交通來源顆粒物粒徑分布特征及其排放因子研究

胡 宇 商正松 王金樂 肖勁松

(1.貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081； 2.貴州省水產科學研究所， 貴陽 550005)

交通來源顆粒物粒徑分布特征及其排放因子研究

胡 宇1商正松1王金樂2肖勁松1

(1.貴州省環境科學研究設計院， 貴陽 550081； 2.貴州省水產科學研究所， 貴陽 550005)

貴陽市大關隧道交通顆粒物排放以0.3 μm顆粒為主，占總顆粒物數濃度的84%，粒徑在2.5 μm、5.0 μm和10.0 μm的顆粒物占總顆粒物質量濃度的權重較大，3個粒徑顆粒物質量濃度占總顆粒物質量濃度的94%。貴陽機動車道路排放因子PM2.5為0.017 g/km,PM10為0.334 g/km。

顆粒物；排放因子

隧道法是測定交通揚塵排放因子的重要方法之一。其基本原理是在隧道內除了機動車行駛所造成的污染外沒有其它污染源的情況下，通過測定出隧道內顆粒物的濃度，扣除進入隧道空氣中顆粒物的環境本底濃度，則可計算得出交通顆粒物排放因子[1]。利用這種方法得出的機動車污染物排放因子是代表車流在真實道路和真實行駛狀態下污染物的整體排放水平,具有很強的實際應用價值,20世紀80年代以來這種方法被發達國家廣泛采用[2]。

1 實驗方法

1.1 隧道的地理位置

貴陽黔靈山路大關隧道位于貴陽市老城區北部與觀山湖新城區結合部隧道左線(老城區進入觀山湖區)長974 m，右線(觀山湖區進入老城區方向)長983.41 m，隧道內輪廓拱頂高8 m，凈寬14.99 m，內凈空面積96.3 m2[3]。本研究隧道為右線，觀測時處于自然通風。

1.2 采樣時間與方法

采樣時間：2014-4-18至2014-5-3日，設3個監測點，以隧道入口為背景參照點，在隧道中部設置1個監控采樣點，隧道出口設立第3個監測點。采用Lighthouse國際有限公司的Lighthouse HANDHELD 3016型監測儀對隧道內環境空氣進行觀測。顆粒物質量濃度和顆粒數濃度分別采集30個觀測值，儀器自動計算均值，同時人工記錄采樣時機動車流量和機動車類型，觀測風速。

1.3 數據處理

排放因子的估算方法[1]如下：

式中：Q:污染物總質量,g；A:隧道截面積，96.3 m2；t:采樣時間，s；V:平均風速，m/s；Ct,C0:隧道出口，入口監測值；EF：排放因子,g/km；N:標準車輛數;L：隧道長，km。

2 結果與討論

2.1 隧道空氣質量

隧道顆粒物數濃度與顆粒物粒徑呈反相關關系，顆粒物數濃度隨粒徑增加而減少(見圖1(a))。隧道空氣中粒徑在0.3～1.0 μm顆粒物占總顆粒物數濃度的98%，粒徑0.3 μm的顆粒物是主要的顆粒物(見圖2(a))占隧道空氣總顆粒物84%。顆粒物質量濃度和PM質量濃度與顆粒物粒徑呈正相關關系，隧道空氣顆粒物質量濃度和PM質量濃度隨粒徑增加而增加(見圖1(b)、1(c))，隧道空氣中粒徑在2.5～10 μm顆粒物貢獻了94%質量濃度，其中5 μm是主要的粒子，貢獻了39%的質量濃度(見圖2(b))。隧道空氣顆粒物質量濃度和數濃度的變化趨勢與其他研究者結果相似[4-9]。

2.2 道路排放因子

根據公式1和公式2計算結果見圖3，不同粒徑顆粒物質量濃度和數濃度排放因子呈反相關關系：數濃度排放因子隨粒徑的增加濃度降低，質量濃度排放因子隨粒徑的增加濃度增加。如圖4所示：粒徑0.3、0.5、1.0 μm數濃度排放因子分別占綜合數濃度排放因子的43%、28%和14%。粒徑5.0、10.0 μm質量濃度排放因子分別占綜合質量排放因子的41%和36%。PM2.5和PM10質量濃度排放因子分別為0.017 g/km和0.334 g/km。質量濃度排放因子和數濃度排放因子分布情況與國內外其他研究結果相似[10-11]。質量濃度排放因子和數濃度排放因子的累計濃度排放因子隨粒徑的增加而增加。

2.3 討論

相關分析結果(見表1)表明，粒徑在0.3 μm的顆粒物僅與粒徑在0.5 μm的顆粒物達到顯著相關，與其他粒徑大于0.5 μm的顆粒物不相關；粒徑在0.5 μm顆粒物分別與粒徑在1.0、2.5、5.0 μm的顆粒物達到極顯著相關，與粒徑在10.0 μm的顆粒物達到極顯著相關，表明粒徑在0.5 μm的顆粒物與粒徑在1.0、2.5、5.0 μm的顆粒物來源關系密切。粒徑在1.0、2.5、5.0 μm的顆粒物互相達到極顯著相關關系，表明這些顆粒物來源關系密切。

(a) 不同粒徑顆粒物數濃度

(b) 不同粒徑顆粒物質量濃度

(c) PM質量濃度圖1 隧道空氣質量

(a) 數濃度

(b) 質量濃度圖2 顆粒物粒徑結構關系

(a) 不同粒徑顆粒物排放因子

(b) 不同PM顆粒物排放因子圖3 顆粒物排放因子

(a) 數濃度排放因子

(b) 不同質量濃度排放因子圖4 顆粒物排放因子構成

表1 不同粒徑顆粒物相關關系

機動車排放顆粒物來源包括燃料燃燒所產生的一次和二次顆粒物，機動車燃料燃燒要排放出上百種不同性質的化合物，通常對大氣產生污染的物質主要是CO、HC、NOx、有機酸、顆粒物，少量的SO2和NH3二次顆粒物的反應物。另一類是由于機動車在行駛過程中非燃料燃燒的顆粒物：制動片的磨粒、輪胎橡膠與路面材料的磨粒、粉粒料等運輸過程中產生飛散和機動車車身與底盤部位的污垢和塵土等在行駛時撒落地面，以及機動車行駛時的氣流擾動將路面積塵吸出而引起塵土等顆粒物的二次揚塵。一般粒徑在PM0.5顆粒物以燃料燃燒所產生的一次和二次顆粒物為主，大于PM1顆粒物以礦物鹽即揚塵為主[7-9]。因此，本研究0.3 μm粒徑段的顆粒物濃度與1.0、2.5、5.0、10.0 μm的顆粒物的相關性不好是因為來源不同。粒徑1.0、2.5、5.0、10.0 μm的顆粒物可能來自礦物鹽和揚塵為主，因此相關性達到極顯著水平。

根據相關研究結果[10]，土壤塵是隧道細粒子的主要來源，占隧道細粒子質量濃度元素濃度總量的87%。黔靈山路大關隧道質量濃度主要是粒徑2.5～10.0 μm粒子貢獻，且這些粒子的相關性達到極顯著水平，按照類比分析可以斷定黔靈山路大關隧道質量濃度貢獻主要來自土壤揚塵。

有研究認為，SO2、硫酸霧、多環芳烴(PAHs)及致病微生物等都可以附著在顆粒物表面，能吸附空氣中的氣態或液態污染物并進入人體的呼吸道，粒徑越小的顆粒物，相對表面積越大，在相同質量下，細微顆粒物所吸附的有害物質遠遠多于粗顆粒物。并且由于細顆粒的粒徑小，能沉積在呼吸道深部肺泡內，存留時間可達數周至數年，比粒徑較大的顆粒物的危害更大，同時細粒子是造成能見度降低的主要因子，也是我國大城市灰霾污染嚴重的元兇[7]。貴陽黔靈山路大關隧道機動車道路細顆粒物排放特征表明，機動車道路顆粒物排放以1.0 μm以下的細粒子為主，質量濃度貢獻者來自2.5 μm以上的粒子。當前以削減PM10和PM2.5質量濃度的控制機動車顆粒物排放對策不全面，控制機動車道路排放要以控制質量濃度和數濃度相結合的削減措施，才能有效地降低大氣顆粒物對人體健康的危害。同時提醒我們城市機動車保有量的快速增加，給城市環境空氣質量的改善帶來不斷增加的壓力和挑戰，關注環境空氣質量不能只關注環境空氣顆粒物質量濃度的變化，也要關注環境空氣中顆粒物不同粒徑粒子數濃度的變化。

3 結論

從機動車道路排放因子來分析機動車排放以細顆粒物和超細顆粒為主，但是其占的質量權重低，粒徑在2.5 μm以上的顆粒物數濃度相對較低，質量權重大。因此，治理機動車對環境空氣污染的對策分為環境因素、技術革新水平兩方面。環境方面增加公共交通在人們出行的比例、降低道路積塵量、適當降低城市發展規模、拋棄發展超大城市的發展思路、提高城市綠地占比、在污染嚴重時采取增加環境濕度等措施；技術革新包括提高發動機技術水平、提高電動車使用率、提高油品品質、提高清潔能源使用率等措施。總之，從降低質量濃度和降低不同粒徑粒子排放數量兩方面相結合，才能真正降低機動車的道路污染。科學地建設城市和不斷的技術革命是降低機動車道路空氣污染的主要方針和措施。

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Study on particle size distribution of particulate matter and vehicle emission factors from traffic source

Hu Yu1, Shang Zhengsong1, Wang Jinle2, Xiao Jinsong1

(1. Guizhou Institute of Environmental Science and Designining, Guiyang 550081;2. Guizhou Fisheries Research Institute, Guiyang 550025, China)

in the Daguan traffic tunnel of Guiyang city, the fine particles emitted from vehicles were measured. Particle with 0.3μ m in diameter was the majority, accounting for 84% of the total number of all fine particles. Particles at the size of 2.5 μm, 5.0 μm and 10.0 μm in diameter had the highest weight and contributed 94% of the total mass concentration. The emission factor of PM2.5for one vehicle was 0.017 g per km, and that of PM10was 0.334 g per km.

particle；emission factors

2014-08-28；2014-09-22修回

胡宇，男，1978年生，碩士，工程師，研究方向：環境污染防治。E-mail：human_99@163.com

X513

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