摘要：中國城市空氣顆粒物污染嚴(yán)重，城市鋪裝道路揚(yáng)塵已成為城市環(huán)境空氣顆粒物的重要來源之一。從城市道路塵的來源、監(jiān)測評估、化學(xué)組分構(gòu)成、道路塵對空氣顆粒物貢獻(xiàn)的評估及治理措施等方面進(jìn)行了分析探討，展望了今后城市道路塵控制的研究方向。

關(guān)鍵詞：城市道路 道路積塵 揚(yáng)塵 排放因子

從20世紀(jì)初提出道路揚(yáng)塵的問題[1] 到現(xiàn)在，道路揚(yáng)塵污染對環(huán)境空氣質(zhì)量和人體健康的影響已日益受到研究人員的重視，也引起了環(huán)境管理部門的關(guān)注，將逐漸成為城市揚(yáng)塵污染控制的重點(diǎn)之一。

道路揚(yáng)塵，是指道路、街道上的積塵在一定的動力條件(風(fēng)力、機(jī)動車碾壓或人群活動)的作用下，一次或多次揚(yáng)起并混合，進(jìn)入到環(huán)境空氣中形成一定粒徑分布的顆粒物。許多研究結(jié)果表明，道路揚(yáng)塵是城市空氣顆粒物的主要來源之一[2]。1990年初，上海市城區(qū)(354 km2)道路揚(yáng)塵排放TSP的量約12.3萬t[3]。北京市城區(qū)及近郊區(qū)(1040 km2)1999年顆粒物排放清單中，交通揚(yáng)塵(包括道路揚(yáng)塵和機(jī)動車尾氣塵)排放的TSP為8.06萬t，PM10為2.74萬t，PM2.5為1.00萬t，分別占相應(yīng)粒徑范圍的空氣顆粒物總排量的33.5％、25.7％和18.7％。

近年全國環(huán)境質(zhì)量公報(bào)指出，我國340多個城市中有近2/3的空氣顆粒物濃度超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)，成為城市空氣首要污染物。在消煙除塵、機(jī)動車尾氣控制收效甚微的情況下，控制道路揚(yáng)塵等開放源將成為城市空氣顆粒物污染治理的重點(diǎn)之一。為此，開展針對道路塵基本物化特性、監(jiān)測方法、控制標(biāo)準(zhǔn)、貢獻(xiàn)評估技術(shù)、治理技術(shù)等方面的研究，對于改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 道路揚(yáng)塵的主要來源

城市道路分為鋪裝道路和未鋪裝道路，一般前者占絕大部分。鋪裝道路塵的來源十分復(fù)雜，主要有：（1）鄰近地區(qū)因風(fēng)蝕、水蝕作用帶來的泥沙與塵土；（2）機(jī)動車攜帶泥塊、沙塵、物料等抖落遺撒等；（3）機(jī)動車行駛造成自身磨損與消耗（如輪胎、剎車墊的磨損，尾氣凈化裝置的老化與消耗等）及尾氣排放；（4）路面老化破損后被碾壓形成的顆粒物；（5）冰雪天氣施灑沙粒及鹽水形成的顆粒物；（6）生物碎屑，如枯枝落葉，草坪、樹木修剪時遺留的碎屑，經(jīng)過干燥、碾壓形成顆粒物；（7）廢物丟棄、潑灑，如煙蒂、紙屑等垃圾；（8）大氣降塵。未鋪裝道路塵則主要是道路自身破損形成的。

2 道路塵污染研究現(xiàn)狀

2.1 道路塵監(jiān)測

道路塵監(jiān)測是道路塵研究的基礎(chǔ)，包括道路塵監(jiān)測參數(shù)選擇及其監(jiān)測方法的設(shè)計(jì)等。通常，衡量道路起塵能力的指標(biāo)是道路塵排放因子。排放因子是一特征值，它反映排污活動與污染物排放量之間的關(guān)系，一般表示為單位質(zhì)量、單位體積、單位距離、單位時間內(nèi)排放的污染物的質(zhì)量。許多研究認(rèn)為，道路塵排放跟道路積塵負(fù)荷及道路上行使車輛的平均重量有密切關(guān)系。因此，監(jiān)測這些參數(shù)，可得到道路揚(yáng)塵的排放因子。

2.1.1 道路積塵量的測定

道路積塵量指單位面積路面上某一粒徑范圍內(nèi)的顆粒物的重量，幾何粒徑75 µm以下的積塵量稱為積塵負(fù)荷。我國目前尚無道路積塵量測定的標(biāo)準(zhǔn)方法，測定工作常根據(jù)美國EPA的AP-42手冊中的方法進(jìn)行。鋪裝道路塵一般用真空吸塵器吸取，未鋪裝道路塵則用掃帚或刷子掃取。道路積塵量根據(jù)道路類型的不同而產(chǎn)生差異。城市道路按照功能，可劃分為快速路、主干道、次干道和支路。道路積塵量典型值應(yīng)當(dāng)反映這種道路的特征。2003—2004年期間，筆者測定了石家莊、濟(jì)南、青島和邯鄲等城市的鋪裝道路的積塵量（見表1）。從表1可看出，同一等級道路的積塵量差異較大，不同等級道路的積塵量平均值也有顯著的區(qū)別，非機(jī)動車道的積塵量普遍高于同一等級的機(jī)動車道，快速路與支路的積塵量大體上高于主干道和次干道。

另外，也有研究人員對城市進(jìn)行分區(qū)，測定各分區(qū)內(nèi)部的道路積塵量。例如，北京市道路積塵負(fù)荷在環(huán)線上約為5.0 g/m2，二環(huán)以內(nèi)為6.6 g/m2，二三環(huán)之間為8.7 g/m2，三四環(huán)之間為11.4 g/m2，支路為22.0 g/m2，受市政施工影響的路段高達(dá)180 g/m2[4]。張承中等[4]報(bào)道了西安市城區(qū)道路積塵量，為150~300 g/m2。道路積塵量隨季節(jié)發(fā)生變化，許多地區(qū)冬春季節(jié)積塵量較大，而夏秋季節(jié)則較少。

2.1.2 道路塵排放因子的測算

道路塵是環(huán)境空氣中顆粒物的重要來源之一。許多研究指出，道路塵排放因子的影響因素包括跟道路塵有關(guān)的密度、含濕量、粒徑分布、積塵負(fù)荷等；與機(jī)動車有關(guān)的車重、車速、車流量和路況等；與氣象條件有關(guān)的風(fēng)速、降水等。這些因素都影響道路塵排放因子的測算，因此需結(jié)合實(shí)際情況找出主要影響因素。

道路揚(yáng)塵排放因子的測定方法主要有：(1)Upwind—downwind法，在測試路段的兩側(cè)，即上風(fēng)向(Upwind)和下風(fēng)向(Downwind)，立體設(shè)置采樣點(diǎn)，測定機(jī)動車經(jīng)過時上下風(fēng)向的顆粒物濃度差。根據(jù)車速、車重、風(fēng)速、風(fēng)向、道路積塵量、顆粒物濃度差等參數(shù)，采用一定的數(shù)學(xué)處理方法，得到排放因子與各參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)公式。Dyck等[5]及后續(xù)許多研究者采用此法測定道路揚(yáng)塵的排放因子，成為一種基本的方法；(2)隧道法，在隧道入口和出口附近設(shè)置采樣點(diǎn)，測定兩者之間的顆粒物濃度差，然后根據(jù)車流量、車速、車重、道路積塵量、稀釋比等參數(shù)計(jì)算交通塵排放因子。實(shí)際上，該法得到的排放因子包括道路揚(yáng)塵和機(jī)動車尾氣兩部分，因此道路揚(yáng)塵排放因子將被高估，除非采用電動機(jī)動車進(jìn)行測定；(3)車載實(shí)時濃度差法，在試驗(yàn)機(jī)動車的車身前后兩處設(shè)置采樣器或傳感器，根據(jù)兩者之間的顆粒物濃度差或信號差以及顆粒物煙羽擴(kuò)散規(guī)律等計(jì)算道路塵排放因子。該法在車輛實(shí)際行使工況條件下測定道路塵排放因子，因而認(rèn)為比較真實(shí)。Fitzz等[6]和Etyemeziana等[7]均設(shè)計(jì)類似的方法測定排放因子，被認(rèn)為是比較符合實(shí)際的新方法，具有較大的優(yōu)越性；(4)室內(nèi)模擬方法，將機(jī)動車或類似汽車行駛的裝置在封閉的空間中運(yùn)動，測定室內(nèi)的顆粒物濃度，進(jìn)而計(jì)算道路塵的排放因子。

國內(nèi)開展道路揚(yáng)塵排放因子的研究，主要采用Upload—download法和隧道法。Ji等[3]曾對上海市內(nèi)幾條不同性質(zhì)和積塵負(fù)荷的鋪裝道路進(jìn)行測定，得到單一車輛的道路塵排放系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式：

E = 0.000501V0.823u0.139()

式中：E為道路塵排放因子(kg/ km)；V為車速(km/h)；u為風(fēng)速(m/s)；W為平均車重(t)。

張承中等[4,8]以電廠灰替代道路塵進(jìn)行正交試驗(yàn)，并建立“半圓柱”擴(kuò)散模型，得到速度為30 km/h時，以車輪數(shù)目和道路粉塵負(fù)荷為變量的單輛機(jī)動車的道路塵排放因子計(jì)算公式。但以電廠灰模擬道路積塵，忽視了道路塵與電廠灰之間重要的物化特性差異。道路塵主要來自地殼物質(zhì)顆粒，中位粒徑、密度都比電廠灰大，不易起塵和擴(kuò)散，致使測定的排放因子偏大。另外“半圓柱”模型未考慮顆粒物的沉降特性，認(rèn)為顆粒物在各方向上均勻梯度擴(kuò)散，這也將高估道路塵排放因子。中國環(huán)境科學(xué)研究院等單位在潭峪溝隧道試驗(yàn)獲得路塵負(fù)荷與交通揚(yáng)塵排放因子間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并依此計(jì)算北京市建成區(qū)的各種道路交通揚(yáng)塵的排放因子，但它實(shí)際上包括道路揚(yáng)塵和機(jī)動車尾氣塵兩部分。

2.2 道路塵化學(xué)組成

道路塵的化學(xué)組成也受到人們的關(guān)注，主要包括元素、重金屬、離子、有機(jī)物等。許多研究表明，道路塵大部分來自于土壤風(fēng)沙塵。2002—2003年期間，筆者對太原、石家莊、邯鄲、焦作、烏魯木齊等城市的道路積塵和土壤塵(空氣動力學(xué)直徑均小于10 μm) 的20余種化學(xué)組分進(jìn)行分析，包括19種元素、2種碳組分和4種離子，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。對照道路塵和土壤塵的化學(xué)組分含量，可以發(fā)現(xiàn)道路塵中Si的含量普遍低于土壤塵，Ca、TC、OC等組分普遍高于土壤塵，發(fā)生了富集。另外，Cu、Zn、Pb等重金屬相對于土壤塵也發(fā)生了富集。其它組分則沒有明顯的規(guī)律。這些結(jié)果與Ho等[9]及Chow等[10]分別對香港和美國的鋪裝道路塵的分析結(jié)果一致。由于機(jī)動車排放多環(huán)芳烴(PAHs)等有機(jī)物，道路塵中的有機(jī)物，特別是PAHs，也引起研究人員的關(guān)注。尤明剛等[11]對廣州和香港兩地的隧道煙塵、道路塵及下水道積塵中的有機(jī)物進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)廣州的道路塵和下水道積塵中含有豐富的菲及其烷基化多環(huán)芳烴，而香港的道路塵和下水道積塵中低分子量多環(huán)芳烴缺失，含硫多環(huán)芳烴則豐度較高。隨著機(jī)動車尾氣凈化裝置逐步普及，國內(nèi)學(xué)者開始注意到道路塵中稀有金屬(如鉑系金屬Pt、Rh、Rd等)的重要影響，但尚未開展研究。

表2 國內(nèi)若干城市道路塵化學(xué)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
2.3 道路塵對空氣顆粒物貢獻(xiàn)的評估

研究道路揚(yáng)塵對環(huán)境空氣顆粒物的貢獻(xiàn)是對道路揚(yáng)塵所造成的顆粒物濃度或排放量的定量化過程。道路揚(yáng)塵對空氣顆粒物貢獻(xiàn)，主要有以下一些研究方法。

2.3.1 排放清單法

通過計(jì)算每一個具體排放口、線源、面源、體源等的排放量，然后統(tǒng)計(jì)各類空氣顆粒物排放源的排放量，這樣可以得到包括道路塵在內(nèi)的各類排放源的貢獻(xiàn)量(t/a)以及相應(yīng)的分擔(dān)率(％)。美國、加拿大、澳大利亞等國均采取這種方法。中國環(huán)境科學(xué)研究院對1999年北京市的顆粒物排放清單作了測算，發(fā)現(xiàn)交通揚(yáng)塵貢獻(xiàn)量和分擔(dān)率都很大。李悅紅等[12]將其他城市的道路塵排放因子按道路等級估算上海市閔行區(qū)道路塵的年排放量。何建等[13]估算了成都市包括道路揚(yáng)塵在內(nèi)的各種揚(yáng)塵的排放清單。后兩者未測定當(dāng)?shù)氐缆穳m排放因子，排放量計(jì)算所依據(jù)的公式亦不嚴(yán)謹(jǐn)。

2.3.2 受體模型解析法

受體模型是解決污染物來源貢獻(xiàn)大小的重要方法。道路揚(yáng)塵作為一種重要的顆粒物來源，有時也被納入到受體模型(如CMB，PCA，PMF等模型)之中解析計(jì)算。道路揚(yáng)塵對路邊受體點(diǎn)濃度以及生態(tài)良好地區(qū)(如峽谷)區(qū)域濃度進(jìn)行分擔(dān)率解析是可行的，因?yàn)榇藭r道路揚(yáng)塵對它們影響程度足夠大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了類似的土壤風(fēng)沙塵等。但它作為一類單獨(dú)的排放源對城區(qū)范圍進(jìn)行解析的案例很少見，因?yàn)樗c土壤塵無法準(zhǔn)確區(qū)分。有學(xué)者嘗試用二重源解析法將道路塵作為一種顆粒物排放源，納入到CMB受體模型中對太原市整體空氣顆粒物濃度進(jìn)行來源解析，得到的結(jié)果認(rèn)為道路塵是重要的顆粒物來源，但其解析過程仍然存在明顯的不足之處。

2.3.3 濃度差法

濃度差法是根據(jù)道路揚(yáng)塵的主要特性來計(jì)算的。該法認(rèn)為，道路揚(yáng)塵絕大部分是PM2.5，受重力影響較大，容易沉降，因而垂直擴(kuò)散范圍較?。涣硪环矫鏅C(jī)動車尾氣塵90％以上為PM2.5，容易擴(kuò)散?；谶@一特點(diǎn)，有研究[14,15]將呼吸帶高度(1.5~2.0 m)上的顆粒物濃度減去揚(yáng)塵影響很小的高度(4~6 m)上的顆粒物濃度，得到所謂的道路揚(yáng)塵的濃度。這種道路揚(yáng)塵顆粒物濃度，大致反映了道路附近地區(qū)的道路揚(yáng)塵濃度，尚缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵驮囼?yàn)支持，也無法得知對整個城市環(huán)境空氣顆粒物濃度的貢獻(xiàn)大小。

2.4 道路塵治理措施

道路揚(yáng)塵是城市揚(yáng)塵的一種重要具體形式。對于顆粒物來說，道路塵既是源，又是匯，因此控制道路揚(yáng)塵污染，一方面應(yīng)設(shè)法減少路面積塵量，另一方面需對道路塵的源頭加以控制。

道路積塵是道路揚(yáng)塵的直接貢獻(xiàn)者，積塵量越小則道路揚(yáng)塵濃度越小。控制道路積塵量，應(yīng)當(dāng)從技術(shù)措施和控制標(biāo)準(zhǔn)雙管齊下。從技術(shù)措施來看，有道路清掃、灑水沖刷、施灑路面穩(wěn)定劑、路面硬化等。道路清掃分為人工清掃和機(jī)械清掃，前者效率很低，主要清除塊狀垃圾和較大的顆粒，對粒徑小的顆粒物去除不足，也容易產(chǎn)生揚(yáng)塵；后者包括普通刷掃、刷掃/真空吸塵、純真空吸塵等，對道路積塵的去除效率逐漸提高。李鋼等[16]通過模擬試驗(yàn)研究了一種國產(chǎn)真空吸塵清掃車對粒徑為750 µm以下的顆粒物的清掃效率，發(fā)現(xiàn)對黃土、河砂、水泥等三種質(zhì)地的顆粒物，其清掃效率超過90％。灑水可增加道路塵的含水量，從而抑制起塵，道路沖刷則直接沖洗道路積塵，使之隨水流進(jìn)入下水道等。但灑水沖洗頻率和面積比例等重要參數(shù)仍需進(jìn)一步研究。施灑路面穩(wěn)定劑，可以固定道路積塵，使路面形成一定厚度的硬殼并保持一段時間。這些主要是針對未鋪裝道路。從控制標(biāo)準(zhǔn)而言，就是要制定道路積塵限值標(biāo)準(zhǔn)，對道路積塵進(jìn)行達(dá)標(biāo)控制。對快速路、主干道、次干道和支路等不同等級的道路設(shè)置積塵量限值標(biāo)準(zhǔn)，用以評估道路塵的治理效果。但我國目前道路清掃及灑水沖洗，是根據(jù)《城市環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、城市市容標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、城市容與環(huán)境衛(wèi)生管理?xiàng)l例來實(shí)施的，其中尚無道路積塵控制的明確規(guī)定以及相應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)方法。

從源治理是道路塵控制的另一個重要方面。源頭治理的目的是減小道路作為顆粒物的匯的作用，從而減少道路揚(yáng)塵。科學(xué)合理地對道路進(jìn)行綠化，采用草、灌木、喬木相結(jié)合的立體綠化方式，消滅裸露地面如樹坑等，以減少風(fēng)蝕和水蝕作用。加強(qiáng)施工工地和廠礦區(qū)管理，強(qiáng)化抑塵措施，特別是出入工地車輛，應(yīng)實(shí)施封閉運(yùn)輸、車身清洗等措施，實(shí)行施工路段保潔制度。根據(jù)污染者付費(fèi)以及誰污染誰治理等原則，建立健全空氣顆粒物開放源管理制度，實(shí)行顆粒物排放收費(fèi)制度。

3 道路揚(yáng)塵污染研究展望

道路揚(yáng)塵污染是我國城市揚(yáng)塵污染的重要形式。我國對道路塵基本物化特性以及道路塵排放因子已經(jīng)進(jìn)行了較多的基礎(chǔ)研究，但這僅僅是道路塵污染研究的開端，許多方面尚待深入研究：建立完整可行的道路塵監(jiān)測程序和方法，為動態(tài)地掌握道路揚(yáng)塵污染狀況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；制定道路積塵限值標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化城區(qū)各等級道路管理，實(shí)行道路積塵量達(dá)標(biāo)管理；尋求科學(xué)合理的道路塵貢獻(xiàn)評估技術(shù)，了解道路揚(yáng)塵對城市空氣污染的影響程度；積極開發(fā)道路塵控制和治理技術(shù)，開展技術(shù)效益評估研究，尋求最佳經(jīng)濟(jì)技術(shù)；建立空氣顆粒物開放源管理和監(jiān)督制度，探索并建立空氣顆粒物排污收費(fèi)機(jī)制，對包括工程建設(shè)、廠礦開發(fā)等在內(nèi)的顆粒物排放行為征收排污費(fèi)，通過經(jīng)濟(jì)手段對形成道路塵污染直接或間接行為加以約束。道路塵污染控制，是一項(xiàng)綜合性的工程，需要系統(tǒng)地研究其來源及特性，采取包括工程機(jī)械、生態(tài)學(xué)、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)管理等多方面的原理和技術(shù)才能穩(wěn)妥進(jìn)行，從而達(dá)到改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量的目標(biāo)。

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