柴油机非常规污染物排放的研究现状与趋势

彭蓉 安徽全柴动力股份有限公司 中小功率柴油机安徽省重点实验室

发动机在燃烧过程中会产生大量的污染物，包括Co、HC、NOx等常见的气态污染物、颗粒物、吸附在颗粒物表面的可溶性有机物、各种挥发性有机物等。与有效控制道路机械排放污染相比，非道路机械排放污染缺乏强有力的监督管理。

一、概况

非常规污染物主要包括吸附在颗粒表面的可溶性有机物（SOF）和挥发性有机物（VOCs）。可溶性有机成分是颗粒物的主要成分之一，约占颗粒物质量的20%-60%。主要成分是高沸点的碳氢化合物。目前，在sof中检测到100多种有机化合物，鉴定出73种有机化合物SOF中的多环芳烃（PAHs）含有多种有害成分。在以往的研究中，多环芳烃被证明具有很高的致癌性、致畸性和致突变性，对人类健康和自然环境有很大的危害，已被列为各国重点监测的有害污染物。因此，对柴油机微粒中可溶性有机成分的研究越来越受到国内外专家学者的重视。根据世界卫生组织（WTO）的定义，挥发性有机化合物（VOCs）是指常压下沸点在50℃～260℃之间的各种有机化合物。挥发性有机化合物（VOCs）是一类重要的大气污染物，也是一类非常复杂的有机化合物。已经鉴定出300多种，包括脂肪烃、芳香烃、酯类、醛类和酮类。在美国环保署列出的重点污染物名单中，苯、甲苯、氯乙烯等挥发性有机物有50多种。柴油机排放的挥发性有机物（VOCs）主要来源于未燃燃料、润滑油和燃油添加剂的蒸发。它们是一种具有特殊刺鼻气味的有毒气体，可侵入人体呼吸系统和神经系统，使人出现精神抑郁等神经衰弱症状。在严重的情况下，它们会使人呼吸困难并导致死亡。苯被国际癌症研究机构认定为一类致癌物。醛类和酮类对人体也有致癌和促癌作用。

二、非常规污染物排放研究存在的问题

1.不先进检测方法，导致成分模糊。非传统污染物是复杂的。对所有非传统污染物成分的研究是不完整的，尽管已经查明和鉴定了数百个成分。未分类的污染物是复杂的有机污染，包括直、支、烷链和芳烃类。发现了300多种挥发性有机化合物，包括碳氢化合物、有机卤化物、醛酮类。

2.确切的毒性不明。虽然非常规污染物有毒，但其中许多毒性较小。对于有机化合物现象，研究表明，儿童白血病的危险因苯而增加。短期接触高密度苯会引起眩晕、胸痛和昏迷。长期接触的苯可能导致神经衰弱和严重的健康损害。大多数其他污染物与BTEX毒性研究相比没有进行毒性研究，导致了其治理忽视，研究非常规排放物毒性应加大力度。

3.不明确形成机理。没有详细的生成机理，非常规污染物的影响很难获得，因此无法制定这方面的非常规污染物控制措施。对非常规污染物的研究主要侧重于样品和检测模式，对非传统污染物的反应没有详细的理论分析。

4.目前，中国还没有关于非常规污染物排放限值的具体标准。中国发布了《乘用车内空气质量评价指南》GB/T27630，确定了苯、甲苯、二甲苯等污染物的限值，并于出台强制执行标准，由于车内相当一部分非常规污染物来自与车身外部的气体交换，因此从车内污染物限值的角度来限制尾气中非常规污染物的排放是十分必要的。

三、降低非常规污染物排放的措施

1.寻找清洁能源。化石石油燃料燃烧产生的危险物质已成为空气污染的主要原因。鉴于环境保护和可持续发展的需要，世界各国不仅依靠内部和外部的清洁技术，而且还依靠开发节能和无害环境的燃料来改善VOCs。结果表明，同一工况下的排放量比例从最高到最低，其次是柴油、甲醇和生物柴油。但对醛酮类的研究发现醛酮类在柴油中的总排放量是柴油排放量的两倍。换句话说，非常规污染物的排放在各种燃料中以及在各组成部分和总量中高度相互依赖。因此，重要的是要找到适合于非传统污染物排放的清洁能源替代办法，以及尽量减少非传统污染物排放以及环境和人类健康脆弱性的清洁能源。

2.燃料排放标准将相应减少。如果燃料超过排放标准，污染物排放就会减少。柴油机燃油低于排放标准时，不符合排放标准。研究表明，非传常规染物的排放也是相同的。如比较了相同工况下国有国三、国四、国五柴油17种（SOF）颗粒物。结果表明，随着石油质量的提高，SOF的品质下降了。但是，在实践中，能源供应已落后于排放标准，特别是考虑到非公路机械设备多种多样，大部分在农村地区拥有农业机械，农民文化普遍低，从而提高了有关当局增加燃料排放的监督，以尽量减少高质量燃料的消费。

3.添加后处理设备。对常规污染物的有效控制表明，可以通过添加后处理设备来改善排放，非常规污染物的排放也是如此。但在过去，氮氧化物和微粒是柴油机的主要污染物。可选微粒捕集器（Doc）和后处理单元（DPF）等后处理设备可减少污染物排放。

成分复杂的非常规污染物，对自然环境和人类健康构成严重威胁。关于非常规污染物的技术和法律规定今天远远不够。因此，应加强研究资金、排放模型和培训机制中对非传统污染物排放的研究、相关法规的完善、适当排放方法的探索和对非传统污染物排放的有效控制。