地鐵車站揮發性有機異味污染實測分析：以華南地區為例

孟金玲 呂心霸 魏 翩 汪鄭強 關 軍

（1.廣州地鐵設計研究院股份有限公司 廣州 510010；2.南京理工大學能源與動力工程學院 南京 210094）

0 引言

2020 年國內的總客運量達到206.71 億人次，主要大中城市的地鐵客運量在公共交通客運量的占比均已過半[1]。然而，地下軌道交通迅速發展的同時，特殊的地下站內環境易導致室內污染問題，并引發異味投訴時有發生。因此，深入認識地鐵站異味污染對地鐵站內空氣質量控制具有重要的現實意義。

目前，已有文獻針對地鐵站內可揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）污染開展了現場測試分析，進而揭示站內VOCs 污染特征[2-10]。例如，Feng 等人[2]在上海市地鐵站內共檢出19 種羥基化合物，其中甲醛、乙醛、丙酮的濃度最高，且大部分羥基化合物在早晚高峰期間的濃度高于白天非高峰期間。Chertok 等人[5]在悉尼地鐵的采樣測試結果表明，站內氣態污染物主要有苯、甲苯、二甲苯、乙苯，且較多與異味污染有關。Wang 等人[6]對地鐵內人員對異味感知強度的調研發現，其人員異味感知強度與人員密度顯著正相關，當環境溫度較低、通風量增大時，地鐵內的異味會減少。此外，針對站內污染來源的研究發現，站內裝修采用的各種復合材料[5-7,9]、衛生間[10]、區間隧道[8,10]等，均可成為地鐵站內潛在的異味污染來源。

綜合上述研究表明，地鐵站內污染物種類較多，來源復雜，目前的研究主要關注部分污染物的暴露水平及其健康風險，而針對站內目標異味VOCs 及其基本污染特征等的相關研究較為缺乏。因此，本文選擇華南地區的13 個地鐵站，對其站臺的VOCs 進行現場采樣分析，進而提出站內目標異味VOCs 物質及其污染特征。該研究以期為地鐵站內異味污染成因及空氣質量控制策略提供科學參考。

1 研究方法

本研究于2022 年元月，選取華南地區某城市13 個地鐵站站內進行VOC 采樣測試，以確認地鐵站內目標異味VOC 的種類及濃度水平（13 個地鐵站均為典型島式地下車站，投入運營時間均在2011年至2019 年之間，涵蓋不同地鐵線路，VOC 采樣時間包含客流高峰期與非高峰期）。此外，隨機選取其中新、老兩個典型車站（站A 于2015 年投入使用，站B 于2019 年投入使用，且兩站位于不同地鐵線路），對其站臺及其關聯空間（如隧道、站外環境等）進行同步采樣測試，進而計算其異味強度以及異味貢獻度，以進一步分析站臺的關聯空間對其異味污染的影響。

站臺測點距離屏蔽門1.5m，所有采樣測點離地面約1.2m[11,12]，站臺測點示意如圖1 所示。采用恒流采樣器（QC-6H 型）采樣空氣樣品，每次采樣兩根Tenax-TA 管，互為平行樣，以0.5L/min 的流量連續采樣30min，采樣完成后送到實驗室進行分析。主要的分析儀器包括熱脫附儀（TD，Markes，UK）和氣相色譜-質譜分析儀（GC/MS，6875/5975B，Agilent，USA）。此外，每輪次采樣活動均保留空白管，用以確定其采樣質量是否處于可接受的范圍[13]。

考慮到地鐵站內VOC 種類豐富，需進一步篩選主要異味VOC 物質，以針對性開展進一步的定性、定量分析。為此，目標異味VOCs 的選取根據以下原則及步驟進行：

（1）選取所有13 個測試站點具有高濃度、高檢出率以及低異味閾值的VOC 物質作為具有共性特征的目標異味物質，對于均值濃度低于0.5μg/m3且檢出率低于50%[13]，以及未見其公開報道異味閾值的VOC 物質[14]在本研究中不予考慮；

（2）考慮到各站點的潛在個體化差異，同時選取案例站點各個測點檢出濃度較高且異味閾值較低的物質作為具有個體化特征的目標異味物質，以進一步開展案例站點的異味成因分析。

VOC 物種的檢測率（DR）由以下等式定義[13]：

式中，DR是某單一VOC 的檢測率（%），更高的DR意味著更高的檢出概率；變量x是某單一VOC 物質；F是某單一VOC 物質的檢出頻次，次數；N是樣本總數量。

由于異味VOCs 濃度值不能直接用來評價異味強度，本文采用異味活度值（Odor Activity Value，OAV）來評價可感知的異味強度[15]，其定義的公式為[14]：

式中，C為異味污染物的濃度，μg/m3；OD為污染物的異味閾值，μg/m3。當一種異味VOCs 的濃度值高于異味閾值時（OAV>1），認為其存在異味風險[15,16]。

對于混合異味物質，混合物中某一組分的異味活度值越大，其異味貢獻也就越大[14,15]。因此，可以根據混合物中各組分異味活度值的大小來判斷不同組分對混合物的異味貢獻（Pi），其定義的公式為[14]：

式中，OAVi為混合物中各組分的異味活度值，無量綱；SOAV為混合物各組分的異味活度值加和，無量綱。

2 結果分析

2.1 站臺主要VOC 檢出物

上述13 個測試站點采樣分析檢出的969 種VOCs 中，芳香烴類（如甲苯、苯等苯系物）的檢出濃度最高，其次為酯類和醇類（如乙酸乙酯、乙酸丁酯等）。根據上述VOC 物質篩選原則，共確定26 種主要檢出物，如表1 所示。結果表明，各主要檢出物的濃度變化范圍較廣（0.30–14.60μg/m3），且總體水平較高（均值濃度≥1μg/m3）。其中，甲苯的均值濃度最高（14.6μg/m3），其次為苯甲酸（8.13μg/m3）；其他主要檢出物還包括與人員排放有關的丙酮、壬醛、1-丁醇和D-檸檬烯等物質[17]，以及與交通排放有關的甲苯、苯、二甲苯等物質[18]。

表1 站臺主要VOC檢出物及其濃度范圍（μg/m3）（N=13）Table 1 The main VOC detected on the platform and its concentration range（μg/m3）（N=13）

2.2 站臺目標異味VOCs

根據公開報道的異味閾值數據[15,16]，進一步對上述26 種主要VOC 檢出物進行篩選和OAV 值計算，確定12 種目標異味VOCs 及其OAV 值范圍，如表2 所示。結果顯示，其主要濃度范圍為0.36–7.62μg/m3，OAV 值范圍為0.00-1.27，且大多數小于1.00，表明上述13 個測試站點的異味感知風險總體較小。注意到，在所有目標異味VOCs中，壬醛的最大OAV 值大于1.00，推測其在部分測試站點應具有一定的異味感知風險。此外，考慮站臺環境參數（如溫濕度、風速等）的影響，上述其他目標VOCs 的異味感知風險依然存在[18]。

表2 目標異味VOC污染物及其OAV值范圍（N=13）Table 2 Target odor VOC pollutants and their OAV value range（N=13）

2.3 站臺異味污染影響因素分析

結合表2 和公式（2）確定2 個案例地鐵站各測點的目標異味物質，如表3 所示。結果顯示，2個案例站點的站臺、隧道、站外環境檢出濃度最高的異味物質為對二甲苯（分別為4.66±1.58μg/m3、5.05±1.50μg/m3、4.52±2.15μg/m3）和苯酚（分別為3.34±1.42μg/m3、4.71±2.06μg/m3、2.03±1.98μg/m3），且隧道內大多數目標異味物質濃度均高于站臺和站外環境。

表3 案例站點各測點目標異味VOC物質均值濃度（μg/m3）及OAV值水平Table 3 The mean concentration(μg/m3)and OAV value level of target odorous VOC substances at each measuring point of the case site

對比分析兩案例的站臺目標異味物質OAV 值發現，除了站A 的壬醛（OAV 值=1.27）略高以外，兩案例站臺其他目標異味物質的OAV 值均遠低于1.00，表明導致站A 異味風險的VOC 物質主要為壬醛，而站B 應無單一物質異味風險。此外，對存在異味風險的案例站點A 的進一步分析顯示，該站點其他測點的少數目標異味物質OAV 值>1.00，包括隧道內的2-丙烯酸丁酯（3.04）、壬醛（1.21）和正戊酸（4.39），以及站外環境的2-丙烯酸丁酯（1.09）和正戊酸（3.26）；除壬醛以外，隧道以及站外環境對站臺異味風險的綜合影響較小。注意到，案例站點A 各測點的壬醛濃度均較高，且壬醛的來源多樣，如站內人員、建筑材料等[17-20]，推測其站臺壬醛所導致的異味風險應來自站臺自身、隧道以及站外環境的綜合影響。需要說明的是，盡管表3所列的其他目標VOC的異味感知風險較小，但隧道和站外環境檢出的部分目標異味物質（如2-乙基己醇、乙酸和2-丙烯酸丁酯）濃度均高于站臺，推測其依然可能通過屏蔽門通風滲透或通風系統送風對站臺帶來潛在的異味感知風險。

進一步對比各測點的SOAV 值計算結果表明，站A（老站）所有測點的SOAV 值（SOAV=們5.78±2.91）均高于站B（新站）（SOAV=0.54±0.20），表明老站的異味感知風險遠高于新站。此外，由于站B 所有測點的SOAV 值均小于1.00，其存在的異味風險較小；相比較而言，站A 隧道和站外測點的SOAV 值均比其站臺測點高，表明其隧道和站外的異味強度比站臺更大，進而給站臺帶來潛在的異味污染風險。

通過公式（3）計算表3 中的各目標VOC 的異味貢獻（Pi），結果如圖2 所示。結果顯示，壬醛（站A：53%、站B：59%）為兩個站臺異味貢獻最高的物質且均高于同站其他測點（站A 隧道：13%、站B 隧道：0%、站A 站外：14%、站B 站外：0%），正戊酸為站A 隧道（46%）和站外（59%）異味貢獻最高的物質，而2-丙烯酸丁酯為站B 隧道（28%）和站外（45%）異味貢獻最高的物質。此外，兩案例站點的隧道和站外2-丙烯酸丁酯的異味貢獻（站A 隧道和站外：32%和20%；站B 隧道和站外：28%和45%）均高于同站站臺（站A：21%；站B：12%），表明兩案例站點的隧道和站外的2-丙烯酸丁酯均對各自的站臺構成潛在的異味污染風險。

圖2 案例站點各測點主要目標VOCs的異味貢獻Fig.2 The odor contribution of the main target VOCs at each measuring point of the case site

3 結論

本研究選取華南地區13 個地下地鐵車站開展實測研究，分析確定了測試站點站臺的目標異味VOCs 及其濃度水平，并隨機選取兩個案例站點，定量分析其站臺及其關聯空間各目標VOC 的異味強度以及異味貢獻度等異味特征。其主要結論如下：

（1）根據采樣測試檢出的969 種VOC 物質的檢出率和濃度水平，篩選確定26 種主要VOC 檢出物，并結合其異味閾值，最終確定12 種目標異味VOC 物質，其濃度均值和OAV 值范圍分別為0.36–7.62μg/m3和0.00-1.27，除個別站點以外，所測試站點異味VOCs 感知風險總體較小；

（2）案例站點的分析結果表明，僅老站站臺存在單一VOC 物質異味風險（壬醛，OAV=1.27），其為案例站臺異味貢獻最高的物質，且老站的總體異味風險（ SOAV=5.78±2.91） 遠高于新站（SOAV=0.54±0.20），并受站臺自身、隧道以及站外異味來源的共同影響。