公路隧道環境中MTBE 及BTEX 之採樣與特徵分析.doc

公路隧道環境中MTBE及BTEX之採樣與特徵分析 林進福1 1. 國立屏東科技大學環境工程與科學系，屏東，台灣 摘要 機動車輛是空氣污染主要來源，污染物容易累積於隧道內。本研究以南台灣地區之五座重要具代表性之隧道為研究對象，包括：屏東縣涼山隧道、郊區高雄縣月光山隧道、高雄市區左營地下道、高雄市過港隧道及國道3號中寮隧道，於各隧道分別進行MTBE及BTEX之採樣與調查，以探究不同型態隧道MTBE及BTEX之濃度特徵。依照NIEA-A719.10T方法，進行現場採樣後，以GC/FID分析。結果顯示，山區屏東縣涼山隧道、郊區高雄縣月光山隧道、市區左營地下道及高雄市過港隧道皆以MTBE濃度較高，且其M/B特徵比值依次為7.17、2.96、3.49及3.72。此外，國道中寮隧道以Toluene濃度最高，其T/B 比值為6.43，較其他四個隧道之T/B為高。同時，研究亦指出車流量與隧道內總濃度相關係數依次為0.78、0.87、0.51、0.49、0.68。關鍵字：公路隧道，MTBE，BTEX。1、前言高屏地區2004年的機動車輛數為3 552 679輛1，移動性污染源一直是空氣中揮發性有機污染物主要來源2，其所佔的比例約為47683。無鉛汽油含4050不等的芳香烴(aromatic)4 及711不等的甲基第三丁基醚(methyl tert-butyl ether MTBE)5。苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、乙苯(Ethylbenzene)、二甲苯(Xylene)和稱BTEX，以及MTBE，成為機動車輛的排放污染物。美國疾病管制局(Centers For Disease And Prevention CDC)資料顯示，MTBE及BTEX能對人體中樞神經系統產生立即的影響，造成疲累、頭暈、噁心。其中苯、甲苯、二甲苯超過一定劑量會死亡。國際衛生組織癌症研究中心(International Agency For Research Of Cencer CTARC)已把苯歸為致癌第一類，已確定苯為致癌物質，MTBE為第三類，可能致癌。公路隧道為管狀半封閉空間，於其內行進中之車輛所排放之污染物，因無法有效稀釋故易累積，形成隧道內空氣污染問題6。本研究選定南台灣地區之五座重要具代表性之隧道為研究對象，包括：高雄市過港隧道、高雄市區左營地下道、郊區高雄縣月光山隧道、山區屏東縣涼山隧道、國道三號中寮隧道。於隧道現場，針對MTBE及BTEX進行採樣，藉以探究於不同型態隧道內MTBE及BTEX之濃度與特徵。2、材料與方法2.1 隧道描述 本實驗之五座重要且具代表性隧道，簡述如下：（1）山區涼山隧道：長119公尺，單孔二線道。位於屏東沿山公路。採樣時間:2004/07/1519。（2）郊區月光山隧道：長1434公尺，單孔二線道。穿越美濃雙峰山。採樣時間:2004/07/2123。（3）市區左營地下道：長118公尺。機車道及汽車道雙道分孔。穿越縱貫線鐵路、翠華路及中華高架橋。採樣點設於往市區方向。採樣時間:2004/07/2708/03。（4）港灣過港隧道：長1044公尺。雙孔，汽機車分道。穿越高雄港，連接前鎮區與旗津區。採樣點設於往旗津方向。採樣時間:2004/08/2426。（5）國道中寮隧道: 位於國道三號，穿越中寮山，雙孔三線，北上孔長1828公尺，南下孔長1858公尺，採樣點設於北上孔，採樣時間:2005/03/0307。2.2 採樣設備採樣設備包含四大組件：（1）採樣器：個人攜帶式，型號SKC 224-XR Series Pumps，SKC Inc，Eighty Four，PA USA。（2）流量校正器：型號SKC Ultra Flo，SKC Inc，Eighty，PA USA。（3）氣像儀：LM-800型溫度計、溼度計、風速計、大氣壓力計。（4）吸附管：Small ORBO 32 coconut charcoal。2.3採樣與分析方法實驗時，以流量校正器設定200 mlmin。針對個別隧道而言，其採樣地點設於各隧道兩邊入口10m處及隧道中間點處，共三處採樣點同時進行採樣；單日採樣時段設計為：（1）晨間05:0007:00（2）尖峰時段07：0009：00（3）午間12:0014:00（4）下午交通尖峰時段17:0019:00（5）晚間19:0021:00，共五個時段。每個時段皆進行採樣兩小時，每個隧道採樣兩天以上。此外，每時段皆同步實際紀錄現場車流量。本實驗依行政院環保署環檢所訂定1992 NIEAA719.10T規定分析。吸附管內前後段活性碳取出各置入於2ml密閉瓶中，以二硫化碳脫附，時間30分鐘，再吸取脫附液置入2ml vial瓶中，以氣相層析儀/火焰離子化偵測器(GC/FID)進行分析7。各隧道之實驗數據，皆以各隧道三處採樣點之平均濃度值表示。3、結果與討論3.1各隧道採樣結果如表一:表一 各隧道採樣結果 (g/m3) （N為總有效樣本數）隧道時段MTBEBenzeneTolueneEthylbenzenem.p-Xyleneo-Xylenetotal車流量風速(m/s)涼山隧道05:0007:009.021.5005.930.8317.28470.707:0009:0018.274.473.544.058.945.4344.73540.1(N= 30)12:0014:006.040.7500.955.39013.121210.917:0019:00161.974.043.527.783.5236.831681.219:0021:007.690.80.3405.13013.971101月光山隧道05:0007:0021.376.97.674.768.435.1654.29701.5(N= 30)07:0009:0052.5220.233.8912.3917.2713.67149.933870.812:0014:0042.0715.627.9310.0714.0110.9120.581390.617:0019:0031.0510.9114.455.7811.758.0181.951581.719:0021:0016.494.624.052.538.412.6238.7931.3左營地下道05:0007:0018.776.527.491.317.274.7346.09910.9(N= 30)07:0009:0025.617.511.674.999.986.7466.486091.512:0014:0017.14.944.211.047.974.5939.853982.517:0019:0032.188.8419.73.7210.617.4982.546662.419:0021:0037.5611.858.0595.853991.1過港隧道05:0007:0097.9527.2562.1919.3727.6618.73253.153520.1(N= 30)07:0009:00118.2436.281.2623.836.3627.36323.2217222.412:0014:0082.719.8238.9613.4520.6114.23189.788031.717:0019:00123.9528.5470.1921.8331.0425.03300.5811644.519:0021:0067.7820.7734.9514.4320.4515.19173.577603.7中寮隧道05:0007:0021.7324.13160.6714.8581.6524.34327.374711.8(N= 30)07:0009:0012.119.72116.3410.9861.3215.85236.316923.712:0014:009.2817.39110.847.139.5814.69198.8713714.517:0019:0011.216.2394.817.5861.356.68197.8513622.119:0021:009.3113.2296.177.2157.626.09189.6180733.1.1山區 涼山隧道總濃度以上午尖峰時段最高，44.7g/m3。午間最低，13.12g/m3。MTBE濃度區間在.27g/m3 6.04g/m3 。BTEX以m.p-Xylene濃度最高，區間8.94g/m3 5.13g/m3，Ethylbenzene濃度最低，區間 4.05g/m3 ND。3.1.2郊區 月光山隧道總濃度以上午尖峰時段149.93g/m3最高，晚間時段38.70g/m3 最低。MTBE濃度區間在52.52g/m316.49g/m3 。BTEX以Toluene濃度最高，區間在 33.89/m3 4.05g/m3， Ethylbenzene濃度最低，區間 12.39g/m3 2.53g/m3。3.1.3市區 左營地下道總濃度以晚間時段95.85g/m3最高，午間39.85g/m3最低。MTBE濃度區間37.56g/m317.10g/m3 。BTEX以 Toluene濃度最高，區間在22.23/m34.21g/m3。Ethylbenzene濃度最低，區間 6.96g/m3 1.31g/m3。3.1.4港灣 過港隧道總濃度以上午尖峰時段323.22g/m3最高，晚間時段173.57g/m3最低。MTBE濃度區間123.95g/m367.78g/m3 。BTEX以 Toluene濃度最高，區間81.26/m334.95g/m3。 Ethylbenzene濃度最低，區間 23.80g/m3 13.45g/m3。3.1.5國道 中寮隧道 總濃度以晨間327.37g/m3最高。午間、下午、晚間三時段差異不大，分別是198.87g/m3、197.85g/m3、189.61g/m3。MTBE濃度區間 21.73g/m3 9.28g/m3。BTEX物種以Toluene濃度最高，區間160.67/m394.81g/m3，Ethylbenzene 濃度較低，區間14.85g/m3 7.10g/m3。 3.2 各隧道車流量對總濃度之相關性依公式: Rxy=ZxZy/N（?）Rxy=車流量對隧道濃度之相關係數 Zx:各時段車流量Z分數 Zy:各時段隧道濃度Z分數 N:採樣數實驗分析指出，涼山隧道、月光山隧道、左營地下道及過港隧道之相關係數依次是0.78、0.87、0.51、0.49及0.68。此結果顯示：（1）由於山區涼山隧道及郊區月光山隧道背景單純，因此可推論隧道內污染物之貢獻僅源自隧道內機動車輛之排放，而無隧道外之其他污染源溢入；加以單孔雙向，車行活塞效應效果差，故相關性高。（2）因雙孔單向隧道造成的車行活塞效應造成隧道內有較大的風速，可具較佳之通風效果8，故市區左營地下道及港灣過港隧道背景值不同，靠近小港的過港隧道及靠近楠梓區的左營地下道因大氣的其他污染源和HC的時空分布影響，故相關性較低。（3）因國道中寮隧道行車速度(100Km/h110Km/h)平均為最高，故促進隧道內風速值，形成通風效應加大，促進污染物於隧道內快速移動，使得量測之總濃度降低。3. 3各化合物的濃度比以Benzene對 MTBE及BTEX的濃度比值作為濃度特徵，如表二所示。五個隧道相較，各有不同特徵，國道中寮隧道MTBE及Ethylbenzene的比值較低，Toluene的比值6.43最高，其餘四個隧道，MTBE比值較高，涼山隧道高達7.17。和其他隧道相較，結果未盡相同。3. 4 BTEX臭氧生成潛勢分析(Ozone Formation Potential，OFP)利用Carter(1994) 9以VOC之光化學機制而求得各化合物的MIR (Maximum Incremental Reactivities)值，求出臭氧生成潛勢量：OFP=MIRiVOCi ，其中，OFP ：化合物之臭氧生成潛勢量(g-O3/m3) ；MIRi：各化合物之最大反應性(g-O3 /g-VOCi) VOCi：化合物質量(g/m3)。如圖一所示，為各隧道BTEX臭氧生成潛勢量(g-O3/m3)。山區及郊區的涼山、月光山隧道各物種濃度值較低，故較低的臭氧生成潛勢量，港灣及國道的過港、中寮隧道各物種有較高的濃度值，有較高的臭氧生成潛勢量，尤其中寮隧道之Toluene之濃度遠高於其他隧道，致使臭氧生成潛勢量最高。圖一 各隧道BTEX臭氧生成潛勢量表二 MTBE及BTEX之比值隧道MTBEBTEm,p-Xo-X涼山隧道7.171.001.081.324.621.11月光山隧道2.961.001.350.611.170.68左營地下道3.491.001.640.451.310.85過港隧道3.721.002.130.701.020.75中寮隧道0.681.006.430.523.380.72B：benzene。T：Toluene。E：Ethylbenzenem,p-X：m,p-Xylene。 o-X：o-Xylene 4.結論1.各隧道總濃度以國道中寮隧道清晨的327.7g/m3 最高，山區涼山隧道午間的13.12g/m3最低。採樣物種國道中寮隧道Toluene濃度最高，其他四個隧道MTBE濃度較高。2.山區涼山隧道、郊區月光山隧道、市區左營地下道、港灣過港隧道總濃度和車流量成正相關，國道中寮隧道呈負相關，其相關係數依次是0.78、0.87、0.51、0.49及0.68。3.各隧道BTEX臭氧生成潛勢量(g-O3/m3)。涼山隧道:各時段依次是49.9、123.8、42.7、101.6、40.4。月光山隧道:132.3、350.1、283.6、198.1、98.9。左營地下道:111.0、165.8、104.8、194.6、222.6。過港隧道:558.0、745.7、394.8、652.8、392.0。中寮隧道:1,246.0、908.8、714.0、780.6、750.6。5. 參考文獻 1. 交通部 台閩地區機動車輛登記數 http:/:/.tw/。2. 潘宗榮,“高雄地區大氣光化指標特徵分析研究”高雄，中山大學碩士論文。20033. 吳明泰，“南高屏地區空氣品值監測站揮發性有機物成份與排放源區之關聯性研究” 台南，國立成功大學碩士論文。19984. Roger Perry,Ivan L.Gee “Vehicle emissions to fuel composition”，The Science of the Total Environment vol 169