城市道路近地面大气颗粒物污染控制措施效果研究

刘锦泽

(佛山市南海区环境技术中心，广东 佛山 528200)

1 引言

随着珠三角经济的快速发展，珠三角主要城市范围内空气污染问题日趋严重，特别是颗粒物污染问题，已成为国际社会和普通民众的关注焦点。近地面是市民日常活动的主要活动区域，道路面积一般占城市面积的比例达 10%以上[1]，道路近地面细颗粒浓度水平对市民出行产生较大影响，直接对人体健康造成威胁。目前，国内外对城市道路近地面颗粒物污染的研究主要在污染特征[2]、排放机理[3]、扩散模型等方面，但对近地面颗粒物控制措施效果的研究在国内外较少见到，因此研究城市道路近地面大气颗粒物的变化特征及控制措施效果，对指导城市环境治理和改善城市环境空气质量具有重要意义。

2 实验方案

2.1 实验方案设计

本研究选取珠三角某城市城区主干道对洒水控制颗粒物效果进行实际测试。该城市主干道先后经过多个商业中心，日常车流量大，行驶车辆类型基本能覆盖常见交通工具，同时能较好地反应该市车流量日变化。实验路段自十字路口起，北行250 m，随后掉头南行250 m，全长500 m。

实验共设1次常规监测和2次洒水实验，见表1。其中，常规监测在于了解实验点日常颗粒物水平及其时间变化特征，为洒水实验确定具体的洒水时刻和间隔时间，同时为洒水后颗粒物水平提供对比数据。洒水实验中分别设置实验点与对比点。实验点位于实验路段中部东侧马路旁，利用颗粒物在线监测仪器获取洒水前后道路旁颗粒物水平；与此同时，在实验点225 m处设定对比点，该点距离洒水路径125 m，足够消除洒水影响，反映同时刻无洒水作业道路的颗粒物水平。为反映车辆状况对实验的影响，常规监测和洒水实验过程中均同时记录该主干道车流量。

表1 实验内容

本研究使用的洒水车为该市环卫部门日常使用的洒水作业车，每车储水量为8 t。实验中完整洒水过程耗时10 min，洒水路程500 m，洒水量约为0.5 L/m2，符合《中华人民共和国汽车行业标准QC/T29ll4-93洒水车技术条件》要求(在洒水宽度≥14 m时，其洒水量为0.2～2 L/m2，即单位面积的水柱高度为0.2～2 mm)。

2.2 监测质控措施

本实验采用美国CASELLA公司生产的MICRODUST pro型颗粒物在线监测仪获取道路旁PM10及PM2.5悬浮颗粒物浓度。为区分不同粒径颗粒物，本仪器加装配套的过滤器和定流量(3.5L/min)空气泵。过滤器中的多孔滤芯能有效过滤特定粒径的颗粒物，实现对PM2.5和PM10的有效监测。实验前，所用仪器均按使用手册规定，利用洁净空气(不含颗粒物)对仪器的浓度零点进行矫正，并使用配套的光学校准镜对特定浓度值下的仪器激光强度进行严格标定(即跨距标定过程)，为消除不同仪器之前的系统误差，监测前对两台仪器进行了4次校准测试，从而确保监测数据的可靠性。

3 实验结果与分析

3.1 常规监测及结果分析

常规监测是道路颗粒物控制实验的基础。通过对无洒水作业情况下的颗粒物日常浓度水平以及日变化特征的监测，为第二阶段扬尘控制实验的设计提供依据。

常规监测从7:00～17:30。根据图1所示，监测期间PM2.5与PM10浓度均较低，分别为0.0239 mg/m3和0.0593 mg/m3，而浓度日变化特征表现为：在车流高峰(8:00～10:00，14:00～16:00)前后颗粒物浓度上升明显，且保持在相对较高的水平；中午车流量减少，近地面颗粒物水平保持在较低水平；PM2.5的变化趋势要明显弱于PM10。

图1 常规监测实验点PM2.5和PM10五分钟平均浓度与车流量变化关系

3.2 洒水实验及结果分析

常规监测结果表明，该城市主干道交通高峰期主要在9时前后和15时后，期间颗粒物浓度相对较高。根据这一结果并考虑到实际可调度的洒水车使用情况，本研究设计将洒水作业分为5次，洒水时间分别为7:30，9:00，11:00，15:00，17:00。洒水实验主要针对PM2.5为监测研究对象，实验共两次(表2)。

表2 洒水实验时段性结果

洒水实验结果表明，两次洒水之间的PM2.5浓度最高下降约59%，最低亦达到24%。由于实验条件有限，无法保证对比点与实验点车流量完全一致，因此，颗粒物浓度变化率会受到两点车流量差异的影响。但值得注意的是，洒水实验1的15:00至17:00时间段内，对比点与实验点的每分钟平均车流量基本一致，洒水作业影响下PM2.5浓度减少了38%。

根据图2洒水前后15 min内PM2.5的变化趋势。从整体上看，具有洒水控制措施的实验点颗粒物浓度变化幅度较无洒水控制的对比点，颗粒物浓度更低、波动性明显更小。在完成洒水后，颗粒物浓度波动性振幅随着路面水分的蒸发(实验记录水分蒸发时间约为10 min)再一次加大。

图2 洒水前后15 min内PM2.5浓度变化趋势(虚线为洒水时刻)

4 结论

该城市主干道近路面颗粒物浓度高值现象主要受交通车流量影响，颗粒物浓度与车流量有较明显的正相关。在洒水控制措施的影响下，两次洒水作业间隙内PM2.5平均浓度最大可下降59%，且浓度变化幅度明显减小。可见，该措施对近地面颗粒物浓度水平有明显的抑制作用。但由于实验条件有限，不可控因素较多，实验中颗粒物浓度减少率未能完全排除实验点与对比点车型及车流量车流量、气象条件变化等因素的影响，实际控制效果较实验结果可能存在微小差异。