hiukkasten lukumäärän ja keuhkodeposoituvan pinta- alan mittaukset erilaisissa ... · 2018. 4....
Post on 23-Jan-2021
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
Hiukkasten lukumäärän ja
keuhkodeposoituvan pinta-
alan mittaukset erilaisissa
ympäristöissä
Ilmanlaadun mittaajatapaaminen, Tampere
11.4.2018
-
Harri Portin
Yleistä hiukkasten
lukumääräpitoisuudesta ja
keuhkodeposoituvasta
pinta-alasta
2
-
Keuhkodeposoituva pinta-ala eli LDSA
• LDSA = lung deposited surface area
• Keuhkoihin päätyvien hiukkasten haitallisuutta arvioitaessa niiden
kokonaispinta-ala saattaa olla jopa tärkeämpi tekijä kuin vaikkapa
lukumäärä- tai massapitoisuus
• LDSA saadaan laskettua hiukkasten pinta-alajakaumasta ottamalla
huomioon erikokoisten hiukkasten todennäköisyys deposoitua
hengityselimistöön
• Yleensä LDSA lasketaan alveolaariselle eli keuhkorakkuloissa
tapahtuvalle depositiolle
3
-
Miten LDSA:ta mitataan?
• Periaatteessa hiukkasten lukumääräkokojakauman mittaaminen
riittää, siitä voi sitten laskea LDSA:n
• LDSA-mittalaitteitakin on jo olemassa, esim. Pegasor AQ Urban -
sensori, joita meilläkin on jo käytössä
• Aikaisemmin mm. TTY on mitannut LDSA:ta HSY:n asemilla ja
muualla pääkaupunkiseudulla (Kuuluvainen et al 2016), he
mittasivat kokojakauman ELPI:llä ja laskivat siitä LDSA:n
– Parin viikon mittausjaksojen keskimääräiset pitoisuudet
vaihtelivat 94 µm2/cm3 (Töölöntulli, katukuilu) ja 12 µm2/cm3
(Hietaniemi, kaupunkitausta) välillä
4
-
Hiukkaskokojakaumien mittaus
• HSY mittaa hiukkasten lukumääräkokojakaumia katukuilussa
Mäkelänkadun supermittausasemalla
• DMPS (differential mobility particle sizer), kokoalue 6-800 nm
• Samalla saadaan selville myös hiukkasten
kokonaislukumääräpitoisuus
• Helsingin yliopistolla on toinen vastaava laite Kumpulan
kaupunkitausta-asemalla
5
-
LDSA:n laskeminen DMPS:llä mitatuista
kokojakaumista
• Mäkelänkadulla on myös
Pegasor joten sen
havaintoihin voi suoraan
verrata
• Laskettiin LDSA-
tuntikeskiarvot väliltä 13.3.
- 3.9.2017 molemmille
laitteille
• Hyvin kalibroitu ja
ylläpidetty DMPS-laitteisto
sopii LDSA-pitoisuuden
mittaamiseen, ja sitä
voidaan käyttää myös
Pegasorin sensoritulosten
laadunvarmennuksessa
6
0 20 40 60 80 100 120 1400
20
40
60
80
100
120
140
LDSA, DMPS
LD
SA
, P
ega
sor
y = 1.0768*x + 1.2808R = 0.95
-
Otetaan vielä Kumpulan tausta-aseman DMPS
mukaan vertailuun
7
2015 2016 2017 20180
2
4
6x 10
5
Lu
ku
määrä
pitois
uus (
#/c
m3)
Kokonaispitoisuudet
Mäkelänkatu
Kumpula
2015 2016 2017 20180
200
400
600
LD
SA
(µ
m2/c
m3)
Kokonais-LDSA
Keskiarvot 2015-2017:
Mäkelänkatu 15400 #/cm3
Kumpula 4800 #/cm3
Keskiarvot 2015-2017:
Mäkelänkatu 21.5 µm2/cm3
Kumpula 11.6 µm2/cm3
Kumpulan data: Helsingin yliopisto/Pasi Aalto
-
Kokojakaumia Mäkelänkadulta ja Kumpulasta,
keskiarvoistettu 3/2016 – 2/2017
8
-
Keskimääräiset vuorokausisyklit 3/2016 – 2/2017
9
-
Vuodenaikojen vaikutus LDSA:han, Mäkelänkatu,
kevät 2016 – talvi 2017
10
-
Viikonpäivien vaikutus LDSA:han, Mäkelänkatu
11
-
Anssi Julkunen
LDSA mittaukset
pääkaupunkiseudulla
12
-
Pegasor AQTM Urban hiukkassensori
• Mittausmenetelmä perustuu hiukkasten
sähköiseen varautumiseen (diffusion charger)
• Mittaa hiukkasten aktiivista pinta-ala (LDSA)
(µm2/cm3), indikatiivisesti myös lukumäärä- ja
massapitoisuutta
• Havaitsee hiukkasia, joiden halkaisija on noin
10 - 400 nm (PM0.4)
• Indikoi polttoperäisistä, lähilähteistä peräisin
olevia pienhiukkasia (liikenne, pienpoltto)
• Keskiarvoistusaika: 1-360 s (60 s HSY)
• Tiedonsiirto: Modbus over Ethernet;
kytkettävissä langallisesti tai langattomasti
Envidas Ultimate tiedonkeruujärjestelmään tai
pilvipalveluun
-
2 km
Vilkkaat kadut
Pientaloalueet
Mittausasemat
Satama
Pääväylät
Sensoripaikat
Pientaloalueet
Tausta-alueet
© Taustakartta: Helsinki, Espoo Vantaa, Kauniainen, HSY, 2016
Vilkkaat kadut
Ilmanlaadun mittausasemat (12 kpl) ja HAQT-hankeen
sensoripaikat (15 kpl) pääkaupunkiseudulla vuonna 2018Vaisala AQT420
18 mittauspaikassa
-
2 km
Vilkkaat kadut
Pientaloalueet
Mittausasemat
Satama
Pääväylät
Sensoripaikat
Pientaloalueet
Tausta-alueet
© Taustakartta: Helsinki, Espoo Vantaa, Kauniainen, HSY, 2016
Vilkkaat kadut
Ilmanlaadun mittausasemat (12 kpl) ja HAQT-hankeen
sensoripaikat (15 kpl) pääkaupunkiseudulla vuonna 2018Pegasor AQTM Urban
10 mittauspaikassa
-
LDSA-pitoisuuksia HAQT-hankkeen mittauspisteissä
pääkaupunkiseudulla alkuvuonna 2018
16
• Korkeimmat pitoisuudet erittäin vilkasliikenteisissä ympäristöisä
• Pientaloalueilla korkeita pitoisuuksia erityisesti heikkotuulisina
pakkasiltoina, mutta suurta vaihtelua eri mittauspaikkojen välillä
LDSA
-
Eri komponenttien pitoisuusvaihtelu alkuvuonna 2018
17
-
LDSA ja BC-pitoisuuksien välinen korrelaatio Itä-Hakkilan
pientaloalueella alkuvuonna 2018
• LDSA- ja BC-pitoisuuksien välillä voimakas korrelaatio, koska molempien
päälähteenä puunpolton lähipäästöt (+ liikenne) talvi-iltoina Itä-Hakkilassa
• LDSA ja PM2,5 välillä vain heikko korrelaatio, koska PM2,5-massalla monia
lähteitä (erityisesti kaukokulkeuma ja alueellinen tausta)
18
-
LDSA ja BC-pitoisuuksienvälinen korrelaatio
pientaloalueella ja vilkkaassa liikenneympäristössä
Itä-Hakkila
Mäkelänkatu
19
y = 7.43x + 6.10R² = 0.82
0
30
60
90
120
150
0 3 6 9 12 15
LD
SA
(µ
m2/c
m3)
BC (µg/m3)
y = 1.02x + 5.51R² = 0.26
0
30
60
90
120
150
0 10 20 30 40 50
LD
SA
(µ
m2/c
m3)
PM2,5 (µg/m3)
y = 14.80x + 7.21R² = 0.69
0
30
60
90
120
150
0 3 6 9 12 15
LD
SA
(µ
m2/c
m3)
BC (µg/m3)
y = 1.54x + 7.37R² = 0.34
0
30
60
90
120
150
0 10 20 30 40 50
LD
SA
(µ
m2/c
m3)
PM2,5 (µg/m3)
-
LDSA pitoisuus Itä-Hakkila lauantai 20.1.2018
1
2
3
4
-
NOx ja mustahiili (BC) mittaukset parantavat LDSA
tulosten tulkintaa ja päästölähteiden arviointia
1
12
2
4
4
-
LSDA tulosten tulkintaa voidaan parantaa myös
yhdistelemällä sensorimittauksia
• LDSA pitoisuus vs. Vaisala AQT420 sensorilla mitattu CO pitoisuus
• CO pitoisuus indikoi epätäydellistä palamista (esim. puun pienpoltto)
2
4
-
Yhteenveto ja johtopäätöksiä
• Sensorilla mitatut LDSA pitoisuudet korreloivat hyvin DMPS tuloksista
johdettujen LDSA pitoisuuksien kanssa
• Korrelaatio muiden yhdisteiden kanssa vaihtelee lähteestä riippuen
• LDSA sensorimittaukset ovat kohtuullisen edullinen ja helppo tapa mitata
lähilähteistä peräisin olevia polttoperäisiä pienhiukkasia, mutta
mittaukset eivät yksinään kerro hiukkasten lähdettä
• Mittauspaikan valinnalla ja muiden yhdisteiden samanaikaisella
mittaamisella voidaan parantaa tulosten tulkintaa
• LDSA pitoisuuksien ajallisesta ja alueellisesta vaihtelusta tarvitaan vielä
lisää mittaus- ja tutkimustietoa, jota esim. HAQT projekti tuottaa
• Pitkäaikaiset mittaukset antavat tietoa polttoperäisten pienhiukkasten
päästöjen kehittymisestä ja paikallisten ilmasuojelutoimien vaikutuksista
ilmanlaatuun
• Paljonko on paljon? LDSA pitoisuuden ilmanlaatuindeksi?
top related