Fine and Ultrafine Particles from Combustion Sources - Investigations with In-situ Techniques

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Det finns samband mellan halten av små luftburna partiklar och negativa hälsoeffekter i befolkningen. Målsättningen med avhandlingen var att utveckla och utvärdera metoder för in-situ karakterisering av fina (< 1 um) och ultrafina (<0.1 um) luftburna partiklar samt metodik för bestämning av partikeldeponering i andningsvägarna. Målet var också att öka kunskapen om hälso- och miljörelevanta egenskaper hos partiklar från biomassförbränning och några källor i inomhusmiljön. Metoderna baseras på mätinstrument som Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS), Electrical Low-Pressure Impactor (ELPI), Aerodynamic Particle Sizer (APS) och Tandem Differential Mobility Analyzer (TDMA) för bestämning av flyktighet och hygroskopicitet. Filterprovtagare och impaktorer användes för att samla in partiklar för kemisk analys. Partiklar från närvärmeverk (0.5-12 MW), som eldas med träbränslen med rosterteknik spädes ut i utspädningssystem och provtogs . Partiklar från inomhuskällor: tobaksrök, rökelse och ljus (stearin och paraffin) undersöktes i en 22 m3 stålkammare. En utrustning för bestämning av partiklars deponering i andningsvägarna har utvecklats. Utrustningen är automatiserad; en elektrisk mobilitetsspektrometer med vidareutvecklad data inversionsalgoritm används för provtagning av partiklar i olika storlekar i in- och utandningsluften. Höga koncentrationer av fina och ultrafina partiklar emitteras från biomassförbränning i rosterpannor (med dagen reningsteknik). Den kemiska sammansättningen domineras av KCl och K2SO4 med relativt höga koncentrationer av Zn, Cd and Pb. Sot (grafitliknande kol) identifierades i partiklar större än 150 nm under perioder av ofullständig förbränning. Masskoncentrationen beror på bränslets askhalt och förbränningsprocessens effektivitet. Aerosolen är i princip en intern blandning med väsentligt högre hygroskopisk tillväxt än exempelvis partiklar från förbränningsmotorer och tobaksrök. Formen förändras från agglomererat till kompakta partiklar när de utsätts för måttlig relativ luftfuktighet, vilket medför en ökning i effektiv densitet och fraktal dimension. Sådan kunskap ger information om bildningsmekanismer och är nödvändig vid jämförelse av olika mättekniker. Hygroskopisk tillväxt innebär att den deponerade dosen i andningsvägarna minskar med en faktor 3 jämfört med hydrofoba partiklar av samma storlek. Partiklarna från biomassförbränning består huvudsakligen av lösliga askkomponenter och bör behandlas annorlunda i framtida hälsoriskbedömningar än de emissioner från ofullständig förbränning som förekommer till exempel från förbränningsmotorer, vedkaminer och tobaksrökning. Tobaksrök och rökelse är i princip internt blandade aerosoler som domineras av organiska ämnen. Varje partikel består av komponenter med en relativt stor spridning i ångtryck. Den flyktiga fraktionen minskar vid låga partikelkoncentrationer och vid åldring, detta förklaras av olika grad av evaporering från partikelfasen till gasfasen. Fyra olika partikeltyper identifierades från stearin- och paraffinljus. Möjligheten att bestämma storleksfördelningar viktade efter partikelmassa, med ELPI- och APS-instrumenten, undersöktes i en laboratoriestudie. Resultaten visade att kvaliteten hos mätdata är beroende av partikelstorleksfördelningen. Metoden för bestämning av partiklars deponering i andningsvägarna har visats ha hög precision och känslighet. Noggrannheten har verifierats genom jämförelse med tidigare publicerade data. Metoden kan användas i studier av komplexa aerosoler såsom i inomhusmiljöer och för utspädda förbränningsaerosoler. Metoder för karakterisering av aerosoler innehållande fina och ultrafina partiklar har utvecklats, utvärderats och tillämpats. Resultaten kan användas för att förbättra exponeringsuppskattningar i toxikologiska och epidemiologiska studier och i riskanalyser.