城市道路近地面大氣顆粒物污染控制措施效果研究

劉錦澤

(佛山市南海區環境技術中心，廣東 佛山 528200)

1 引言

隨著珠三角經濟的快速發展，珠三角主要城市范圍內空氣污染問題日趨嚴重，特別是顆粒物污染問題，已成為國際社會和普通民眾的關注焦點。近地面是市民日常活動的主要活動區域，道路面積一般占城市面積的比例達 10%以上[1]，道路近地面細顆粒濃度水平對市民出行產生較大影響，直接對人體健康造成威脅。目前，國內外對城市道路近地面顆粒物污染的研究主要在污染特征[2]、排放機理[3]、擴散模型等方面，但對近地面顆粒物控制措施效果的研究在國內外較少見到，因此研究城市道路近地面大氣顆粒物的變化特征及控制措施效果，對指導城市環境治理和改善城市環境空氣質量具有重要意義。

2 實驗方案

2.1 實驗方案設計

本研究選取珠三角某城市城區主干道對灑水控制顆粒物效果進行實際測試。該城市主干道先后經過多個商業中心，日常車流量大，行駛車輛類型基本能覆蓋常見交通工具，同時能較好地反應該市車流量日變化。實驗路段自十字路口起，北行250 m，隨后掉頭南行250 m，全長500 m。

實驗共設1次常規監測和2次灑水實驗，見表1。其中，常規監測在于了解實驗點日常顆粒物水平及其時間變化特征，為灑水實驗確定具體的灑水時刻和間隔時間，同時為灑水后顆粒物水平提供對比數據。灑水實驗中分別設置實驗點與對比點。實驗點位于實驗路段中部東側馬路旁，利用顆粒物在線監測儀器獲取灑水前后道路旁顆粒物水平；與此同時，在實驗點225 m處設定對比點，該點距離灑水路徑125 m，足夠消除灑水影響，反映同時刻無灑水作業道路的顆粒物水平。為反映車輛狀況對實驗的影響，常規監測和灑水實驗過程中均同時記錄該主干道車流量。

表1 實驗內容

本研究使用的灑水車為該市環衛部門日常使用的灑水作業車，每車儲水量為8 t。實驗中完整灑水過程耗時10 min，灑水路程500 m，灑水量約為0.5 L/m2，符合《中華人民共和國汽車行業標準QC/T29ll4-93灑水車技術條件》要求(在灑水寬度≥14 m時，其灑水量為0.2～2 L/m2，即單位面積的水柱高度為0.2～2 mm)。

2.2 監測質控措施

本實驗采用美國CASELLA公司生產的MICRODUST pro型顆粒物在線監測儀獲取道路旁PM10及PM2.5懸浮顆粒物濃度。為區分不同粒徑顆粒物，本儀器加裝配套的過濾器和定流量(3.5L/min)空氣泵。過濾器中的多孔濾芯能有效過濾特定粒徑的顆粒物，實現對PM2.5和PM10的有效監測。實驗前，所用儀器均按使用手冊規定，利用潔凈空氣(不含顆粒物)對儀器的濃度零點進行矯正，并使用配套的光學校準鏡對特定濃度值下的儀器激光強度進行嚴格標定(即跨距標定過程)，為消除不同儀器之前的系統誤差，監測前對兩臺儀器進行了4次校準測試，從而確保監測數據的可靠性。

3 實驗結果與分析

3.1 常規監測及結果分析

常規監測是道路顆粒物控制實驗的基礎。通過對無灑水作業情況下的顆粒物日常濃度水平以及日變化特征的監測，為第二階段揚塵控制實驗的設計提供依據。

常規監測從7:00～17:30。根據圖1所示，監測期間PM2.5與PM10濃度均較低，分別為0.0239 mg/m3和0.0593 mg/m3，而濃度日變化特征表現為：在車流高峰(8:00～10:00，14:00～16:00)前后顆粒物濃度上升明顯，且保持在相對較高的水平；中午車流量減少，近地面顆粒物水平保持在較低水平；PM2.5的變化趨勢要明顯弱于PM10。

圖1 常規監測實驗點PM2.5和PM10五分鐘平均濃度與車流量變化關系

3.2 灑水實驗及結果分析

常規監測結果表明，該城市主干道交通高峰期主要在9時前后和15時后，期間顆粒物濃度相對較高。根據這一結果并考慮到實際可調度的灑水車使用情況，本研究設計將灑水作業分為5次，灑水時間分別為7:30，9:00，11:00，15:00，17:00。灑水實驗主要針對PM2.5為監測研究對象，實驗共兩次(表2)。

表2 灑水實驗時段性結果

灑水實驗結果表明，兩次灑水之間的PM2.5濃度最高下降約59%，最低亦達到24%。由于實驗條件有限，無法保證對比點與實驗點車流量完全一致，因此，顆粒物濃度變化率會受到兩點車流量差異的影響。但值得注意的是，灑水實驗1的15:00至17:00時間段內，對比點與實驗點的每分鐘平均車流量基本一致，灑水作業影響下PM2.5濃度減少了38%。

根據圖2灑水前后15 min內PM2.5的變化趨勢。從整體上看，具有灑水控制措施的實驗點顆粒物濃度變化幅度較無灑水控制的對比點，顆粒物濃度更低、波動性明顯更小。在完成灑水后，顆粒物濃度波動性振幅隨著路面水分的蒸發(實驗記錄水分蒸發時間約為10 min)再一次加大。

圖2 灑水前后15 min內PM2.5濃度變化趨勢(虛線為灑水時刻)

4 結論

該城市主干道近路面顆粒物濃度高值現象主要受交通車流量影響，顆粒物濃度與車流量有較明顯的正相關。在灑水控制措施的影響下，兩次灑水作業間隙內PM2.5平均濃度最大可下降59%，且濃度變化幅度明顯減小。可見，該措施對近地面顆粒物濃度水平有明顯的抑制作用。但由于實驗條件有限，不可控因素較多，實驗中顆粒物濃度減少率未能完全排除實驗點與對比點車型及車流量車流量、氣象條件變化等因素的影響，實際控制效果較實驗結果可能存在微小差異。