柴油機(jī)非常規(guī)污染物排放的研究現(xiàn)狀與趨勢

彭蓉 安徽全柴動力股份有限公司 中小功率柴油機(jī)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

發(fā)動機(jī)在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的污染物，包括Co、HC、NOx等常見的氣態(tài)污染物、顆粒物、吸附在顆粒物表面的可溶性有機(jī)物、各種揮發(fā)性有機(jī)物等。與有效控制道路機(jī)械排放污染相比，非道路機(jī)械排放污染缺乏強(qiáng)有力的監(jiān)督管理。

一、概況

非常規(guī)污染物主要包括吸附在顆粒表面的可溶性有機(jī)物（SOF）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）?？扇苄杂袡C(jī)成分是顆粒物的主要成分之一，約占顆粒物質(zhì)量的20%-60%。主要成分是高沸點(diǎn)的碳?xì)浠衔铩Ｄ壳?，在sof中檢測到100多種有機(jī)化合物，鑒定出73種有機(jī)化合物SOF中的多環(huán)芳烴（PAHs）含有多種有害成分。在以往的研究中，多環(huán)芳烴被證明具有很高的致癌性、致畸性和致突變性，對人類健康和自然環(huán)境有很大的危害，已被列為各國重點(diǎn)監(jiān)測的有害污染物。因此，對柴油機(jī)微粒中可溶性有機(jī)成分的研究越來越受到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WTO）的定義，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是指常壓下沸點(diǎn)在50℃～260℃之間的各種有機(jī)化合物。揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是一類重要的大氣污染物，也是一類非常復(fù)雜的有機(jī)化合物。已經(jīng)鑒定出300多種，包括脂肪烴、芳香烴、酯類、醛類和酮類。在美國環(huán)保署列出的重點(diǎn)污染物名單中，苯、甲苯、氯乙烯等揮發(fā)性有機(jī)物有50多種。柴油機(jī)排放的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）主要來源于未燃燃料、潤滑油和燃油添加劑的蒸發(fā)。它們是一種具有特殊刺鼻氣味的有毒氣體，可侵入人體呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，使人出現(xiàn)精神抑郁等神經(jīng)衰弱癥狀。在嚴(yán)重的情況下，它們會使人呼吸困難并導(dǎo)致死亡。苯被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)認(rèn)定為一類致癌物。醛類和酮類對人體也有致癌和促癌作用。

二、非常規(guī)污染物排放研究存在的問題

1.不先進(jìn)檢測方法，導(dǎo)致成分模糊。非傳統(tǒng)污染物是復(fù)雜的。對所有非傳統(tǒng)污染物成分的研究是不完整的，盡管已經(jīng)查明和鑒定了數(shù)百個成分。未分類的污染物是復(fù)雜的有機(jī)污染，包括直、支、烷鏈和芳烴類。發(fā)現(xiàn)了300多種揮發(fā)性有機(jī)化合物，包括碳?xì)浠衔铩⒂袡C(jī)鹵化物、醛酮類。

2.確切的毒性不明。雖然非常規(guī)污染物有毒，但其中許多毒性較小。對于有機(jī)化合物現(xiàn)象，研究表明，兒童白血病的危險因苯而增加。短期接觸高密度苯會引起眩暈、胸痛和昏迷。長期接觸的苯可能導(dǎo)致神經(jīng)衰弱和嚴(yán)重的健康損害。大多數(shù)其他污染物與BTEX毒性研究相比沒有進(jìn)行毒性研究，導(dǎo)致了其治理忽視，研究非常規(guī)排放物毒性應(yīng)加大力度。

3.不明確形成機(jī)理。沒有詳細(xì)的生成機(jī)理，非常規(guī)污染物的影響很難獲得，因此無法制定這方面的非常規(guī)污染物控制措施。對非常規(guī)污染物的研究主要側(cè)重于樣品和檢測模式，對非傳統(tǒng)污染物的反應(yīng)沒有詳細(xì)的理論分析。

4.目前，中國還沒有關(guān)于非常規(guī)污染物排放限值的具體標(biāo)準(zhǔn)。中國發(fā)布了《乘用車內(nèi)空氣質(zhì)量評價指南》GB/T27630，確定了苯、甲苯、二甲苯等污染物的限值，并于出臺強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，由于車內(nèi)相當(dāng)一部分非常規(guī)污染物來自與車身外部的氣體交換，因此從車內(nèi)污染物限值的角度來限制尾氣中非常規(guī)污染物的排放是十分必要的。

三、降低非常規(guī)污染物排放的措施

1.尋找清潔能源。化石石油燃料燃燒產(chǎn)生的危險物質(zhì)已成為空氣污染的主要原因。鑒于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的需要，世界各國不僅依靠內(nèi)部和外部的清潔技術(shù)，而且還依靠開發(fā)節(jié)能和無害環(huán)境的燃料來改善VOCs。結(jié)果表明，同一工況下的排放量比例從最高到最低，其次是柴油、甲醇和生物柴油。但對醛酮類的研究發(fā)現(xiàn)醛酮類在柴油中的總排放量是柴油排放量的兩倍。換句話說，非常規(guī)污染物的排放在各種燃料中以及在各組成部分和總量中高度相互依賴。因此，重要的是要找到適合于非傳統(tǒng)污染物排放的清潔能源替代辦法，以及盡量減少非傳統(tǒng)污染物排放以及環(huán)境和人類健康脆弱性的清潔能源。

2.燃料排放標(biāo)準(zhǔn)將相應(yīng)減少。如果燃料超過排放標(biāo)準(zhǔn)，污染物排放就會減少。柴油機(jī)燃油低于排放標(biāo)準(zhǔn)時，不符合排放標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，非傳常規(guī)染物的排放也是相同的。如比較了相同工況下國有國三、國四、國五柴油17種（SOF）顆粒物。結(jié)果表明，隨著石油質(zhì)量的提高，SOF的品質(zhì)下降了。但是，在實(shí)踐中，能源供應(yīng)已落后于排放標(biāo)準(zhǔn)，特別是考慮到非公路機(jī)械設(shè)備多種多樣，大部分在農(nóng)村地區(qū)擁有農(nóng)業(yè)機(jī)械，農(nóng)民文化普遍低，從而提高了有關(guān)當(dāng)局增加燃料排放的監(jiān)督，以盡量減少高質(zhì)量燃料的消費(fèi)。

3.添加后處理設(shè)備。對常規(guī)污染物的有效控制表明，可以通過添加后處理設(shè)備來改善排放，非常規(guī)污染物的排放也是如此。但在過去，氮氧化物和微粒是柴油機(jī)的主要污染物?？蛇x微粒捕集器（Doc）和后處理單元（DPF）等后處理設(shè)備可減少污染物排放。

成分復(fù)雜的非常規(guī)污染物，對自然環(huán)境和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。關(guān)于非常規(guī)污染物的技術(shù)和法律規(guī)定今天遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，應(yīng)加強(qiáng)研究資金、排放模型和培訓(xùn)機(jī)制中對非傳統(tǒng)污染物排放的研究、相關(guān)法規(guī)的完善、適當(dāng)排放方法的探索和對非傳統(tǒng)污染物排放的有效控制。