Ulkoilman aerosolihiukkasten kulkeutuminen sisäilmaan: Kirjallisuusselvitys ja tapaustutkimus

Ilmassa leijuville aerosolihiukkasille altistumisen on havaittu aiheuttavan vuosittain miljoonia ennenaikaisia kuolemia sekä useita erilaisia sairauksia. Pienhiukkasista aiheutuvia terveysriskejä arvioitaessa keskitytään usein ulkoilman hiukkaspitoisuuksien tarkasteluun, mutta ihmiset viettävät yhä suuremman osan ajastaan sisätiloissa. Hiukkaspitoisuudet sisällä voivat nousta merkittäviksi ja joissain tapauksissa ylittää ulkoilman pitoisuudet moninkertaisesti, joten todellista altistusta arvioitaessa on välttämätöntä tarkastella myös sisäilmaa. Tämän diplomityön keskeisenä tavoitteena oli tutkia erilaisten sisätilojen hiukkaspitoisuuksia sekä infiltraatiota eli ulkoilman hiukkasten kulkeutumista sisäilmaan. Sisätilojen aerosolien tyypillisiä ominaisuuksia sekä sisä- ja ulkoilman hiukkaspitoisuuksien välisiä yhteyksiä selvitettiin perehtymällä alan kirjallisuuteen. Kirjallisuusselvityksen avulla tutkittiin, mitkä ovat tärkeimpiä hiukkaslähteitä sisä- ja ulkoympäristöissä ja miten ulkoilman hiukkasten on havaittu vaikuttavan sisäilmaan, sekä mitkä tekijät selittävät erilaisten sisäympäristöjen välillä havaittuja eroja. Erityisesti työssä keskityttiin toimistorakennusten sisäilmaan. Kirjallisuusselvityksen perusteella todettiin ulkoilman hiukkaspitoisuuden olevan pääasiallinen toimistorakennusten sisäilman pitoisuuteen vaikuttava tekijä. Muita hiukkaslähteitä sisällä voivat olla esimerkiksi tulostimet ja siivousaineet. Useimmissa toimistoissa hiukkaspitoisuudet ovat ulkoilman pitoisuuksia matalampia ja tehokkailla koneellisen ilmanvaihdon suodattimilla voidaan parantaa sisäilmanlaatua. Sisä- ja ulkoilman pitoisuuksien välistä yhteyttä kuvataan usein I/O-suhteella, joka vastaa sisäilman hiukkaspitoisuuden suhdetta ulkoilman hiukkaspitoisuuteen, mutta ei erottele sisällä syntyneitä ja ulkoa kulkeutuneita hiukkasia. Tarkemman kuvan hiukkasten kulkureitistä antaa infiltraatiokerroin, joka kertoo ulkoa sisälle kulkeutuneiden hiukkasten osuuden. Kirjallisuusselvityksen lisäksi työssä tutkittiin ulkoilman hiukkasten kulkeutumista sisäilmaan kenttämittauksilla helsinkiläisessä toimistorakennuksessa. Mittausdatan perusteella selvitettiin eri parametrien kuten tuulen suunnan ja vuorokaudenajan vaikutusta sisä- ja ulkoilman hiukkaspitoisuuksiin. Kenttämittauksissa sisäilman hiukkaspitoisuuksien huomattiin korreloivan selkeästi ulkoilman pitoisuuksien kanssa. Hiukkaspitoisuuksien I/O-suhde vaihteli vuorokaudenajasta ja hiukkaskoosta riippuen ja pysyi lähes koko mittausjakson ajan alle yhdessä. Suurin I/O-suhde havaittiin 200 nm:n hiukkaskoossa, jossa I/O-suhteen mediaani mittausten aikana oli 0.33. Alle mikrometrin kokoisten hiukkasten massapitosuuden infiltraatiokertoimeksi saatiin 0.22 ja infiltraatiokertoimen huomattiin riippuvan voimakkaasti hiukkasten kokojakaumasta sekä tuulen suunnasta. Työn mittaustulokset osoittavat, että ulkoilman hiukkaspitoisuus voi vaikuttaa sisäilman pitoisuuteen merkittävästi. Infiltraation voimakkuus kuitenkin riippuu monista tekijöistä, eikä kokonaiskuvaa sisäilman aerosoleista voida saada ilman suoria mittauksia sisäilmasta. Sisäilman aerosolitutkimukseen tulisikin tulevaisuudessa panostaa, jotta terveydelle haitallisille aerosoleille altistumista voitaisiin ymmärtää ja ehkäistä paremmin

Lung-depositing surface area (LDSA) of particles in office spaces around Europe : Size distributions, I/O-ratios and infiltration

Air pollution, and specifically particulate matter pollution, is one of the greatest dangers to human health. Outdoor air pollution ranks third in causes for premature death. Improving indoor air quality is of immense importance, as the time spent indoors is often much greater than the time spent outdoors. In this experimental study, we evaluate the levels of particle pollution in indoor air in four offices across Europe, compare the indoor particles to outdoor particles and assess where the particles originate from. The measurements were conducted with an Electrical Low-Pressure Impactor (ELPI+) for particles between 6 nm and 1 μm. The chosen metric, lung-deposited particle surface area (LDSA), targets the health impacts of particle pollution. Based on the measurements, we determined that most of the indoor air particles infiltrated from outdoor air, although two of the offices had very limited indoor activity during the measurement campaigns and may not represent typical use. The highest median indoor LDSA concentration during daytime hours was 27.2 μm2/cm3, whereas the lowest was 2.8 μm2/cm3. Indoor air in general had lower LDSA concentrations than outdoor air, the corresponding outdoor LDSA concentrations being 35.8 μm2/cm3 and 9.8 μm2/cm3. The particle size ranges which contributed to the highest concentrations were 50–100 nm and 300–500 nm. These size ranges correspond to soot mode and accumulation mode particles, which represent local and regional sources, respectively. Based on this study, limiting particle infiltration is the key factor in keeping indoor air in offices free of lung-depositing particles.Peer reviewe

A novel method for quantifying the airborne infection risk of indoor spaces

We used droplet digital PCR (ddPCR) specific to bacteria of the healthy human respiratory tract as a sensitive means of detecting and quantifying airborne respiratory material within indoor air. The method can be used in spaces where there are high concentrations of dust and other particles. Using this method, we are able to compare the airborne infection risk of dif-ferent spaces as it relates to ventilation rate and occupancy

Acidity of air as a tool to help understand airborne pathogen viability

A method was developed to assess the net acidifying effect of gas phase compounds in in-door air. The method can be used to help assess the airborne viability of pathogens in different environments

Atmospheric microplastic deposition associated with GDP and population growth: Insights from megacities in northern China

Microplastic (MP) pollution is evolving into one of the most pressing environmental concerns worldwide. This study assessed the impact of economic activities on atmospheric MP pollution across 17 megacities in northern China, analyzing the correlation between the deposition flux of atmospheric MPs and variables such as city population, gross domestic product (GDP), and industrial structure. The results have shown that the MP pollution is obviously impacted by human activities related to increased GDP, population, as well as tertiary service sector, in which the MP pollution shows most close relationship with the GDP growth. Polypropylene, polyamide, polyurethane, and polyethylene were identified as the primary components of atmospheric MPs. The average particle size of MPs in atmospheric dustfall is 78.3 μm, and the frequency of MP particles increases as the particle size decreases. The findings highlight the complex relationship between socio-economic development and atmospheric MP accumulation, providing essential insights for the formulation of targeted emission reduction strategies

Comparative study on physicochemical characteristics of atmospheric microplastics in winter in inland and coastal megacities: A case of Beijing and Shanghai, China

Atmospheric microplastics (MPs) have received global attention across various sectors of society due to their potential negative impacts. This study aims to understand the physicochemical characteristics of MPs in inland and coastal megacities for raising awareness about the urgent need to reduce plastic pollution. Laser Direct Infrared Imaging (LDIR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) techniques were employed to characterize atmospheric MPs in megacities (inland megacity Beijing and coastal megacity Shanghai) in China, focusing on their physicochemical characteristics, including compositional types, number concentration, morphology, size, possible sources, and potential health risks. The LDIR analysis identified sixteen different types of MPs present in the atmospheres of Beijing and Shanghai. The number concentration of atmospheric MPs in Beijing (3.0 items/m3) is 1.8 times that of Shanghai (1.7 items/m3). The study found that the variations in MP pollution between Beijing and Shanghai are influenced by the urban industrial structure and geographical location. Morphological analysis indicates that fragment MPs have the highest relative abundance in Beijing, while fibrous MPs dominate the atmosphere of Shanghai. Additionally, the study assessed the potential health risks of atmospheric MPs to urban residents. The results suggest that residents of Beijing face more severe health risks from atmospheric MPs compared to those in Shanghai. These findings underscore the urgency to address the issue of atmospheric MPs and provide crucial evidence for the formulation of relevant environmental and health policies

Hengitystieaerosolipäästöjen mittaaminen ja huomiointi tartuntatautien ehkäisyssä

Patogeenien aerosolileviäminen on monimutkainen tapahtuma, jossa on paljon tekijöitä, jotka vaikuttavat infektioriskiin. Yksi tärkeä muuttuja on hengitysteistä vapautuvien aerosolihiukkasten määrä ja ominaisuudet. Tässä esityksessä keskitytään hengitysteistä syntyvien aerosolihiukkaspäästön mekanismeihin, dynamiikkaan, mittauksiin, alustaviin tuloksiin sekä niiden huomiointiin tartuntatautien ehkäisyssä. Kokeellista tutkimusta varten kehitettiin uusi siirrettävä mittausjärjestelmä, jolla pystyttiin mittaamaan koehenkilöiden hengitystieaerosoleja reaaliaikaisesti laajalla hiukkaskokoalueella. Laitteiston avulla pystyttiin mittaamaan absoluuttisia hiukkaspäästökertoimia koehenkilöille erilaisissa harjoitustilanteissa (mm. puhe, laulu, kuiskaus, yskiminen)

Hengitystieaerosolien mittaaminen ja huomiointi tartuntatautien ehkäisyssä

Patogeenien aerosolileviäminen on monimutkainen tapahtuma, jossa on paljon tekijöitä, jotka vaikuttavat infektioriskiin. Yksi tärkeä muuttuja on hengitysteistä vapautuvien aerosolihiukkasten määrä ja ominaisuudet. Tässä esityksessä keskitytään hengitysteistä syntyvien aerosolihiukkaspäästön mekanismeihin, dynamiikkaan, mittauksiin, alustaviin tuloksiin sekä niiden huomiointiin tartuntatautien ehkäisyssä. Kokeellista tutkimusta varten kehitettiin uusi siirrettävä mittausjärjestelmä, jolla pystyttiin mittaamaan koehenkilöiden hengitystieaerosoleja reaaliaikaisesti laajalla hiukkaskokoalueella. Laitteiston avulla pystyttiin mittaamaan absoluuttisia hiukkaspäästökertoimia koehenkilöille erilaisissa harjoitustilanteissa (mm. puhe, laulu, kuiskaus, yskiminen)