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柴油机排气污染评价指标研究

作者:未知

  摘要:监测柴油机排气污染的评价指标是确保环境保护及健康保护工作有效开展的必要前提。文章对柴油机排气污染评价的指标作一综述,为柴油机排气污染的评价监测提供依据。
  关键词:柴油机排气污染评价;碳颗粒分数;硫含量;生物燃料;多环芳烃
  柴油废气是指柴油发动机燃烧柴油后喷出的废气,是高度复杂的固体、液体混合物,其精确成分受到许多变量的影响,包括发动机技术,燃料组成,操作条件,以及光化学老化过程[1]。
  世界卫生组织专家认定柴油发动机尾气与石棉、砒霜等物质一样,具有高度致癌性。2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,柴油发动机排气在一类致癌物清单中。因此监测柴油机排气污染的评价指标是环境保护及健康保护工作有效开展的必要前提。
   1 柴油机排气污染评价的指标
   1.1 碳颗粒分数
  测量柴油废气最常见的方法有测定元素碳(EC)和总碳(TC)颗粒分数。美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)首先制订了柴油废气中总柴油颗粒物(DPM)的限度,建议8小时阈值(TLV)为0.15mg/m3,2001年将该数值修改为0.05mg/m3[2]。
  美国矿山安全与健康管理局(MSHA)于2001年发布了DPM职业暴露标准,根据TC/EC比为1.3(EC/TC=0.77)作为转换因子,建议TC的值为0.4mg/m3[2]。而这一标准在2008年修改为0.16mg/m3(TC)[2]。元素碳(EC)和总碳(TC)颗粒分数标准的变更主要依据碳转化系数(即EC/TC比),而该系数受到许多因素包括燃料类型和发动机负荷等的影响[3-4]。
  1.2 硫含量
  燃料的变化可以显著影响柴油废气的组成。Alander等人[2]的研究表明,低硫/低芳烃燃料的引入减少柴油废气的污染。轻型至重型试验柴油车显示虽然低硫低芳烃燃料不影响苯、甲苯、乙苯灯化学物质的含量,但确实较大程度上减少了的排放的多环芳烃含量[2]。
  对配备重型柴油机的公交车队的研究表明,与使用硫含量为500ppm的柴油燃料相比,使用低硫柴油燃料(50ppm硫)可使多环芳烃排放量减少90%以上[2]。将燃料中硫含量从1473ppm降低到47ppm可显著减少碳氢化合物排放总量[2]。
  然而,添加甲醇的柴油燃料并没有表现出与低硫燃料相同的优点,同样条件下,添加甲醇的低硫柴油燃料碳氢化合物排放总量增加[2]。对于添加乙醇的燃料,二甲苯在混合浓度下增加[2]。污染物增加程度受发动机负载条件影响较大。
  1.3 生物燃料
  生物柴油的使用与多环芳烃的下降有关。最常见生物柴油是几种动物或植物油源转化而来,如牛脂、向日葵种子或油菜籽[5]。随着燃料混合物中生物柴油含量的增加,不同污染物排放不成比例地减少[2]。使用生物柴油可以减小颗粒物的质量,但在某些条件下尺寸小于40nm的超细颗粒的数量则增加[2]。
  大多数研究表明,碳氢化合物随着生物柴油的使用而减少,但变化程度高度依赖于发动机的工作特性[2]。B10(生物柴油含量10%)轻型柴油机台架试验大豆油显示苯和甲苯的排放量显著减少[2]。当B20(生物柴油含量20%)在一台重型发动机上进行了检测,有几种芳烃如菲、乙苯和三甲基苯,随着B20 共混物的使用,排放增加[2]。
   1.4 多环芳烃
  柴油废气中可以识别出数百种多环芳烃,但只有几种已经作为潜在的生物标志物被瞄准,通常以萘、菲和芘作为多环芳烃的代表。Sobus等人[2]对比了几种高,中,低多环芳烃环境工作的员工尿液结果表明在低柴油接触组,萘和菲的比例较低。在另一项研究中,焦炉工人尿液中萘、菲、芘三者浓度之间有很强的相关性[2]。
  但是多环芳烃,通常在许多排放源如煤,石油,木材,烟草,有机高分子化合物等有机物中检测到,因此它们作为柴油尾气的污染评价可能受到限制。
   2结语
  柴油废气的成分较复杂,含有大量广泛发现的物质的混合物,虽然多种方法已应用到柴油机排气污染评价中,但是具有足够特异性的生物标志物的鉴定一直很困难。一些方法虽然通常经过良好验证,但是当前可用柴油尾气暴露的生物标志物往往表现出较高的个体差异,特别是二次源暴露的混淆效应导致的可变性限制了大多数方法的有效性[2]。未来,随着科学技术的交叉和发展,会有更高效便捷准确的方法应用到柴油机排气污染评价中。
  参考文献:
   [1]王萍,鑫承.柴油废气中的微粒与肺癌[J].中国科教创新导刊,1995,12:36-37.
   [2]Sobus,J.R.,Waidyanatha,S.et al.Urinary naphthalene and phenanthrene as biomarkers of occupational exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons.Occup. Environ. Med.,2009(66):99-104.
   [3]樓狄明,陈峰等.公交车燃用生物柴油的颗粒物排放特性[J].环境科学,2013,4(10):3749-3754.
   [4]李莉.车用柴油机燃用棕榈生物柴油的颗粒物排放特性研究[J].中国环境科学,2014,34(10):2458-2465.
   [5]钱伯章.欧美加快推广应用生物柴油[J].精细石油化工进展,2003,4(11):37-37.
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