Determination of emission factors from anthropogenic particle sources for air emission and health impact assessment

Abstract

There is substantial exposure to coarse particles (PM10) and fine particles (PM2.5) in major Estonian cities that cause a considerable amount of health effects, mainly in the form of cardiovascular and respiratory diseases. Local heating and traffic remain the most significant factors contributing to air quality degradation that results in adverse health effects. In the current thesis, by conducting several experiments, we obtained updated emission factors (EF) of residential wood and waste burning, as well as non-exhaust-related emissions from traffic and livestock farming, which can be used in national emission inventories and air-quality modelling. Using the source apportionment technique, we could see that residential heating contributes to around 20% of the total PM2.5 concentration in Tartu. In the experiments it appeared that residential wood burning together with waste is a much larger source of particles, including toxic pollutants like PCDD/F, PAH and HCB, compared to burning purely wooden logs. It can be assumed that a maximum of 2% of the population living in residential areas in Tartu and using heaters or stoves for heating purposes might burn some household waste. Even this share of the total population is small, during our experiments we noticed remarkable high toxic compound emissions in comparison with clean wood experiments. Improved emission database (EDB) gave around a 10% improvement in comparison with previous estimation for modelled PM2.5 yearly average values. Further improvements regarding important particle sources and their emissions in cities are needed and, of primary importance, EDB regarding household insulation data and emission dynamics should be improved. The traffic non-exhaust emission measurements with the developed REAL system showed that it can adequately evaluate PM emissions using different tyre types. Test measurements identified a significant association between vehicle speed, tyre type and PM10 emission. The PM10 emissions are greatest with studded tyres at speeds above 50 km/h. The agricultural NH3 and PM yearly emissions based on retrieved EF from this study, were generally comparable to the official emission report results. Primary PM emissions from the dairy cowsheds are negligible and their direct impact on Tartu air quality was minor.

Õhusaaste on maailmas muutunud üheks tähtsamaks enneaegse suremuse põhjustajaks ning inimtervisele toimivad olulisemaid mõjurid on PM10 ja PM2.5 sisaldused õhus, mille negatiivsed mõjud on enamasti seotud krooniliste südame- ja veresoonkonna- ning hingamisteede haigustega. Doktoritöö põhieesmärk oli hinnata tähtsamate antropogeensete saasteallikate PM heitkoguseid kodumajapidamiste kütmisest ja veisekasvatusest ning PM-i resuspensiooni liiklusest. Käesoleva doktoritöö raames tuvastati, et saasteainete eriheidete (EF) täpsus mõjutab suurel määral tervisemõjude hinnangu täpsust. Tartu linnas mõjutavad õhukvaliteeti enim kohtküte ja liiklus, samas kui loomakasvatuse otsene mõju on marginaalne, sekundaarsete osakeste mõju vajab aga edasist uurimist. PM-ist tuleneva õhusaaste tervisemõjude hindamine viies Eesti suuremas linnas näitas, et välisõhus sisalduv PM võib lühendada eluiga keskmiselt kuni 13 kuud ning enneaegse suremusega seotud majanduslike kulude hinnang oli hinnanguliselt kolm protsenti uuritud linnade SKP-st. Töö käigus leiti, et halupuidu ja olmejäätmete põletuskatsete ajal oli PM2.5 EF neli kuni 43 korda kõrgem võrreldes puhta puidu keskmise EF-iga, sõltudes kasutusel olevast ahju tehnoloogiast. Meie mõõtetulemused näitasid, et kodumajapidamiste küttekolded võivad olla märkimisväärsed toksiliste ühendite saasteallikad ja nende sisaldus kasvab märkimisväärselt, kui peale puidu põletatakse ka olmejäätmeid. Konstrueeritud PM resuspensiooni mõõteseadme REAL abil oli võimalik hinnata teekatetelt ja sõidukite kuludetailidest pärinevaid PM-e. Mõõtmiste käigus tuvastati seos sõiduki liikumiskiiruse, rehvitüübi ja PM10 emissiooni vahel. Kõrgeimad PM10 emissioonid mõõdeti naastrehvide kasutamisel sõidukiirusel üle 50 km/h. Töö raames leiti, et keskmiselt moodustab kohtküttest pärinev PM2.5 20% summaarsest PM2.5 kontsentratsioonist, kuid kütmisperioodil võib kohtkütte osakaal olla palju suurem. Peale selle võib kohtkütte piirkonna PM2.5 olla märksa toksilisem, kui seni eeldatud. Kuna Tartus mõõdetud tulemustega sarnaseid PM2.5 tulemusi on mõõdetud ka teistes Eesti linnades, siis võib eeldada, et taolised tingimused valitsevad ka mujal. Siiski on mõõtetulemused lünklikud ja vajaksid PM2.5 keemilise sisalduse osas edasist uurimist.