机动车尾气颗粒物成分谱及其特征研究

Vehicle exhaust is a major source of particulate matter in the atmospheric environment, determining the component composition of particulate matter from vehicle exhaust is the basis for quantitative analysis of its contribution to air pollution and hazards on human health, and to develop effective control strategies. Based on this, this research will conduct chassis dynamometer test and on-road test to collect exhaust samples (PM10 and PM2.5) of individual vehicle using dilution sampling method. The key factors affecting particle component composition will be determined using variance analysis method and decision tree method, and the exhaust particle component spectrums (including elements, ions, EC/OC, and PAHs) for subdivision types of vehicle will be established according to these key factors. Then the road tunnel test will be conducted to collect exhaust samples of vehicle fleet using indirect sampling method, and the exhaust particle component spectrum for vehicle fleet will also be established. Finally, the synthesizing methodology for obtaining component spectrum of regional vehicle fleet based on these component spectrums of subdivision types will be developed. The results of this study can provide detailed data base for source apportionment of urban atmospheric particulates, emission inventory calculation for toxic and harmful components, air quality simulation and forecast, and control strategies formulation, etc.

机动车尾气是环境空气中大气颗粒物的一大主要来源，明确尾气中颗粒物的组分构成是定量分析其对空气污染贡献和人体健康危害，制定有效防控策略的基础。基于此，本研究将采用稀释采样方法针对单车排放开展整车台架和车载道路测试取样（PM10和PM2.5），采用方差分析和决策树方法分析确定影响颗粒物组分含量的关键因素，进而建立细分类型的机动车尾气颗粒物成分谱（包括元素、离子、碳和多环芳烃）；采用公路隧道内间接测试取样方法，获取典型车队的尾气颗粒物成分谱；在此基础上，建立基于细分类型成分谱获取区域机动车整体成分谱的集计合成方法。研究成果能够为区域大气颗粒物源解析、有毒有害组分清单建立、城市空气质量模拟和预报以及针对性控制策略的制定等提供翔实的数据支撑。

颗粒物是造成我国空气污染的主要污染物，机动车是我国环境颗粒物的一大主要来源。建立机动车尾气颗粒物成分谱有助于分析确定机动车源的污染特征以及其对大气环境的污染贡献，进而为针对性排放控制策略的制定提供依据。目前我国的机动车尾气颗粒物成分谱数据较少，缺乏细分车型的成分谱数据。基于此，本研究采用统一的稀释采样法和组分分析方法通过台架试验建立了轻型柴油车、重型柴油车、轻型汽油车和天然气车等细分类型的尾气颗粒物（PM2.5和PM10）成分谱。各类车排放的颗粒物中碳组分含量最高，占到颗粒物总质量的55%以上。其次是离子组分，占比大部分在3%到5%；其中NO3-的含量最高，Ca+、Na+和Cl-的含量也较高。元素含量最低，占比大部分在0.5%到3%；其中Al、Si、Fe和Zn含量较高。此外，隧道试验获得的典型车队尾气颗粒物中，多环芳烃（PAHs）的含量在0.01%到0.02%之间；其中菲、芘和荧蒽的含量较高。基于测试结果，采用分歧系数法分析了粒径、车重、燃油、排放控制水平以及行驶状态对颗粒物组分的影响。各种影响因素中粒径和车重对颗粒物组分的影响较小，而燃油类型的影响较大。其中汽油车和天然气车排放颗粒物的有机碳（OC）和元素碳（EC）比值明显高于柴油车，而天然气车排放颗粒物中的离子和元素含量又明显高于汽油车和柴油车。颗粒物中的OC和EC含量还受到排放控制水平的影响，其中柴油车排放颗粒物的OC/EC比值随着排放标准的加严而上升，而汽油车排放颗粒物的OC/EC比值则会下降。此外，车辆排放的EC随着行驶速度变化幅度的加大而上升，这导致激进型驾驶时排放颗粒物的OC/EC比值明显低于稳健型驾驶状态。最后，综合考虑保有量、排放水平和使用强度三个因素确定了不同类型车辆颗粒物成分谱的权重，建立了基于细分车型成分谱合成区域车队整体成分谱的方法。并利用隧道试验获取的典型车队综合成分谱对该方法进行了验证，以西安市为例建立了该地区车队的颗粒物综合成分谱。