城市道路近地面大氣顆粒物污染控制措施效果研究

劉錦澤

(佛山市南海區(qū)環(huán)境技術(shù)中心，廣東 佛山 528200)

1 引言

隨著珠三角經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，珠三角主要城市范圍內(nèi)空氣污染問題日趨嚴(yán)重，特別是顆粒物污染問題，已成為國(guó)際社會(huì)和普通民眾的關(guān)注焦點(diǎn)。近地面是市民日常活動(dòng)的主要活動(dòng)區(qū)域，道路面積一般占城市面積的比例達(dá) 10%以上[1]，道路近地面細(xì)顆粒濃度水平對(duì)市民出行產(chǎn)生較大影響，直接對(duì)人體健康造成威脅。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市道路近地面顆粒物污染的研究主要在污染特征[2]、排放機(jī)理[3]、擴(kuò)散模型等方面，但對(duì)近地面顆粒物控制措施效果的研究在國(guó)內(nèi)外較少見到，因此研究城市道路近地面大氣顆粒物的變化特征及控制措施效果，對(duì)指導(dǎo)城市環(huán)境治理和改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要意義。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本研究選取珠三角某城市城區(qū)主干道對(duì)灑水控制顆粒物效果進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。該城市主干道先后經(jīng)過多個(gè)商業(yè)中心，日常車流量大，行駛車輛類型基本能覆蓋常見交通工具，同時(shí)能較好地反應(yīng)該市車流量日變化。實(shí)驗(yàn)路段自十字路口起，北行250 m，隨后掉頭南行250 m，全長(zhǎng)500 m。

實(shí)驗(yàn)共設(shè)1次常規(guī)監(jiān)測(cè)和2次灑水實(shí)驗(yàn)，見表1。其中，常規(guī)監(jiān)測(cè)在于了解實(shí)驗(yàn)點(diǎn)日常顆粒物水平及其時(shí)間變化特征，為灑水實(shí)驗(yàn)確定具體的灑水時(shí)刻和間隔時(shí)間，同時(shí)為灑水后顆粒物水平提供對(duì)比數(shù)據(jù)。灑水實(shí)驗(yàn)中分別設(shè)置實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與對(duì)比點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)位于實(shí)驗(yàn)路段中部東側(cè)馬路旁，利用顆粒物在線監(jiān)測(cè)儀器獲取灑水前后道路旁顆粒物水平；與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)點(diǎn)225 m處設(shè)定對(duì)比點(diǎn)，該點(diǎn)距離灑水路徑125 m，足夠消除灑水影響，反映同時(shí)刻無灑水作業(yè)道路的顆粒物水平。為反映車輛狀況對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，常規(guī)監(jiān)測(cè)和灑水實(shí)驗(yàn)過程中均同時(shí)記錄該主干道車流量。

表1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

本研究使用的灑水車為該市環(huán)衛(wèi)部門日常使用的灑水作業(yè)車，每車儲(chǔ)水量為8 t。實(shí)驗(yàn)中完整灑水過程耗時(shí)10 min，灑水路程500 m，灑水量約為0.5 L/m2，符合《中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T29ll4-93灑水車技術(shù)條件》要求(在灑水寬度≥14 m時(shí)，其灑水量為0.2～2 L/m2，即單位面積的水柱高度為0.2～2 mm)。

2.2 監(jiān)測(cè)質(zhì)控措施

本實(shí)驗(yàn)采用美國(guó)CASELLA公司生產(chǎn)的MICRODUST pro型顆粒物在線監(jiān)測(cè)儀獲取道路旁PM10及PM2.5懸浮顆粒物濃度。為區(qū)分不同粒徑顆粒物，本儀器加裝配套的過濾器和定流量(3.5L/min)空氣泵。過濾器中的多孔濾芯能有效過濾特定粒徑的顆粒物，實(shí)現(xiàn)對(duì)PM2.5和PM10的有效監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)前，所用儀器均按使用手冊(cè)規(guī)定，利用潔凈空氣(不含顆粒物)對(duì)儀器的濃度零點(diǎn)進(jìn)行矯正，并使用配套的光學(xué)校準(zhǔn)鏡對(duì)特定濃度值下的儀器激光強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定(即跨距標(biāo)定過程)，為消除不同儀器之前的系統(tǒng)誤差，監(jiān)測(cè)前對(duì)兩臺(tái)儀器進(jìn)行了4次校準(zhǔn)測(cè)試，從而確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 常規(guī)監(jiān)測(cè)及結(jié)果分析

常規(guī)監(jiān)測(cè)是道路顆粒物控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。通過對(duì)無灑水作業(yè)情況下的顆粒物日常濃度水平以及日變化特征的監(jiān)測(cè)，為第二階段揚(yáng)塵控制實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

常規(guī)監(jiān)測(cè)從7:00～17:30。根據(jù)圖1所示，監(jiān)測(cè)期間PM2.5與PM10濃度均較低，分別為0.0239 mg/m3和0.0593 mg/m3，而濃度日變化特征表現(xiàn)為：在車流高峰(8:00～10:00，14:00～16:00)前后顆粒物濃度上升明顯，且保持在相對(duì)較高的水平；中午車流量減少，近地面顆粒物水平保持在較低水平；PM2.5的變化趨勢(shì)要明顯弱于PM10。

圖1 常規(guī)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)PM2.5和PM10五分鐘平均濃度與車流量變化關(guān)系

3.2 灑水實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

常規(guī)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該城市主干道交通高峰期主要在9時(shí)前后和15時(shí)后，期間顆粒物濃度相對(duì)較高。根據(jù)這一結(jié)果并考慮到實(shí)際可調(diào)度的灑水車使用情況，本研究設(shè)計(jì)將灑水作業(yè)分為5次，灑水時(shí)間分別為7:30，9:00，11:00，15:00，17:00。灑水實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)PM2.5為監(jiān)測(cè)研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)共兩次(表2)。

表2 灑水實(shí)驗(yàn)時(shí)段性結(jié)果

灑水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩次灑水之間的PM2.5濃度最高下降約59%，最低亦達(dá)到24%。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，無法保證對(duì)比點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)車流量完全一致，因此，顆粒物濃度變化率會(huì)受到兩點(diǎn)車流量差異的影響。但值得注意的是，灑水實(shí)驗(yàn)1的15:00至17:00時(shí)間段內(nèi)，對(duì)比點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的每分鐘平均車流量基本一致，灑水作業(yè)影響下PM2.5濃度減少了38%。

根據(jù)圖2灑水前后15 min內(nèi)PM2.5的變化趨勢(shì)。從整體上看，具有灑水控制措施的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)顆粒物濃度變化幅度較無灑水控制的對(duì)比點(diǎn)，顆粒物濃度更低、波動(dòng)性明顯更小。在完成灑水后，顆粒物濃度波動(dòng)性振幅隨著路面水分的蒸發(fā)(實(shí)驗(yàn)記錄水分蒸發(fā)時(shí)間約為10 min)再一次加大。

圖2 灑水前后15 min內(nèi)PM2.5濃度變化趨勢(shì)(虛線為灑水時(shí)刻)

4 結(jié)論

該城市主干道近路面顆粒物濃度高值現(xiàn)象主要受交通車流量影響，顆粒物濃度與車流量有較明顯的正相關(guān)。在灑水控制措施的影響下，兩次灑水作業(yè)間隙內(nèi)PM2.5平均濃度最大可下降59%，且濃度變化幅度明顯減小。可見，該措施對(duì)近地面顆粒物濃度水平有明顯的抑制作用。但由于實(shí)驗(yàn)條件有限，不可控因素較多，實(shí)驗(yàn)中顆粒物濃度減少率未能完全排除實(shí)驗(yàn)點(diǎn)與對(duì)比點(diǎn)車型及車流量車流量、氣象條件變化等因素的影響，實(shí)際控制效果較實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能存在微小差異。