ilmassa olevasta arseenista, kadmiumista, elohopeasta, nikkelistä ja polysyklisistä aromaattisista hiilivedyistä. Annettu 8.2.2007. World Health Organisation (WHO), 2006. WHO Air quality guidelines. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulphur dioxide. Global update 2005. Copenhagen, WHO Regional Office for Europe. 2008/50/EY. Euroopan parlamentin ja neuvoston direktiivi ilmanlaadusta ja sen parantamisesta. Annettu 21.5.2008 23
L I I T T E E T
Liite 1 LÄHTÖTIEDOT LEVIÄMISMALLINNUKSEEN: Vaihtoehto 1 jätteenpolttoasetuksen päästörajat Jätevoimala koostuu jätteen vastaanotto- ja käsittelylaitteista, kahdesta jätettä polttavasta arinakattilasta ja savukaasujen puhdistuslaitteistosta, maakaasua polttavasta kaasuturbiinista, lämmöntalteenottokattilasta sekä höyryturbiinilaitoksesta. Jätteenpolton savukaasut johdetaan savupiippuun, Laitoskuvaus Päästöt jossa on kaksi sisäpiippua, kummallekin identtiselle jätteenpolttolinjalle omansa. Leviämismallinnus tehdään jätteenpolttoasetuksen ja LCP-asetuksen mukaisilla maksimipäästöillä: Jätteenpoltto savukaasumäärä m3/h 260000 MCR-pisteessä, O2 11 %, kuiva, yhteensä molemmille linjoille Kaasuturbiini savukaasumäärä m3/s 77 O2 15 % 158400 JÄTTEENPOLTTOLAITOS KAASUTURBIINI LCP-asetus, kaasuturbiinille Jätteenpolttoasetus: tonnia vuodessa, yhteensä kahdelle tonnia vuodessa (LCPasetuksen mukaan) mg/m3 linjalle Rikkidioksidi SO 2 50 104 50 Typenoksidit NO x 200 416 111 Hiukkaspäästöt 10 21 Kloorivety HCl 10 21 Fluorivety HF 1.00 2.1 Dioksiinit ja furaanit 0.0000001 0.0000002 Kadmium Cd, tallium Tl 0.05 0.10 Elohopea Hg 0.050 0.10 Antimoni Sb, arseeni As, lyijy Pb, koboltti Co, kromi Cr, kupari Cu, mangaani Mn, nikkeli Ni ja vanadiini V 0.50 1.0 Kaasumaiset ja höyrymäiset orgaaniset aineet orgaanisen hiilen kokonaismääränä, TOC 10 21 Savupiippujen koordinaatit Site layout liitteenä Site layout liitteenä Piipun sijaintipaikan maanpintatason korkeus merenpinnasta +24m +24m Piipun korkeus maanpinnasta 70m 50m Piipun/hormin suun sisähalkaisija Piipussa kaksi sisäpiippua, yhden halk.1800mm 3900mm Savukaasun nopeus piipun suulla 20,3 m/s O2 9 % 23,7 m/s O2 11 % 8 m/s Savukaasun lämpötila piipun suulla 120 C 80 C Kattilarakennuksen/GT rakennuksen sekä lähirakennusten korkeudet ja mittasuhteet Site layout liitteenä Site layout liitteenä Arvioidut vuotuiset käyntitunnit (h/a tai h/kk) ja mahdollinen päästövaihtelu esim vuoden aikana 8000 h/a 8000 h/a Vaihtoehto 2 suunnitteluperusteiset päästörajat Jätteenpoltto savukaasumäärä m3/h 235000 NCR-pisteessä, O2 11 %, kuiva, yhteensä molemmille linjoille Kaasuturbiini savukaasumäärä m3/s 77 O2 15 % tasainen läpi vuoden, kesäaikaan noin 3 vkon seisakki tasainen läpi vuoden, kesäaikaan noin 3 vkon seisakki Kaasuturbiinin päästötasoarvio Suunnitteluraja-arvot (70 % jätteenpolttoasetuksen rajaarvoista, Hg 50 %) JÄTTEENPOLTTOLAITOS mg/m3 Rikkidioksidi SO 2 35 66 KAASUTURBIINI tonnia vuodessa, yhteensä kahdelle tonnia vuodessa (LCPasetuksen linjalle mukaan) 35 Typenoksidit NO x 150 282 78 Hiukkaspäästöt 7 13 Kloorivety HCl 7 13 Fluorivety HF 0.70 1.32 Dioksiinit ja furaanit 0.00000007 0.0000001 Kadmium Cd, tallium Tl 0.035 0.07 Elohopea Hg 0.020 0.04 Antimoni Sb, arseeni As, lyijy Pb, koboltti Co, kromi Cr, kupari Cu, mangaani Mn, nikkeli Ni ja vanadiini V 0.35 0.66 Kaasumaiset ja höyrymäiset orgaaniset aineet orgaanisen hiilen kokonaismääränä, TOC 7 13
Liite 2
L I I T E K U V A T Seuraavissa karttakuvissa on esitetty laskentapisteittäisistä keskiarvoista samanarvonviivoin muodostetut korkeimpien pitoisuuksien alueet, joilla tietyn pitoisuuden ylittyminen on pitkän havaintojakson aikana todennäköistä. Laskentapiste, johon muodostui koko tutkimusalueen suurin pitoisuus, on esitetty kuvassa valkoisella tähdellä. Pitoisuuksien aluejakaumat eivät edusta koko tulostusalueella yhtä aikaa vallitsevaa pitoisuustilannetta vaan ne kuvaavat eri päivinä ja eri tunteina esiintyvien, raja- ja ohjearvoihin verrannollisten pitoisuuksien maksimitasoa tutkimusalueen eri osissa. Suurimman osan ajasta pitoisuudet ovat kaikissa laskentapisteissä selvästi pienempiä kuin aluejakaumakuvissa esitetyt korkeimmat arvot. Lisäksi suurimmassa osassa tutkimusaluetta pitoisuudet ovat jatkuvasti merkittävästi pienempiä kuin niissä kohteissa, joissa maksimiarvot esiintyvät. Pitoisuuksien aluejakaumissa esiintyy kohonneiden pitoisuuksien kielekkeitä, joiden sijaintiin vaikuttaa varsinkin tuulen pysyvyys pitkällä tarkastelujaksolla tietyssä ilmansuunnassa. Maanpinnan muodot voivat aiheuttaa aluejakaumiin erillisiä suppeita alueita, joissa pitoisuudet ovat joko korkeampia tai matalampia kuin lähiympäristössään. Pistemäisten päästölähteiden välittömään läheisyyteen muodostuu usein ns. katvealue, jolla pitoisuudet ovat minimissään ja kasvavat lyhyellä etäisyydellä nopeasti. Tällaisten aivan päästölähteen ympärille muodostuvien, muita arvoja matalampien pitoisuuksien alueiden laajuuteen vaikuttavat piipun korkeus ja poistokaasujen nousulisä. Nousulisää aiheuttavat poistokaasujen nousunopeus piipussa sekä ulkolämpötilan ja poistokaasujen lämpötilan välinen ero.