（环境工程专业论文）城市交通性污染研究及其对成人呼吸系统健康的影响分析.pdf

摘要 随着经济的增长与城市化进程，交通堵塞及机动车气体排放导致的城市道路 交通性污染日益严重，这不仅影响城市环境质量，更对城市道路行人和附近居民 的呼吸系统健康造成严重危害。 本文以天津市为例，主要选取了天津市内四个有代表性的道路交通交叉路i z l ( 海光寺、王顶堤立交桥、华苑雅士道、杨柳青广场) 以及津静公路大学城段为 监测点，采取污染点现场连续监测的方法，对空气中的主要交通性污染物氮氧化 物( 二氧化氮和一氧化氮) 和二氧化硫的含量进行了监测分析。结果表明，市内 四个监测点实测空气污染指数高于当天权威部门公布的天津市空气污染指数，海 光寺氮氧化物污染最严重，其中二氧化硫浓度变化较为平稳，二氧化氮和一氧化 氮波动较大，与汽车排放尾气的扩散制约因素有关；污染物浓度受风速、温度、 车流量和地形多种因素制约，以致在所有监测点不同时刻污染物浓度与车流量相 关性不明显；津静公路大学城段受交通性污染也较为严重，二氧化氮在垂直于津 静公路直线上分布随着距离的越远，浓度越低。 此外，通过调查分析天津市交通性污染严重的海光寺地区与空气质量较好的 西青大学城地区成人呼吸系统病症的发病率发现，交通性污染对呼吸系统病症的 高发病率有直接影响。通过多元线性回归发现，呼吸系统病症的发病率与污染物 有较高的相关性，且感冒咳嗽、感冒咳痰、哮喘、支气管炎、肺炎等各呼吸系统 病症的主要污染因子不同。另外，通过对海光寺地区与西青大学城地区成人呼吸 系统健康危险度的评价发现，交通性污染物中二氧化硫与二氧化氮对人群呼吸系 统健康所产生的危害较小。 关键词：交通性污染氮氧化物二氧化硫空气污染指数呼吸系统病症 a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m yg r o w t ha n dt h ed i l a t i o n u r b a n i z i n g ，t h et r a f f i cp o l l u t i o n c a u s e db yt r a f f i cj a m sa n dm o t o rv e h i c l eg a sg r a d u a l l yg r a v e l y , w h i c ha f f e c t sn o to n l y t h eu r b a ne n v i r o n m e n tq u a l i t y , b u ta l s ot h er e s p i r a t o r ys y s t e mo ft h er e s i d e n t sa l o n g r o a d s t a k i n gt i a n j i na s a ne x a m p l e ，f o u rr e p r e s e n t a t i v et r a f f i c i n t e r s e c t i o n s ( h a i g u a n g 。s i 、w a n gd i n g 。d io v e r p a s s 、h u a y u a n y a s h ir o a d 、y a n gl i u q i n gs q u a r e 、a n d t h es e c t i o no f u n i v e r s i t yt o w no nj i n - ji n gr o a dw e r es e l e c t e da st h em o n i t o r i n gs t a t i o n t h ec o n c e n t r a t i o no fm a i nt r a f f i cp o l l u t a n tn o x ( n i t r o g e nd i o x i d ea n dn i t r i c o x i d e ) a n ds o ：i nt h ea i rw a sd e t e c t e dw i t ht h em e t h o do fm o n i t o r i n gp o l l u t i o n s p o t s t h er e s u l ts h o w e dt h a t ，t h ea p io ff o u rm o n i t o r i n gs t a t i o n sw a sh i g h e rt h a nt h a t p r o c h i m e db ya u t h o r i t yd e p a r t m e n ta n dt h en o xp o l l u t i o no fh a ig u a n g s iw a sm o r e s e r i o u s t h ec o n c e n t r a t i o no fs 0 2m a i n t a i n e ds t e a d y , w h i l et h a to fn oa n dn 0 2 f l u c t u a t e dw i l d l y i tm a yb er e l a t e dt ot h ed i f f u s ec o n s t r a i n e df a c t o r so fe m i s s i o n s t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o ni nd i f f e r e n tt i m ea n dt r a 贩cf l u xh a dn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e ，b e c a u s et h ep o l l u t a n tc o n c e n t r a t i o nw a sr e s t r i c t e dw i t h ( w i n d s p e e d 、t e m p e r a t u r e 、t r a f f i cf l u xa n dh y p s o g r a p h y ) t h ec o n c e n t r a t i o no fa i rp o l l u t i o n w a sc h a n g e da st h ei n f l u e n c eo fa u t ot a i l g a si nj i n - j i n gr o a d c o m m o n l y , w i t ht h e v e h i c l ef l u xi n c r e a s e dt h ec o n c e n t r a t i o no fn i t r o g e no x i d e se n h a n c e d b u tv e h i c l e f l u xh a ss m a l li n f e c t i o nt ot h ec o n c e n t r a t i o no fs u l f u rd i o x i d e a st h ed i s t a n c er a i s e d ， t h e c o n c e n t r a t i o no f n i t r o g e no x i d e sw a sr e d u c e d i na d d i t i o n ，t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fa d u l tr e s p i r a t o r ys y s t e m d i s e a s ei n c i d e n c ea b o u ts e r i o u st r a f f i cp o l l u t i o na r e a - h a ig u a n g s ia n dt h eb e t t e ra i r q u a l i t ya r e a - x iq i n gu n i v e r s i t yt o w ni nt i a n j i n ，w ef o u n dt h a tt r a f f i cp o l l u t i o nh a sa d i r e c te f f e c to nt h eh i g hi n c i d e n c eo f r e s p i r a t o r ys y s t e md i s e a s e o n t h i sb a s i s ，i th a sa h i g hc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h er e s p i r a t o r ys y s t e md i s e a s ei n c i d e n c ea n dt h ep o l l u t a n t s a l s o ，t h em a i np o l l u t i o nf a c t o ro f r e s p i r a t o r yc o n d i t i o n sc o n t a i n sc o l dc o u g h ，s p u t u m ， a s t h m a ，b r o n c h i t i sa n dp n e u m o n i ai sd i f f e r e n t k e yw o r d s ：t r a f f i cp o l l u t i o n ，n i t r o g e no x i d e s ，s u l f u rd i o x i d e ，a i rp o l l u t i o n i n d e x ，r e s p i r a t o r yc o n d i t i o n s 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 城市道路交通污染现状 随着城市的发展，人民生活水平的提高，我国交通网线和机动车保有量也快 速增加，汽车在带给人们生活快捷和方便的同时，也给城市带来了许多严重的问 题。城市交通尾气排放已成为城市大气污染的最大污染源，目前中国的城市污染 类型已经明显由煤烟型污染向混合型或机动车型污染转化，并对人类健康造成危 害，对城市居民生活造成严重影响。城市道路交通性污染加重的原因主要有两个 方面，一是机动车的生产量和保有量的急剧上涨，二是道路交通堵塞和低速行驶 加剧了机动车尾气的超标排放。 据公安部交管局发布的最新数据，截至2 0 1 1 年8 月底，全国机动车保有量 达到2 1 9 亿辆。其中，摩托车占5 4 1 2 ，约为1 1 9 亿辆。汽车保有量占机动车 总量的4 5 8 8 ，超过1 亿辆。这是中国汽车保有量首次突破l 亿辆大关，仅次 于美国的2 8 5 亿辆，位居世界第二。按照国际通用标准，一个国家1 0 0 个家庭 中有2 0 个拥有汽车，就是进入了汽车社会。截至2 0 1 1 年8 月底，国内千人汽车 保有量在6 0 辆左右，基本达到汽车社会国际公认标准。中国已经进入汽车社会 初级阶段。2 0 0 1 - 2 0 1 0 年间，每年国产汽车销量增加率以百分之十几至百分之二 十几发展，2 0 0 1 年国产汽车产销量只有2 0 7 万辆，2 0 1 0 年达到1 8 0 0 万辆。汽车 社会来的太快，致使汽车尾气成为许多城市空气污染的主要污染源。环保部的一 项调查显示，2 0 1 0 年全国3 3 3 个地级以上城市，五分之一空气质量不达标。以 天津市为例，据统计，截至2 0 1 1 年3 月底，天津市机动车保有量已超过1 8 0 余 万辆。预计，“十二五”末机动车保有量将从现状1 8 0 万辆增长至3 0 0 万辆左右。 天津市机动车数量的迅猛增长，导致交通性污染物排放量也随之猛长，中心城区 主干道附近空气质量受到严重影响。 另外，由于我国机动车的污染控制水平普遍相对落后，城市配套的交通基础 设施和交通规划管理未能与机动车的高速增长同步发展，在高楼林立、道路狭窄、 交通拥堵的城市中心区，许多道路长时间处于饱和状态，汽车经常处于加速、减 速、怠速状态或低速运行。这些不利工况的频繁发生，导致尾气的排放量大，交 通性污染物排放超标，且不易扩散，致使城市上空经常形成稳定的污染层。在城 第一章绪论 一 市人流和车辆密集的城市中心地段，污染尤其严重，主要表现为机动车尾气和道 路扬尘对城市道路沿线的空气造成污染，这些污染对公路沿线的居民、司乘人员 和公路沿线设施的工作人员的健康所产生的不利影响在不断加剧。 1 1 2 交通性污染物对人体的危害 交通性污染物中对人体直接造成危害的物质有数十种，主要有一氧化碳、氮 氧化物、碳氢化合物、二氧化硫、颗粒物、铅以及由此混合气体产生的带有窒息 刺激性的异味污染。这些污染物通过汽车尾气排放到大气中，通过不同的生理作 用对人体健康造成严重危害。 ( 1 ) 一氧化碳。一氧化碳是交通性污染排放物中浓度最高的一部分，主要 是由于一氧化碳不完全燃烧产生的。它是一种无色、无嗅、无刺激的血液神经有 毒气体，与人体红血球中的血红蛋白有很强的亲合力，亲合后生成碳氧血红蛋白 ( c o h b ) ，从而使血红蛋白丧失了载氧能力，削弱血液向各组织输送氧的功能， 造成感觉、反应、理解、记忆力等机能障碍，重者危及血液循环系统，会导致生 命危险。人体血液中c o h b 的浓度大小与空气中一氧化碳浓度和暴露时间的乘积 相关。实践证明，当血液中c o h b 的浓度超过2 时，人体就会产生症状【1 1 。世 界卫生组织推荐环境中一氧化碳暴露阈限值为：一氧化碳平均浓度达6 2 5 m g m 3 时暴露时间不得超过半小时，一氧化碳平均浓度达1 2 5 m g m 3 时暴露不得超过1 5 分钟。 ( 2 ) 氮氧化物。氮氧化物主要是指一氧化氮( n o ) 和二氧化氮( n 0 2 ) 。 它们都是对人体有害的气体，特别是对呼吸系统有危害。 一氧化氮不稳定，在空气中很快转变成二氧化氮产生刺激作用。氮氧化物主 要损害呼吸道。吸入初期仅有轻微的眼及呼吸道刺激症状，如咽部不适、干咳等。 常经数小时至十几小时或更长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、成人呼吸道窘迫 综合征，出现胸闷、呼吸窘迫、咳嗽、喀泡沫痰等。可并发气胸及纵隔气肿。肺 水肿消退后两周左右可出现迟发性阻塞性细支气管炎。高浓度的一氧化氮可致高 铁血红蛋白血症。其慢性影响主要表现为神经衰弱综合症及慢性呼吸道炎症，个 别病例出现肺纤维化。还可引起牙齿酸蚀症。 二氧化氮是赤褐色剧毒性的氧化剂，因为刺激性比较弱，所以能侵入到肺脏 深处及肺毛细管，数小时能引起肺水肿而致死。在二氧化氮为高浓度的空气中暴 露l o 分钟，即可造成呼吸系统失调。即使低浓度二氧化氮长期吸入，也会造成 慢性支气管炎。二氧化氮也可与人体血红蛋白结合破坏血液的携氧能力，对人体 的心、肝、肾也有一定的影响。 另外，还有一种气体叫做硝气，是以二氧化氮为主，同时含有一氧化氮，有 第一章绪论 时含有亚硝酸、硝酸之类的烟雾性气体 2 1 。硝气具有刺激性，浓度高时对气管上 皮刺激强烈，引起咳嗽、肺刺激。 ( 3 ) 碳氢化物。碳氢化物的排放量较小，但是碳氢化物是致癌性物质，对 人危害严重。如果人体吸入的碳氢化物较多，会导致造血机能的破坏，产生贫血， 神经衰弱等症状，同时还会降低肺部对传染病的抵抗能力。与此同时，大气中的 碳氢化物和一氧化氮在受到强烈紫外线照射后，会发生复杂的光化学反应，产生 光化学烟雾。光化学烟雾包含臭氧、醛类、硝酸脂类等多种复杂的化合物，它对 人体最突出的危害是刺激眼睛和上呼吸道粘膜，引发眼睛红肿和咽喉炎等症。 ( 4 ) 二氧化硫。二氧化硫具有强烈刺激性气味，对眼及呼吸道粘膜有强烈 的刺激性作用，大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。长期低浓 度接触，会产生头痛、头昏、全身乏力等症状以及慢性鼻炎、咽喉炎、支气管炎、 嗅觉及味觉减退等。 ( 5 ) 颗粒物。颗粒物的主要组成成份为碳烟、可溶性有机物和硫酸盐，其 中碳烟为主要成分。这些颗粒物中含有多环芳香烃化合物，体积小，大多是可吸 入颗粒物，粒径为p m l o 或p m 25 。这些颗粒物均具有一定毒性，并且在可吸入颗 粒物范畴，它可以通过鼻腔粘膜和支气管绒毛组织留在肺泡，故而比一般的惰性 颗粒物，有更大的潜在危害。 ( 6 ) 铅。铅对儿童的消化系统、呼吸系统、血液系统、神经系统、心血管 系统造成影响，并对儿童的免疫系统、泌尿系统、内分泌系统都有一定的损伤【3 】。 铅中毒对儿童生长发育的影响非常严重，可危及儿童的智能、行为发育和体格生 长。另外，在交通污染较重地区，儿童呼吸道症状出现率会明显偏高，而且尾气 暴露与呼吸道症状出现有显著相关。 ( 7 ) 交通性污染物通过其他方式还会对人体产生间接影响。如臭氧层遭到 破坏，太阳辐射增强，全球水分蒸发加快，最终导致气候异常。另外，交通性污 染物的排放还有可能污染蔬菜，加剧温室效应等。 国内外研究发现，长期接触交通性污染物，呼吸道会受到直接刺激，使呼吸 系统免疫力下降，造成慢性支气管炎、支气管炎等病症及呼吸困难的高发病率， 人群肺功能呈下降趋势。交通性污染物的致癌作用也是近年来研究的热点【4 】。交 通性污染物中的碳氢化物具有强致癌性，这些碳氢化物吸入人体后，可在人体内 产生长期积累效应。 1 1 3 城市交通污染的影响因素 影响城市交通性污染物排放的因素非常复杂。从其本质上看受到发动机技 术、燃烧温度、过量空气系数等内部条件影响，从外部看来主要包括以下几个方 第一章绪论 面：机动车排放控制水平、机动车运行速度与加速度、车辆使用规律( 如每日出 行次数和每次出行的运行里程，冷热启动比例) 、机动车检测维护( i m ) 制度、 环境温度和湿度、负载情况( 空调的使用比例、拖车使用情况、过载比例等) 、 燃料性质等【5 j 。 此外，我国汽车工业的整体发展较之世界先进水平落后，汽车整体质量较差。 汽车发动机作为汽车的动力装置，通过燃料燃烧提供动力，该部分质量不高造成 燃料的不完全燃烧，产生大量的有害气体排入大气造成污染【6 。由于汽车使用的 燃料油质量较差，硫、铅等含量比较高，导致了我国城市道路的环境污染和能源 的大量消耗。另外，我国很多城市道路建设较之国外相对滞后，城市交通规划不 合理，造成许多城市交通堵塞情况严重，不利工况造成机动车尾气有害成分排放 量增加。这些都是我国城市交通性污染的重要影响因素。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外城市道路交通性污染研究现状 在交通性污染物的监测分析方面，国内的张新英和胡衡生等人通过对南宁市 不同交通流量的街道进行空气采样，分析了空气样品中n 0 2 、s 0 2 、c o 、t s p 浓 度，并采用邓聚龙系统理论分析了空气污染浓度与交通流量的关联度，得出了四 种空气污染浓度受交通流量影响由大到小的顺序为t s p 、n 0 2 、c o 、s 0 2 的结论 【7 】。陈律和唐明德等人通过监测长沙市主要路口噪声、n 0 2 、臭氧、和总悬浮颗 粒物浓度及车流量了解了长沙市主要路口的交通性污染现状，研究发现，长沙市 主要路口噪声和0 3 污染最严重，交通污染与车流量、路口环境及车辆类型有关 8 1 。刘涛和吕颖坚等人通过广州、珠海两个监测点的空气实测数据( s 0 2 、n 0 2 、 p m l o ) 与当地公布的对应时间的a p i 进行的相关性分析，发现两个监测点的空 气污染实测数据与当地公布a p i 在趋势上是相似的，但两种监测方法在数据上的 相关性不强，a p i 应用于描述人群空气污染暴露程度时应辅以区域的实际监测数 据【9 】。邓顺熙和陈洁等对中国城市道路机动车c o 、h c 和n o 排放因子的进行了 测定分析研究【10 1 。国外的c b o r r e g o 和o t c h e p e l 等人对葡萄牙首都里斯本市的 道路交通尾气污染特征进行了研究，并对其进行了一定评1 介【1 1j 。 在数学预测模型方面，国内外也有大量的研究【l2 。1 7 j ，如e l i ne r i k s s o n 和 m a g n u sb l i n g e 等人通过生命周期评价方法( l c a ) ，对道路交通环境进行了评价， 同时阐明了道路交通尾气污染评价的新方法【1 8 j ；v i r g i n i ad a l e 和d a n i e l l d r u c k e n b r o d 等人对美国g e o r g i a 州街道进行环境影响评价，建立了交通污染与 4 第一章绪论 空间组织结构之间的关系模型【l9 】等。同样，国内也有许多学者对城市道路交通性 污染也进行了大量研究，如简颖涛、叶兆贤等人研究并评价了南海市主干道交通 性污染物n o 。在水平、垂直方向上的扩散分布规律【2 0 】：李铁柱、王炜等人通过 灰色系统聚类决策评价法，建立了四个灰类和三个等级，对南京市道路交通大气 环境进行了评价【2 l j ；何晓凤、蒋维楣等人以多源大气扩散模型，通过研究南京市 点源、面源及流动源等各类污染源对地面及不同高度n o 。浓度分布状况及贡献 率，对影响n o 。在大气中扩散的主要因素进行了分析，并重点研究了交通源的 扩散规律2 2 1 。 1 2 2 国内外城市交通性污染对人体健康的影响评价研究现状 国内外城市交通性污染对人体健康的影响评价研究方兴未艾，如l uw a n g 和s a i j u a nc h e n 等通过各种污染物对人体基因的影响，重点阐述了交通性污染 物与人类癌基因突变之间的相关性【2 3 1 。w o n g s u r a k i a t 等人通过研究发现，与普通 人相比，在考虑年龄、身高、体重、戒烟等因素后，交通警察由于长期暴露在交 通性污染环境中，其咳嗽、咳痰和鼻炎等呼吸系统疾病和症状都有显著增高 2 4 - 2 5 】。 r k l v b o e ，m 和k o l b e n s t v e d t 等人对道路交通各种污染与暴露在污染风险状况下 的人群健康之间的关系进行了研究【2 6 1 。f i g a t a l a m a n c a 等人【2 7 1 的研究表明，与年 龄相近的普通人群相比，在考虑了吸烟、饮酒等影响因素后发现出租车司机的精 子的畸形率明显偏高，并且随着年龄的增加越明显等。p i k h a r th 等调查了3 6 8 0 名儿童，多水平分析的结果显示，n 0 2 每升高1 0 m g m 3 ，儿童喘息发作的危险性 增加1 1 6 倍，s 0 2 每升高1 0 m g m 3 ，儿童喘息发作的危险性增加1 0 8 倍 2 8 - 3 0 】。 a n n a 等关于澳大利亚布里斯班市交通性污染与医院就诊率的研究表明，s 0 2 提 高1 个单位，全年龄段的呼吸系统疾病就诊人次会提高8 ，0 - 4 岁儿童呼吸系 统疾病就诊人次会提高2 2 【3 1 | 。 同样，国内在此方面的研究成果也颇为显著 3 2 - 3 4 】，如叶舜华和袁东等分析评 价了交通性污染对学生健康的影响 35 1 。郭丽丽和张志红等人探讨了太原市不同交 通路口交通性污染物对学龄儿童免疫功能的影响，通过选取重交通污染区小学与 轻交通污染小学的血样，发现太原市不同路口尾气污染对学龄儿童的非特异性免 疫、细胞免疫功能有抑制作用，对细胞和体液免疫有一定影响【36 1 。王艳等调查了 2 0 0 2 2 0 0 5 年济南市城区空气质量状况及医院每日呼吸道疾病门诊量，运用时间 序列方法的非参数广义相加模型( g a m ) ，在控制了气象因素、周末效应以及门 诊量变化的长期趋势等混杂因素的基础上，分析了空气污染对呼吸系统疾病日门 诊量影响的最佳滞后时间及暴露一反应关系，结果表明，空气污染对呼吸系统疾 病的日门诊量有显著影响。单污染物模型中，p m l o 和n 0 2 分别滞后0 d 和3 d 及 第一章绪论 s o z 滞后0 - 3 d 的移动平均值，对人群呼吸道健康的影响的统计学意义最显著； p m l o 、s o z 和n 0 2 日均浓度增加1 0 t g m 3 ，呼吸道疾病日门诊相对危险度分别为 1 0 0 4 、1 0 1 5 、1 0 0 8 ；同时，女性呼吸系统疾病对空气污染的敏感度要高于男性 1 3 7 1 。曹力生等人在对西昌市交通警察的研究发现，汽车尾气污染短时间内对肺通 气功能的影响非常明显【3 8 】。吴国平和胡伟等人报告了在广州、武汉、兰州、重庆 市8 所小学共8 0 0 0 余名学生父母患呼吸系统疾病的病症率受空气污染影响的分 析结果，每个城市城区污染点的成人感冒咳嗽和咳痰、未感冒咳嗽和咳痰、支气 管炎等病症的发生率均高于相应城市的郊区对照点，且男性比女性更高；呼吸系 统的病症率与空气p m l o 、p m 25 污染呈正相关。调整了混杂因子的影响后，这种 相关关系仍保持不变，得出了空气中p m 。的污染与成人( 男女) 的感冒或未感 冒时咳嗽、男性未感冒时咳痰、哮喘、支气管炎有明显正相关关系；空气s o ： 污染与成人( 男女) 感冒时咳嗽、咳痰呈显著正相关；空气中n o x 污染对成人 呼吸系统病症率的影响相对较弱的结论 3 9 】等。 1 2 3 我国城市道路交通性污染防治措施 机动车发展带来的环境问题亟待解决，我国在控制城市道路交通性污染方面 采取了许多措施【4 叫2 1 ，主要有以下几个方面： 第一，我国机动车污染监督管理相关法律标准体系曰趋完善，监督管理体系 逐渐形成。我国新车开始实施国家机动车第三阶段排放标准，该标准尾气污染物 排放限值比第1 i 阶段标准排放限值降低了3 0 。2 0 1 0 年执行国i v 标准( 相当于 欧标准) 车辆的污染物排放比1 9 9 0 年削减了9 0 以上。实施这两项标准后，从 2 0 0 8 年到2 0 1 2 年，仅道路车辆就将减少氮氧化物排放量18 0 万吨、碳氢化合物 2 2 0 万吨、一氧化碳1 6 0 0 万吨。 第二，使用代用燃料是降低机动车污染物排放的有效途径。根据国际能源机 构i e a 对使用不同燃料后汽车排放量的评估数据，汽车使用压缩天然气( c n g ) 和石油液化气( l p g ) 时的氮氧化物的最大排放量分别为0 1 9 9 k m 和0 2 1 9 k m ， 大大低于使用汽油和柴油为燃料时的0 4 3 9 k m 与0 9 4 9 k m 4 3 1 。目前世界各国都 在研究和应用c n g 和l p g 作为代用燃料。我国作为天然气资源丰富的国家，用 天然气作为代用燃料对控制城市交通性污染具有很大的现实意义。 第三，我国许多城市已开始实施一些基本的机动车检测维护( i m ) 制度。 i m 制度通过定期检测的方式，及时发现排放状况不佳的车辆，使其关键部位得 到清洁、更换或是正确调整，从而使其恢复到正常工作状态。严格的实施机动车 检测维护制度能够保证机动车在良好的工况下运行，有效的减缓机动车的劣化趋 势，减少污染物排放【5 j 。 6 第一章绪论 第四，各种媒体在不断通过舆论导向，提高公民环保意识。如鼓励步行和骑 车，鼓励公众选择公共交通工具，以多种形式介绍机动车尾气污染的危害性以及 积极防治尾气污染的必要性、重要性，提高公众环保意识，促使大家积极参与， 自觉接受，自愿执行有关的交通污染控制措施。 ， 10 3 研究内容 本文首先选择了天津市比较有代表性的十字交叉路口( 海光寺，王顶堤立交 桥，华苑雅士道，杨柳青广场附近) 为监测点，对监测点的交通性污染物氮氧化 物( 二氧化氮、一氧化氮) 和二氧化硫进行仪器监测，同时对各路口的机动车流 量进行了调查，对监测日内监测点的风向及温度变化进行了记录，通过对实际监 测数据与天津市公布空气质量数据以及车流量的分析，评价了交通性污染对空气 质量的影响，不同路口交通性污染特点的异同，不同类型车辆与大气污染的关系 以及影响交通性污染物扩散的因素。 其次，选择了天津市郊外环线津静公路大学城段为监测点，对监测点的氮氧 化物( 二氧化氮、一氧化氮) 和二氧化硫进行仪器检测，同时调查在监测时间内 监测点的车流量变化及风向、风速、温度变化，通过对津静公路大学城段实际监 测数据、天津市环保部门公布污染物指数及车流量的分析，评价大学城受交通性 污染的严重程度，分析各污染物与车流量的相关性，以及所监测污染物的扩散模 式。 第三，通过对天津市中心城区南开区海光寺和郊区西青大学城居民的呼吸系 统健康状况调查，以及对天津市公布的每种污染因子指数统计分析，研究了交通 性污染对呼吸系统健康状况的影响，以及每种污染因子与不同呼吸系统病症的相 关性。同时，对海光寺和大学城的成人呼吸系统健康危险度进行了评价。 1 4 研究目的及意义 随着近年来天津市的快速发展，居民生活水平不断提高，机动车保有量也随 之不断迅猛增长，交通性污染物所造成的环境污染日益严重，同时对人天津市居 民的生命健康造成了严重的危害。 鉴于天津市道路交通性污染对环境及居民造成的危害，本文采取对所选污染 点现场监测的方法研究交通性污染物中氮氧化物及二氧化硫的含量，评价天津市 交通性污染现状及评价大气污染等级，分析评价其对成人呼吸系统健康的影响， 旨在为天津市环保部门治理交通性污染提供数据基础，同时为天津市呼吸系统病 第一章绪论 症控制措施的制定提供参考依据。 另外，国内对于成人呼吸系统病症率和大气中交通性污染物浓度的相关性研 究，以及暴露性污染所导致的成人呼吸系统健康危险度评价对还处于起步阶段， 只限于上海、沈阳、济南、太原等少数几个城市的研究报道，目前天津市还没有 关于此方面的定量分析的研究，因此本文也为天津市这方面的研究进展提供了一 个填补空白的初步结论。 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 2 1 监测点与监测指标 2 1 1 监测点的选择 根据车流量及周边环境条件选择了天津市海光寺( 食品街方向、南开三马路 方向、南京路方向和鞍山西道方向) ，王顶堤立交桥( 第一中心医院方向、东方 之珠方向、红旗剧院方向和华润万家方向) ，杨柳青广场附近以及华苑雅士道附 近比较有代表性的路口作为监测点。 2 1 2 监测指标的选择 根据机动车在行驶过程中产生的机动车尾气中所含的主要道路交通性污染 物及其在环境中的变化特点，选择了区域性大气监测常用并与空气污染指数相对 应的指标氮氧化物( 一氧化氮、二氧化氮) 和二氧化硫作为监测指标。同时测定 相应的气象条件：温度、气压、湿度和风速。 2 2 实验材料及方法 2 2 1 实验试剂 2 2 1 1 氮氧化物主要试剂 ( 1 ) 吸收液：称取5 o g 对氨基苯磺酸，通过玻璃小漏斗直接加入1 0 0 0 m l 容量瓶中，加入5 0 m l 冰乙酸和9 0 0 m l 水的混合溶液，盖塞振摇使其溶解，待 完成溶解后，加入0 0 5 0 9 盐酸萘乙二胺溶解后，用水稀释至标线。此为吸收原 液，贮于棕色瓶中，在冰箱中可保存2 个月。并用四氟乙烯胶带封口，以防止空 气与吸收液接触。采样前按4 份吸收原液和1 份蒸馏水的比例混合，即得吸收液。 ( 2 ) 亚硝酸钠标准贮备液：称取0 1 5 0 0 9 n a n 0 2 ( 预先在干燥器内放置2 4 h 以上) ，溶于水后移入1 0 0 0 m l 容量瓶中，用水稀释至刻度线。此溶液每毫升含 0 1 m g n 0 2 。，贮于棕色瓶保存在冰箱中，可稳定3 个月。 ( 3 ) 亚硝酸钠标准使用液：临用前，移取5 0 0 m l 亚硝酸钠标准贮备液放 入1 0 0 m l 容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，此溶液每毫升含5 0 斗g n 0 2 。 9 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 2 1 1 2 二氧化硫主要试剂 ( 1 ) 吸收液( 四氯汞钾吸收液) ：称取1 0 8 6 9 氯化汞，0 0 6 6 9 乙二胺四乙 酸二钠盐( e d t a ) 和0 6 9 氯化钾，溶于水，再稀释定容到1l o 在酸度计上调 节其值为5 2 左右，备用。此试剂可以稳定6 个月( 有毒) 。 ( 2 ) 甲醛溶液：称取0 6 9 氨基磺酸铵溶于水，再稀释到1 0 0 m l ，临用时配 置。 ( 3 ) 对品红使用液： a 提纯：在大分液漏斗中放入5 0 0 毫升1 n h c i 溶液和5 0 0 毫升正丁醇，让其 达到平衡。称o 1 9 对品红放入小烧杯中，加5 0 m l 平衡过的1 n h c i 溶液，搅拌， 放置，待其完全溶解后，转入2 5 0 m l 分液漏斗中，加1 0 0 m l 平衡过的正丁醇， 摇动数分钟，放置。两相分层后将下层含对品红的h c i 溶液转入另一分液漏斗 中，加1 0 0 m l 平衡过的正丁醇，再提取，按此操作，每次用5 0 m l 正丁醇，重 复提取5 次，保留水相。最后将水相滤入5 0 m l 容量瓶中，用1 n h c ! 溶液定容。 b 对品红使用液配制：移取2 5 0 0 m l 提纯后的上述对品红溶液，放入2 5 0 m l 容量瓶中，加2 5 m l 浓度为3 m 的磷酸溶液，用蒸馏水稀释到刻度线。放置2 4 小 时后使用。本溶液可以稳定半年。 ( 4 ) 二氧化硫标准使用液： a 碘溶液：称取4 0 9 碘化钾，1 2 7 9 碘，加少量水让其充分溶解。然后用蒸 馏水稀释定容到1 0 0 0 m l ，加3 滴盐酸，储于棕色瓶中，暗处保存。浓度约为0 1 n 。 吸取1 0 0m l 上述碘溶液放入1 0 0 0m l 容量瓶中，用蒸馏水稀释定容到刻度线， 储于棕色瓶中，暗处保存，浓度为0 0 1 n 。 b 二氧化硫储备液的配制：称取o 2 9 亚硫酸钠o 010 9e d t a 二钠，溶于2 0 0 m l 新煮沸后冷却的蒸馏水中，此溶液为储备液，每毫升含二氧化硫3 2 0 4 0 0 i t g 。 c 二氧化硫储备液的标定：取四个2 5 0 m l 碘量瓶，分别加入5 0 m l 浓度为 0 0 1 n 的碘溶液。然后在其中两个瓶中各加入2 5 m l 蒸馏水，在另外两个瓶中各 加入2 5 m l 二氧化硫储备液。四瓶溶液在暗处放置5 分钟后，用标定后的硫代硫 酸钠标准溶液滴定到浅黄色，再加入淀粉溶液，继续滴定到蓝色刚好退去。记录 滴定体积毫升数。 储备液二氧化硫浓度( 微克毫升) = ( a b ) x n x 3 2 0 x1 0 0 0 - 2 5 0 0 式中，a 为滴定空白溶液消耗硫代硫酸钠标准溶液体积( 平均值) ，毫升； b 为滴定样品溶液消耗硫代硫酸钠标准溶液体积( 平均值) ，毫升； n 为硫代硫酸钠标准溶液的当量浓度； 3 2 0 为二氧化硫的毫克当量。 d 二氧化硫标准使用液的配制：根据上述计算出的二氧化硫浓度，用四氯汞 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 钾吸收液稀释成每毫升含2 o p g 二氧化硫的标准使用液。 2 2 2 样品测定方法 对每个采样点进行仪器监测。每天上午9 点半到下午1 7 点半作为监测时间段。 监测时间段i 勾s 0 2 、n 0 2 、n o 每l 小时读取一次数据，连续监n 8 + 时。采样高度 离地面1 5 米。将所取样品带回实验室，用分光光度法测定其吸光度。 2 2 2 1 氮氧化物的测定方法 氮氧化物浓度的测定采用改进的s a l t z a m a n 法。此方法为国内外普遍采用的 方法。将5 0 m l 吸收液装入吸收管中，将吸收管连接到采样器上，其进气口接 三氧化铬氧化管，注意正确连接每支乳胶管。经过检查确信各支乳胶管连接正确 后，可以进行采样操作。采样时空气流量调节到0 5 l m i n ，采样1 小时，记录采 样现场大气温度、风速、车流量。 将带回实验室的氮氧化物样品放入1 0 m l 比色管中，备用。氮氧化物标准曲 线的绘制，在7 支1 0 m l 比色管中，按表2 1 配置标准曲线系列。 表2 1 亚硝酸盐标准色列 标准系列放置1 5 m i n 后，用l c m 比色皿，用蒸馏水为参比，在波长5 4 0 n m 处测定吸光度；同时测定样品管中溶液的吸光度值。 氮氧化物浓度数据计算： ( 1 ) 建立回归方程 将标准曲线系列1 到6 号管的吸光度值各自减去0 号管的吸光度值，获得一 组新的吸光度值和亚硝酸根含量关系的数据。用此组数据建立回归方程。 ( 2 ) 计算样品管溶液中n 0 2 微克数 将样品管中溶液的吸光度值减去0 号管的吸光度值，得到新的吸光度值，利 用此吸光度值，通过回归方程计算样品管中n 0 2 微克数m 。 ( 3 ) 大气中氮氧化物浓度计算 氮氧化物( n 0 2 ，m g m 3 ) = m ( o 7 6 x v 。) 1 1 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 式中：v 。为采样体积换算为标准状况下体积，升；0 7 6 为气相n 0 2 转化为 液相n 0 2 的转换系数。 2 2 2 2 二氧化硫的测定方法 二氧化硫浓度的测定采用盐酸副玫瑰苯胺分光光度法。该方法是国内外广泛 采用的测定环境空气中s 0 2 的标准方法。将1 0 m l 吸收液装入吸收管中，采样时 采气流量调节到0 5 l m i n ，采样1 小时，记录采样现场大气温度、风速、车流量。 将带回实验室的二氧化硫样品放入2 5 m l 比色管中，再用5 m l 吸收液清洗 吸收管，将清洗液并入比色管中，备用。二氧化硫标准曲线的绘制，在7 支2 5 m l 比色管中，按表2 2 配置标准曲线系列。 表2 2 二氧化硫标准色列 往上述标准曲线系列管和样品管中各加入1 0 0 m l 氨基磺酸铵溶液，摇匀， 再加入2 0 0 m l 甲醛溶液，5 0 0 m l 对品红使用液，然后用蒸馏水稀释到刻度线， 摇匀。显色2 0 3 0 分钟后用l c m 比色皿，在波长5 4 8 n m 处，以蒸馏水做参比， 测定吸光度值。 二氧化硫浓度数据计算： ( 1 ) 建立回归方程 将标准曲线系列l 到6 号管的吸光度值各自减去0 号管的吸光度值，获得一 组新的吸光度值和二氧化硫含量关系的数据。用此组数据建立回归方程。 ( 2 ) 计算样品管溶液中二氧化硫微克数 将样品管中溶液的吸光度值减去0 号管的吸光度值，得到新的吸光度值，利 用此吸光度值，通过回归方程计算样品管中二氧化硫微克数m 。 ( 3 ) 大气中二氧化硫浓度计算 二氧化硫( s 0 2 ，m g m 3 ) = m - v 。 式中：v 。为采样体积换算为标准状况下的体积，升 2 2 3 分析仪器 二氧化氮和二氧化硫的测定方法及分析仪器详见表2 3 。 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 一_ 一 表2 - 3 实验仪器及规格 _ _ _ l - l - _ _ _ - l _ l _ l - - - - l _ - _ 一- 2 3 结果与分析 2 3 1 实际监测数据和空气污染指数( a p i ) 分析 2 3 1 1 a p i 简介 空气污染指数( a p i ) 是一种向社会公众公布的反映和评价空气质量状况的 指标。它将常规监测的几种空气污染物的浓度简化成为单一的概念性数值形式， 并分级表示空气质量状况与空气污染的程度，适用于表示城市的短期空气质量状 况和变化趋势，目前其相关研究集中于通过空气污染指数( a p i ) 来比较各地的 污染程度。 根据我国城市空气污染的特点，以s 0 2 、n o x 和t s p 作为计算a p i 的暂定 项目，并确定a p i 为5 0 、1 0 0 、2 0 0 时，分别对应于我国空气质量标准中日均值 的一、二、三级标准的污染浓度限值，5 0 0 则对应于对人体健康产生明显危害的 污染水平。 目前我国采用的空气污染指数分为一下五个等级h 4 】： a p i 小于等于5 0 ，说明空气质量为优，相当于国家空气质量一级标准，符合 自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护地区的空气质量要求； a p i 大于5 0 且小于等于1 0 0 ，表明空气质量良好，相当于达到国家质量二级标 准； a p i 大于1 0 0 且小于等于2 0 0 ，表明空气质量为轻度污染，相当于国家空气质 量三级标准； a p i 值大于2 0 0 ，表明空气质量差，称之为重度污染，为国家空气质量四级标 第二章天津市主要交叉路口交通性污染物监测与分析 准； a p i 值大于3 0 0 ，表明空气质量极差，已严重污染。 a p i 计算方法是：根据各种污染物的实测浓度和其污染指数分级浓度限值计 算各污染分指数。计算公式如下： 设伪某污染物的污染指数，c 为该污染物的浓度。则： ，：；蔓二 j ( c 大一c , j 、) + i , j 、 c 大一c f ，j 、兀 “、 2 3 1 2 实际监测数据和a p i 反映的污染程度 从表2 4 可以看出杨柳青、华苑雅士道、海光寺三个监测点a p i 大于1 0 0 且 小于等于2 0 0 ，表明空气质量为轻度污染，相当于国家空气质量三级标准；王顶 堤监测点a p i 大于5 0 且小于等于1 0 0 ，表明空气质量良好，相当于达到国家质 量二级标准。污染程度最大的监测点为海光寺，污染最小的监测点为王顶堤。 表2 4 浓度与a p i 计算 2 3 1 3 实际监测数据换算a p i 与公布a p i 比较 由表2 - 5 可知，实测监测点a p i 的数值高于公布的a p i ，公布a p i 表明空气 质量为一级，反应天津市污染物平均污染水平。实测监测点a p i 除了王项堤处于 二级之外，其他监测点污染程度都为三级，污染比较严重，这可能与机动车尾气 排放有关。 第二章天