（环境工程专业论文）宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究.pdf

宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 摘要 随着机动车的迅速增加，其尾气排放引起的污染受到越来越广泛的关注。宁 波作为东南沿海发达的城市之一，机动车的尾气污染已成为大气环境保护不容忽 视的重大问题。本文通过采样e p am o b i l e 5 、p a r t 5 模式，对宁波市机动车行 使条件下尾气污染进行了现状和未来十五年的分析和预测，获得如下结果： 1 、开发了实际行驶条件下机动车尾气中v o c s 的监测分析方法。 2 、通过对控制技术、车型、行驶速度和行使里程及裂化对v o c s 和苯系物 排放的影响分析，得出：在实际行驶条件下机动车尾气中共检出4 7 种v o c s ， 建立了尾气的源成分谱；汽油车的v o c s 排放要高于柴油车，化油器车、汽油 公交车和出租车是v o c s 和苯系物的高排放源；机动车在0 ( 冷启动) 和0 ( 怠 速) 时尾气排放v o c s 和苯系物浓度要远远高于正常行驶时排放浓度，当速度 在4 0 6 0 k m h 时，尾气中v o c s 组分和苯系物含量相对较低；催化剂的失效会 造成v o c s 和苯系物排放浓度大大增加。 3 、采用美国环保局推荐的m o b i l e 5 、p a r t 5 模式及燃料消耗估算方法， 计算得到2 0 0 6 年宁波市机动车t h c ( 总碳氢) 、c o 、n o x 排放总量分别为4 9 万吨、2 6 8 万吨、2 3 万吨，其中摩托车对t h c 贡献最高，达4 0 ；对于c o ， 重型汽油车贡献最高，达2 7 ；对于n o x ，重型柴油车贡献最高，达3 5 。 p m l o 排放总量为1 3 0 0 吨，重型柴油车贡献最高，达3 8 。 4 、在实测的基础上，利用模型计算出宁波市2 0 0 6 年机动车尾气苯系物的 排放总量为2 2 9 7 9 吨，其中甲苯排放量最高，达9 3 8 6 吨，苯为4 1 7 7 吨，二 甲苯为4 7 5 7 吨。机动车尾气是城区环境空气苯系物的重要来源。 5 、本文用弹性系数法在无控、低控和高控三种排放控制实施方案下对宁波 市2 0 2 0 年机动车t h c 、c o 、n o x 排放情况进行了预测。 6 、根据研究结果提出了政策建议，如建立检查维护制度等。 关键词：机动车尾气；v o c s ；苯系物；空气污染：对策建议 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 a b s t r a c t w t ht h er a p i di n c r e m e n to fv e h i c l e s ，e x h a u s t e dg a s e sf r o mt h e mh a v e b e i n gm o r ea n dm o r ec o n c e r n e d h a z a r d o u sa i re m i s s i o nf r o mv e h i c l e sh a s b e c o m em a j o ri s s u ei nt h ep r o t e c t i o no fa t m o s p h e n ce n v i r o n m e n ti nn i n g b o ， a so n eo ft h ed e v e l o p e dc i t i e ss i t u a t e di ns o u t h e a s tc o a s to fc h i n a e x h a u s t p o l l u t a n te m i s s i o n sf r o mo n r o a d v e h i c l e si n n i n g b ow e r ea n a l y z e da n d p r e d i c t e df r o mn o wt oi nn e x tf i f t e e ny e a r sb yu s i n gt h em o b i l e 5a n dp a r t 5 m o d e l so fe p ai nt h i sp a p e et h ev o cs o u r c ep r o f i l ea n db e n z e n ec o m p o u n d s e m i s s i o no fv a r i o u sv e h i c l e sw e r ea l s os t u d i e d m a j o rr e s u l t sw e r el i s t e da s f o l l o w s ： 1 t h em e t h o d so fs a m p l i n go n - r o a dv e h i c l e sa n da n a l y z i n go fv o c si n v e h i c l ee x h a u s t sw e r ed e v e l o p e d 2 t h ei n f l u e n c e so nt h ee m i s s i o no fv o c sa n db e n z e n ec o m p o u n d sf r o m v e h i c l e sw i t hd i f f e r e n te m i s s i o nc o n t r o lt e c h n o l o g y , t y p eo fv e h i c l e ，d r i v i n g v e l o c i t ya n dt r a v e im i l e a g ew e r ed i s c u s s e d t h ef i r s to n eo ft h er e s u l t sw a s t h a tt h e r ew e r e4 7s o r t so fv o c si nv e h i c l ee x h a u s t s t h es e c o n dw a st h a tt h e e m i s s i o nq u a n t i t i e so fv o c sf r o mp e t r o iv e h i c l e sw e r em o r et h a nd i e s e lo n e s t h et h i r dw a st h a tu n e l e c t r o n i ci n j e c t i o nv e h i c l e ，p e t r o lb u sa n dt a x iw e r eh i g h e m i s s i o ns o u r c e so fv o c sa n db e n z e n ec o m p o u n d s t h ef o u r t hw a st h a tt h e e m i s s i o no fv o c sa n db e n z e n ec o m p o u n d sw e r em u c hh i g h e ra tt h en o r m a i d r i v i n gs p e e dt h a na tc o l da n di d i es t a r t ，t h ef k t hw a st h a tt h ee m i s s i o n s q u a n t i t i e so fv o c sa n dw e r er e l a t i v e l yi o wa ts p e e do f4 0 6 0 k w h t h ef i n a lw a s t h a tt h ee m i s s i o nc o n c e n t r a t i o no fv o c sa n db e n z e n ec o m p o u n d sw o u l d i n c r e a s eg r e a t l yw h e nc a t a l y s t sb e c a m ei n v a l i d 3 t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h et o t a ie m i s s i o nq u a n t i t i e so ft h c 。 c o ，n o xa n dp m l 0w a s4 9 0 0 0 ，2 6 8 0 0a n d2 3 0 0 0a n df r o mm o t o rv e h i c l e si n n i n g b oi n2 0 0 6r e s p e c t i v e l yb yu s i n gt h em o b i l e 5a n dp a r t 5m o d e l so fe p a a n de s t i m a t e dm e t h o do ff u e l c o n s u m m a t i o n a m o n gt h e s ev e h i c l e s ， m o t o r c y c l e s ，h e a v yp e t r o lc a r sa n dh e a v yd i e s e lc a r si n d i v i d u a l l ya c c o u n t e d f o r4 0 ，2 7 ，a n d3 5 i nt h et o t a le m i s s i o nq u a n t i t i e so ft h c ，c oa n dn o x e m i s s i o n so fp m l 0i s13 0 0t o n sa n dp m l 0e m i s s i o n s f r o mh e a v yd i e s e l m o t o r c a r sa r et h eh i g h e s tp r o p o r t i o n ，a c c o u n t i n gf o r3 8 4 o nt h eb a s i so fa c t u a lm e a s u r e m e n tt h et o t a le m i s s i o nq u a n t i t i e so f 2 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 b e n z e n ec o m p o u n d sf 而mt h ev e h i c l e sw e r e2 2 9 7 9t o n si n2 0 0 6 。o fw h i c ht h e e m i s s i o nq u a n t i t yo ft o l u e n ew a su pt o9 3 8 6t o n s ，a n dt h a to fb e n z e n ew a s 4 1 7 7t o n sa n dx y l e n ew a s4 7 5 7t o n s t h er e s u l te x p l a i n e dt h a tv e h i c l e e x h a u s t sw a sam a j o rs o u r c eo fb e n z e n ec o m p o u n d si nt h eu r b a na t m o s p h e r e i nn i n g b o 5 t h ee m i s s i o nq u a n t i t i e so ft h c ，c oa n dn o xw o u l db ef o r e c a s ti n n i n g b oi n2 0 2 0w i t ht h em e t h o do fe l a s t i cc o e f f i c i e n tu n d e ru n c o n t r o l l i n g ，l o w l y c o n t r o l l i n ga n dh i g h l yc o n t r o l l i n gm e a s u m e n t s 6 m e a s u r e m e n t sa n ds u g g e s t i o n sf o r c o n t r o l l i n g e x h a u s tp o l l u t a n t e mi s s i o n s f r o m v e hi c l e s ，s u c ha st h ee n f o r c e m e n to f a n i n s p e c t i o n m a i n t e n a n c e ( i m ) p r o g r a mw o u l db ep u tf o r w a r da c c o r d i n gt os t u d y r e s u l t s k e yw o r d s ：v e h i c l ee x h a u s t ；v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ) ；b t x ( b e n z e n e ，t o l u e n e ，x y l e n e ) ；a i rp o l l u t i o n ；m e a s u r e m e n ta n ds u g g e s t i o n 3 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 1 1 项目的目的意义 第一章绪论 据资料报道，机动车辆排放出的尾气已占城市大气污染物的7 0 以上，排放 物主要为c 0 、n 仉、h c 有机物和颗粒物。而大气中的有机物是形成光化学氧化剂 的重要前体物，不仅影响大气的质量，甚至进一步危害人体健康和影响全社会的 经济活动。随着宁波市经济的迅速发展和人民生活水平的不断改善，机动车的保 有量快速增加，据统计，近几年机动车年均增长率达到3 7 左右。机动车的尾 气污染日益严重，越来越成为宁波大气环境保护的关键，加强机动车污染控制意 义重大。而目前宁波市有关机动车污染的控制研究和对策还基本上处于空白。为 了能够科学有效的对机动车污染进行控制，急需建立机动车污染控制框架体系 ( 如图1 1 所示) 【l 】，一方面对污染现状进行评估研究，另一方面，根据研究结 果制定出有效的控制对策。 上 城市机动车排放 碟蓁 l 基础数据调查l 因子确定 1 l 机动车污染源清单 及排放时空分布 控制方案 l 控制方案研究l - 1 l 情景分析 jl l 大气质熊拟l 图1 1常用机动车污染控制规划体系框图 本项目通过对宁波市机动车尾气有机物污染现状及分担率的研究，分析量 化机动车尾气排放有机物对大气环境污染的影响，一方面为宁波市决策管理部门 加强机动车尾气有机物污染控制提供重要依据，同时也为未来城市大气污染防治 4 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 工作奠定有力的基础。 1 2 机动车排放相关研究进展 随着机动车保有量的迅速增加，尾气污染日益严重，机动车污染越来越受到 关注。国内北京市、广州市和济南市等城市在这一领域开展了大量的研究工作， 但也主要局限于汽车尾气中的颗粒物、c o 和n 0 x 污染分担率的研究。北京大学环 境学院和清华大学环境学院开展了机动车怠速状态时尾气中v o c 。成分谱特征的 研究，这为后续开展机动车尾气中的有机物污染现状研究奠定了基础，但无法反 映机动车在实际交通流内的排放水平，低估了机动车的实际排放水平。有关实际 行驶条件下的机动车尾气v o c 。排放特征在国内还未见有这方面研究报道。本研究 在开发了实际行驶条件下机动车尾气中v o c s 的监测分析方法基础上，开展了宁 波市机动车污染排放清单和宁波市机动车v o c s 和苯系物排放特征的研究，建立 了实际行驶条件下机动车尾气的源成分谱，同时为其他城市开展机动车尾气监测 监控，加强汽车尾气污染防治提供一定的技术参考。 机动车尾气排放特征研究主要有机动车排放因子研究、排放清单研究和污染 物浓度时空分布研究等【l 】。通常对机动车尾气排放的研究主要按图1 2 所示的框 架进行，国内外的研究也主要集中在排放因子、监测方法和模型研究方面。 污染排放机理研究尾气排放测试 数学和物理方法 排放因子模型 交通活动 排放清单 空气质量模型 污染物浓度分布特征 支持机动 车污染控 制决策 图1 2 机动车排放研究框架 5 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 1 2 1 影响机动车排放的主要因素 影响机动车排放水平的因素很多。机动车的排放水平不仅由机动车的发动机 技术和污染控制技术等自身条件所决定，还受道路状况和行驶状态等外部因素影 响。此外，影响机动车排放水平的还包括机动车维护水平、驾驶员驾驶习惯、空 调使用状况、油品质量和环境温度等因素。根据各影响因素的特征，可将其归纳 为如下四类【2 4 】： ( 1 ) 与机动车技术相关的影响因素，包括发动机技术和催化剂技术，以及 机动车重量和发动机排量等参数。先进技术的普及极大地降低了机动车排放水 平。例如，电子燃油喷射+ 三元催化转化器技术车辆仅为化油器车辆排放水平的 1 0 2 0 。 ( 2 ) 与机动车使用相关的影响因素，包括累积行驶里程和维护状况等。研 究发现，机动车的排放会随行驶里程增加而不断劣化。并且，如果车况维护不佳， 部件调整不当，行驶里程较少的车辆也会出现排放严重超标的情况。 ( 3 ) 与机动车行驶状态相关的影响因素，包括机动车启动方式( 冷启动或 热启动) 、机动车平均车速、机动车运行模式( 加速、减速、匀速和怠速) 以及 爬坡等。 ( 4 ) 其它，包括油品质量、环境温度和湿度等。 1 2 2 机动车排放研究的测试方法 目前，机动车排放研究的测试方法主要分为实验室测试和实际道路测试，前 者包括台架测试，后者包括隧道实验、道路遥感测试和道路车载测试【1 】【5 】。 台架测试：因台架测试条件容易控制，可重复性强，所以测试结果准确程度 高于其它测试方法，在研究机动车排放机理方面具有优势。目前，台架测试仍然 被认为是最可靠的确定机动车排放因子的方法。欧美和日本等国家都先后建立起 自己的标准排放测试程序。被测机动车在底盘测功机上按照某一设定工况( 通常 为标准工况) 行驶，同时所排放的污染物被测试系统收集。台架测试的主要缺点 是系统昂贵，而且每次测试只能获取一辆机动车的排放数据，样本代表性有限。 此外，d ev l i e g e r 等研究者认为，台架测试无法反映机动车在实际交通流内的排 6 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 放水平，严重低估了机动车的实际排放水平 隧道实验：隧道实验通过在隧道内外监测污染物的浓度，并根据现场的车流 参数，获得对应车队的平均排放因子水平。与台架测试相比，隧道实验不但能获 取大量车辆样本的排放水平，而且可反映机动车在实际交通流内的排放特征。目 前，我国研究者在北京、深圳、广州和西安等城市已经开展了隧道实验研究。 道路遥感测试：遥感技术是一种非接触式的光学测量手段，可直接测量行驶 中机动车的尾气排放，已在欧美等国家得到了普遍应用。遥感测试的优点是自动 化程度高，一天可测试上万辆机动车，成为机动车i m 制度及发现高排放车的主 要手段。我国已经采用这种测试技术来研究机动车的污染物排放水平。遥感测量 的主要缺点是受环境条件( 如风速和风向) 影响。而且由于遥感测试为定点测试， 不能全面反应机动车在各种行驶状态下的排放。 道路车载测试：随着机动车排放研究的不断深入，越来越多的研究者开始关 注机动车在实际道路上的瞬态排放特征。因此，道路车载测试逐渐成为研究热点 之一。道路车载测试系统被直接安置在行驶中的车辆内，逐秒采集机动车行驶特 征参数和污染物排放速率。最初的车载测试主要用于发动机参数测试与排放检 验。近几年，随着仪器技术水平的提高，功能不断完善，可用于机动车排放研究 的车载测试系统产品逐渐丰富。 1 2 3 排放模型研究1 6 - 1 2 l ( 1 ) 基于统计回归的宏观模型 基于统计回归的宏观模型主要包括u s e p a 开发的m o b i l e 系列模型、加州 空气资源局( c a r b ) 开发的m v e i 系列模型( m o t o rv e h i c l ee m i s s i o ni n v e r t o r y m o d e l ) 和欧盟环境署开发的c o p e r t8 5 和c o p e r t 9 0 模型。 将机动车排放与平均速度相关联是确定机动车排放因子的一个经常采用的 方法。c o p e r t8 5 和c o p e r t 9 0 模型就是利用平均速度估算机动车的排放因子； m o b i l e 系列模型和m v e i 系列模型则是根据实际条件下各影响因素同标准工 况下的差别( 如平均速度修正因子等) ，对根据排放控制水平得到机动车在标准 工况下的基本排放因子进行修正，来计算实际运行状况下污染物的排放因子。 7 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 区别，单一模型无法实现对机动车排放进行正确的多尺度预测。 目前，欧美等发达国家正在致力于综合模型的开发，如u s e p a 的下一代道 路机动车排放模型m o v e s ( m f l t i - - s c f l em o t o rv e h i c l ea n de q m p m e me m i s s i o n s y s t e m ) 和欧洲未来机动车排放模型a r t m i x ，试图把交通模型、统计回归模型、 基于工况的排放模型集中在一个模型组内，以满足不同尺度、不同精确度空气质 量管理的需求。 1 3 宁波市机动车发展动态及尾气污染特征研究背景 1 3 1 自然环境 地理条件 宁波市地处东海之滨，我国大陆海岸线的中段，长江三角洲东南角，位于浙 江省宁绍平原东端。东经1 2 0 0 5 57 - 1 2 2 01 67 ，北纬2 8 0 5 17 3 0 0 3 37 。东临 东海，有舟山群岛作天然屏障；北濒杭州湾，分别与舟山和嘉兴隔海相望；南连 天台山，紧靠三门湾，与台州地区的三门、天台县交界；西接绍兴市的上虞、嵊 州和新昌三县。宁波市地势西南高，东北低。自西南向东北方向倾没入海。西南 属浙东低山丘陵区，西南一东北走向的四明山脉，是天台山支脉，分布于余姚、 奉化、鄞州，一般标高1 0 0 3 0 0 m ，最高峰9 8 0 m 。天台山余脉，由宁海西南 入境，经象山港展延成南部诸山。 东北部和中部为宁绍冲积平原的甬江流域平原，地势平坦，河流纵横，市区 标高( 吴淞高程) 为4 5 8 m ，郊区标高为3 6 - 一4 m 。 地貌上分为山地、丘陵、台地、谷( 盆) 地和平原等类型。全市山地面积占 陆域的2 4 9 ，主要分布在余姚南部、鄞州、奉化和宁海西部。丘陵占2 5 2 ， 主要分布在低山的边缘及近海岸的岛屿。台地占1 5 ，主要分布在余姚南部的 四明山区及宁海中部的桥头胡与茶院一带。谷( 盆) 地占8 1 ，主要位于奉化 和宁海的中部，象山、鄞州等地也有较多分布。平原占4 0 3 ，其中水网平原 与滨海平原约各占一半，水网平原主要为宁波平原、余姚平原；滨海平原主要分 布在慈北平原及东南沿海诸多港湾小平原。 9 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 图1 - 3 宁波市行政区位图 行政区划： 宁波市共有6 区、5 市( 县级) ，具体分布如图1 - 3 ，其中镇海、北仑为宁波 重化工基地。全市面积9 3 6 5 平方公里，市区2 5 6 0 平方公里，2 0 0 5 年全市总人 口5 5 6 7 万人，2 0 0 2 年，鄞县撤县建区后，市区人口虽有增加，但由于市区面 积扩大了1 4 8 倍，密度反而降低，2 0 0 5 年为全市人口密度5 9 4 人平方公里， 市区为8 3 6 人平方公里 气候特征 宁波属典型亚热带季风气候。全年四季分明，雨量充沛，光照强，属典型的 北亚热带季风气候，冬、夏季风交替显著，呈冬夏季略长、春秋季稍短的特点。 1 0 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 冬季受蒙古高压控制，以晴冷干燥天气为主；春末夏初副热带极峰开始稳定本区， 冷暖空气交馁，习称梅雨季节；夏秋七、八月间区域处于太平洋副热带高压控制 下，天气晴热少雨，常有台风侵入，带来大风大暴雨灾害天气，对区域影响很大。 雨量充沛，气候温和湿润。境内影响较大的异常天气有台风、暴雨、干旱、冰雹、 低温、霜和冰冻。区域属于台风次重影响区，年均1 8 次。台风影响期为5 月至 1 1 月，其中8 至9 月为集中影响期。 全市大部分地区年平均气温1 6 i * c - 1 6 5 c 。气温适中，无酷暑严寒，最热 月( 多为7 月) 平均气温2 7 5 c - 2 8 2 c ，最冷月( 多为1 月) 平均气温3 9 c 一5 5 c 。年均降水量1 5 2 0 9 m m ，降水日数1 4 0 - 1 8 0 天，年平均蒸发量1 2 6 2 m m ，年 平均风速2 9 m s ，相对湿度8 0 左右，属湿润丰水区域。年均雾日2 5 天，年平均 气压1 0 1 6 3 h p a 降水分布不均，沿岸地区多于海岛，自西南向东北递减。 境内风向分布具有典型的季风特征，全年以西北风和东南偏南风为主导风 向，夏季盛行东南风，冬季多偏西北风，春秋两季为冬夏季风交替期，风向不稳 定，春季多偏南风，秋季多偏北风。全年西北风和东南风频率为2 1 左右，其次 为偏北风和南风，频率为1 8 左右，西和西南风较少，频率在1 - 3 之间。各地 风速受地形条件影响差异较大，平均在2 0 8 1 m s 之间，自西南向东北递增。沿 海石浦风速最大，年均5 6 m s ，极大5 2 3 m s 。风力8 级或以上大风日，市区平 均最多年1 7 天，镇海5 6 天，石浦9 9 天，多年平均为5 8 天。主要出现在1 月、 8 月。风速年分布，隆冬、初春大，初夏、秋日小，各风向风速，一般是西北至 东北风向大于东至东南至西南风向。 1 3 2 机动车保有量增长迅速 随着机动车保有量的迅速增长，机动车排放日益成为城市空气污染的重要 来源【1 2 1 引。作为沿海城市的宁波，由于其经济更为发达，机动车保有量的增长尤 为迅速，见图1 4 。截止至u 2 0 0 6 年底，宁波市民用汽车( 不含摩托车) 保有量达 到4 0 6 万辆，年均增长速率为1 4 6 。与此同时，宁波市摩托车的保有量也增长 迅速，截止至u 2 0 0 4 年年底，摩托车保有量达n 7 0 4 万辆，与1 9 9 5 年相比，增长了 2 7 倍，但之后由于宁波市政府限制摩托车进城的控制措施，使得摩托车保有量 增长受到明显抑制，甚至有逐渐减少的趋势。保有量迅速增长的机动车正在也将 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 要给宁波市的空气污染带来越来越大的压力。 图l - 4 宁波市机动车保有量增长趋势 表1 3 1 给出了2 0 0 6 年宁波市机动车保有量的分车型比例情况，从表中可以看 出，对所有道路机动车而言，摩托车所占比例最高，占n 6 2 9 。在民用汽车中， 轿车比例最高，占到5 2 6 。 表1 12 0 0 6 年宁波市机动车保有量构成 宁波市的机动车保有量分车型比例呈现如下特点：轿车增长迅速；与我国其 他城市相比，柴油轿车占一定比例，且这一比例有可能进一步提高；随着摩托车 在市区内禁止通行以及其他车型汽车保有量的增加，摩托车在宁波市机动车中所 占的比例将越来越低。 1 3 3 机动车相关污染严重 1 3 3 1 二氧化氮【1 参矧 宁波市2 0 0 2 年至2 0 0 6 年n 0 2 日平均浓度变化趋势如图1 5 所示。从整体 1 2 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对燕研究 上看，宁波市n 0 2 日均浓度值大部分都保持在国标二级限值范围内，2 0 0 2 年有 3 1 2 天在一级限值范围内，5 0 天在一级限值到二级限值范围之间；2 0 0 3 年一级 限值范围和一级限值到二级限值范围之间分别为2 9 8 天和5 7 天：2 0 0 4 年一级限 值范围和一级限值到二级限值范围之间分别为2 8 3 天和7 1 天：2 0 0 5 年一级限值 范围和一级限值到二级限值范围之间分别为3 1 l 天和5 l 天；2 0 0 6 年一级限值范 围和一级限值到二级限值范围之间分别为3 3 9 天和2 6 天。2 0 0 2 年至2 0 0 4 年一 级以下天数逐年减少，一级到二级天数逐年增加；2 0 0 5 年以后一级以下的天数 又开始逐渐增加。 n 0 2 日均浓度又有着明显的季节变化的规律，岁末年初浓度高，日均浓度峰 值一般都在这个时间出现，夏秋季节日均浓度水平则最低；在这一点上和p m 。o 、 s 0 2 有着同样的规律。 从年均浓度水平进行分析，宁波市区n 0 2 年均浓度在1 9 9 6 - 2 0 0 1 年间基本保持 稳定，2 0 0 2 - 2 0 0 6 年n 0 2 浓度明显升高，2 0 0 5 年以后虽然有所下降，但仍保持较高 水平，如图l - 6 所示。 图1 - 5宁波市2 0 0 2 - 2 0 0 6 年n 0 2 日均浓度变化情况 1 3 宁渡市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 图1 - 61 9 9 6 - 2 0 0 6 年宁波市n 0 2 年均值变化趋势 1 3 3 2 宁波市环境空气和交通干线中v o c s 根据宁波市环境环境监测中心站2 0 0 4 - - 2 0 0 5 年对宁波市区空气中挥发性有 机物的监测结果，检出的污染物主要为苯系物，参照g b t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 室内空 气质量标准和前苏联居民区大气中有害物质最大允许浓度限值，均没有超标， 详见表1 - 2 。图1 7 显示了监测的几种苯系物2 0 0 4 年和2 0 0 5 年检出浓度的平均 值，甲苯浓度较高，与图1 8 为镇海区大气特征污染物自动监测站2 0 0 5 年9 、1 0 月监测浓度的平均值进行对比可知，宁波市区苯系物浓度与镇海区基本相当。镇 海区是宁波的重化工基地，受固定污染源影响较大，而宁波市区目前已经基本没 有化工企业固定污染源的，因此，估计宁波市区还有其他污染源的存在。 1 4 宁波市机动车尾气摊放特征及污染防治对策研究 表卜2 几种有机物环境空气质量标准限值 苯i 小时平均 o 1 0 室内空气质量标准， 甲苯i 小时平均 0 2 0 二甲苯i 小时平均 o 2 0 g 副t 18 8 8 3 2 0 0 2 乙苯日平均 o 0 2 苏联居民区大气中 异丙苯 日平均 0 0 1 4有害物质最大允许浓度 乙烯日平均 3 o 丙烯日平均 3 0 丁二烯日平均 1 o 彷 一 o 捌 霹 礴- 恻 醺 弭 霸 1 6 o 1 4 o 1 2 o i o o 8 0 6 o 4 0 2 0 o 0 1 4 i 一 苯甲苯乙苯间对二甲苯邻二甲苯苯乙烯异丙苯 图1 - 7 宁渡市区监测站苯系物浓度检测 甲苯阿对= 甲苯 邻二甲苯硫化氢 污染物 图1 名2 0 0 5 年9 、1 0 月镇海区大气特征污染物平均浓度 1 5 一 _ i 一 _一lli n蕾，f埘艇雾串畎口h 1 6 一 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 随着无铅汽油政策的实施，越来越多的使用无铅汽油的国家和城市发现，环 境空气中的铅含量降低了，但是烯烃、芳香烃、多环芳烃等有毒有机物的浓度水 平明显增高。 通过对宁波市交通干线环境空气进行监测分析，全年在交通干线两侧共检出 8 3 种挥发性有机物口习。包括：苯系物3 1 种，占2 5 9 ；烯烃1 4 种，占2 7 3 ； 烷烃2 5 种，占1 7 5 。其中苯( b ) 、甲苯( t ) 、乙苯( e ) 、二甲苯( x ) 、苯乙 烯、氯苯、四氯乙烯等均属美国e p a 规定的优先控制的有毒污染物，它们的检 出率在7 5 1 0 0 之间。苯系物中不仅包括b t e x ，还有多种三甲苯、四甲苯及 其异构体。作为背景对照的宁波市站全年共检出挥发性有机物4 5 种，其中苯系 物l o 种、烯烃5 种、烷烃1 3 种。种类和数量远少于交通密集区。其中含量最高 的苯系物浓度对比结果见图1 - 9 。 图i - 9 宁波市交通干线两侧及背景对照点的苯系物浓度对比结果 1 3 3 3 臭氧 地面臭氧是覆盖许多城市地区的光化学烟雾的主要成分。它不是直接被排放 的，而是当燃料燃烧排放的氮氧化物和大气中的未燃烧的汽油或油漆溶剂等挥发 性有机化合物( v ( ) c s ) 反应时形成的l ；2 s j 。随着汽车和工业排放的增加，地面臭氧 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 污染在欧洲、北美、日本以及我国的许多城市中成为普遍现象。作为强氧化剂， 臭氧能够与几乎任何生物组织反应。从病理学角度看，当空气中臭氧浓度达到 o 2 5 0 3 0 p p m ( 标态下l p p m 0 3 相当于2 1 4 m g m 3 ) ，即可导致喘息及呼吸道疾病 恶化，肺功能下降。 目前我国环境空气质量国家标准中只有臭氧小时平均浓度标准限值，图 1 1 0 图1 1 2 分别给出了宁波市2 0 0 2 2 0 0 4 年3 年的臭氧小时平均浓度与国家标 准中i 级、i i 级和级标准限值的比较情况，2 0 0 2 年宁波市臭氧小时平均浓度 峰值为0 4 2 4 m g m 3 , 中值为o 1 0 7 m g m 3 ，到2 0 0 4 年，臭氧小时平均浓度峰值增加 到0 4 9 9 m g m 3 , 中值提高到o 1 4 m g m 3 。图1 - 1 3 是这3 年中每年臭氧小时平均浓 度在各级中的比例。 3 冒 m 鹰 滚 均 平 时 ，j 、 氧 真 2 2 年宁渡市臭氯浓度, i n 变化趋势圈 0 3 ym a y m e d i a n 级国标臭氧小时平均浓度0 1 6 n n m 3 三级国标臭氯小时平均浓度0 2 0 m m 3 图1 1 02 0 0 2 年宁波市臭氧小时平均浓度变化与国标限值对比情况 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 o 4 写 0 o 3 墨 o 2 葛 均 单0 ： 时 小 羹o - 1 。 o 1 o o e c 小时序列 图1 1 12 0 0 3 年宁波市臭氧小时平均浓度变化与国标限值对比情况 2 0 0 4 卑宁菠市曩墨浓度小时变化趋势圈 小时序列 图1 - 122 0 0 1 4 年宁波市臭氧小时平均浓度变化与国标限值对比情况 1 8 3 霄m 度浓 3霄-m度滚均平时小鬈真 宁波市机动车尾气捧放特征及污染防治对策研究 。j 。波市2 0 0 2 q 爽氧小时甲均浓度分级河分比 p 波r b 2 0 0 3 , 1 ：- 奥钮小时甲均浓j _ f l ：分级再分比 l i p 一 l 一 。r 波r i 2 0 0 4 q = - 奥毓4 、时甲均浓度分级百分比 图1 - 132 0 0 2 2 0 0 4 年宁波市臭氧小时平均浓度各级所占比例 由图1 1 3 可以看出，宁波市臭氧污染在这3 年急剧恶化，i 级比例由8 7 降低到6 2 ，级和超标比例分别增加了9 和1 6 ，涨幅分别为1 0 0 和3 0 0 。 由此可见，宁波市臭氧二次污染的闷题已相当严重，需要引起重视。空气中n 0 2 和v o c 是臭氧生成的前体物，近年来机动车数量不断增加，h c 和n o x 排放量 增加，环境空气中n 0 2 浓度持续上升，而且宁波市的日照条件好，这些都有利 于臭氧的产生。 1 3 3 4 大气可吸入颗粒物瞄蚓 市区空气可吸入颗粒物年平均值范围在0 0 5 6 - - 0 0 8 1 毫克立方米之间，达 到环境空气质量二级标准。日均值方面，最大日均值出现在宁波中学测点，达到 0 3 1 2 毫克立方米，超标1 0 8 倍。5 年中各测点的超标率在2 8 1 4 0 之间。 为了调查宁波市大气可吸入颗粒物的污染现状，分析其主要来源，宁波市环 境监测中心和清华大学在2 0 0 4 年l o 月到2 0 0 5 年9 月在宁波市市区以及慈城地 区采集了大气可吸入颗粒物( p m l o 以及p m 2 5 ) 样品。我们对其中的部分样品进 行了电子显微镜分析，得出了这些样品的粒度分布特征，并初步分析了宁波市大 气可吸入颗粒物的来源。 通过对7 个可吸入颗粒物样品p m l o 和1 7 个p m 2 5 颗粒物样品的形貌分析以 及典型样品中单个颗粒物的能谱分析发现，宁波市大气中主要的显微类型包括煤 1 9 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 烟聚集体、似圆状颗粒、不规则粗颗粒、盐类颗粒、燃煤飞灰、硫酸液滴、生物 颗粒等颗粒物。通过对部分样品的电子显微学分析，发现不同时间采集的颗粒物 样品的显微特征有非常明显的差异。但是，在分析的所有样品中均含有大量的煤 烟聚集体，无论是数量还是体积贡献率都很高，颗粒的等效球形直径峰值在 o 2 o 3 “m ，煤烟聚集体主导型为宁波市主要的颗粒物显微类型。因此，宁波市 大气颗粒物受机动车尾气的影响非常明显【3 3 】。 综上述，机动车尾气已成为宁波市区最大污染源，t h c 、c o 、n o x 、p m i o 等 污染物排放量呈逐年增长的趋势，市区环境空气质量二级天数也逐年减少，严重 影响了宁波城区的空气环境质量。 机动车在给人们带来交通便捷的同时，也带来许多危及人类健康的环境难 题，机动车尾气中可分离出8 0 多种有害物质，其中以一氧化碳、氮氧化物、碳 氢化合物、铅尘和苯系物为主。尾气中的碳氢化合物和氮氧化物在太阳紫外线的 照射下，产生一系列的光化学反应，形成光化学烟雾；尾气中的细颗粒物污染会 加剧大气的灰霾现象。机动车排气污染物对生态、城市环境都产生严重的污染， 尤其是苯、甲苯等苯系物会直接、持续地危害人体健康，它将对接触人群身体细 胞有遗传损伤，降低人体的免疫力，引发呼吸系统和心血管系统疾病，尤其对儿 童影响严重。机动车保有量迅速增长的已经给宁波市的空气污染带来越来越大的 压力和挑战，但由于中华人民共和国大气污染防治法对机动车排气污染的防 治没有配套的实施细则，相对比较原则，在执法中不便操作，而我市又没有相关 的法规，在部门职责、具体工作、法律责任等方面也没有具体、可操作性强的内 容，导致各职能部门对治理机动车排气污染认识不一、难以协调。我市现阶段机 动车排气污染防治工作存在着组织管理机构不健全、管理能力薄弱等问题。本项 目的研究正是基于这一系列的出发点。 1 4 研究内容及技术路线 宁波市机动车保有量增长迅速，与机动车排放相关的污染物污染日益严重， 而宁波有关机动车排放的研究还十分薄弱。鉴于此，本研究的主要内容如下： ( 1 ) 开发实际行驶条件下机动车尾气中v o c s 的监测分析方法； 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 ( 2 ) 利用模型建立宁波市机动车排放清单，分析宁波市目前机动车的排放现状； ( 3 ) 通过实测研究机动车v o c s 组分排放特征； ( 4 ) 预测未来十五年内2 0 0 7 2 0 2 0 宁波市机动车排放情况； ( 5 ) 根据研究结果提出政策建议。 研究技术总路线如图1 1 4 所示。 图1 1 4 研究技术总路线 2 1 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 第二章宁波市机动车污染排放清单 在机动车污染排放清单的研究中，排放因子的确定是关键。目前，国际上对 机动车排放因子的研究采用不同的方法，满足不同层次研究的需要，目前比较成 熟的方法有台架测试、燃料消耗估算( 清单) 、模式预测、( 隧道试验) 等几种。 基于本项目需要( 计算大尺度规模的排放清单) ，结合目前国内外机动车研究现 状和宁波市机动车尾气排放研究所涵盖的参数，本文采用美国环保署( u s e p a ) 推荐的m o b i l e 5 模式、p a r t 5 模式和燃料消耗估算方法，该模型考虑了实际条 件下工况对排放的影响，根据排放控制水平得到机动车在标准工况下的基本排放 因子进行修正，来计算实际运行状况下污染物的排放因子。通过对宁波市道路交 通过程中t h c ( 总碳氢) 、c o 、n o x 和p m l o 等主要的机动车污染物排放因子 和排放总量进行计算分析，量化宁波机动车污染状况，为相关的统计和科学决策 提供重要的参考依据。 2 1 方法学 2 1 1 典型机动车气态污染物的排放因子计算模型 m o b i l e 5 模式【3 “1 1 是由美国环保局开发的计算道路机动车气态污染物排 放因子的数学模型，它是根据多年来对大量车辆测试数据的分析回归，得到计算 机动车各类污染物排放系数的经验公式。其思路是首先根据排放控制水平即o 公 里排放水平( z m l ) 和排放系数劣化率( d r ) 得到机动车在标准工况下的基本 排放因子b e f ，在此基础上根据实际条件下各影响因素同标准工况的差别对基本 排放因子进行修正，最终得到实际运行状况下的排放因子。其基本的计算公式为： b e f = z m l + d r m c 式( 2 1 ) 式中：z m l 为0 公里排放水平( 单位y g g k m ) , d r 为排放系数劣化率( 单位 1 0 4 9 l ! ( i i l 2 ) 。 e f = s u m ( b e f ，a c ，v ，l ，u ，f ) 式( 2 - 2 ) 式中s u m 表示下述物理量的综合函数；e f 为实际的排放因子；a c 为空 调使用修正参数；v 为速度修正参数；l 为负载修正参数；u 为拖车修正参数； 宁波市机动车尾气排放特征及污染防治对策研究 f 为温度、湿度、热启动冷启动工况等其它修正参数。 对于特定地区，将当地的机动车行驶工况、行驶里程分布以及其它因素( 如 气象条件、燃料使用) 等数据按照给定格式输入到模式中，运行即可以得到某一 年的排放结果。 m