交通来源颗粒物粒径分布特征及其排放因子研究

胡 宇 商正松 王金乐 肖劲松

(1.贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081； 2.贵州省水产科学研究所， 贵阳 550005)

交通来源颗粒物粒径分布特征及其排放因子研究

胡 宇1商正松1王金乐2肖劲松1

(1.贵州省环境科学研究设计院， 贵阳 550081； 2.贵州省水产科学研究所， 贵阳 550005)

贵阳市大关隧道交通颗粒物排放以0.3 μm颗粒为主，占总颗粒物数浓度的84%，粒径在2.5 μm、5.0 μm和10.0 μm的颗粒物占总颗粒物质量浓度的权重较大，3个粒径颗粒物质量浓度占总颗粒物质量浓度的94%。贵阳机动车道路排放因子PM2.5为0.017 g/km,PM10为0.334 g/km。

颗粒物；排放因子

隧道法是测定交通扬尘排放因子的重要方法之一。其基本原理是在隧道内除了机动车行驶所造成的污染外没有其它污染源的情况下，通过测定出隧道内颗粒物的浓度，扣除进入隧道空气中颗粒物的环境本底浓度，则可计算得出交通颗粒物排放因子[1]。利用这种方法得出的机动车污染物排放因子是代表车流在真实道路和真实行驶状态下污染物的整体排放水平,具有很强的实际应用价值,20世纪80年代以来这种方法被发达国家广泛采用[2]。

1 实验方法

1.1 隧道的地理位置

贵阳黔灵山路大关隧道位于贵阳市老城区北部与观山湖新城区结合部隧道左线(老城区进入观山湖区)长974 m，右线(观山湖区进入老城区方向)长983.41 m，隧道内轮廓拱顶高8 m，净宽14.99 m，内净空面积96.3 m2[3]。本研究隧道为右线，观测时处于自然通风。

1.2 采样时间与方法

采样时间：2014-4-18至2014-5-3日，设3个监测点，以隧道入口为背景参照点，在隧道中部设置1个监控采样点，隧道出口设立第3个监测点。采用Lighthouse国际有限公司的Lighthouse HANDHELD 3016型监测仪对隧道内环境空气进行观测。颗粒物质量浓度和颗粒数浓度分别采集30个观测值，仪器自动计算均值，同时人工记录采样时机动车流量和机动车类型，观测风速。

1.3 数据处理

排放因子的估算方法[1]如下：

式中：Q:污染物总质量,g；A:隧道截面积，96.3 m2；t:采样时间，s；V:平均风速，m/s；Ct,C0:隧道出口，入口监测值；EF：排放因子,g/km；N:标准车辆数;L：隧道长，km。

2 结果与讨论

2.1 隧道空气质量

隧道颗粒物数浓度与颗粒物粒径呈反相关关系，颗粒物数浓度随粒径增加而减少(见图1(a))。隧道空气中粒径在0.3～1.0 μm颗粒物占总颗粒物数浓度的98%，粒径0.3 μm的颗粒物是主要的颗粒物(见图2(a))占隧道空气总颗粒物84%。颗粒物质量浓度和PM质量浓度与颗粒物粒径呈正相关关系，隧道空气颗粒物质量浓度和PM质量浓度随粒径增加而增加(见图1(b)、1(c))，隧道空气中粒径在2.5～10 μm颗粒物贡献了94%质量浓度，其中5 μm是主要的粒子，贡献了39%的质量浓度(见图2(b))。隧道空气颗粒物质量浓度和数浓度的变化趋势与其他研究者结果相似[4-9]。

2.2 道路排放因子

根据公式1和公式2计算结果见图3，不同粒径颗粒物质量浓度和数浓度排放因子呈反相关关系：数浓度排放因子随粒径的增加浓度降低，质量浓度排放因子随粒径的增加浓度增加。如图4所示：粒径0.3、0.5、1.0 μm数浓度排放因子分别占综合数浓度排放因子的43%、28%和14%。粒径5.0、10.0 μm质量浓度排放因子分别占综合质量排放因子的41%和36%。PM2.5和PM10质量浓度排放因子分别为0.017 g/km和0.334 g/km。质量浓度排放因子和数浓度排放因子分布情况与国内外其他研究结果相似[10-11]。质量浓度排放因子和数浓度排放因子的累计浓度排放因子随粒径的增加而增加。

2.3 讨论

相关分析结果(见表1)表明，粒径在0.3 μm的颗粒物仅与粒径在0.5 μm的颗粒物达到显著相关，与其他粒径大于0.5 μm的颗粒物不相关；粒径在0.5 μm颗粒物分别与粒径在1.0、2.5、5.0 μm的颗粒物达到极显著相关，与粒径在10.0 μm的颗粒物达到极显著相关，表明粒径在0.5 μm的颗粒物与粒径在1.0、2.5、5.0 μm的颗粒物来源关系密切。粒径在1.0、2.5、5.0 μm的颗粒物互相达到极显著相关关系，表明这些颗粒物来源关系密切。

(a) 不同粒径颗粒物数浓度

(b) 不同粒径颗粒物质量浓度

(c) PM质量浓度图1 隧道空气质量

(a) 数浓度

(b) 质量浓度图2 颗粒物粒径结构关系

(a) 不同粒径颗粒物排放因子

(b) 不同PM颗粒物排放因子图3 颗粒物排放因子

(a) 数浓度排放因子

(b) 不同质量浓度排放因子图4 颗粒物排放因子构成

表1 不同粒径颗粒物相关关系

机动车排放颗粒物来源包括燃料燃烧所产生的一次和二次颗粒物，机动车燃料燃烧要排放出上百种不同性质的化合物，通常对大气产生污染的物质主要是CO、HC、NOx、有机酸、颗粒物，少量的SO2和NH3二次颗粒物的反应物。另一类是由于机动车在行驶过程中非燃料燃烧的颗粒物：制动片的磨粒、轮胎橡胶与路面材料的磨粒、粉粒料等运输过程中产生飞散和机动车车身与底盘部位的污垢和尘土等在行驶时撒落地面，以及机动车行驶时的气流扰动将路面积尘吸出而引起尘土等颗粒物的二次扬尘。一般粒径在PM0.5颗粒物以燃料燃烧所产生的一次和二次颗粒物为主，大于PM1颗粒物以矿物盐即扬尘为主[7-9]。因此，本研究0.3 μm粒径段的颗粒物浓度与1.0、2.5、5.0、10.0 μm的颗粒物的相关性不好是因为来源不同。粒径1.0、2.5、5.0、10.0 μm的颗粒物可能来自矿物盐和扬尘为主，因此相关性达到极显著水平。

根据相关研究结果[10]，土壤尘是隧道细粒子的主要来源，占隧道细粒子质量浓度元素浓度总量的87%。黔灵山路大关隧道质量浓度主要是粒径2.5～10.0 μm粒子贡献，且这些粒子的相关性达到极显著水平，按照类比分析可以断定黔灵山路大关隧道质量浓度贡献主要来自土壤扬尘。

有研究认为，SO2、硫酸雾、多环芳烃(PAHs)及致病微生物等都可以附着在颗粒物表面，能吸附空气中的气态或液态污染物并进入人体的呼吸道，粒径越小的颗粒物，相对表面积越大，在相同质量下，细微颗粒物所吸附的有害物质远远多于粗颗粒物。并且由于细颗粒的粒径小，能沉积在呼吸道深部肺泡内，存留时间可达数周至数年，比粒径较大的颗粒物的危害更大，同时细粒子是造成能见度降低的主要因子，也是我国大城市灰霾污染严重的元凶[7]。贵阳黔灵山路大关隧道机动车道路细颗粒物排放特征表明，机动车道路颗粒物排放以1.0 μm以下的细粒子为主，质量浓度贡献者来自2.5 μm以上的粒子。当前以削减PM10和PM2.5质量浓度的控制机动车颗粒物排放对策不全面，控制机动车道路排放要以控制质量浓度和数浓度相结合的削减措施，才能有效地降低大气颗粒物对人体健康的危害。同时提醒我们城市机动车保有量的快速增加，给城市环境空气质量的改善带来不断增加的压力和挑战，关注环境空气质量不能只关注环境空气颗粒物质量浓度的变化，也要关注环境空气中颗粒物不同粒径粒子数浓度的变化。

3 结论

从机动车道路排放因子来分析机动车排放以细颗粒物和超细颗粒为主，但是其占的质量权重低，粒径在2.5 μm以上的颗粒物数浓度相对较低，质量权重大。因此，治理机动车对环境空气污染的对策分为环境因素、技术革新水平两方面。环境方面增加公共交通在人们出行的比例、降低道路积尘量、适当降低城市发展规模、抛弃发展超大城市的发展思路、提高城市绿地占比、在污染严重时采取增加环境湿度等措施；技术革新包括提高发动机技术水平、提高电动车使用率、提高油品品质、提高清洁能源使用率等措施。总之，从降低质量浓度和降低不同粒径粒子排放数量两方面相结合，才能真正降低机动车的道路污染。科学地建设城市和不断的技术革命是降低机动车道路空气污染的主要方针和措施。

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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，硕士，工程师，研究方向：环境污染防治。E-mail：human_99@163.com

X513

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