乙醇汽油摩托車的有機(jī)毒物排放

葛衛(wèi)華 金陶勝

（1 防化學(xué)院履約事務(wù)部 北京 102205 2 南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300071）

近十年來替代燃料方興未艾，乙醇汽油在許多國家和地區(qū)得以利用。乙醇汽油乘用車污染物排放研究較多，能減低總HC 和CO 的排放（Leong et al.,2002;He et al.,2003;Yu¨ksel and Yu¨ksel,2004;U.S.EPA,2010a）?？諝舛疚镏校芙档捅?、1,3- 丁二烯、甲苯、二甲苯的排放，但乙醛的排放卻升高（Stump et al.,1994;Poulopoulos et al.,2001;Leong et al.,2002;Niven,2005）。甚至甲醛的排放也增高（Stump et al.,1994;CSIRO/BTRE/ABARE,2003）。而且，乙醇作為添加劑還存在油耗增多的缺點(diǎn)（Poulopoulos et al.,2001;He et al.,2003）。

摩托車空氣毒物排放研究較少（Magnusson et al.,2002;Jia et al.,2005）。摩托車空氣毒物排放在一些國家和地區(qū)（中國、印度、印度尼西亞、泰國和臺(tái)灣等）是一個(gè)很嚴(yán)重的問題。

本研究采用臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究4 沖程摩托車空氣毒物排放，考慮四種乙醇含量：3%、10%、15%、20%，并用商用汽油作參照。計(jì)算了毒物的毒性排序，為健康影響評(píng)估提供有意義的信息。

1 毒性分析

選取苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛6 種空氣毒物作為目標(biāo)污染物評(píng)估燃油排放產(chǎn)生的毒性。空氣毒性效應(yīng)指標(biāo)有毒性等價(jià)因子、毒性當(dāng)量、致癌單位風(fēng)險(xiǎn)、危險(xiǎn)商數(shù)。前2 種用來評(píng)價(jià)二惡英類化合物的毒性，后兩種用來評(píng)價(jià)有毒空氣污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)。

毒物的排放質(zhì)量除以相應(yīng)的健康基準(zhǔn)，作為其毒性排序依據(jù)。健康基準(zhǔn)有三種：致癌、急性中毒、慢性中毒。致癌基準(zhǔn)表示在上限壽命期內(nèi)致癌風(fēng)險(xiǎn)為1/1000000 的濃度，急/慢性中毒基準(zhǔn)表示在特定暴露期限內(nèi)不發(fā)生明顯中毒反應(yīng)的濃度。健康基準(zhǔn)值來自美國環(huán)保局綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)（IRIS）(U.S.EPA,2010b)、加州環(huán)保署、加州空氣資源委員會(huì)和加州環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)辦公室（CARB/OEHHA,2009）。

2 結(jié)果和討論

參考燃油RF 的總有機(jī)組分的排放因子為360mg/km。其中異戊烷和甲苯混合排放量最大，在5 種燃油中的排放量分別占到23%、22%、21%、18%和19%。E3 燃油的排放因子最高，達(dá)到394mg/km，比參考燃油RF 高9%。E3 氧含量低于RF，這是因?yàn)镽F 用甲基叔丁基醚（MTBE）作為增氧劑，燃燒效率提高了。同時(shí)，燃料組分分析表明，E3 中烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴和苯含量最高。E15 的排放因子最低，152mg/km，其氧含量高于RF，而芳香烴和環(huán)烷烴低于RF。除羥基化合物外，絕大多數(shù)有機(jī)組分的排放因子都低于RF。值得注意的是，乙醇汽油乙醛排放遠(yuǎn)高于PF，為后者的1.8～9.5 倍。另外，通過C 平衡計(jì)算，E15 最高，達(dá)到93%，表明E15 燃燒較為充分。

將71 種VOCs 分為4 類：烷烴、芳香烴、烯烴、羥基化合物。乙醇汽油排放因子順序依次是烷烴、芳香烴、烯烴、羥基化合物，和參考汽油一樣。E3 和E20 烷烴的排放因子大于參考汽油，烯烴和芳香烴小于參考汽油。E15 中烷烴、烯烴、芳香烴和RF 相比分別減少59%、68%、68%，E10 也呈現(xiàn)同樣的趨勢，分別減少37%~57%。但羥基化合物和RF 相比排放反而增加，E10 增加30%，E15 增加76%，E20 增加244%，其中主要是乙醛和丙烯醛的排放因子較高。

乙醇汽油可以降低大約45%的VOCs 排放，但醛類毒物排放反而增多。因此，乙醇汽油作為替代燃料對(duì)空氣質(zhì)量的影響需要進(jìn)一步評(píng)估。

苯系物、甲醛、乙醛是主要的空氣毒物（Tsai et al.,2003;Jia et al.,2005）。和參考燃油相比，E15 的苯系物排放因子大幅降低，其中苯減少64%、甲苯降低63%、乙苯降低77%、二甲苯減少69%。E10 和E20 分別下降29%～51%、14%～34%，但E3 分別增加3%、34%、21%、15%。燃油中苯含量是本排放的主要來源，除此以外，烷基芳烴、烷己烷等組分在燃燒過程中也會(huì)形成苯（Zervas et al.,1999），燃料中芳香族化合物通過脫烷基化作用形成芐基，然后與氫作用生成苯，特別是在缺氧條件下更有利于反應(yīng)（Zervas et al.,2004a），E3 就是如此。甲苯和乙苯排放主要是由未燃燒的燃料形成的，大分子量芳香烴通過脫烷烴作用形成甲苯（Goodfellowet al.,1996;Zervas et al.,2004b，燃料中甲苯和二甲苯失去一個(gè)氫原子或甲烷分子形成Ф-CH2，在于甲基反應(yīng)生成乙苯。二甲苯的排放完全是由燃料中未燃燒的組分產(chǎn)生的?？傮w來說，沒有安裝催化轉(zhuǎn)換器的化油器摩托車采用乙醇汽油（添加超過15%V 的乙醇）時(shí)，能減少空氣毒物的排放，但乙醛的排放卻提高了10 倍以上。

3 初步毒性評(píng)估

根據(jù)前述方法，計(jì)算毒性排序。E20 燃油排放致癌毒性最高，其次是E15 燃油，這兩種乙醇汽油中排放的乙醛偏高，而乙醛的致癌健康基準(zhǔn)值較低，導(dǎo)致其致癌性排序靠前。急性中毒影響排序?yàn)椋篍20、E15、RF、E10、E3。慢性影響排序?yàn)椋篟F、E20、E3、E10、E15。盡管E15 空氣毒物排放量最低，致癌性和急性毒性排序靠前。需要說明的是，本研究毒性評(píng)估僅僅是基于暴露吸入途徑，沒有考慮其他諸如食物攝取、直接接觸、飲水吸入等。毒性評(píng)估也不能取代風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，因?yàn)榕欧乓蜃硬煌诒┞稘舛?，健康基?zhǔn)值也相對(duì)保守。

4 結(jié)語

本研究測定的摩托車樣品有限，而且都是沒有安裝催化器的摩托車。在后續(xù)研究中，應(yīng)增加被測車輛數(shù)量，還應(yīng)該包括有催化轉(zhuǎn)化器的摩托車。

毒性評(píng)估不能取代風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，只能作為一種在毒性條件下評(píng)價(jià)排放數(shù)據(jù)的簡單方法。

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