VOC-mätningar på Sprängkullsgatan i Göteborg Vinterhalvåret 2001/2002 Karin Persson IVL Svenska Miljöinstitutet AB Rapport 130 22 augusti 2002
Organisation/Organization IVL Svenska Miljöinstitutet AB IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd. Adress/address RAPPORTSAMMANFATTNING Report Summary Projekt titel/project title Box 47086 402 58 Göteborg Uppdragsgivare/Client Telefonnr/Telephone 031-725 62 39 Göteborgsregionens luftvårdsprogram Box 5073 Rapportförfattare/author Karin Persson 402 22 Göteborg Rapportens titel och undertitel/title and subtitle of the report Gaturumsmätningar av VOC på Sprängkullsgatan i Göteborg Sammanfattning/Summary På uppdrag av Göteborgsregionens luftvårdsprogram har IVL genomfört mätningar under vinterhalvåret 2001/02 av lättflyktiga kolväten i ett gaturum vid Sprängkullsgatan i Göteborg. Vinterhalvårsmedelvärdet av bensen var ca 7 µg/m 3, för toluen ca 19 µg/m 3 och för summa xylen ca 14.5 µg/m 3. För bensen är kvoten mellan urban bakgrund och gaturum i Göteborg ca 3.5. Nyckelord samt ev. anknytning till geografiskt område eller näringsgren/keywords lättflyktiga kolväten, VOC, gaturumsmätning, bensen, toluen, xylen Bibliografiska uppgifter/bibliographic data Arkivnr L 02/37
Sammanfattning På uppdrag av Göteborgsregionens Luftvårdsprogram har IVL genomfört mätningar under vinterhalvåret 2001/2002 av lättflyktiga kolväten (VOC) i ett gaturum vid Sprängkullsgatan i centrala Göteborg. Mätningarna är en uppföljning av tidigare mätningar vinterhalvåren 97/98 2000/01 vid samma mätplats. Vinterhalvårsmedelvärdet för bensen 01/02 var ca 7 µg/m 3, för toluen 19 µg/m 3 och för summa xylen ca 14.5 µg/m 3. Halterna var i samma nivå som de uppmättahaltern 2000/01. För bensen är kvoten mellan gaturum och urban bakgrund i Göteborg 3.5. För jämförelse med Naturvårdsverkets föreslagna miljökvalitetsnorm (2.5 µg/m 3 ) samt EU gränsvärdet (5 µg/m 3 ) för bensen, erfordras årsmedelvärden. En förenklad beräkning, utifrån haltkvoter mellan mätningar under vinter- och sommarhalvår, av årsmedelvärden har utförts. Sprängkullsgatans uppskattade årsmedelvärde blev ca 6 µg/m 3, vilket innebär att varken gränsvärdet eller miljökvalitetsnormen är uppfyllt i nuläget. En framskrivning av halterna på Sprängkullsgatan har också gjorts till år 2010, vilken visar att halterna sannolikt överskrider föreslagen miljökvalitetsnorm även då.
Innehållsförteckning Sammanfattning... 1 1. Bakgrund... 1 2. Mätmetod... 1 3. Mätplats... 1 4. Resultat... 2 4.1. Datatillgänglighet... 2 4.2. Väder... 2 4.3. Vinterhalvårsmedelvärden... 2 4.4. Jämförelse med urban bakgrund... 3 4.5 Kvotförhållanden mellan VOC-komponenter... 4 5. Diskussion... 5 6. Referenslista... 7 Bilaga 1 Bilaga 2 Metodbeskrivning Veckomedelvärden från Sprängkullsgatan och Kungsportsplatsen vintern 2000/01
1. Bakgrund Enligt miljökvalitetsnormer (MKN) och EU direktiv för omgivningsluft gäller att de ska vara uppfyllda i miljöer där människor vistas. Mätningar av luftföroreningar i gaturum har härmed blivit ännu viktigare för landets kommuner eftersom högst halter och därmed störst risk för överskridande av gränsvärden sker i gaturummen. Till följd av EUs direktiv 2000/69/EC för bensen samt förslag på en miljökvalitetsnorm (MKN) för bensen har Göteborgs regionens luftvårdsprogram gett IVL Svenska Miljöinstitutet i uppdrag att mäta halten av lättflyktiga kolväten (VOC) på Sprängkullsgatan i Göteborg. Mätningarna har pågått i fem vinterhalvår. Dessa mätningar föregicks av en kartläggning av VOC-halterna i en rad hårt belastade gaturum i Göteborg för att kunna identifiera ett av det ur luftkvalitets hänseende mest belastade gaturummet (Persson, K., 1997). I denna rapport sammanställs mätningarna för vinterhalvår 2001/02. Jämförelse görs med tidigare års mätningar samt mätningar i urban bakgrund i Göteborg (Kungsportsplatsen). 2. Mätmetod Mätningarna sker veckovis med diffusionsprovtagning och veckomedelvärde för åtta olika VOC - komponenter, bensen, toluen, oktan, butylacetat, etylbensen, m+p-xylen, o-xylen, nonan, erhålles. Diffusionsprovtagare kallas även passiva provtagare på grund av att de inte kräver elektrisk ström vid provtagning utan metoden bygger på gasers naturliga rörelser i luft genom molekylär diffusion. En utförlig beskrivning ges i Bilaga 1. VOC-provtagaren består av ett rör i rostfritt stål som är fyllt med ett adsorptionsmaterial (Tenax - TA) på vilket kolväten adsorberas. Provtagningsflödet bestäms av sträckan mellan inloppet på röret och adsorbenten. Efter exponering försluts provtagaren och skickas tillsammans med fältblanken tillbaka till IVL s laboratorium för analys på gaskromatograf. Analysen av VOC är godkänd för ackreditering av SWEDAC (Styrelsen för teknisk ackreditering). 3. Mätplats Sprängkullsgatan (gaturum): Utmärkande för mätplatsen är att det i närområdet dagligen vistas många människor, på trottoarer, i bostäder, kontor och skolor. Mätsonden är placerad 2.5 m över marken på en kombinerad cykel/gångbana, cirka 2 m från en dubbelriktad gata med två filer i varje riktning, och cirka 2.5 m från mätsonden är en husfasad. Cirka 20 meter från mätpunkten finns mindre korsning (Sprängkullsgatan och Parkgatan) och ytterligare ca 20 m bort en större korsning (Södra Allégatan och Sprängkullsgatan). Sprängkullsgatan trafikeras dagligen av 1
cirka 20000 fordon och andelen tung trafik är cirka 20%. Mätpunkten uppfyller de krav på mätplatsens placering som ställs i Naturvårdsverkets föreskrifter om mätmetoder (NFS 2000:12) samt i EUs direktiv (2000/69/EC). Urban bakgrund: En urban bakgrundstation är avsedd att ge en integrerad medelbelastning av luftföroreningssituationen i en tätort. Provtagningsplatsen ska vara belägen i en hårt föroreningsbelastad punkt centralt i tätorten, men luftintaget ska vara skild från direktpåverkan av närliggande källor, cirka 3-10 m ovan marken, vanligtvis ovan tak. 4. Resultat 4.1. Datatillgänglighet Vinterhalvårsmätningarna påbörjades vecka 46, 2000-11-12, och avslutades vecka 19, 2002-05-12. Mätdata saknas för vecka 01 till följd av att vecka 51 provtogs i 2 veckor. En veckas mätdata har strukits eftersom halterna var orimligt låga. 4.2. Väder Hösten och förvintern präglades av milt, nederbördsrikt och blåsigt väder. Kraftiga åskväder härjade i Göteborgstrakterna under december (SMHI 2002). December var extremt kallt i hela landet. Under januari var det milt väder i Södra Sverige. Mitten av januari var vädret mycket ostabilt som resulterade i mycket höga vattenflöden i Västra Götaland. Även februari präglades av övervägande milt, blåsigt och nederbördsrikt väder. 4.3. Vinterhalvårsmedelvärden Halterna på Sprängkullsgatan under vinterhalvåret 01/02 var i samma nivå som de under vinterhalvåret 00/01, se Tabell 1. Dock bör man noterat att provtagningsperioden under vinterhalvår 2001/02 var något förskjuten (vecka 46- vecka 19) mot föregående års mätningar (vecka 40-vecka 13). Samtliga veckomedelvärden för Sprängkullsgatan under vinterhalvåret 2001/02 finns redovisade i Bilaga 2. Vinterhalvårsmedelvärdet för bensen var ca 7 µg/m 3, toluen halten ca 19 µg/m 3 och xylen halten ca 14.5 µg/m 3. Minskningen av bensen, toluen och xylen har varit i genomsnitt ca 45% sedan första vinterhalvåret 1997/98. Den stora haltminskningen av bensen kan dels förklaras av minskade bensen emissioner från biltrafiken till följd av katalysator och minskat benseninnehåll i bensin. Meteorologin har också en inverkan på haltnivåerna. 2
Tabell 1 Vinterhalvårsmedelvärden vid Sprängkullsgatan för åren 2001/02, 2000/01, 1999/00, 1998/99 och 1997/98 Butyl- Etyl- M,P- O- Bensen Toluen Oktan acetat bensen Xylen Xylen Nonan 01/02 7.1 18.7 0.7 <0.20 3.0 10.6 3.9 0.5 00/01 7.4 20 0.7 <0.20 3.1 11 4.0 0.5 99/00 8.4 24 0.6 <0.20 3.7 13 4.6 0.4 98/99 10.0 26 0.6 0.5 3.7 14 4.8 0.4 97/98 13.0 39 0.6 0.2 4.7 20 6.1 0.3 4.4. Jämförelse med urban bakgrund Halterna av lättflyktiga kolväten i gaturummet är vanligtvis betydligt högre än i urban bakgrund på grund av närheten till källorna samt sämre spridningsförhållanden. I Tabell 2 presenteras vinterhalvårsmedelvärden för Sprängkullsgatans gaturumsmätning och den urbana bakgrundsstationen i Göteborg (Kungsportsplatsen). Mätningarna vid Kungsportsplatsen startade vecka 46 och avslutades vecka 14. Jämförleserna mellan Sprängkullsgatan och Kungsportsplatsen, Tabell 2, gäller därför medelvärden för denna period. Även vid Kungsportsplatsen motsvaras medelvärdet för denna period av samma haltnivå som under vinterhalvår 2000/01. Tabell 2 Jämförelse av medelvärden för perioden vecka 49, 2001 och vecka 14 2002 mellan gaturumsmätning vid Sprängkullsgatan och urbana bakgrundsmätningar i Göteborg (Kungsportsplatsen). etyl- mp- o- butylbensen toluen oktan bensen xylen xylen nonan acetat Sprängkullsg 7.2 19 0.7 3.0 10.6 3.9 0.5 <0,20 Kungsportspl 2.2 4.7 0.4 0.7 3.0 0.9 0.4 <0.20 För bensen, toluen och summa xylen är halterna i gaturum ca 3.5-5 gånger så höga som i urban bakgrund i Göteborg, se Tabell 3. Motsvarande förhållande rådde även vinterhalvåren 2000/01 och 1999/00. Kvoten mellan gaturum och urban bakgrund för bensen, toluen och xylen kan variera något från år till år, vilket främst beror på meteorologi och ventilation. Under vintern 2001/02 mättes VOC i urban bakgrund parallellt med ett hårt belastat gaturum i ytterligare 5 kommuner (Jönköping, Värnamo, Östersund, Landskrona och Linköping) i IVLS regi. Mätningarna utfördes på uppdrag av Naturvårdsverket med 3
syftet att studera kvoterna mellan gaturum och urban bakgrund med avseende på bensen. En medelkvot mellan gaturum och för dessa kommuner var 2.1. Tabell 3 Kvoterna för bensen, toluen och xylen mellan gaturum och urban bakgrund, vinterhalvåren 97/98 01/02 gata/urban 01/02 00/01 99/00 98/99 97/98 bensen 3.5 3.5 3.5 2.7 3.9 toluen 4.7 4.4 4.1 3.1 4.5 xylen 5.2 5.0 4.7 3 4.4 I Figur 1 illustreras förändringen av bensen i urban bakgrund vid Kungsportsplatsen i Göteborg respektive i gaturummet vid Sprängkullsgatan under de fem vinterhalvåren 97/98-01/02 samt kvoten mellan gata och urban bakgrund för bensen. Bensen 14 12 10 8 6 Gbgurban gbggata kvot 4 2 0 97/98 98/99 99/00 00/01 01/02 Figur 1 Jämförelse mellan halten av bensen i urban bakgrund och gaturum samt kvoten mellan dessa under vinterhalvåren 97/98-01/02. 4.5 Kvotförhållanden mellan VOC-komponenter Kvoterna mellan toluen/bensen samt xylen/bensen kan ge en indikation på vilken källan till de uppmätta halterna av VOC är. Biltrafiken är den klart dominerande källan till VOC - halterna i tätorter. Kvoterna varierar mellan olika tätorter och beror främst på fordonsparkens sammansättning, bränsletyp, körsätt, frekvensen kallstarter, andelen katalysatorbilar och deras effektivitet. 4
I Tabell 4 presenteras kvoterna mellan toluen/bensen samt xylen/bensen för Sprängkullsgatan och den urbana bakgrundsstationen vid Kungsportsplatsen. Aromatkvoterna är högre i gaturummet än i den urbana bakgrunden. I den urbana bakgrunden sker en större inblandning av bakgrundsluft med högre andel bensen till följd av dess högre stabilitet i atmosfären jämfört med toluen och xylen. Aromatkvoterna under de fem vinterhalvåren har varit relativt konstanta. Tabell 4 Kvoterna mellan toluen och bensen samt xylen och bensen vid Sprängkullsgatan och Kungsportsplatsen 1997/98 2001/2002 Sprängkullsgatan Kungsportsplatsen toluen/bensen xylen/bensen toluen/bensen xylen/bensen 01/02 2.6 2.0 2.0 1.3 00/01 2.7 2.0 2.1 1.3 99/00 2.8 2.1 2.3 1.5 98/99 2.6 1.8 2.4 1.7 97/98 3.0 2.0 2.6 1.8 5. Diskussion Ett av syftena med att mäta luftföroreningshalter i gaturummet är att ha möjlighet att jämföra sina mätdata med föreslagna miljökvalitetsnormer (SNV, 1998) och EU gränsvärden (Direktiv 2000/69/EC). För städer som Göteborg med fler än 250 000 invånare kommer mätningar att vara tvingande. I Tabell 5 presenteras den föreslagna MKN samt EU direktivet för bensen. Dessa baseras på årsmedelvärden. Tabell 5 Naturvårdsverkets förslag till normer för bensen samt EUs förslag till gränsvärde för bensen. Medelvärdestid Värde Anmärkning Toleransmarginal Föreslagen miljökvalitetsnorm (NV) 1 år 2.5 µg/m 3 aritmetiskt 200% den 1/1 år 2000, medelvärde reducerat den 1/1 2001 och därefter med lika årlig procentandel för att ej överskrida 2.5 µg/m 3 Gränsvärde (EU) 1 år 5 µg/m 3 5
För att kunna jämföra med föreslagna miljökvalitetsnorm och EU-gränsvärde för bensen bör de erhållna vinterhalvårsmedelvärdena omräknas till årsmedelvärden. Med hjälp av IVLs URBAN-modell (Persson,K., 1999) har årsmedelvärden beräknats och risken för överskridanden av MKN och gränsvärdet har bedömts. I Tabell 6 presenteras de beräknade årsmedelvärdena för 2001. De haltjämförelser som gjorts mellan sommar och vinterhalvår, som ligger till grund för omvandlingen från vinterhalvårsmedelvärde till årsmedelvärde, i modellen bygger på tidigare mätningar i urban bakgrund (Sjödin, Å., 1995). Tabell 6 Uppskattade årsmedelvärden (µg/m 3 ) för Sprängkullsgatan och Kungsportsplatsen. vinterhalvårsmv årsmv (beräknat) Bensen 2001/2002 vinterhalvårsmv årsmv (beräknat) Sprängkullsgatan 7.1 5.8 Kungsportsplatsen 2.1 1.8 Bensen 2010 Sprängkullsgatan 2.5-3.5 Enligt URBAN-modellen, som baseras på långa mätserier inom Urban mätnätet samt utsläppsprognoser för bensen från vägtrafik enligt VTIs TCT-modell, kan EUs gränsvärde sannolikt vara uppnått år 2010. Däremot kommer den föreslagna miljökvalitetsnormen (2.5 µg/m 3 ) troligen inte vara uppfyllt till 2010. 6
6. Referenslista Directive 2000/69/EC of the European parliament and the council relating to limit values for benzene and carbon monoxide in ambient air. NFS 2000:12, Naturvårdsverkets föreskrifter om mätmetoder, beräkningsmodeller och redovisning av mätresultat för NO 2, SO 2 och bly. Persson, K., (1997) Gaturumsmätningar av VOC i Göteborg, IVL L97/110 Persson, K., m fl (1999) URBAN-modellen, IVL L99/7 Sjödin, Å., m fl (1995) Kartläggning av VOC-halter i Göteborgsregionen vinterhalvåret 1994/95 och sommarhalvåret 1995 IVL L95/244 SMHI (2002) Väder och Vatten nr 10-13, 2001, nr 1-3 2002 SNV (1998). Utveckling av nya miljökvalitetsnormer. Rapport 4925. 7
Bilaga 1 Veckovis bestämning av flyktiga kolväten (VOC) i tätort Vid provtagningen används diffusionsprovtagare i rostfritt stål från Perkin Elmer. Dessa består av ett rör innehållande en adsorbent (här Tenax-TA), som hålls på plats av stålnät i falsade skåror. Vid lagring och transport är rören förslutna i båda ändarna och provtagningen startas genom att den ena förslutningen ersätts av en diffusionstillsats. Denna tillsats ger provtagaren en fast, förutbestämd diffusionssträcka samtidigt som den har ett stålnät ytterst för att motverka problem med turbulens och fukt. Eftersom provtagaren i första hand är utvecklad för provtagning inomhus, har IVL låtit tillverka en speciell diffusionstillsats med bräm (se figur 1) för att förhindra att vattendroppar vandrar in i röret. Under provtagning hänger provtagarna lodrätt med öppningen nedåt. En fältblank bestående av ett adsorbentrör, vars förslutningar ej tas bort, är monterat parallellt med diffusionsprovtagaren (se figur 2). Provtagningen avslutas genom att röret försluts på nytt. Adsorbentrören renas före användandet genom avvärmning med heliumgasgenomströmning. Renheten kontrolleras genom att rören analyseras omedelbart innan de sänds ut till mätstationerna. Figur 1. Diffusiv provtagare för kolväten: 1) låsring, 2) rostfritt stålnät, 3) specialkonstruerad diffusionstillsats, 4) rostfria stålnät, 5) adsorbent, 6) provtagningsrör, 7) fasthållande fjäder och 8) förslutning. Analysen utförs med en automatinjektor, ATD-400 från Perkin Elmer, kopplad till en högupplösande gaskromatograf med flamjonisationsdetektor. Halterna beräknas utifrån de analyserade mängderna med hjälp av en för metoden given formel innehållande diffusionskonstanten för ämnet, diffusionssträckan, arean och exponeringstiden. För etylbensen saknas uppgift om diffusionskonstant varför halten beräknas med diffusionskonstanten för m,p-xylen. För kalibrering används standardrör från TNO i Holland. Dessa standardrör har i sin
tur kontrollerats genom jämförelse med en certifierade referensstandard från BCR (European Community Bureau of Reference), bestående av Tenax-rör innehållande 1 µg av vardera bensen, toluen och m-xylen. Vid varje analystillfälle analyseras ett oexponerat rör som instrumentblank. Figur 2. Montage av provtagare under exponeringstiden. De mätresultat som redovisas i denna rapport har korrigerats för blankvärden. I de fall koncentrationerna varit lägre än detektionsgränsen har denna angivits. På resultaten från alla fältblanksanalyserna beräknades medianvärden för alla komponenterna. Medianvärdet användes som blankvärde för korrektion av resultaten från analysen av proverna. På resultaten från alla instrumentblanksanalyserna beräknades medelvärde och standardavvikelse för alla komponenterna. Som detektionsgräns används ett värde 3 gånger standardavvikelsen. Metoden har publicerats (Mowrer, et al, 1996). Tabell 1 Detektionsgränser och blankvärden för VOC i µg/m 3 inom URBAN-projektet 1999/00 Bensen Toluen Oktan Butylac Etylbens MPxylen O- xylen Nonan Detektionsgräns 0.16 0.18 0.12 0.10 0.02 0.07 0.12 0.10 Blankvärde 0.13 0.11 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04 0.05
BILAGA 2 ACETAT ETYLBEN SEN VECKA BENSEN TOLUEN OKTAN BUTYL- M+P- XYLEN O-XYLEN NONAN µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 µg/m 3 01-46 13 36 1.1 0.2 6 20.0 7.9 0.63 01-47 7.2 19 0.84 <.2 3.3 11.0 4.2 0.76 01-48 5.6 13 0.47 <.20 2.3 7.6 2.9 0.28 01-49 9.3 24 0.85 0.21 4.2 13.8 5.4 0.69 01-50 11 30 1.6 0.64 5.0 17.4 6.6 1.3 01-51 9.9 25 0.71 0.21 4.1 14.2 5.2 0.44 02-01 02-02 9.6 26 0.96 <0.20 4.1 15.0 5.5 0.75 02-03 6.9 18 1.1 <0.20 2.8 9.8 3.6 1.1 02-04 02-05 6.9 18 0.54 <0.20 2.7 9.4 3.5 0.33 02-06 5.4 15 0.44 <0.20 2.3 8.3 3.1 0.13 02-07 7.1 20 0.71 <0.20 3.1 10.7 3.9 0.37 02-08 6.7 17 0.60 <0.20 2.5 8.8 3.3 0.39 02-09 7.0 19 0.52 <0.20 3.0 10.6 3.8 0.17 02-10 5.9 15 0.76 <0.20 2.8 9.8 3.6 0.72 2-11 5.3 13 0.45 <0.20 2.1 7.2 2.6 0.31 02-12 5.5 14 0.38 <0.20 2.1 7.3 2.7 0.16 02-13 6.1 16 0.67 <0.20 2.5 8.9 3.3 0.4 02-14 6.2 16 0.59 <0.20 2.5 8.7 3.2 0.36