Presentation laddar. Vänta.

Presentation laddar. Vänta.

Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/10 2004 Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, 21100.

Liknande presentationer


En presentation över ämnet: "Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/10 2004 Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, 21100."— Presentationens avskrift:

1 Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/ Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, Lund e-post:

2 Atmosfäriska aerosoler– Negativa effekter Människors hälsa PM2.5/PM10 Cancerogena ämnen Klimat Direkt effekt (ljusspridning) Indirekt effekt (moln) Försurning Långdistanstransport Toxiska substanser Tungmetaller, organiska miljögifter

3 FNs klimatpanel för klimatförändrigar (IPCC) The Global Mean Radiative Forcing of the Climate System 1750 till 2000 Strålningsförändring (W/m 2 ) Avkylning Uppvärmning Nuvarande kunskapsnivå Freoner Växthusgaser  Mycket låg  Låg Hög Medium Aerosolpartiklar Partiklar  Moln

4 WHO - WHO - Hälsoriskbedömning för PM10

5 Partiklar - Hälsoeffekter WHO uppskattar att exponering för fina partiklar (PM2.5) i utomhusluften leder till cirka extra dödsfall (och förlorade levnadsår) årligen i Europa. WHO, World Health Report 2002, Geneva.

6 Viktigaste luftföroreningarna ur hälsosynpunkt Partiklar, PM 10 Finns norm (fr 2005) Ozon, O 3 Mål Kvävedioxid, NO 2 Finns norm (fr 2006) Bensen, C 6 H 6 Finns norm (fr 2010) Benso[a]pyren, BaPFörslag PAHFörslag Tungmetaller (Cd, Pb, Cu, Hg, As, Cr) Förslag (Pb norm) Flyktiga kolväten, VOCMål för utsläppen Kolmonoxid, COFinns norm Svaveldioxid, SO 2 Finns norm

7 Halter - Miljökvalitetsnormer PM10 Stort problem på många platser - Oförändrade Långdistanstransport Lokalt genererade slitagepartiklar (trafik) Lokal vedeldning NO2 Överskridanden på vissa platser – sjunkande(?) Lokal vägtrafik (avgaser) Inget problem 2010 Bensen Troligen inget problem(?) - sjunkande Vägtrafik Vedeldning Benso[a]pyren Begränsat problem(?) - sjunkande Vägtrafik, avgaser Vedeldning Industrier

8 Partiklar Storleksfördelningar

9 Grova partiklar Fina partiklar Heta ångor, gaser Mekaniskt genererade Kondensation Nukleering Nukleeringsmod Ackumuleringsmod Grovmod Koagulering Partikeldiameter (µm) Partiklarna fördelar sig på olika ”moder”

10 Aitken mode Accumulation mode Coarse Particles Particle Diameter (  m) Sedimentation Rainout and Washout Wind blown dust + Emissions + Sea spray + Volcanoes + Plant Particles Coagulation Condensation nuclei Agglomerates Droplets Coagu- lation Primary particles Homogenous nucleation and condensation Hot vapours Low volatility gases Gas phase chemical reactions Coagu- lation Nucleation mode Activation Condensation Diffusion

11 Storleksfördelningar Samma partikelfördelning – Olika sätt att presentera data Antalet partiklar Partiklarnas yta Partiklarnas volym eller massa Partikeldiameter (µm)

12 Partiklar - Antalsfördelning Linjär skala Logaritmisk skala Partikeldiameter D p (µm)

13 Volym och massfördelningar Olika kontinentala miljöer Urban miljö Jordflykt Bakgrund Urban påverkan Urban påverkan Nära större väg Partikeldiameter D p (µm)

14 Fina partiklar – Många och farliga? Grova partiklar – Få men mycket massa PM ingen enhetlig sammansättning Vad är farligt med PM? (massa, antal, yta?) Hur bör PM övervakas och begränsas?

15 Partikeldiameter Svårt både att mäta och beskriva en partikels form och storlek Storlek anges istället som ekvivalent diameter d?

16 Partikeldiameter Aerodynamisk ekvivalent diameter Diametern på den sfär med densiteten 1g/cm 3 som har samma sedimentations-hastighet som partikeln ifråga. Stokes ekvivalent diameter Diametern på den sfär som har samma sedimentationshastighet och densitet som partikeln ifråga.

17 Ekvivalent Partikeldiameter Utgår från sedimentationshastigheten Volymekvivalent diameter Formfaktor = 1.36 d e = 5.0 µm r p = 4 g/cm 3 Stokes ekvivalenta sfär d s = 4.3 µm r p = 4 g/cm 3 Aerodynamiskt ekvivalent sfär d ae = 8.6 µm r p = 1 g/cm 3 v TS =0.22 cm/s

18 Exempel på oregelbundna partiklar Fotogenlampa (sotagglomerat)Partiklar fråm slitage av bildäck TEM-bilder

19 Partikelavskiljning - olika konventioner IPM: Inhalerbar partikelfraktion (andel som kan inandas genom näsa eller mun) TPM: Lungpartikelfraktion (eng. thoracic; andel som kan passera svalget) RPM: Respirabel partikelfraktion (andel som kan nå lungblåsorna) PM10 PM2.5

20 Partiklar i finmoden Partiklar i grovmoden Aerodynamisk partikeldiameter D ae (µm)

21 PM10 Sammansättning - Europa Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/) Jämförelse: Gravimetrisk PM10-massa (referensmetod) – Summan av kemiskt bestämda komponenter

22 PM2.5 Sammansättning - Europa Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/) Jämförelse: Gravimetrisk PM2.5-massa – Summan av kemiskt bestämda komponenter

23 Grovmod sammansättning - Europa PM10-PM2.5 Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

24 Partikel-bundet vatten som borde avlägsnas Lättflyktiga föreningar som borde vara kvar Aerodynamisk diameter (µm) Lättflyktiga föreningar som kan försvinna under eller efter provtagning Sot eller “elementärt kol” Organiskt kol

25 Felkällor vid aerosolmätning Ursprunglig aerosol Provtagnings- effektivitet Interna förluster Sensorns respons Databearbetning Aerosol- provtagare 234 cm -3

26 Standarder för mätning av PM Befintliga och kommande US EPA & National standards EN12341 PM10 Std. (1996) 2 nd Daughter Directive CAFE (Clean Air For Europe) EN PM2.5 Std. (April 2004) Dotterdirektiv for tungmetaller och PAH (Cd, Pb, Cu, Hg, As, Cr)

27 USA och Europa Krav på konditionering av filter vid vägning för bestämning av PM-halter

28 Föreslagen PM2.5 mätstandard EN Viktiga skillnader gentemot PM10-standard Provtagningsflöde: 2.3 eller 30 m 3 /timme. Måste provta vid omgivningstemperatur (+/-5°C). Filter måste tas ur provtagaren inom 4 timmar efter avslutad provtagning eller…. filter hålls vid < 20°C efter provtagningen. Vågen måste ha en nogrannhet och precision på bätttre än 10 µg. Samma krav på konditionering (temp, fuktighet) men strängare Q.A. (t.ex. upprepning av vägning inom timmar) – EN12341 PM10 och EN14907 PM2.5 kräver båda 50% r.f. och 20°C Ny procedur för godkännande av ekvivalenta mätmetoder.

29 Våta och torra PM storleksfördelningar (Pittsburgh Air Quality Study, PAQS, Pandis et al.) Torr, 20% r.f. Våt, 68% r.f. Volymökning p.g.a. vatten Partikelbundet vatten =  w (V wet -V dry )

30 Våta partiklar vid r.f. < 60% Partikelbundet vatten, juli 2001 (Pittsburgh Air Quality Study, PAQS, Pandis et al.)

31 PM2.5 Sammansättning Pittsburgh, USA, Juli 2001 Spyros Pandis m.fl. Datum (Juli 2001) Vatten kan utgöra en stor del av PM2.5. Referensmetod (gravimetrisk) Vatten

32 Forsdala, Lycksele – Partikelmätningar 2002 Hygroskopiska egenskaper (TDMA) Partikelstorleksfördelningar (DMPS) Elementsammansättning (SAM) (filter fin-, grovfraktion, PIXE) Kemisk sammansättning (Hi-Vol PM10) Partikelmassa (TEOM) (PM10 / PM2.5) Huvudjoner (filter, IC) Sot Rapporter BHM:

33 Differential Mobility Particle Sizer DMPS Monodispers aerosol Bipolär laddare CPC Aerosol- partiklar DMA Tork Partikel- räknare dN/dD p d0d0 DpDp DMA “Transfer Function” Mäter: Partiklarnas storleksfördelning (< 1 µm, oftast torrt)

34 Variationerna i partikelhalter Forsdala, Lycksele 2002 Mycket stor variation av antalet partiklar! Vedeldning betydande källa i Lycksele. Bakgrund Partikelantal (cm -3 )

35 Partikelmassa och volym Forsdala, Lycksele 2002 Partikelvolym beräknat från DMPS-data uppvisar god samvariation med PM-halterna (TEOM). PM0.85 beräknat från DMPS-data (densitet 1 g/cm 3 ) utgör 66% av PM2.5 och 50% av PM10.

36 Hälsoeffekter Halter och gränsvärden

37 Akuta korttidseffekter Dödlighet Förändring av dödlighet per dygn (%) Uppskattad procentuell förändring i dödlighet per dygn vid en ökning av PM10 med 10 µg/m 3 (95% konfidensintervall). (Pope et al. 1995) +0.7% per 10 µg/m 3 ökning av PM10

38 Partiklar Utomhusluft Gränsvärden USA - National Ambient Air Quality Standards Årligt medelvärde24-timmar PM-2.5 (1997)15 µg/m 3 65 µg/m 3 PM-10 (1997)50 µg/m µg/m 3 EU-stater - Air Quality Limit Values (MKN) Årligt medelvärde24-timmar PM-10 (2005)40 µg/m 3 50 µg/m 3 (35/år) PM-10 (2010) 20 µg/m 3 50 µg/m 3 (7/år)

39 WHO-rapporten ”It has been estimated that exposure to fine particulate matter in outdoor air leads to about deaths (and years of life lost) annually in Europe.” ”The present information shows that fine particles (commonly measured as PM2.5) are strongly associated with mortality and other endpoints such as hospitalization for cardio-pulmonary disease, so that it is recommended that Air quality guidelines for PM2.5 be further developed.” ”Epidemiological studies on large populations have been unable to identify a threshold concentration below which ambient PM has no effect on health.”

40 Second Position Paper on Particulate Matter CAFE Working Group on Particulate Matter August 20th, 2003 “In the light of these health-related findings the PM Working Group recommends the use of PM2.5 rather than PM10 as the principal metric for assessing exposure to particulate matter. It is further recommended to maintain monitoring PM10 at a lower intensity ….” “It is recommended that once PM2.5 limit values have come into force and have replaced the Stage 1 PM10 limit values, the PM10 indicative limit values currently set for Stage 2 in the First Daughter Directive should be reclassified as target values with the aim to help control the coarse fraction, PM ”

41 C. Robles-Gonzalez, J.P. Veefkind and G. de Leeuw, GRL 27(2000) Aerosol Optical Depth over Europe

42 Europeiska PM10-halter Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

43 Europeiska PM2.5-halter Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

44 Europeiska PM-halter PM2.5 och PM10 samvarierar Kvoten PM2.5 / PM10 = 0.5 to 0.9 Putaud et al., 2003 (http://ccu.ei.jrc.it/ccu/)

45 Relevanta Miljömål: Frisk luft God bebyggd miljö

46 PM10, Årsmedelvärde, 90- och 98%-iler Källa: Urbana Mätnätet, IVL 90%-il Årsmedel Föreslagna nya delmål Syd Nord PM10-halt (µg/m 3 )

47 PM2.5, Årsmedelvärde, 90- och 98%-iler Uppskattning utifrån PM10 halter 90%-il Årsmedel Föreslagna nya delmål Syd Nord Källa: Urbana Mätnätet, IVL PM2.5-halt (µg/m 3 )

48 PM10-halter i Stockholm år 2002 PM10 90-percentil Hornsgatan Essingeleden Sveavägen Norrlandsgatan Valhallavägen Roslagsvägen E4 Sollentuna Södermalm (tak) Upplands Väsby (kaminer) Bakgrund Miljökvalitetsnorm, 2005 Övre utvärderingströskel Förslag, 2015 PM10-halt (µg/m 3 )

49 Antal överskridanden av PM10 MKN Över 50 µg/m 3 tillåtet högst 35 dygn/år Antal överskridanden per månad av dygnsmedelvärdet 50 µg/m 3 PM10-halt (µg/m 3 ) Månadsmedelvärde (µg/m 3 )

50 Förslaget innebär överskridande i samtliga tätortsmiljöer i Sverige Huvudkällor: 1.Långdistanstransport 2.Vägdamm 3.Icke miljögodkända vedpannor Långdistanstransport påverkar främst årsmedel Lokala källor påverkar främst 90%-il

51 Modellerat partikelantal över hela Lycksele Medelvärde partikelantal (exklusive bakgrund) Partikelantal från vedeldning Partikelantal från trafik Lars Gidhagen, SMHI

52 Dygnsmedelvärde partikelantal (exkl. bakgrund) vid temperaturer < -30 °C (24 jan 2002) Modellerat partikelantal över hela Lycksele Partikelantal från vedeldning Partikelantal från trafik Lars Gidhagen, SMHI

53 Storleksfördelning i olika 5-temperaturintervall Forsdala, Lycksele, jan-mars 2002 Natt Vedeldning (70 nm) Trafik (20 nm)

54 Beräknade halter av ultrafina partiklar i Stockholm Antal per cm 3 Lars Gidhagen, SMHI Ultrafina partiklar: < 100 nm

55 Stor samvariation mellan antalet partiklar och NOx i trafikmiljöer ToN = 606*[NOx] Christer Johansson m.fl., SLB

56 ”Utveckling och validering av modell för beräkning av PM10 i urban miljö” Finansierat av Vägverket, Borlänge Mätplats: Vallstanäs (E4 norr om Stockholm)

57 Vägsimulator VTI Linköping Finansierat av Vägverket, Borlänge

58 Andel dubbdäck och jordstoftskällor Vallstanäs (E4)

59 Vallstanäs (E4) Flera källor av betydelse för PM10-halterna förutom avgaserna Kall, nederbörd period Kall, torr period Uppmätt PM10: 21.2 µg/m 3 (medel) Uppmätt PM10: 52,2 µg/m 3 (medel)

60 Sammanfattning Källor till partiklar i städer Antal partiklar: –Lokala bensin och dieselavgaser viktigast –Vedeldning i vissa områden –Nästan försumbart bidrag från intransport PM10: –Inget (<10%) bidrag från fordonsavgaser –Dubbdäck (och vinterväghållning) medför höga PM10 halter i Sverige jämfört med andra städer i Europa –Vedeldning kan ge betydelsefulla lokala bidrag –Långdistanstransporten viktig

61 Epidemiologi – Länk mellan halter i utomhusluft och olika hälsoeffekter. Luftkvalitets- mätningar ? Halter Emission Exponering Dos Hälsoeffekt Dosen av partiklar till andningsvägarna borde vara mer relevant än halter i utomhusluften! Spridnings- modellering Emissions- mätningar Källor - Partikelhalter – Hälsoeffekter

62 Lungdeposition av partiklar - ICRP Total Partikeldiameter (µm) Deponerad partikelandel Lungblåsor

63 Sotpartiklarna (gulfärgade) har tagit sig in genom luftvägarna och ansamlas i lungblåsorna - alveolerna - (violetta). Fotograf: Lennart Nilsson

64 En vit blodkropp från kroppens immunförsvar (färgad i blått) försöker attackera sotpartiklarna och äta upp dem. Fotograf: Lennart Nilsson

65 Partikeldeposition i andningsvägarna Inte känt: Vilka fysikaliska/kemiska egenskaper hos de deponerade partiklarna ger upphov till de observerade hälsoeffekterna? Av intresse att kunna mäta eller uppskatta: Depositionen av aerosolpartiklar avseende Antal Yta Massa (Volym) till de olika delarna av andningsvägarna.

66 Total Partikeldepositionens effektivitet är starkt storleksberoende Den relevanta storleken är den som partiklarna uppnår genom tillväxt i andningsvägarnas fuktiga miljö. Viktiga parametrar: Partiklarnas torrstorleksfördelning Partiklarnas hygroskopiska egenskaper som funktion av partikelns torrstorlek Partikeldeposition i andningsvägarna - ICRP

67 Partiklarnas hygroskopiska egenskaper Av betydelse för partikeldepositionen i lungorna Deposition ökar Deposition minskar Hygroskopiska partiklar gör att minimat i depositionskurvan förskjuts mot mindre storlekar.

68 Partiklarnas hygoskopiska egenskaper Lungdeposition (Forsdala) Lungdepositionen (antal, yta,volym) kan beräknas med en tidsupplösning på 10 minuter.

69 Medelvärden av partikelantal, yta och volym uppmätta i Forsdala under mätkampanjen i januari-mars 2002 samt andel som deponeras i andningsvägarna. Antal (cm -3 ) Yta (m 2 /cm 3 ) Volym (m 3 /cm 3 ) Hela perioden Kallt (< -10 C) Varmt (> -10 C) Deponerad andel (hela perioden) Lungblåsorna 26%10%11% Bronker och svalg 8%2%3% Mun och näshäla 7%16%27% Totalt 43%29%41%

70 Ny metod för snabba mätningar av aerosolpartiklars deposition i andningsvägarna Avd. för Ergonomi och Aerosolteknik, Avd. för Kärnfysik (LU/LTH) l Skillnaden ger andelen partiklar som deponeras i andningsvägarna. l Partiklarnas i både in- och utandningsluften mätes med avseende på antal och storlek. Mätutrustningen l Snabb metod (~5 min.) l Kan mätas i hemmet på arbetsplatsen eller i utomhusmiljö. APS DMA Exhaled Sample Drier CPC x Inhaled Sample T=40  C SMPS Inhalation Port Exposure Chamber or Room Aerosol

71 Partikeldeposition i andningsvägarna NaCl, Frisk manlig vuxen person


Ladda ner ppt "Partiklar stora som små OPSIS Användarmöte Göteborg 7/10 2004 Erik Swietlicki Professor Avdelningen för Kärnfysik Lunds Tekniska Högskola Box 118, 21100."

Liknande presentationer


Google-annonser