地鐵車站 PM2.5 和 PM10 顆粒物濃度實測及分析

劉文龍 何壘 李懋

中鐵二院華東勘察設(shè)計有限責(zé)任公司

0 引言

PM2.5 和PM10 的濃度是影響地鐵站站廳站臺空氣品質(zhì)的主要參數(shù)之一，有研究表明地鐵車站內(nèi)空氣環(huán)境中所含的顆粒物與其他場合相比有較大區(qū)別[1-2]。目前對地鐵車站內(nèi)的研究多集中在地鐵站廳和站臺的溫度場及速度場研究[3-4]。國外學(xué)者對地鐵車站站臺內(nèi)部空間的顆粒物分布也做了一些研究[5-6]。近些年來，國內(nèi)一些科研機構(gòu)和學(xué)者也對地鐵車站內(nèi)的空氣細顆粒物進行了相關(guān)研究[7-10]。

本文于 2015 年 11 月通過對上海市地鐵車站 A 站和 B 站分別進行為期 4 天的實時監(jiān)測，得到了 PM2.5 和PM10 顆粒物濃度在一天中的變化規(guī)律及其影響因素。本研究目的在于反映地鐵車站內(nèi)顆粒物的分布情況及影響因素，為地鐵車站空氣品質(zhì)優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗監(jiān)測

1.1 采樣地點和時間

實測地鐵車站是在上海市市區(qū)繁華地帶的 A 站和 B 站，監(jiān)測地點是在地鐵車站站廳公共區(qū)、站臺公共區(qū)和軌行區(qū)。需要說明的是兩站均采用的是屏蔽門系統(tǒng)。

站廳監(jiān)測點位置是在付費區(qū)進出站閘機旁。站臺監(jiān)測點位置，從長度方向看基本在中部靠近垂直電梯處，寬度方向是離屏蔽門 1 m 處（人員經(jīng)常停留區(qū)）。根據(jù) 《公共場所衛(wèi)生監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 》（GB/T17220-1998）要求，人群呼吸帶范圍距地面 1.2～1.5 m，故測試點高度選取離地1.5 m。為了避免受送風(fēng)氣流和回風(fēng)氣流影響，盡量避開了人流通風(fēng)道和空調(diào)通風(fēng)口。軌行區(qū)監(jiān)測點的位置，是在站臺設(shè)備區(qū)外走道處與軌道相通的開敞空間。

采樣時間是在 2015 年 11 月，選擇工作日，列車正常運行。A 站具體在11 月16 日（周一）的9:40～20:17，11 月17 日（周二）的 09:47～17:27，11 月 18 日（周三）的 14:27～18:00，11 月 19 日（周四）的 08:47～19:38，監(jiān)測時間從早高峰到晚高峰。

B 站具體在 11 月 20 日（周五）的 09:31～19:50，11 月23 日（周一）的09:50～18:10，11 月 25 日（周三）的 9:50～18:00，11 月 26 日（周四）的 08:56～18:41，監(jiān)測時段基本覆蓋了高峰期和非高峰期。根據(jù)測試時間階段內(nèi)相應(yīng)的室外氣象數(shù)據(jù)，得出測試期間的室外環(huán)境PM2.5、PM10 變化曲線（見圖1）。

圖1 測試期間室外環(huán)境PM2.5、PM10 變化曲線

1.2 采樣儀器

采樣儀器選用1.108 型便攜式氣溶膠光譜儀（德國Grimm 公司），該儀器可以對 0.23～20.00 μ m 顆粒物質(zhì)量濃度進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)記錄時間間隔設(shè)定為6 s.Grimm1.108 型氣溶膠光譜儀的測試參數(shù)設(shè)置如表 1 所示。

表1 Grimm1.108 型氣溶膠光譜儀的測試參數(shù)設(shè)置

2 監(jiān)測結(jié)果與分析

2.1 PM2.5 和PM10 監(jiān)測結(jié)果與分析

本文分析了 PM2.5 和 PM10 的顆粒物濃度分布及其變化規(guī)律，數(shù)據(jù)運用 Origin 85 軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析，對 PM2.5、PM10 濃度的分析以 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）作為參照標(biāo)準(zhǔn)。

測試的8 天由于每天的測試時間段不相同，但初步分析數(shù)據(jù)顆粒物的粒徑分布大致相同，但同時在室外天氣狀況差異較大的情況下（晴天和雨天）其顆粒物的粒徑分布存在一定的差異，因此，選取 A 站11 月16 日（晴天），B 站11 月 26 日（晴天）和 A 站 11 月 19 日（雨天），B 站 11 月 20 日（雨天），且這4 天測試的時間段最為完整，基本覆蓋了列車從開始運行到早高峰，再經(jīng)歷非高峰時段到晚高峰，故以此監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了具體分析。

晴天A 站（11 月16 日）和B 站（11 月26 日）各監(jiān)測點PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律見圖2、3，雨天A 站（11 月 19 日）和 B 站（11 月 20 日）各監(jiān)測點 PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律如圖4、5 所示。

圖2 A 站（11 月16 日）各監(jiān)測點 PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖3 B 站（11 月26 日）各監(jiān)測點 PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖4 A 站（11 月19 日）各監(jiān)測點 PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

圖5 B 站（11 月20 日）各監(jiān)測點 PM2.5、PM10 濃度變化規(guī)律

監(jiān)測結(jié)果表明：

1）晴天 A 站站廳（除上午非高峰時段），站臺 PM2.5 均超出二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。站臺超標(biāo)尤為嚴(yán)重，從下午15:00 以后PM2.5 達到二級限值兩倍以上，站臺PM10 從下午 15:00 以后超出二級濃度限值，濃度最大值為198.9 μg/m3，超標(biāo)率為 32.6%。晴天B 站站臺PM2.5 超出二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，最高超出二級限值一倍以上。站臺PM10 早、晚高峰時段超出二級濃度限值。

2）雨天A 站站廳PM2.5 能夠達到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，站臺（除上午高峰時段）PM2.5、PM10 能夠達到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。雨天 B 站站廳，站臺（除晚高峰）PM2.5、PM10 能夠達到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。可見，在監(jiān)測時段內(nèi)，晴天車站站臺的 PM2.5、PM10 超標(biāo)較為嚴(yán)重，雨天車站的PM2.5、PM10 基本能夠達到二級空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，晴天地下車站 PM2.5、PM10 污染水平明顯高于雨天。

從圖 2～ 圖 5 可以看出，地鐵站廳層，站臺層 PM10 與PM2.5 在監(jiān)測時段內(nèi)逐時變化規(guī)律相似。受列車高頻運行產(chǎn)生的活塞效應(yīng)的影響，站廳，站臺與軌行區(qū)PM2.5 在監(jiān)測時段內(nèi)逐時變化規(guī)律相似。由于活塞風(fēng)是通過連接站廳層與站臺層間的樓梯對站廳層產(chǎn)生影響，因此對站臺層的影響要大于站廳層。站臺PM2.5、PM10 濃度高于站廳層。早、晚高峰時段由于列車行車對數(shù)的增加使得軌行區(qū)內(nèi)顆粒物濃度明顯高于非高峰時段，高峰時段 PM2.5 最高可達到二級濃度限值的3 倍多，見圖 3。此外，站廳層和站臺層 PM2.5、PM10 的濃度變化還受到人流的影響，由圖 5 所示，在 B 站因站廳層測點近服務(wù)中心，站臺層測點位于垂直電梯并近樓梯口處，受晚高峰客流影響，PM2.5、PM10 均出現(xiàn)了較大的增加。

2.2 PM2.5/PM10 比較分析

圖6 為監(jiān)測時段內(nèi)車站站臺PM2.5/PM10 比值變化情況 。監(jiān)測結(jié)果表明，11 月 16 日 A 站臺 PM2.5/PM10 為0.84～0.97，平均值為0.93。11 月26 日 B 站臺PM2.5/PM10 為0.41～0.84，平均值為0.65。監(jiān)測時段內(nèi)車站站臺 PM2.5/PM10 比值平均值為 0.65～0.93。可見，站臺的顆粒物污染主要為細顆粒物，可能有三個原因[11]：一是機車潤滑油蒸發(fā)分解，制動系統(tǒng)的摩擦，電動機或集電極所產(chǎn)生的石墨粉主要為細顆粒物，導(dǎo)致地鐵環(huán)境中細顆粒物濃度增加。二是街道汽車尾氣排放出的 PM2.5 滲透進入地鐵地下區(qū)域包括室內(nèi)的通風(fēng)格柵，從而進入室內(nèi)。三是地鐵夜間停運期間的維護和清理工作也會產(chǎn)生細顆粒物。這是地鐵系統(tǒng)中細顆粒物的主要來源。

圖6 監(jiān)測時段內(nèi)站臺PM2.5/PM10 變化情況

3 結(jié)語

根據(jù)以上的分析，可以得到如下結(jié)論：

1）該市地鐵車站內(nèi) 11 月份（非空調(diào)季）PM2.5、PM10 水平高于室外，站臺公共區(qū)中存在顆粒物污染，顆粒物質(zhì)量濃度超過了國內(nèi)相關(guān)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，晴天車站站臺的PM2.5、PM10 超標(biāo)較為嚴(yán)重。

2）站廳公共區(qū)，站臺公共區(qū)與軌行區(qū) PM2.5 在監(jiān)測時段內(nèi)逐時變化規(guī)律相似，站內(nèi)污染水平晴天高于雨天，站臺公共區(qū)高于站廳公共區(qū)。

3）地鐵車站站廳公共區(qū)，站臺公共區(qū) PM10 與 PM2.5 在監(jiān)測時段內(nèi)逐時變化規(guī)律相似。

4）地鐵車站站臺內(nèi)PM2.5/PM10 質(zhì)量濃度比值平均值為0.65～0.93，顆粒物污染主要為細顆粒物。