第22卷 第4期 201 5年 安全与环境工程 Safety and Environmental Engineering Vo1.22 NO.4 7月 Ju1. 201 5 文章编号:1671 1556(2015)04—0040 05 重庆市主城区道路扬尘排放特性研究 程 健,傅 敏 (重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆400067) 摘 要:在不同季节采集重庆市主城区三种类型道路扬尘样品,同时记录采样时各种类型道路车流量、车型构成、 气象条件、地理位置等数据,并根据美国环保署的AP一42扬尘计算模型计算各种类型道路扬尘排放因子及排放量, 对重庆市主城区道路扬尘排放特性进行了研究。结果表明:重庆市区主干道、次干道、支路的道路尘负荷儿值分 别为0.872 g/m。、1.199 g/m 、1.463 g/m ,且sL值的大小与车流量有关;重庆市主城区道路扬尘排放因子最大的 是支路,排放量最大的是主干道;重庆市主城区所有类型道路TSP、PM 。、PM 的年排放量分别为3 794.919 t、 729.008 t、196.611t,且秋季和冬季的道路扬尘排放量比春季和夏季大。 关键词:道路扬尘;道路尘负荷;排放因子;排放量;重庆市主城区 中图分类号:X513;X734 文献标识码:A DOI:10.13578/j.cnki.issn.1671 1556.20l5.04.007 Emission Characteristics of Road Dust in Chongqing Urban Area CHENG Jian,FU Min (College of Environmental and Biological Engineering,Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400067,China) Abstract:This paper collects the road dust samples from three types of roads in Chongqing urban area in different seasons and investigates the traffic flow,the vehicle structure and the weather conditions of different roads.Based on the AP-42 model established by the US EPA,the paper analyzes the emission factors,emission amount and e mission characteristics of road dust.The results show that the silt loading of main roads,secondary trunk roads and branch roads is 0.872 g/m2,1.199 g/m and 1.463 g/mz,and the road silt loading is related to traffic flow.The maximum emission factor iS branch roads and the emission amount of main roads iS the maximum.The emission a— mount of TSP,PMl。and PM2 5 in 1 year is 3 794.919 t,729.008 t and 196.611 t,and the emission amount of main roads in autumn and winter is larger than that in spring and summer. Key words:road dust;road silt loading;emission factor;emission amount;Chongqing urban area 近年来,我国经济发展迅速,环境污染问题逐渐 受到全社会的关注,其中大气颗粒物污染问题尤为突 出。据资料显示,2014年第三季度我国74个重点城 市的空气质量平均达标天数为79.1 ,京津冀地区的 大气颗粒物污染现状不容乐观l_1 ]。扬尘[3 是大气颗 粒物污染的主要来源之一,而道路扬尘(主要污染源 是机动车)是城市扬尘的重要贡献源l_4]。重庆作为老 条件(风力、机动车行驶)的作用进入空气中形成 的 ],主要来源于大气降尘、机动车行驶、建筑施工、 道路清扫及裸露土壤等 ],不仅影响空气质量,还对 能见度 及人体健康 。。_有负面影响。道路扬尘排 放特性的研究在国外起步较早,1968年美国环境保 护署(EPA)第一次发布AP-42扬尘计算模型¨1 ,该 模型是通过大量实验及回归分析所得出的经验公式, 经过EPA的多次更新和补充,现已成为道路扬尘排 放特性研究的主要方法,在国外运用较为广泛口 。。 ; 牌工业城市之一,经济发展迅速,主城区机动车保有 量逐渐增加,相关研究¨5 表明,重庆市主城区PM 。的 各贡献源中,道路扬尘的贡献率达21.29 。 此外还有Kuhns等口 ]通过气象条件和车流量等因素 利用TARKER法对道路扬尘进行了研究。国内关于 道路扬尘主要是因道路上累积的灰尘受到动力 收稿日期:2014-12-09 作者简介:程修回日期:2015-02 04 基金项目:重庆市市政环卫监测中心项目 健(1988),男,硕士研究生,主要研究方向为大气污染控制。E—mail:850813684@qq.corn 第4期 程健等:重庆市主城区道路扬尘排放特性研究 41 道路扬尘排放特性的研究起步较晚,最近几年才逐步 开展,主要集中在北京_1引、济南_1 、天津_1 等北方城 市。本文以重庆市主城区的道路扬尘为研究对象,通 过实地采样与分析,采用EPA公布的AP-42扬尘计 算模型,计算了重庆市主城区各种类型道路扬尘的排 放因子及排放量,并分析了其排放规律及特点,为道 路扬尘控制提供理论依据与数据支撑。 1样品采集与处理 1.1样品采集 参照美国EPAl_】 。 的采样要求,用便携式真空 吸尘器在一定面积内吸取道路扬尘,编号后放入密 封袋保存备用,同时记录采样时的气象条件(风速、 温度、湿度等)、车流量、车型构成、地理位置、采样面 积等数据。本研究通过对重庆市主城区6O条不同 类型的道路进行实地调查后,最后选取36条道路进 行样品采集,其中主干道、次干道、支路各选12条, 按四个季节,每个季节不同类型道路各取3条。 1.2 样品处理 将密封保存的扬尘样品带回实验室进行后续分 析处理:首先去除样品中较大的杂物后放人烧杯中 于105℃条件下烘干,称重;然后将事先清洁好的2O 目筛和200目筛分别称重后白上而下叠放,20目筛 在上,200目筛在下,放入烘干后的扬尘样品于2O 目筛中,过筛后分别称取20目筛、200目筛及筛上 物质量;最后按下式计算道路尘负荷 L值(单位面 积上粒径小于200目的颗粒物质量): sL一[ 一(w2。一M2。)一(V 2。。一M2。。)]/s(1) 式中:sL为道路尘负荷(g/m );W为样品质量(g); w 。和w。。。分别为2o目筛、200目筛及筛上物质量 (g);M 。和M 。。分别为20目筛和200目筛质量 (g);S为采样面积(m。)。 2 计算模型 2.1排放因子估算模型 EPA提出的AP一42扬尘计算模型经过不断的 完善与发展形成了一套完整的体系,是目前研究道 路扬尘排放特性最为权威的方法,且应用广泛,该计 算模型为 E—k・(sL) ‘”-(1 ) o2 (2) 式中:E为大气颗粒物排放因子(g/VKT)(平均每 辆车行驶1 km扬起的颗粒物排放量);k为不同粒 径的粒度乘数(g/VKT);sL为道路尘负荷(g/m。); w为机动车平均车重(t)。 2.2模型参数 2.2.1粒度乘数k 参数k值为不同粒径的粒度乘数,根据EPA的 介绍,k值是一个只与车型有关而与所在研究地区无 关的系数,其取值采用美国EPA根据大量实验分析 所得到的数据,计算时大气中PM2. (大气中直径小于 或等于2.5肚m的颗粒物,也称可人肺颗粒物)、PM 。 (大气中直径在10 btm以下的颗粒物,又称为可吸颗 粒物或飘尘)、TSP(大气中总悬浮颗粒物)的k值分 别取0.15 g/VKT、0.62 g/VKT、3.23 g/VKT。 2.2.2 道路尘负荷sL 道路尘负荷sL由公式(1)计算获取。 2.2.3 机动车平均车重W 机动车平均车重w是指在采样观测时间段内 通过采样道路的所有车辆的平均质量,可通过下式 估算: W一∑n ・m (3) 式中:w为机动车平均车重(t);a 为第i类机动车 所占的车型比例;m 为第i类机动车的质量(t)。 本研究将重庆市主城区道路机动车的车型分为大 型车、中型车、小型车和摩托车,每种车型的质量分别 约为8 t、5 t、1.2 t.0.15 t,各种车型数量统计数据见图 1。通过对不同类型采样道路的车流量及车型进行实 地观测后利用公式(3)进行计算,可计算得到,重庆市 主城区各种类型道路机动车的平均车重,见表1。 表1 重庆市主城区各种类型道路机动车平均车重 Table 1 Average weight of motor vehicles in different roads in Chongqing urban area 2.2.4 车流量F 车流量F指采样时间段1 h内各种类型道路的 平均车流量,其数据由采样时对各种类型道路进行 实时监测与记录获得,采样时间段为上午10:00— 12:OO和下午14:O0—16:OO,见表2。 表2 重庆市主城区各种类型道路平均车流量 Table 2 Average flows in different types of roads in Chongqing urban area 第4期 程健等:重庆市主城区道路扬尘排放特性研究 43 看,秋冬两季主干道和次干道道路扬尘的排放因子 都大于春夏两季,这可能与重庆市秋冬两季降水天 1.4 一I 数少于春夏季有关。 3.3 重庆市主城区道路扬尘排放强度 ● 暴 0.8 0.6 道路扬尘排放强度 * 是指单位长度道路每天 的扬尘排放量。参照AP-42的计算方法,利用降水 修正因子进行某个时间段的外推计算,可得到道路 扬尘排放强度 为 (4) Ed一24E・(1一P/4N)・F/1 000 麓 i 1 1 9 8 7 6 5 蚰∞ ∞∞∞ 加 4 3 2 1 0 O O O O O O O O 0 O 0 O 0 O O O O O O O 式中: 为道路扬尘排放强度Ekg/(kin・d)];E为颗 粒物排放因子(g/VKT);P为观测时间内降雨量大于 抖 0.254 ITlrn的天数(d),总天数为142 d,春、夏、秋、冬分 别为39 d、41 d、34 d、28 d;N为观测时间的天数(d),一 年取365 d,一季度取90 d;F为道路车流量(辆/h)。 一 I1.辱 \ 利用公式(4)计算重庆市主城区道路扬尘排放 强度 ,见表6。由表6可见,重庆市主城区各种类 次干道采样道路/条 型道路扬尘排放强度 的大小顺序为主干道>次 干道>支路,而重庆市主城区各种类型道路的车流 量大小顺序也为主干道>次干道>支路,说明道路 扬尘排放强度随车流量的增大而增大;从各个季节 卅 来看,春夏两季降雨较多,主干道和次干道道路扬尘 排放强度较小,秋冬两季降雨天数少,主干道和次干 道道路扬尘排放强度较大,说明降雨也是影响道路 扬尘排放强度的主要因素;而支路的道路扬尘排放 强度变化趋势又说明扬尘排放强度的大小不完全由 图2重庆市主城区各种类型道路尘负荷与车流量的 变化曲线 Fig.2 Contraction of silt loading and traffic flows of 降水天数的多少决定。 3.4重庆市主城区道路扬尘排放量 道路扬尘排放量EF采用下式计算: EF一1 000・(Ed・L・T/1 000) (5) different types of roads in Chongqing urban area 表5 重庆市主城区各种类型道路扬尘排放因子E Table 5 Emission factors of road dust in different types of roads in Chongqing urban area 表6重庆市主城区各种类型道路扬尘排放强度Ed Table 6 Emission intensity of road dust in different types of roads in Chongqing urban area 式中:EF为道路扬尘排放量(g); 为道路扬尘排放强 度Ekg/(km・d)];L为道路长度(km),见表3;T为估 44 安全与环境工程 第22卷 算时间(h)(一季度为90×24 h,一年为365×24 h)。 同,说明道路扬尘排放量也与车流量成正比;重庆市主 城区所有类型道路TSP、PM1。、PM2 的年排放量分别 为3 794.919 t、729.008 t、196.611 t;从各个季节来看, 主干道和次干道秋冬两季的道路扬尘排放量大于春秋 本文用公式(5)计算重庆市主城区各种类型道路 扬尘排放量,计算结果单位以t来表示,见表7。由表7 可见,重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量EF的大 小顺序为主干道>次干道>支路,与车流量的排序相 两季,这可能与秋冬两季降雨量较少有关。 表7重庆市主城区各种类型道路扬尘排放量 Table 7 Emission amount of road dust in different types of roads in Chongqing urban area 气象与环境学报,2010,26(4):17 21. 4结论 [9]徐映如,王丹侠,张建文,等.PM1。和PMz.s危害、治理及标准体 系的概况[J].职业与健康,2013,29(1):117 119. [1O]刘爱民.城市区域大气颗粒物的污染特性研究[J].安全与环境 (1)重庆市主城区各种类型道路尘负荷的大小 工程,2009,16(6):15-19. r 1 1]US EPA.Emission Factor Documentation for AP一42,Section 顺序为支路>次干道>主干道,道路尘负荷随车流 量的增大而降低。 (2)重庆市主城区各种类型道路扬尘排放因子 的大小顺序为支路>次干道>主干道,主干道排放 因子最小,且随道路尘负荷的增大而增大,随车流量 的增大而减小。 (3)重庆市主城区各种类型道路扬尘排放强度 13.2.1:Paved Roads[R].Kansas City,Mo:Midwest Research Institute。2011. [12]Veranth J M,Pardyjak E R,Seshadri G.Vehicle—generated fugi— tivedust transport;Analytic models and field study[J_.Atmos phericEnvironment,2003,37(16):2295—2303. 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