中国城市道路扬尘污染研究

2.1.2 道路尘排放因子的测算
道路尘是环境空气中颗粒物的重要来源之一。许多研究指出，道路尘排放因子的影响因素包括跟道路尘有关的密度、含湿量、粒径分布、积尘负荷等；与机动车有关的车重、车速、车流量和路况等；与气象条件有关的风速、降水等。这些因素都影响道路尘排放因子的测算，因此需结合实际情况找出主要影响因素。
道路扬尘排放因子的测定方法主要有：(1)Upwind—downwind法，在测试路段的两侧，即上风向(Upwind)和下风向(Downwind)，立体设置采样点，测定机动车经过时上下风向的颗粒物浓度差。根据车速、车重、风速、风向、道路积尘量、颗粒物浓度差等参数，采用一定的数学处理方法，得到排放因子与各参数之间的经验公式。Dyck等[5]及后续许多研究者采用此法测定道路扬尘的排放因子，成为一种基本的方法；(2)隧道法，在隧道入口和出口附近设置采样点，测定两者之间的颗粒物浓度差，然后根据车流量、车速、车重、道路积尘量、稀释比等参数计算交通尘排放因子。实际上，该法得到的排放因子包括道路扬尘和机动车尾气两部分，因此道路扬尘排放因子将被高估，除非采用电动机动车进行测定；(3)车载实时浓度差法，在试验机动车的车身前后两处设置采样器或传感器，根据两者之间的颗粒物浓度差或信号差以及颗粒物烟羽扩散规律等计算道路尘排放因子。该法在车辆实际行使工况条件下测定道路尘排放因子，因而认为比较真实。Fitzz等[6]和Etyemeziana等[7]均设计类似的方法测定排放因子，被认为是比较符合实际的新方法，具有较大的优越性；(4)室内模拟方法，将机动车或类似汽车行驶的装置在封闭的空间中运动，测定室内的颗粒物浓度，进而计算道路尘的排放因子。
国内开展道路扬尘排放因子的研究，主要采用Upload—download法和隧道法。Ji等[3]曾对上海市内几条不同性质和积尘负荷的铺装道路进行测定，得到单一车辆的道路尘排放系数经验公式： 

式中：E为道路尘排放因子(kg/ km)；V为车速(km/h)；u为风速(m/s)；W为平均车重(t)。
张承中等[4,8]以电厂灰替代道路尘进行正交试验，并建立“半圆柱”扩散模型，得到速度为30 km/h时，以车轮数目和道路粉尘负荷为变量的单辆机动车的道路尘排放因子计算公式。但以电厂灰模拟道路积尘，忽视了道路尘与电厂灰之间重要的物化特性差异。道路尘主要来自地壳物质颗粒，中位粒径、密度都比电厂灰大，不易起尘和扩散，致使测定的排放因子偏大。另外“半圆柱”模型未考虑颗粒物的沉降特性，认为颗粒物在各方向上均匀梯度扩散，这也将高估道路尘排放因子。中国环境科学研究院等单位在潭峪沟隧道试验获得路尘负荷与交通扬尘排放因子间的数学关系，并依此计算北京市建成区的各种道路交通扬尘的排放因子，但它实际上包括道路扬尘和机动车尾气尘两部分。
2.2 道路尘化学组成
道路尘的化学组成也受到人们的关注，主要包括元素、重金属、离子、有机物等。许多研究表明，道路尘大部分来自于土壤风沙尘。2002—2003年期间，笔者对太原、石家庄、邯郸、焦作、乌鲁木齐等城市的道路积尘和土壤尘(空气动力学直径均小于10 μm) 的20余种化学组分进行分析，包括19种元素、2种碳组分和4种离子，各组分的质量分数见表2。对照道路尘和土壤尘的化学组分含量，可以发现道路尘中Si的含量普遍低于土壤尘，Ca、TC、OC等组分普遍高于土壤尘，发生了富集。另外，Cu、Zn、Pb等重金属相对于土壤尘也发生了富集。其它组分则没有明显的规律。这些结果与Ho等[9]及Chow等[10]分别对香港和美国的铺装道路尘的分析结果一致。由于机动车排放多环芳烃(PAHs)等有机物，道路尘中的有机物，特别是PAHs，也引起研究人员的关注。尤明刚等[11]对广州和香港两地的隧道烟尘、道路尘及下水道积尘中的有机物进行了比较分析，发现广州的道路尘和下水道积尘中含有丰富的菲及其烷基化多环芳烃，而香港的道路尘和下水道积尘中低分子量多环芳烃缺失，含硫多环芳烃则丰度较高。随着机动车尾气净化装置逐步普及，国内学者开始注意到道路尘中稀有金属(如铂系金属Pt、Rh、Rd等)的重要影响，但尚未开展研究。
表2 国内若干城市道路尘化学组分的质量分数 % 

2.3 道路尘对空气颗粒物贡献的评估
研究道路扬尘对环境空气颗粒物的贡献是对道路扬尘所造成的颗粒物浓度或排放量的定量化过程。道路扬尘对空气颗粒物贡献，主要有以下一些研究方法。
2.3.1 排放清单法
通过计算每一个具体排放口、线源、面源、体源等的排放量，然后统计各类空气颗粒物排放源的排放量，这样可以得到包括道路尘在内的各类排放源的贡献量(t/a)以及相应的分担率(％)。美国、加拿大、澳大利亚等国均采取这种方法。中国环境科学研究院对1999年北京市的颗粒物排放清单作了测算，发现交通扬尘贡献量和分担率都很大。李悦红等[12]将其他城市的道路尘排放因子按道路等级估算上海市闵行区道路尘的年排放量。何建等[13]估算了成都市包括道路扬尘在内的各种扬尘的排放清单。后两者未测定当地道路尘排放因子，排放量计算所依据的公式亦不严谨。