Mittaamisesta ja mittaamisen ongelmista

Eri polttoprosessien hiukkas- ja erityisesti raskasmetallipäästöt ovat tällä hetkellä erityisen tarkkailun alla kiristyvien ympäristönormien ja toisaalta päästöjen terveysvaikutuksien/haittavaikutuksien takia.
Erityistä huomiota ovat viime aikoina saaneet polttoprosessien päästöjen pienhiukkaset (PM1, PM2,5, PM10) Maailmalla onkin menossa useita tutkimuksia näiden hiukkasten pääasiallisista päästölähteistä, vähentämistekniikoista, muutunnasta ilmakehässä, terveysvaikutuksista jne. Hengitettävät hiukkaset ovat merkittäviä. Ihmisille vahingollisimpia ovat alle 1 µm:n hiukkaset, koska ne tunkeutuvat syvälle hengityselimiin ja verenkiertoon.
Usein juuri pieniin hiukkasiin ovat takertuneet hiilivedyt ja raskasmetallit. PM1 (alle 1 μm)-hiukkasiin liittyy suurempia mittausepävarmuuksia, koska nykyisin käytössä oleva mittaustekniikka eli kuumasta kaasusta mittaaminen ei välttämättä kerro todellisia pienhiukkaspäästöjä. Tähän lienee odotettavissa mittaustekniikan kehittymistä mm. lisääntyneiden liikenteen päästömittausten ohjaamana. Pienhiukkasten raja-arvojen säätämisessä ongelmana on, ettei ole voitu todeta mitään erillistä kynnysarvoa, jonka ylittyessä vasta ilmenisi terveysvaikutuksia, vaan vaikutukset alkavat näkyä heti kun pitoisuudet kasvavat taustapitoisuudesta, joka puolestaan vaihtelee alueellisesti paljonkin. Lähteen Schwartz ym. (1996) mukaan PM2,5:n kahden päivän keskiarvossa 10 μg/m³n pitoisuuslisäykseen liittyi 1,5%:n päivittäisen kuolleisuuden lisäys. Hieman suurempi vaikutus tällä ulkoilman pienhiukkaspitoisuuden lisäyksellä oli keuhkosairauksiin (+3,3%) ja sydänsairauksiin (+2,1%).

Hiukkasten mittaustekniikoita tutkitaan aktiivisesti. Pienten määrien ja erityisesti kaasumaisten osaslajien analytiikka on hankalaa. Kiinteiden polttoaineiden polttoprosesseissa monista hivenaineista kuten raskasmetalleista voi aiheutua haitallisia sekä kaasun että hiukkasten muodossa olevia ympäristöpäästöjä. Hiukkasten ja raskasmetallien pitoisuuteen polttoprosesseissa vaikuttaa ratkaisevasti, missä muodossa raskasmetallit ovat sitoutuneet ja kuinka paljon niitä on eri polttoaineissa. Siihen, millä tavalla nämä vapautuvat, vaikuttaa todennäköisesti näiden aineiden esiintymismuodot, ts. minä yhdisteinä ko. aineet esiintyvät polttoaineessa. Jos nämä alkuaineet ovat kiinni hyvin stabiileissa rakenteissa, on mahdollista, että niiden vapautuminen polton aikana on hyvin vähäistä. Raskasmetallikloridit ovat helposti haihtuvia synnyttäen pienhiukkaspäästöjä ja lisäksi ne kerrostuessaan pinnoille kuonaavat prosessia ja aiheuttavat korroosiota. Osa raskasmetalleista on sitoutunut hiukkasiin, osa päästöstä on höyrynä.

On joukko epävarmuustekijöitä, jotka voivat vaikuttaa mittaustuloksiin. Näitä ovat itse raskasmetallimittausten epävarmuus mittausteknisesti sekä se, että yksittäinen mittaus kuvaa ainoastaan mittaushetken yksittäistä tilannetta eikä prosessin keskimääräistä tilaa, jota tarvittaisiin vuotuisten kokonaispäästöjen tarkempaan arvioimiseen. Erityisesti hiukkasten lukumäärä voi lähteestä/mittauspaikasta riippuen vaihdella hyvin runsaasti (Ntot=105-109 hiukkasta/cm3). Mittausolosuhteilla voi olla huomattava merkitys saatuihin tuloksiin. Hivenaineiden haihtuvuuteen ja läpäisyyn erilaisissa hiukkaserotinlaiteissa vaikuttaa myös, minkälaisia yhdisteitä ne voivat muodostaa polton aikana.

Laitosten mittaukset suoritetaan yleensä sellaisissa ajo-olosuhteissa, joissa hiukkaserottimet toimivat optimaalisesti. Mahdollisissa häiriötilanteissa hiukkaspäästöt voivat olla huomattavasti suuremmat. Tästä on esimerkkinä lähteenä olevassa kirjassa kivihiilen pölypoltto, missä hiukkaserottimien (ESP+FGD+FF) toimiessa optimaalisesti raskasmetallien arvioidut hiukkaspäästöt vuodessa ovat n. 540 kg/a, kun ne vuositasolla häiriötilanteet huomioonotettuna voivat olla n. 11 t/a.

Kestopuulle soveltuvia päästökertoimia ei ole käytössä.

Erilaisten polttoaineiden polttamisessa syntyviä hiukkasten kokonaismassa- ja raskasmetallipitoisuuksia eri tyyppisissä laitoksissa ennen hiukkaserottimia (pääasiassa sähkösuodattimien, kuitusuodattimien ja rikinpoistoyksiköiden tai näiden yhdistelmien) on paljon tutkittu. Näin pitäisi tehdä myös kestopuulle. Tällöin saataisiin kokonaiskuva hiukkasten ja raskasmetallien pitoisuuksista polton eri vaiheissa, ja voitaisiin määrittää ja tutkia erilaisten hiukkaserotinten erotustehokkuuksia (läpäisyjä).
Muita polttoaineita tutkittaessa on havaittu yhteys prosessin lämpötilan , polttoaineen ja mm. pienhiukkasten kloori- , kupari ja arseenipitoisuuksille. Suurempi kloorin määrä on lisännyt näiden aineiden suhteellista osuutta pienimmissä hiukkasissa.

Tyypillisesti poltossa syntyy kahdenlaisia hiukkasia. Pienhiukkaset syntyvät polton aikana höyrystyvistä aineista ja suuremmat yli 1 µm hiukkaset ovat peräisin palamattomasta polttoaineesta ja sen epäorgaanisesta mineraaliaineksesta. Leijupetimateriaalissa kolmannen hiukkastyypin muodostaa murskautunut petimateriaali. Petihiekasta vapautuvan raskasmetallin osuus ko. metallin kokonaispäästöstä voi tietyissä olosuhteissa olla merkittävä, jopa yli 90%. Mikäli petihiekasta tulevan raskasmetallipäästön osuutta ei osata arvioida mittaustilanteessa, (viranomaismittaukset) muodostuu mittaustuloksen edustavuus kyseenalaiseksi.(Väitöskirja Leijukerroskattilassa tapahtuvan puun, turpeen ja jätteiden sekapolton raskasmetallipäästöt ja niiden vähentäminen, Petri Kouvo 2003).

Johtopäätökset edellä olevasta YVA ohjelman suhteen olisivat seuraavanlaisia:

Kestopuun polttamisessa syntyviä hiukkasten kokonaismassa- ja raskasmetallipitoisuuksia eri tyyppisissä laitoksissa ennen hiukkaserottimia pitäisi tutkia. Kestopuun raskasmetallikloridit ovat helposti haihtuvia synnyttäen pienhiukkaspäästöjä. Kun hiukkasten ja raskasmetallien pitoisuuteen polttoprosesseissa vaikuttaa ratkaisevasti, missä muodossa raskasmetallit ovat sitoutuneet ja kuinka paljon niitä on polttoaineessa, polttoaineen ominaisuudet ja käyttäytyminen prosessissa on tiedettävä tarkasti. Kun kestopuu sisältää paljon raskasmetalliklorideja, mittauksia raskasmetallipäästöistä on tehtävä jatkuvatoimisemmin kuin jätteenpolttoasetuksessa on esitetty, koska kyse on ongelmajätteestä ja tämän määräämiseen ympäristöviranomaisella on mahdollisuus. ( Ekokem mittaa jatkuvasti) Mittaustoimintaan on käytettävä hyväksyttyjä standardeja ja kaasufaasi ja hiukkasfaasi on eriteltävä johtuen helposti höyrystyvistä metalleista. Mukaan on otettava myös petimateriaali. Mittaustoiminnan laaduntarkkailuun on kiinnitettävä huomiota. Kokonaiskäsityksen saamiseksi mittaustilanteiden optimoiminen tulisi välttää. Taho, joka mittaustyön tekee, on selvitettävä ja sen tulee olla auktorisoitu.

YVA selostuksessa tulee esittää miten, valitun suodatustavan ongelmat käsitellään. Mikäli valittavaksi tulee letkusuodatin, on osattava arvioida suodatusnopeuteen liittyvät vaihtelut ja niiden vaikutus, miten kuumat kaasut jäähdytetään, miten tarttuvien ja suurten hiukkasten esierottaminen tapahtuu, miten suhteellisen kosteuden tiivistyminen estetään, miten ohitukset häiriötilanteissa hoidetaan, miten usein ja millä tavoin letkut huolletaan ja vaihdetaan.

Lähteenä käytetty julkaisuja Energiantuotannon ja prosessiteollisuuden pienhiukkas- ja raskasmetallipäästöjen karakterisointi 2004, ja Selvitys raskasmetallipäästöistä Suomen enrgiantuotannossa 2004, Pienhiukkaspäästöt ja vähentämismahdollisuudet Suomessa 2005

Arseeni (As): Arseenimineraalit ja -yhdisteet liukenevat helposti maaperässä, mutta arseenin
kulkeutumista kasveihin rajoittaa sen vahva sitoutuminen saveen, hydroksideihin
ja orgaaniseen ainekseen. Arseenin kulkeutuvimmat muodot ovat sen kompleksiset anionit. Saastumattomassa maaperässä kasvavien kasvien arseenipitoisuus on mukaan enimmillään 1-2 mg/kg, mutta kasvit voivat kerätä saastelähteen sijainnista riippuen hyvinkin suuria määriä arseenia, jolloin on havaittu jopa yli 8000 mg/kg olevia pitoisuuksia.

Kromi (Cr) : Kromi on suureksi osaksi maaperässä suhteellisen huonoliukoisina yhdisteinä.
Oletettavasti kromia kulkeutuu kasveihin Cr3+ tai CrO4 2- -ionimuodossa. Kromia voi periaatteessa joutua kasveihin helposti liukoisen kuudenarvoisen kromi-ionin muodossa, joka kuitenkaan ei ole stabiili normaalissa maaperän kemiallisessa ympäristössä. Kromipitoisuudet kasveissa ovat
0,02 - 1 mg/kg:n luokkaa (maaperässä kromia on alle 100 mg/kg). Korkeat kromipitoisuudet
kasveissa ovat peräisin ihmisen aiheuttamista saastelähteistä, jolloin taso voi olla yli 10 mg/kg.

Kuparista (Cu) ei tietoa ollut näissä julkaisuissa.