苟济帆--家用轿车尾气中pm排-首都经济贸易大学教务处

1、大学生科研创新项目研究报告项目名称： 家用轿车尾气中PM2.5排放对北京雾霾天气影响研究项目类型：重点项目项目年度：2013年项目负责人：苟济帆（学号：32011080065）负责人院（系）：安全与环境工程学院专业（方向）：安全工程（注册安全工程师）项目组成员：宋偲雅指导教师：孟超 副教授教务处 制二一四年17摘要由人类活动导致的室外空气污染每年导致200多万人死亡，这主要是因为大气中PM2.5等悬浮颗粒物浓度上升，对人体肺部造成损害，导致肺癌及其他呼吸系统疾病。目前，我国雾霾天气呈现出三大特点：影响范围广、持续时间长以及污染物浓度高，并且出现的城市大多集中在东部经济较发达地区。最近，雾霾天依

2、然在大范围蔓延，受影响面积约占国土面积的四分之一，受影响人口约六亿人。有分析人士表示，雾霾天气的成因很多，其中汽车尾气已成为一个重大污染源，它与空气中PM2.5含量密切相关。通过对不同类型的家用轿车尾气中PM2.5的含量分析，汽车的尾气排放量和行驶里程数是影响PM2.5排放量大小的主要因素，严重影响着北京市的空气质量指数。关键词：PM2.5 汽车尾气 显微镜AbstractEach year ,the outdoor air pollution, which is caused by human activity, is leading to more than 200 people dead

3、, mainly because of the suspended particulate matters in atmosphere, such as PM2.5,whose concentration has increased sharply these years .And they will cause damage to human lungs, even lung cancer and other respiratory diseases. At present, China's fog and haze presents three main features: a w

4、ide scope and long duration and high pollutant concentration, and appears mostly concentrated in the eastern part of the city the more economically developed regions. Recently, fog and haze days are still spreading in a wide range ,and about a quarter of the land area are affected by it.Whats more ,

5、 a population of about six hundred million peoples lives have been greatly influenced. Some analysts have said ,there are a lot of fog and haze causes, and the automobile exhaust has become one of the major sources of pollution, which is closely related to the density of PM2.5 in air. Through analyz

6、ing the PM2.5 content form different types of family car exhaust, exhaust emissions and the number of car mileage are the main factors that affect the size of PM2.5 emissions, which have a serious impact on the air quality index in Beijing.Key words：PM2.5；Automobile exhaust；Microscope；目 录引言 31 研究过程

7、41.1研究目标 41.2研究方法 41.3样品分析 42结果与分析62.1实验结果 62.2数据分析 63 结论与影响研究 93.1 结论 93.2影响研究 9参考文献 11附录1 12附录2 14致谢 16引言2013年1月以来，我国大部分地区多次出现大范围的雾霾天气，而中东部地区已出现4次阶段性的严重污染天气，PM2.5数值一直较高。据国家气候中心资料显示，1月1日至29日，全国雾霾平均日数为4.0天，较常年同期偏多1.2天，为1961年以来最高。1今年国庆假期，京城又处于一片雾霾之中，由于地面只有微弱南风，加上西北部地区的地形阻碍，京城的污染物堆积不散，从而形成雾霾。10月4日下午开始

8、，全城细颗粒物浓度快速上升，PM2.5浓度普遍达到150g/m3以上，全市处于中度污染水平，全市大部地区能见度只有2至5km，东南部和东部地区的路段不足1.5km，入夜后天气趋稳，随着湿度加大、风力减小，能见度进一步变差。由于大气扩散能力相应变差，根据北京市环保监测中心数据，5日上午9点，北京大部分地区处于最高级6级的严重污染水平，部分监测站的瞬时浓度已经超过400多g/m3。污染状况在6日没有缓解，持续重度雾霾，能见度很低，空气质量指数全部超过200，首要污染物为PM2.5。2 PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5m的颗粒物，也称细颗粒物。PM2.5浓度值越高，就代表空

9、气污染越严重。雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的，其核心物质是空气中悬浮的PM2.5等细颗粒物，它能使大气浑浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000m时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾或灰霾。3随着空气质量的恶化，阴霾天气现象出现增多，危害加重，PM2.5现已成为街头巷尾热议的话题。虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物粒径小，含有大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影

10、响更大。4截至2011年6月底，全国机动车总保有量达2.17亿辆，其中，汽车9846万辆。全国私家车保有量达7206万辆，占汽车保有量的73.2%。 数据显示，北京、深圳、上海、成都、天津等11个城市汽车保有量超过100万辆。其中，北京达到464万辆。 小汽车成为主要增长点。小汽车作为目前汽车消费的热点，保有量呈现出快速增长态势，在载客汽车保有量和增量两项数据中均占较大比例。截至6月底，全国载客汽车保有量为6785万辆，其中，小汽车6146万辆，占90.6%。从统计情况看，上半年小汽车增加651万辆，占载客汽车增量的97.8%，是载客汽车的主要增长点，私家车突破7000万辆。然而，汽车数量的急

11、剧增长，将导致汽车尾气排放量也大幅度上升。5据新闻报道，汽车尾气排放对PM2.5含量有直接影响，是雾霾天气的形成原因之一，因此，对汽车尾气中颗粒物含量的研究是必不可少的。我们希望通过对该项目的研究,可以数值化地直观地表现出汽车尾气中颗粒物的含量，并通过对颗粒物大小的分类分析，研究汽车尾气排放对于PM2.5的形成影响，可以更有针对性的治理污染。1.研究过程 1.1研究目标 我们旨在通过该项目的研究, 在同一时间段、同一汽油等条件下，对不同类型汽车尾气中的颗粒物进行分析。通过对各个排放量下汽车尾气中颗粒物的含量对比，可以在理论上，直观地表现出汽车尾气对PM2.5的影响，从而说明汽车尾气对空气污染的

12、影响，为环保部门对污染的研究提供依据。同时现实生活中，尤其是在大城市里，几乎每个家庭都有私家车，那么通过对不同汽车、油类的分析对比，可以为民众在选择汽车或油的时候，提供有建设性的参考意见。毕竟减少污染源，削减大气污染物才是解决问题的根本之道。 1.2 研究方法 1.2.1采样车辆选择汽车用油品对PM2.5有重要影响，经过调查，北京市家庭用车绝大多数是汽油车情况，此次研究选用汽油车作为采样对象。由于北京市家庭用车中主要排量是以1.5至2.4之间，因此我们主要研究排放量在1.5L至2.4L之间的家用轿车，并按排放量分为4类：1.5L以下、1.5L至2.0L、2.0L至2.4L和2.4以上。考虑到汽

13、车行驶里程对排放的影响，我们选择了从行驶里程10000km至200000km的车辆为重点，分为五类：10000km以下、10000至100000km、100000km至200000km、200000km至300000km、300000km以上。 1.2.2分析方法首先，收集样本。用采样器对汽车尾气进行采样，按照汽车尾气采样要求连接采样器，在抽气动力作用下，尾气流入管中，而颗粒物被阻留在滤膜上。取出滤膜，用硅胶干燥24小时后取出，放入干净的烧杯中，倒入乙酸丁酯搅拌，用滴管滴到载波片上，放到显微镜下观察。利用物镜测微尺和目镜测微尺观察颗粒物大小，进行计数，统计不同大小的颗粒物数量。 根据相应公式算

14、出最终不同车型含的颗粒物数量，并对数据进行分析研究。6 1.3样品分析 1.3.1仪器设备及材料IFC-2防爆型粉尘采样仪、聚氯乙烯滤膜、镊子、乙酸丁酯、天平（万分之一）、显微镜、采样盒、干燥皿、蒸馏水、烧杯、滴管等。 1.3.2实验方法(1)实验准备：将滤膜逐一编号，放置在干燥皿中干燥，干燥时间为24h。干燥后，取出滤膜，分别称重，并记录数据。(2)采样阶段：带好采样器等用具进行采样，每辆车采样10min或15min不等，并记录下车的型号、排放量等数据。采样后，将滤膜再次干燥，干燥时间为24h，称重后记录。记录表见表1。 表1 采样记录表 采样人：时间:采样时间： 采样器型号IFC-2防爆型

15、粉尘采样仪车型排放量里程数滤膜编号滤膜原重滤膜现重滤膜增重PM2.5以下PM2.5以上 (3)计数阶段：将滤膜分别放在装有乙酸丁酯的试管中，加入乙酸丁酯20mL。搅拌溶解2min。调节好显微镜，取一滴溶液滴至载波片上，放在显微镜下观察。通过目镜测微尺和物镜测微尺，利用公式（1），分别对粒径2.5m以下，2.5-10m，10m以上进行计数。（1） 式中：D目镜测微尺刻度的间距数值，单位为微米（m）； a物镜测微尺刻度数 b目镜测微尺刻度数 10物镜测微尺每刻度间距数值，单位为微米（m）。 分别对粒径2.5m以下，2.5-10m，10m以上进行计数。 显微镜下颗粒物观察如图1所示。 图1 颗粒物分

16、散度的测量 计算每辆汽车在采集过程中收集的不同大小的颗粒物的数量。根据公式 （2） 式中：N每辆汽车采集的尾气中所含的颗粒总数，个； n显微镜下观察到的颗粒数量，个； m每滴溶液中颗粒物的个数，个；(取每滴溶液0.05mL,即m=20） V溶液体积，mL；（本实验取V=20mL) 根据汽车排放量和采样器的采气排量计算出每辆汽车在1min里排出的颗粒物数量： （3） 式中：M每辆汽车1min排放的颗粒总数，个/min； N每辆汽车采集的尾气中所含的颗粒总数，个； P采样器排放量，L/min； P汽车排放量，L/s； 2.结果与分析 2.1 实验结果按滤膜编号，分别记录滤膜原重、现重、增重、颗粒物

17、含量、采样时间等数据，详细数据见附件。 2.2 数据分析实验共采集了97个汽车尾气的样品,其中有效数据68个。在测量过程中，尽可能地统一变量，天气温度均在30到35 之间，湿度在35%到45%之间。经过统计整理，得到下列数据图：见图2、图3、图4。图2 不同排放量汽车尾气中的颗粒物总数的平均含量分布图3 不同排放量汽车尾气中的PM2.5含量数据总体分布 图4 不同排放量汽车尾气中的PM2.5含量数据详细分布从图2、图3、图4中可以看到：随着发动机排放量的增加，其尾气中的颗粒物排放量也呈上升趋势。以不同的行驶里程数为单一变量，对汽车尾气颗粒物含量的影响，统计数据如表2： 表2 不同行驶里程数下的

18、汽车尾气颗粒物含量 里程数汽车排量PM2.5及以下PM2.5以上样本数量km10,0001.5L以下57880496003以下1.5-2L-02-2.4L-02.4L以上-010,0001.5L以下54400436004-100,0001.5-2L890405680032-2.4L818809640032.4L以上-0100,0001.5L以下46800586006-1.5-2L841205592012200,0002-2.4L954206500022.4L以上106120609203200,0001.5L以下914405900010-1.5-2L983207392010300,0002-2.

19、4L970407580052.4L以上-0300,0001.5L以下107500576804及以上1.5-2L-32-2.4L1248008100022.4L以上-0图5 不同的行驶里程数下的汽车尾气中颗粒物含量分布 由表2及图5中可知，汽车尾气中PM2.5颗粒物的含量不仅与汽车发动机的排量有关，当排量相同时，随着汽车行驶里程数（即：使用年限）的增加，汽车尾气中颗粒物的含量也逐渐增加。图6为排放量2-2.4L汽车在各里程数下的PM2.5含量，它表明汽车里程数越大，发动机排放的可吸入颗粒物数量也逐渐增加。由此可知，当汽车使用年限过长时，我们建议市民更换新的发动机或购买新汽车，这样既能满足个性化需

20、求，也是减少颗粒物排放的有力手段。 图6 排放量2-2.4L汽车在各里程数下的PM2.5含量 3.结论与影响研究 3.1结论根据以上实验结果，我们可以得到以下结论：(1)不同类型的家用轿车排放出的颗粒物数量不一样，而汽车的尾气排放量和行驶里程数（即：使用年限）是影响PM2.5排放量大小的主要因素。 （2）当家用轿车的行驶里程数相同时，随着尾气排放量的增加，汽车尾气排放的PM2.5含量也逐渐增加，增加幅度基本相同。 （3）当家用轿车的尾气排放量相同时，随着行驶里程数的增加，家用轿车的尾气中颗粒物的含量也逐渐增加，即对于新购买的车辆，尾气中颗粒物含量较少。 （4）家用轿车排放的PM2.5含量占尾气

21、中颗粒物总数的50%以上，所占比列基本保持不变。 3.2 影响研究 根据公式（2）和（3），可由汽车排放量和采样器的采气排量推算出每辆汽车在1min里排出的颗粒物数量，详细数据见附录2。 将采集样本中的家用轿车按每分钟排放的颗粒物数进行统计，结果如表4：表4：不同颗粒物数量范围下的汽车数据分布总颗粒物数量汽车数量（辆）20000以下1020000-500003150000-1000008100000以上19总计68图7 不同粒径范围下的汽车数量分布由表4及图7可知，北京市接近50%的家用轿车每分钟排放的颗粒物个数都集中在20000-50000的范围内，且有30%左右的汽车每分钟排放的颗粒物个数

22、已达100000以上。 假设北京市每天正常行驶的家用轿车有100万辆，平均行驶时间为5小时，由于50%左右的家用轿车每分钟排放量为20000-50000，因此可取每分钟颗粒物排放量为35000个，则排放的颗粒物数量为1000000*5*60*35000个。由此推算可知，北京市家用轿车每天对空气中PM2.5数量的贡献巨大。由此可见，家用轿车尾气排放对雾霾天气的形成有直接影响，大幅度降低了空气质量指数，这给北京市市民的工作和生活带来了极大的恐惧感。参考文献1新华网.我国中东部大部分地区持续大范围雾霾天气.http:/politics.2新京报.未来三天多雷雨 局地大风冰雹./2013/06/29/

23、270758.html.2013年6月29日发布3中华人民共和国国家环境保护标准.HJ618-2011. 2011年9月8日发布4董雪玲.北京市大气颗粒物中有机污染特征及来源判识 2008年发布5新华网.北京或再现雾霾天气减少污染源是根本解决之道.http:/news.6王秦等.我国雾霾天气PM2.5污染特征及其对人群健康的影响.中华医学杂志 第93卷第34期5于霞.雾霾天气的影响因素分析及治.环境保护前沿 2013年（3）.6吴庆梅，张胜军.一次雾霾天气过程的污染影响因子分析.气象与环境科学2010年（2）；12-177范秀英，张微.我国汽车尾气污染状况及其控制对策分析.环境科学.第五期；1

24、02-1098邹本东.因子分析法解析北京市大气颗粒物PM的来源.中国环境监测2007年02期9张文.达到国IV排放的车用电控柴油机后处理技术研究.上海交通大学10城市汽车排放控制政策研究，作者：刘丽，汕头大学11董雪玲.北京市大气颗粒物中有机污染特征及来源判识.中国地质大学.2008年12邱立民.城市大气中颗粒物源解析的不确定性研究.吉林大学。2012年 13王润清.雾霾天气气象学定义及预防措施J.现代农业科技.2012年（7）；44.14潘本锋.我国大中型城市秋冬季节雾霾天气污染特征.环境与持续发展.2013.(1)15石灵芝.城市大气颗粒物（PM10）源解析与浓度预测及气象因素影响研究D.

25、中南大学.2011年发布附 录附录1编号采样时间10min/15min稀释体积20ml采样器20L/min排放量/L车型里程数/km采样滤膜滤膜PMPM时间/min原重/mg现重/mg<2.5>2.511.0 奇瑞qq2193881077.78 78.2920110321.2 赛欧890911077.58 78.5319211231.2 五菱2705671077.03 77.9518220141.3 一汽威志238801576.10 76.2410814251.3 长安奔奔640861076.77 76.888910361.3 本田飞度1389041578.78 79.292031

26、2371.3 自由舰1609811077.98 78.0923118081.3 羚羊3094801077.86 78.0525912691.4 大众宝来1193201577.98 78.09170132101.4 大众polo1780281077.58 78.28298253111.4 大众朗逸1782691078.12 78.68201112121.4 大众polo2449011077.86 78.12203150131.4 大众途观2589021078.23 78.68234120141.4 帕萨特2689011077.78 78.29223201151.4 大众速腾2984701078.

27、48 784 大众宝来3284911078.03 78.28230178171.4 捷达3570191577.78 78.29299152181.4 捷达3948091577.76 78.05290121191.5 一汽威志13761077.56 77.786678201.5 东南菱悦54241078.28 78.687589211.5 哈弗H6980421577.86 78.09197103221.5 比亚迪F3993071576.78 77.4284172231.5 比亚迪F31489291077.78 78.29260149241.5 蒙迪欧2048031577

28、.98 78.09319132251.5 奇瑞旗云2819011577.86 785 凯越2930191077.83 78.32274198271.6 大众宝来129601077.86 78.05213178281.6 长安致尚693211076.78 77.42221232291.6 大众朗逸980781077.78 78.29194112301.6 奇瑞A31137281078.16 78.28247182311.6 高尔夫1174671577.83 78.32172203321.6 起亚秀尔1198231077.78 78.02205131331.6 雪铁龙12

29、79021077.78 78.29270193341.6 大众朗逸1459721077.78 78.29220180351.6 标志2071483491077.86 78.12250176361.6 大众朗逸1498201577.48 78.29243162371.6 伊兰特1917361077.58 78.28235139381.6 翼虎2178901077.86 78.12224189391.6 捷达2348101077.86 78.08245203401.6 捷达2547151077.66 77.775576411.6 卡罗拉2694341078.16 78.38301150421.6

30、别克凯越2698001577.56 77.77156280431.6 别克凯越2698001077.78 78.29218201441.6 伊兰特2780241077.78 78.29299229451.6 雪弗兰3028971077.78 78.09248198461.8 福克斯1988211077.78 78.29201164472.0 路虎揽胜1729661077.76 78.09243190482.0 本田crv1912301078.16 78.28302201492.0 日产逍客1967341577.86 78.08270176502.0 马自达62387081577.78 78.2

31、9320231512.0 奥迪A4L2392401077.86 78.09197149522.0 君威2986201077.83 78.32293192532.0 凯美瑞3410431077.56 78.12402203542.3 日产帕拉丁459721078.06 78.28213209552.3 丰田RAV43198091078.48 78.62290293562.4 瑞风祥和732951577.56 77.77214332572.4 奥迪A6990271078.48 78.68153208582.4 索纳塔1238431077.86 78.03289102592.4 本田雅阁230925

32、1077.98 78.19221198602.4 奥迪A63576211077.16 77.98340192612.4 奥德赛4082051077.83 78.36262149622.4 丰田锐志4114061078.23 78.68204278632.5 斯巴鲁413081077.98 78.09247182643.0 宝马3351941321577.16 77.28278323653.0 宝马3351941321077.78 78.29278223663.0 维亚诺3167211077.43 78.28240213673.0维亚诺3367141578.0278.64268226684.0

33、普拉多3898711578.12 78.63328251附录2序号车型里程采样器颗粒数汽车排放颗粒数（1min）PM2.5以下PM2.5以上PM2.5以下PM2.5以上1奇瑞qq21938820100412006030123602赛欧8909119200448006912161283五菱27056718200804006552289444长安奔奔640868900412003471160685自由舰16098123100720009009280806羚羊309480259005040010101196567大众polo1780282980010120012516425048大众朗逸178269

34、20100448008442188169大众polo244901203006000085262520010大众途观258902234004800098282016011帕萨特268901223008040093663376812大众速腾298470221005280092822217613大众宝来328491230007120096602990414一汽威志137666003120029701404015东南菱悦542475003560033751602016比亚迪F31489292600059600117002682017凯越2930192740079200123303564018大众宝来1

35、29602130071200102243417619长安致尚693212210092800106084454420大众朗逸98078194004480093122150421奇瑞A31137282470072800118563494422起亚秀尔119823205005240098402515223雪铁龙1279022700077200129603705624大众朗逸1459722200072000105603456025标志2071483492500070400120003379226伊兰特1917362350055600112802668827翼虎217890224007560010752

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