地鐵車站 PM2.5 和 PM10 顆粒物濃度實(shí)測(cè)及分析

劉文龍 何壘 李懋

中鐵二院華東勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司

0 引言

PM2.5 和PM10 的濃度是影響地鐵站站廳站臺(tái)空氣品質(zhì)的主要參數(shù)之一，有研究表明地鐵車站內(nèi)空氣環(huán)境中所含的顆粒物與其他場(chǎng)合相比有較大區(qū)別[1-2]。目前對(duì)地鐵車站內(nèi)的研究多集中在地鐵站廳和站臺(tái)的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)研究[3-4]。國(guó)外學(xué)者對(duì)地鐵車站站臺(tái)內(nèi)部空間的顆粒物分布也做了一些研究[5-6]。近些年來，國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者也對(duì)地鐵車站內(nèi)的空氣細(xì)顆粒物進(jìn)行了相關(guān)研究[7-10]。

本文于 2015 年 11 月通過對(duì)上海市地鐵車站 A 站和 B 站分別進(jìn)行為期 4 天的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到了 PM2.5 和PM10 顆粒物濃度在一天中的變化規(guī)律及其影響因素。本研究目的在于反映地鐵車站內(nèi)顆粒物的分布情況及影響因素，為地鐵車站空氣品質(zhì)優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)

1.1 采樣地點(diǎn)和時(shí)間

實(shí)測(cè)地鐵車站是在上海市市區(qū)繁華地帶的 A 站和 B 站，監(jiān)測(cè)地點(diǎn)是在地鐵車站站廳公共區(qū)、站臺(tái)公共區(qū)和軌行區(qū)。需要說明的是兩站均采用的是屏蔽門系統(tǒng)。

站廳監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置是在付費(fèi)區(qū)進(jìn)出站閘機(jī)旁。站臺(tái)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，從長(zhǎng)度方向看基本在中部靠近垂直電梯處，寬度方向是離屏蔽門 1 m 處（人員經(jīng)常停留區(qū)）。根據(jù) 《公共場(chǎng)所衛(wèi)生監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 》（GB/T17220-1998）要求，人群呼吸帶范圍距地面 1.2～1.5 m，故測(cè)試點(diǎn)高度選取離地1.5 m。為了避免受送風(fēng)氣流和回風(fēng)氣流影響，盡量避開了人流通風(fēng)道和空調(diào)通風(fēng)口。軌行區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，是在站臺(tái)設(shè)備區(qū)外走道處與軌道相通的開敞空間。

采樣時(shí)間是在 2015 年 11 月，選擇工作日，列車正常運(yùn)行。A 站具體在11 月16 日（周一）的9:40～20:17，11 月17 日（周二）的 09:47～17:27，11 月 18 日（周三）的 14:27～18:00，11 月 19 日（周四）的 08:47～19:38，監(jiān)測(cè)時(shí)間從早高峰到晚高峰。

B 站具體在 11 月 20 日（周五）的 09:31～19:50，11 月23 日（周一）的09:50～18:10，11 月 25 日（周三）的 9:50～18:00，11 月 26 日（周四）的 08:56～18:41，監(jiān)測(cè)時(shí)段基本覆蓋了高峰期和非高峰期。根據(jù)測(cè)試時(shí)間階段內(nèi)相應(yīng)的室外氣象數(shù)據(jù)，得出測(cè)試期間的室外環(huán)境PM2.5、PM10 變化曲線（見圖1）。

圖1 測(cè)試期間室外環(huán)境PM2.5、PM10 變化曲線

1.2 采樣儀器

采樣儀器選用1.108 型便攜式氣溶膠光譜儀（德國(guó)Grimm 公司），該儀器可以對(duì) 0.23～20.00 μ m 顆粒物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)記錄時(shí)間間隔設(shè)定為6 s.Grimm1.108 型氣溶膠光譜儀的測(cè)試參數(shù)設(shè)置如表 1 所示。

表1 Grimm1.108 型氣溶膠光譜儀的測(cè)試參數(shù)設(shè)置

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 PM2.5 和PM10 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

本文分析了 PM2.5 和 PM10 的顆粒物濃度分布及其變化規(guī)律，數(shù)據(jù)運(yùn)用 Origin 85 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì) PM2.5、PM10 濃度的分析以 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）作為參照標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試的8 天由于每天的測(cè)試時(shí)間段不相同，但初步分析數(shù)據(jù)顆粒物的粒徑分布大致相同，但同時(shí)在室外天氣狀況差異較大的情況下（晴天和雨天）其顆粒物的粒徑分布存在一定的差異，因此，選取 A 站11 月16 日（晴天），B 站11 月 26 日（晴天）和 A 站 11 月 19 日（雨天），B 站 11 月 20 日（雨天），且這4 天測(cè)試的時(shí)間段最為完整，基本覆蓋了列車從開始運(yùn)行到早高峰，再經(jīng)歷非高峰時(shí)段到晚高峰，故以此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了具體分析。

晴天A 站（11 月16 日）和B 站（11 月26 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn)PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律見圖2、3，雨天A 站（11 月 19 日）和 B 站（11 月 20 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn) PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律如圖4、5 所示。

圖2 A 站（11 月16 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn) PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖3 B 站（11 月26 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn) PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖4 A 站（11 月19 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn) PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖5 B 站（11 月20 日）各監(jiān)測(cè)點(diǎn) PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：

1）晴天 A 站站廳（除上午非高峰時(shí)段），站臺(tái) PM2.5 均超出二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。站臺(tái)超標(biāo)尤為嚴(yán)重，從下午15:00 以后PM2.5 達(dá)到二級(jí)限值兩倍以上，站臺(tái)PM10 從下午 15:00 以后超出二級(jí)濃度限值，濃度最大值為198.9 μg/m3，超標(biāo)率為 32.6%。晴天B 站站臺(tái)PM2.5 超出二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，最高超出二級(jí)限值一倍以上。站臺(tái)PM10 早、晚高峰時(shí)段超出二級(jí)濃度限值。

2）雨天A 站站廳PM2.5 能夠達(dá)到二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，站臺(tái)（除上午高峰時(shí)段）PM2.5、PM10 能夠達(dá)到二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。雨天 B 站站廳，站臺(tái)（除晚高峰）PM2.5、PM10 能夠達(dá)到二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。可見，在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，晴天車站站臺(tái)的 PM2.5、PM10 超標(biāo)較為嚴(yán)重，雨天車站的PM2.5、PM10 基本能夠達(dá)到二級(jí)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，晴天地下車站 PM2.5、PM10 污染水平明顯高于雨天。

從圖 2～ 圖 5 可以看出，地鐵站廳層，站臺(tái)層 PM10 與PM2.5 在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)逐時(shí)變化規(guī)律相似。受列車高頻運(yùn)行產(chǎn)生的活塞效應(yīng)的影響，站廳，站臺(tái)與軌行區(qū)PM2.5 在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)逐時(shí)變化規(guī)律相似。由于活塞風(fēng)是通過連接站廳層與站臺(tái)層間的樓梯對(duì)站廳層產(chǎn)生影響，因此對(duì)站臺(tái)層的影響要大于站廳層。站臺(tái)PM2.5、PM10 濃度高于站廳層。早、晚高峰時(shí)段由于列車行車對(duì)數(shù)的增加使得軌行區(qū)內(nèi)顆粒物濃度明顯高于非高峰時(shí)段，高峰時(shí)段 PM2.5 最高可達(dá)到二級(jí)濃度限值的3 倍多，見圖 3。此外，站廳層和站臺(tái)層 PM2.5、PM10 的濃度變化還受到人流的影響，由圖 5 所示，在 B 站因站廳層測(cè)點(diǎn)近服務(wù)中心，站臺(tái)層測(cè)點(diǎn)位于垂直電梯并近樓梯口處，受晚高峰客流影響，PM2.5、PM10 均出現(xiàn)了較大的增加。

2.2 PM2.5/PM10 比較分析

圖6 為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)車站站臺(tái)PM2.5/PM10 比值變化情況 。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，11 月 16 日 A 站臺(tái) PM2.5/PM10 為0.84～0.97，平均值為0.93。11 月26 日 B 站臺(tái)PM2.5/PM10 為0.41～0.84，平均值為0.65。監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)車站站臺(tái) PM2.5/PM10 比值平均值為 0.65～0.93。可見，站臺(tái)的顆粒物污染主要為細(xì)顆粒物，可能有三個(gè)原因[11]：一是機(jī)車潤(rùn)滑油蒸發(fā)分解，制動(dòng)系統(tǒng)的摩擦，電動(dòng)機(jī)或集電極所產(chǎn)生的石墨粉主要為細(xì)顆粒物，導(dǎo)致地鐵環(huán)境中細(xì)顆粒物濃度增加。二是街道汽車尾氣排放出的 PM2.5 滲透進(jìn)入地鐵地下區(qū)域包括室內(nèi)的通風(fēng)格柵，從而進(jìn)入室內(nèi)。三是地鐵夜間停運(yùn)期間的維護(hù)和清理工作也會(huì)產(chǎn)生細(xì)顆粒物。這是地鐵系統(tǒng)中細(xì)顆粒物的主要來源。

圖6 監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)站臺(tái)PM2.5/PM10 變化情況

3 結(jié)語

根據(jù)以上的分析，可以得到如下結(jié)論：

1）該市地鐵車站內(nèi) 11 月份（非空調(diào)季）PM2.5、PM10 水平高于室外，站臺(tái)公共區(qū)中存在顆粒物污染，顆粒物質(zhì)量濃度超過了國(guó)內(nèi)相關(guān)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，晴天車站站臺(tái)的PM2.5、PM10 超標(biāo)較為嚴(yán)重。

2）站廳公共區(qū)，站臺(tái)公共區(qū)與軌行區(qū) PM2.5 在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)逐時(shí)變化規(guī)律相似，站內(nèi)污染水平晴天高于雨天，站臺(tái)公共區(qū)高于站廳公共區(qū)。

3）地鐵車站站廳公共區(qū)，站臺(tái)公共區(qū) PM10 與 PM2.5 在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)逐時(shí)變化規(guī)律相似。

4）地鐵車站站臺(tái)內(nèi)PM2.5/PM10 質(zhì)量濃度比值平均值為0.65～0.93，顆粒物污染主要為細(xì)顆粒物。