柴油機非常規污染物排放的研究現狀與趨勢

彭蓉 安徽全柴動力股份有限公司 中小功率柴油機安徽省重點實驗室

發動機在燃燒過程中會產生大量的污染物，包括Co、HC、NOx等常見的氣態污染物、顆粒物、吸附在顆粒物表面的可溶性有機物、各種揮發性有機物等。與有效控制道路機械排放污染相比，非道路機械排放污染缺乏強有力的監督管理。

一、概況

非常規污染物主要包括吸附在顆粒表面的可溶性有機物（SOF）和揮發性有機物（VOCs）。可溶性有機成分是顆粒物的主要成分之一，約占顆粒物質量的20%-60%。主要成分是高沸點的碳氫化合物。目前，在sof中檢測到100多種有機化合物，鑒定出73種有機化合物SOF中的多環芳烴（PAHs）含有多種有害成分。在以往的研究中，多環芳烴被證明具有很高的致癌性、致畸性和致突變性，對人類健康和自然環境有很大的危害，已被列為各國重點監測的有害污染物。因此，對柴油機微粒中可溶性有機成分的研究越來越受到國內外專家學者的重視。根據世界衛生組織（WTO）的定義，揮發性有機化合物（VOCs）是指常壓下沸點在50℃～260℃之間的各種有機化合物。揮發性有機化合物（VOCs）是一類重要的大氣污染物，也是一類非常復雜的有機化合物。已經鑒定出300多種，包括脂肪烴、芳香烴、酯類、醛類和酮類。在美國環保署列出的重點污染物名單中，苯、甲苯、氯乙烯等揮發性有機物有50多種。柴油機排放的揮發性有機物（VOCs）主要來源于未燃燃料、潤滑油和燃油添加劑的蒸發。它們是一種具有特殊刺鼻氣味的有毒氣體，可侵入人體呼吸系統和神經系統，使人出現精神抑郁等神經衰弱癥狀。在嚴重的情況下，它們會使人呼吸困難并導致死亡。苯被國際癌癥研究機構認定為一類致癌物。醛類和酮類對人體也有致癌和促癌作用。

二、非常規污染物排放研究存在的問題

1.不先進檢測方法，導致成分模糊。非傳統污染物是復雜的。對所有非傳統污染物成分的研究是不完整的，盡管已經查明和鑒定了數百個成分。未分類的污染物是復雜的有機污染，包括直、支、烷鏈和芳烴類。發現了300多種揮發性有機化合物，包括碳氫化合物、有機鹵化物、醛酮類。

2.確切的毒性不明。雖然非常規污染物有毒，但其中許多毒性較小。對于有機化合物現象，研究表明，兒童白血病的危險因苯而增加。短期接觸高密度苯會引起眩暈、胸痛和昏迷。長期接觸的苯可能導致神經衰弱和嚴重的健康損害。大多數其他污染物與BTEX毒性研究相比沒有進行毒性研究，導致了其治理忽視，研究非常規排放物毒性應加大力度。

3.不明確形成機理。沒有詳細的生成機理，非常規污染物的影響很難獲得，因此無法制定這方面的非常規污染物控制措施。對非常規污染物的研究主要側重于樣品和檢測模式，對非傳統污染物的反應沒有詳細的理論分析。

4.目前，中國還沒有關于非常規污染物排放限值的具體標準。中國發布了《乘用車內空氣質量評價指南》GB/T27630，確定了苯、甲苯、二甲苯等污染物的限值，并于出臺強制執行標準，由于車內相當一部分非常規污染物來自與車身外部的氣體交換，因此從車內污染物限值的角度來限制尾氣中非常規污染物的排放是十分必要的。

三、降低非常規污染物排放的措施

1.尋找清潔能源。化石石油燃料燃燒產生的危險物質已成為空氣污染的主要原因。鑒于環境保護和可持續發展的需要，世界各國不僅依靠內部和外部的清潔技術，而且還依靠開發節能和無害環境的燃料來改善VOCs。結果表明，同一工況下的排放量比例從最高到最低，其次是柴油、甲醇和生物柴油。但對醛酮類的研究發現醛酮類在柴油中的總排放量是柴油排放量的兩倍。換句話說，非常規污染物的排放在各種燃料中以及在各組成部分和總量中高度相互依賴。因此，重要的是要找到適合于非傳統污染物排放的清潔能源替代辦法，以及盡量減少非傳統污染物排放以及環境和人類健康脆弱性的清潔能源。

2.燃料排放標準將相應減少。如果燃料超過排放標準，污染物排放就會減少。柴油機燃油低于排放標準時，不符合排放標準。研究表明，非傳常規染物的排放也是相同的。如比較了相同工況下國有國三、國四、國五柴油17種（SOF）顆粒物。結果表明，隨著石油質量的提高，SOF的品質下降了。但是，在實踐中，能源供應已落后于排放標準，特別是考慮到非公路機械設備多種多樣，大部分在農村地區擁有農業機械，農民文化普遍低，從而提高了有關當局增加燃料排放的監督，以盡量減少高質量燃料的消費。

3.添加后處理設備。對常規污染物的有效控制表明，可以通過添加后處理設備來改善排放，非常規污染物的排放也是如此。但在過去，氮氧化物和微粒是柴油機的主要污染物。可選微粒捕集器（Doc）和后處理單元（DPF）等后處理設備可減少污染物排放。

成分復雜的非常規污染物，對自然環境和人類健康構成嚴重威脅。關于非常規污染物的技術和法律規定今天遠遠不夠。因此，應加強研究資金、排放模型和培訓機制中對非傳統污染物排放的研究、相關法規的完善、適當排放方法的探索和對非傳統污染物排放的有效控制。