PM10-halterna är höga i Södertälje och har varit det sedan mätningarna började år 2006. PM10 är en luftförorening som innebär små luftburna partiklar med en diameter mindre än 10 mikrometer. I detta arbete har PM10-halterna i Södertälje undersökts och sammanställts från att de började mätas och fram till våren 2017. På Turingegatan i centrala Södertälje har en av miljökvalitetsnormerna gällande PM10-partiklar överskridits 5 år under den senaste 10-årsperioden. En jämförelse av dygnsmedelvärdet per år mellan Turingegatan och Hornsgatan i Stockholm visade att PM10-halterna det senaste decenniet sjunkit markant på Hornsgatan medan ingen tydlig nedåtgående trend synts på Turingegatan. Hornsgatan hade år 2007 betydligt högre halter jämfört med Turingegatan. I takt med att åtgärder för att reducera partikelhalterna på Hornsgatan sattes in så nära halverades det årliga dygnsmedelvärdet på Horsgatan under de följande 8 åren. Halterna var år 2014 och 2015 högre på Turingegatan än på Hornsgatan.   I Södertälje utfördes under mars och april 2017 den första åtgärden att förbättra luftkvaliteten i stadskärnan. Utvalda gator i Södertälje dammbands med dammbindningsmedlet CMA (Kalcium-magnesium-acetat) vilket är ett salt som håller vägbanan fuktig och hindrar vägdammet från att virvla upp i luften. En utvärdering av denna åtgärd har skett genom tre grafiska analyser samt med hjälp av NORTRIP-modellering. NORTRIP står för NOn-exhaust Road TRaffic Induced Particle emissions och är en modell som utvecklats för att beräkna partikelhalter i luften som skapats från vägtrafik. Modellen kan användas för att modellera hur partikelhalterna förändras vid olika scenarion och åtgärder. Modellering och utvärdering av följande scenarion på Turingegatan presenteras i detta arbete; dubbdäcksförbud, minskad trafik, minskad hastighet, utökad dammbindning, städning, miljözon och ogynnsam meterologi.   Dygnsmedelvärdet per år på Turingegatan jämfördes med mätstationen vid Norr Malma som är belägen på landsbyggden och representerade de naturligt förekommande PM10-halterna. Dessa bakgrundshalter utgjorde 26-40% av PM10-halterna på Turingegatan, det innebär att mellan 60-74 % av halterna har generarats lokalt vid gatan. Det är främst dessa halter som kan påverkas av åtgärder. En sammanställning av dygnsmedelvärdena per månad visade att PM10-halterna i Södertälje var som högst under mars och april under samtliga år som halterna uppmätts. Timmedelvärdena för PM10 under 2016 vid Turingegatan visade att det högsta uppmätta timmedelvärdet översteg 600 µg/m3 vilket kan anses allvarligt ur ett hälsoperspektiv. Så höga halter var dock ovanliga då 3:e kvartilen endast låg på 18 µg/m3. NORTRIP-modelleringen av PM10-halterna på Turingegatan skedde för perioden 22 december 2016 – 27 april 2017. Modellen beräknade det genomsnittliga dygnsmedelvärdet för perioden med endast 1 % avvikelse från det uppmätta dygnsmedelvärdet för samma period. Resultatet från modelleringen visade dock att halterna överskattades avsevärt ett flertal gånger. Vid modelleringen saknades indata över vägfukten och eftersom dessa data är viktig för NORTRIP-modellens resultat kan detta vara anledningen till den mindre bra överrensstämmelsen mellan modellerade och uppmätta värden. Antalet dagar med dygnsmedelvärden över 50 µg/m3 modellerades till 28 dygn vilket stämde överrens med de uppmätta värdena för perioden. Dock var det bara 19 av 28 dygn (ca 70%) då modellen beräknade samma dygn som de uppmätta. Det fanns en tydlig korrelation mellan de uppmätta och modellerade halterna men den visade inte på signifikans. Modelleringen har förbättringspotential hade troligen gett ett bättre resultat med tillgång till fler viktiga indata-parametrar. En NORTRIP-modellering av effekten på PM10-halterna vid olika scenarion och åtgärder på Turingegatan 22 december 2016 – 27 april 2017 visade att den åtgärd som sänkte PM10-dygnsmedelvärdet mest och reducerade flest antal dagar från att överskrida 50 µg/m3 var minskad trafikmängd med 30%. Åtgärden sänkte halterna med nära en tredjedel och hindrade 16 dygn från överskridanden. Den näst bästa åtgärden med avseende på minskat dygnsmedelvärde var miljözon, följt av dubbdäcksförbud. Gällande antalet dagar som reducerades från att överskrida 50 µg/m3 gav dubbdäcksförbud näst bäst resultat med 15 reducerade dygnsöverskridanden. Utökad dammbindning beräknades också ge god reduktion, 11 dagar hindrades från överskridande och dygnsmedelvärdet för de lokalt genererade partikelhalter minskade med 25%. Att utöka städningstillfällena gav minst effekt på partikelhalterna, dygnsmedelvärdet reducerades endast med 3% och 2 dygn hindrades från överskridanden.   Ett scenario med ogynnsam meterologi vilket innebar att ingen nederbörd föll under perioden och beräknades höja det totala och lokala dygnsmedelvärdet med 61% respektive 79% samt bidra till ytterligare 11 överskridande dygn under perioden. Scenariot är orimligt, men visar på hur viktig nederbörden är för partikelhalternas nivåer. Resultaten av modelleringen av scenariona ligger i linje med tidigare studier av åtgärders effekt och resultatet kan därför anses ge en trovärdig indikation om scenarionas effekt på PM10-halterna. Värden och procentsatser innehåller dock stora osäkerheter och bör tolkas med försiktighet.   De grafiska analyserna visade att dammbindningen eventuellt reducerat PM10-halterna men resultatet innehöll stora osäkerheter. Dessa analyser tog ingen hänsyn till meterologin vilket bidrog till osäkerheterna. Ingen effekt kunde utläsas från timmedelvärdena direkt efter utläggning. En av de grafiska analyserna som jämförde dygnsmedelvärdena under perioden visade att ett dygn sannolikt hindrats från att överskrida 50 µg/m3 på grund av dammbindningen. I NORTRIP beräknades att dammbindningen under perioden 12 mars – 27 april minskat det totala dygnsmedelvärdet med 12% och det lokala med 18%. Modellen beräknade likt en av de grafiska analyserna att 1 dygn räddats från att överskrida ett dygnsmedelvärde på 50 µg/m3. Det dygnsmedelvärde som modellen beräknade hade räddats från överskridande hade dock enligt de uppmätta värdena inte räddats. En sammanvägning av resultatet från den grafiska analysen och NORTRIP-modellen visar dock att det är sannorlikt att en dag räddats från överskridande. / The levels of the airborne particle matter PM10 are currently high in the Swedish city of Södertälje and it has been high since the particle measures begun in 2006. PM10 stands for small particles with a diameter less than 10 micrometer. In the street of Turingegatan in central Södertälje the Swedish environmental quality standards has been exceeded 5 years during the last decade. The PM10 daily mean value per year in Turingegatan was compared to the values of Hornsgatan, a busy street in the capital city Stockholm. It was shown that the levels of PM10 had decreased in Hornsgatan during the last decade, while no decreasing trend of the particle levels was shown on Turingegatan. The particle levels were considerably higher in Hornsgatan compared to Turingegatan in 2007. As measures were imposed on Hornsgatan the PM10 levels in the street almost halved during the following 8 years. In 2014 and 2015 the particle levels was higher in Turingegatan than in Hornsgatan.   The first measure to decrease the PM10 levels in Södertälje was imposed in March and April 2017. Dust binding with CMA (Calcium magnesium acetate) was implemented in selected streets of Södertälje. CMA is a salt that keep moisture stick to the pavement of the street, to prevent road dust from whirling up in the air. An assessment of this measure was carried out by three graphic analyses and by using a modelling tool called NORTRIP. NORTRIP is a model developed to simulate levels of particle matter in the air generated from road traffic. NORTRIP stands for NOn-exhaust Road TRaffic Induced Particle emissions.   This report present the result of the investigation and compilation of the PM10 levels in two streets in Södertälje, further the particle levels has been compared to levels in the country side and Hornsgatan in the capital city. The NORTRIP model was used to simulate the particle levels in Turingegatan. The model can be used to simulate the change in particle levels while imposing different scenarios of e.g. measures to reduce the particles. This report present an evaluation of the following scenarios in Turingegatan; ban of studded tyres, reduced amount of traffic, reduced traffic speed, increased number of dust binding occasions, road cleaning, ban of heavy vehicles and disadvantaged meteorology.   An investigation of the mean value per hour in 2016 showed that the maximum mean value exceeded 600 µg/m3 in Turingegatan which is devastating from a health perspective. However, such high PM10 levels were not common since the value of the third quartile was only 18 µg/m3. The PM10 daily mean value per year in Turingegatan was compared to the PM10 levels from the measuring station in Norr Malma which is located in the country side. The particle levels in Norr Malma got to represent the natural background levels of PM10. These levels constituted of 26-40 % of the PM10 levels in Turingegatan the last decade; this means that 60-74 % of the particle levels in Turingegatan have been generated locally in the street. A compilation of the daily mean values per month in Södertälje revealed that the highest PM10 levels were measured in March and April every year since the PM10 measures started. The NORTRIP model was used to simulate the PM10 values in Turingegatan from 22nd of December 2016 until 27th of April 2017. The model computed the daily mean value of the period with a similar result compared to the measured values; the daily mean value differed only by 1 %. However, the simulation overestimated the values considerably several times. The peaks of the simulation were often higher than the peaks of the measured values. A conceivable reason for this is the lack of input data regarding road moisture. It is probable that the model calculated the road to dry more and faster than was happening in reality which caused the high peaks in the simulation. The model calculated the number of daily mean values exceeding 50 µg/m3 during the period to 28 days which comported with the measured result. However, 19 out of the 28 days of the exceeding daily mean value was found to be on the same date in the modelled values and the measured values.  A distinct correlation was found between the measured and modelled data, however it did not show significance. The result from the model has substantial potential to improve with access to more important input data such as road moisture. The NORTRIP simulation of different scenarios on Turingegatan from 22nd of December 2016 until 27th of April 2017 showed that the most efficient measure was reduced traffic by 30 %, this reduced the daily mean value of PM10 by nearly one third. This measure was also most efficient to lower the amount of days exceeding a daily mean value of 50 µg/m3, 16 days was prevented from exceeding. The second most efficient measure to lower the daily mean value was ban of heavy vehicles, followed by ban of studded tyres. Considering the number of days exceeding 50 µg/m3 the ban of studded tyres gave the second best effect by reducing 15 days from exceedance. The result of the simulation showed that additional frequent dust binding during the period was also efficient to reduce the airborne particle levels, the locally generated daily mean value was lowered by 25% and the number of exceeding days was lowered by 11. Increasing the number of road cleaning occasions gave the least effect. The daily mean value was reduced by 3% and two days was prevented from exceeding 50 µg/m3. Thus it is not preferable to start with this measure. The scenario with disadvantageous meteorology meant that no precipitation took place during the modelled period. The result showed that the total and locally generated daily mean value would increase by 61% and 79% respectively, and the number of exceeding daily mean values increased by 11 days. The scenario is implausible since precipitation probably exist at least some time during the period, however it was of interest to investigate the importance of precipitation with concern to the particle levels. The result of the scenario simulations in NORTRIP shows similar results as earlier studies and can therefore give a trustworthy indication of how the PM10 levels gets affected by the different scenarios. The numbers and percentages resulting from the modelling in this study should be interpreted carefully though, due to the many uncertainties of the input data. The graphic analyses that focused on the dust binding effect on Turingegatan showed that the dust binding had reduced the PM10-levels; however the result contained severe uncertainties. The graphic analyses did not involve meteorological parameters which contributed to the uncertainties. No effect or pattern was discovered while investigating the hourly mean values in connection to the spread of dust binding agent. One of the graphic analyses showed that one day probably had been prevented from exceeding 50 µg/m3 as a result of the dust binding. The NORTRIP simulation of the dust binding effect showed that the total daily mean value of PM10 was reduced by 12% and the locally generated PM10 levels was reduced by 18%. I conformity with one of the graphic analyses, the simulation encountered that 1 day was prevented from exceeding 50 µg/m3.  However, the daily mean value of the measured data in Turingegatan this day did not show any exceedance as the NORTRIP-modelled result did. This indicates the weakness of the modelled result. However, a contexture of the results from the graphic analysis and the simulated result shows a good probability that one day was prevented from exceedance.

Populärvetenskaplig sammanfattning Optimering av dammbindning på Hornsgatan med NORTRIP modellen Massan av luftburna partiklar med en diameter mindre än 10 µm (PM10) är en av de tuffaste miljökvalitetsnormerna att uppnå i Sverige. PM10 kommer från flera olika källor, både naturliga som havssalt och sand, samt antropogena som vägslitage, däckslitage, bromsslitage och avgaser. En stor uppkomstkälla till PM10 i luften slitage på grund av dubbdäcksanvändning. Uppvirvlingen är som störst i mars och april efter att snön smält, temperaturen stigit och vägbanan torkat upp. För att minska PM10 halten i luften kan en dammbindande saltlösning med lägre fryspunkt än vatten läggas ut på vägbanan. I Stockholm används saltlösningen CMA (kalciummagnesiumnitrat). Det är en typ av salt med liten påverkan på den urbana miljön. Vintersäsongen 2016–2017 lades CMA ut tre gånger i veckan på några utvalda gator i Stockholm mellan november och maj. En av dessa gator är Hornsgatan, som har undersökts i denna rapport. CMA är dyrt och resurskrävande att lägga ut. För att optimera utläggningen av CMA i Stockholm har spridningsmodellen NORTRIP (non-exhaust road traffic induced particle emissions) använts. Modellen använder meteorologiska data, trafikdata och data rörande saltning, sandning och städning för att räkna ut halten PM10 som spridits till luften. Den här modellen har använts för att testa några olika dammbindande scenarion på Hornsgatan i vilka CMA har lagts ut. Det har också testats, i NORTRIP, om PM10 halten i luften skulle minska genom utläggning av vatten på vägen. Vatten lades endast ut i modellen efter 15 mars med antagandet att temperaturen inte skulle sjunka under 0 °C efter datumet ifråga. De olika scenariona var utformade för att se om det var möjligt att minimera användandet av CMA men ändå hålla nere PM10 halten i luften. Alla scenarion jämfördes med scenariot där varken CMA eller vatten lades ut för att jämföra om PM10 i luften minskade. Ett resultat visade att det var bättre att lägga ut CMA varje dag under dammiga perioder än att sikta in sig på bara de dammigaste dagarna. PM10 i luften 2016 minskade med 4,7% när de 45 dammigaste dagarna behandlades med CMA. Det kan jämföras med en minskning på 6,5% när CMA applicerades under dammiga perioder under samma år. En annan slutsats var att det ger större effekt att lägga ut CMA i mars och april än mellan november och mars. PM10 i luften 2016 minskade med 2,1% om man började lägga ut CMA 1 november som planerat, och med 1,7% om utläggningen började i slutet av februari, när den dammiga säsongen börjar. Det resulterar i att endast en liten minskning av PM10 halten uppnåddes genom att börja behandla vägbanan med CMA den 1 november istället för i slutet av februari. Att börja lägga ut CMA i slutet av februari istället för 1 november skulle minska kostnaderna betydligt för staden. Resultaten visade även att ett tunt lager vatten (0,3 mm) utlagt på vägbanan mellan ordinarie dagar för dammbindning hade en betydande effekt på PM10 halten i luften. Vid vattenutläggning mellan dagarna för CMA utläggning efter 15 mars 2016 minskar PM10 i luften under 2016 med 1,4% utöver vad den skulle minskat med om inget vatten lagts ut. Den här rapporten visar att det är möjligt att optimera utläggningen av CMA på Hornsgatan. / Abstract Optimization of dust-binding on Hornsgatan with the NORTRIP model The mass of airborne particles with a diameter smaller than 10 µm (PM10) is one of the most difficult environmental quality standards addressed in Sweden. PM10 particles originates from a variety of sources; natural, like sea salt and sand, and human made like road wear, tire wear, brake wear and exhaust. A significant source of PM10 in the air is the usage of studded tires. The suspension typically occurs in March and April when the snow layer melts, temperature rises and the streets dry. A dry street is crucial for the road dust to suspend into the air. A way to prevent road dust to suspend in to the air is spraying the road with a salt solution that does not freeze at temperatures below 0 °C. In Stockholm a dust-binding substance called CMA (Calcium Magnesium Acetate) is used. It is a of salt with minimal negative side effects on the urban environment. CMA was applied on some specific streets in Stockholm three times a week between November and May winter season 2016–2017. One of the streets that gets treated with CMA is Hornsgatan which is the topic of this paper. Dust-binding substances are expensive and time consuming to apply to the streets. To optimize the appliance of CMA in Stockholm a non-exhaust road traffic induced particle emissions (NORTRIP) model has been used. The model uses meteorological data, traffic data combined with data on salting, sanding and cleaning to calculate PM10 suspension to the air. This model has been used to test different dust-binding scenarios on Hornsgatan in which CMA was applied. It has also been tested, in NORTRIP, if spraying the road with water could have a reductive effect on PM10 in the air. Water was only added to the model after the 15th of March because it was assumed the temperature would not sink below 0 °C after this date. The different scenarios were formed to see if it was possible to minimize the usage of CMA and still keep the PM10 level low. All scenarios were compared with the scenario of not applying any CMA or water to see how much PM10 in the air was reduced. One result showed that it is better to apply CMA every day during dusty periods rather than just manage to target the dustiest days alone. PM10 in the air 2016 was reduced by 4.7% when the 45 dustiest days were treated with CMA. This could be compared to a 6.5% reduction when CMA was applied during dusty periods. Another conclusion made was that applying CMA in March and April has a greater effect then applying CMA in November, December, January and February. PM10 in the air 2016 was reduced by 2.1% if the CMA treatment started on the 1st of November as planned, and by 1.7% if the treatment started in the end of February when the dusty season starts. That means there is only a small decrease of PM10 if the appliance of CMA starts in the end of February rather than the 1st of November. Reducing the days of CMA treatment would reduce the cost significantly for the city. It was also shown that a thin layer of water (0.3 mm) applied to the street between ordinary dust-binding days has a significant effect on PM10 in the air. Adding water to the street in between days of dust-binding after the 15th of March 2016 reduced suspended PM10 2016 in the air by 1.5% beyond what it would have been reduced without the water. This paper shows that it is possible to optimize the appliance of CMA.

Non-exhaust PM10 is an issue in the urban environment linked to health issues. Emissions of non-exhaust PM10 is relatable to pavement properties. Also of importance is resuspension of road dust stored from surfaces. This depends on the traffic and metrological conditions. Given this, the purpose of the thesis was to give an overview limited to Sweden and the Nordic countries regarding non-exhaust PM10 emissions and road dust. The overview includes how particles are related to human health. Also included is the principle of how particles are emitted from road surface and tyre interaction, both directly and through resuspension of road dust. This thesis also includes an overview of how the use of studded tyres impact on asphalt surfacings and how the properties of the materials used impact on the abrasion wear. This is then linked to the emissions of non-exhaust particles. Further described is how measurements can be done of ambient particles and road dust, followed on two major models for road abrasion wear and non-exhaust PM prediction. Also included is how road operation, e.g. traction sanding and dust binding, influence the particle emissions together with other options to reduce the emissions through, e.g. limiting the use of studded tyres. One special issue discussed in this thesis is the lack of holistic view regarding the environmental problems in the urban environment with focus on particle emissions and road noise emissions, both from the road surface and tyre interaction. Currently the most problematic issue is prioritized and the resulting solution to that specific problem might increase other problems. This thesis shows that much knowledge is available regarding non-exhaust PM10 emissions and road dust, but also that several knowledge gaps exists. Several suggestions on further studies is given together with a brief overview on the continued work forward from this thesis. / Icke-avgasemissioner av PM10 är ett problem i urbana miljöer länkat till flera hälsoaspekter. Dessa emissioner kan relateras till beläggningars egenskaper. Även resuspension av vägdamm från ytor är av betydelse och beror på både trafiken och meterologin. Baserat på detta är syftet med denna avhandling att ge en översikt kring icke-avgas PM10 emissioner och vägdamm, begränsat till Sverige och de övriga nordiska länderna. Denna översikt inkluderar hur partiklar relaterar till människans hälsa. Annat som inkluderas är hur partiklarna emitteras från vägyta-däckinteraktionen, både direkt och genom resuspension av vägdamm. Avhandlingen inkluderar även en översikt kring hur användandet av dubbdäck inverkar på vägbeläggningar och hur dess egenskaper inverkar på nötningsslitage. Detta länkas därefter till partikelemissioner. Vidare beskrivs även hur mätningar kan genomföras av partiklar samt vägdamm vilket följs upp av beskrivningar kring två större modeller kring prediktion av nötningsslitage och prediktion av icke-avgasemissioner. Även hur driftåtgärder inverkar på emissionerna tillsammans med alternativ för att minska emissionerna tas upp. Ett särskilt problem som tas upp i avhandlingen är bristen på helhetssyn beträffande miljöproblem i den urbana miljön med fokus på partikel- och bulleremissioner från vägyta-däckinteraktionen. För närvarande brukar det värsta problemet prioriteras och lösningen till det detta problem kan i sin tur medföra att andra miljöproblem istället förvärras. Denna avhandling visar på att mycket kunskap existerar kring icke-avgasemissioner av PM10 och kring vägdamm, men även att flertalet kunskapsluckor existerar. Flertalet förslag på vidare studier ges tillsammans med en överblick kring det fortsatta arbetet. / <p>QC 20180202</p>