道路揚(yáng)塵檢測方法研究進(jìn)展

李冬，陳建華，張月帆，高健，張凱，竹雙

中國環(huán)境科學(xué)研究院

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市機(jī)動車的保有量和道路面積不斷擴(kuò)大，道路揚(yáng)塵對城市空氣污染的貢獻(xiàn)率也在逐漸增大[1]。道路揚(yáng)塵的來源主要有2種：1)由機(jī)動車尾氣、城市裸地、建筑施工等直接排放的一次揚(yáng)塵；2)已經(jīng)沉降的顆粒物在其他外力作用下(如機(jī)動車行駛或道路清掃作業(yè))再次揚(yáng)起并進(jìn)入大氣的二次揚(yáng)塵。其中，一次揚(yáng)塵約占道路揚(yáng)塵污染的70%以上[2]。

從世界各國大氣污染治理的歷程看，道路揚(yáng)塵是城市大氣PM10的主要來源之一。韓國國立科學(xué)研究院研究發(fā)現(xiàn)，在首爾由揚(yáng)塵排放的PM10占全市總PM10的80.53%，其中道路揚(yáng)塵貢獻(xiàn)率高達(dá)75%[3]。Claiborn等[4]研究發(fā)現(xiàn)，美國華盛頓州3/4的PM10來自道路揚(yáng)塵排放。Zimmer等[5]則認(rèn)為，鋪裝道路揚(yáng)塵對美國丹佛地區(qū)主要城市PM10的貢獻(xiàn)率達(dá)40%～70%。江瀾[6]利用二重源解析技術(shù)得出邯鄲市大氣顆粒物PM10中，道路揚(yáng)塵貢獻(xiàn)約占55%。許妍等[7]利用AP-42模型對天津市道路揚(yáng)塵排放量進(jìn)行計算，結(jié)果表明天津市城區(qū)道路揚(yáng)塵中PM10的年排放量高達(dá)5 372 t。道路揚(yáng)塵污染控制已經(jīng)成為大氣顆粒物污染控制和提高城市空氣質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急。

研究道路揚(yáng)塵檢測方法對我國城市道路揚(yáng)塵精細(xì)化治理具有重要意義。國外學(xué)者對道路揚(yáng)塵的研究起步較早，但由于早期對揚(yáng)塵的認(rèn)識不足以及各種檢測技術(shù)不成熟，使得道路揚(yáng)塵的研究發(fā)展較為緩慢。直到20世紀(jì)60年代，隨著測試技術(shù)的發(fā)展和分析儀器精度的提高，道路揚(yáng)塵的相關(guān)研究取得了一定的進(jìn)展[8]。經(jīng)典的道路揚(yáng)塵檢測方法包括降塵法、AP-42法、TRAKER法、通量塔法、隧道法等，其中，降塵法、AP-42法和TRAKER法應(yīng)用較為廣泛，至今仍被普遍采用。近年來，隨著移動源對城市大氣污染貢獻(xiàn)的增大，以機(jī)動車污染排放為代表的道路環(huán)境顆粒物治理已經(jīng)成為我國打好污染防治攻堅戰(zhàn)的當(dāng)務(wù)之急。建設(shè)以涵蓋道路揚(yáng)塵、機(jī)動車尾氣(NOx、細(xì)顆粒物、VOCs、CO)等多種污染物在內(nèi)的道路環(huán)境空氣質(zhì)量檢測技術(shù)體系至關(guān)重要。因此，道路揚(yáng)塵微觀站、大氣環(huán)境移動監(jiān)測車等監(jiān)測方法應(yīng)運(yùn)而生。

當(dāng)前國內(nèi)外對道路揚(yáng)塵排放檢測方法的綜述文獻(xiàn)較少且較早，該類文獻(xiàn)大多綜合性強(qiáng)，缺乏全面性、系統(tǒng)性和時效性。如翟紹巖等[9]較早地對AP-42法和TRAKER法進(jìn)行了概括和總結(jié)，著重對比了2種檢測方法的優(yōu)勢和不足；朱振宇等[10]針對降塵法、AP-42法和TRAKER法3種方法進(jìn)行了簡要介紹和優(yōu)缺點分析。筆者在上述文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究進(jìn)展，對道路揚(yáng)塵的檢測方法進(jìn)行概括和評述，并探討道路揚(yáng)塵檢測方法的技術(shù)及理論發(fā)展現(xiàn)狀，以期為我國道路揚(yáng)塵的科學(xué)檢測、精細(xì)化治理提供建議。

1 道路揚(yáng)塵檢測方法

降塵法、AP-42法和TRAKER法是當(dāng)前國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用的道路揚(yáng)塵檢測方法。此外，還包括一些非主流檢測方法：1)通量塔法[11]。將顆粒物檢測儀安置在不同塔高上，測量道路揚(yáng)塵的垂直擴(kuò)散。雖然該方法符合直觀地測量揚(yáng)塵的思維，并且在AP-42法和TRAKER法建立和校正中得到了應(yīng)用，但其受氣象影響因素較大。2)隧道法[12]。通過密閉隧道環(huán)境測定道路揚(yáng)塵排放因子，但排放因子中包含了道路揚(yáng)塵和機(jī)動車尾氣兩部分，可能導(dǎo)致排放因子被高估。3)擴(kuò)散模型系列方法[13-14]。包括擴(kuò)散模型法、示蹤物質(zhì)模擬法等，雖然該類方法操作簡單，但測定誤差較大。種種局限性使得上述非主流方法在當(dāng)前并未得到廣泛應(yīng)用，因此，暫且對該類方法不做過多論述。

1.1 降塵法

降塵法是一種早期發(fā)明的道路揚(yáng)塵檢測方法。國外學(xué)者Jones[15]于1984年利用降塵法進(jìn)行道路揚(yáng)塵采集，其將金屬托盤放置在路邊，發(fā)現(xiàn)車速與金屬托盤中的降塵質(zhì)量具有較好相關(guān)性，降塵法在道路揚(yáng)塵檢測領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。

采用該檢測方法要選取具有代表性的路段，采樣前確保集塵缸內(nèi)干凈且無任何雜質(zhì)。一般將集塵缸布設(shè)在道路兩側(cè)的路燈桿上，并用GPS記錄采樣點的位置和收集時間。樣品的實驗室處理過程一般包括去除雜質(zhì)(垃圾和樹葉等)、干燥器平衡、篩分、稱重等步驟。我國降塵法采樣的具體要求及細(xì)則可參考GB/T 15265—1994《環(huán)境空氣 降塵的測定 重量法》。除了按照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求進(jìn)行揚(yáng)塵測定，監(jiān)測高度、監(jiān)測點與道路的水平距離等均應(yīng)該根據(jù)研究道路的降塵分布確定。

隨著各種道路揚(yáng)塵檢測方法的出現(xiàn)，相較而言當(dāng)前對降塵法的應(yīng)用較少，其主要應(yīng)用于道路揚(yáng)塵的粒徑分析、化學(xué)組分及溯源分析。如王帥杰等[16]采用降塵法對石家莊市鋪裝道路揚(yáng)塵量進(jìn)行估算，采樣高度設(shè)置為1.5 m，采樣周期為30 d，結(jié)果表明總懸浮顆粒物(TSP)的濃度與地面因子呈準(zhǔn)對數(shù)關(guān)系。秦偉[17]對石家莊市夏冬兩季道路揚(yáng)塵的排放特征進(jìn)行了研究，利用降塵缸收集了市區(qū)4類道路1.5和2.5 m高處的揚(yáng)塵樣品，在再懸浮及分級采樣后進(jìn)行了無機(jī)元素、碳組分及水溶性離子等化學(xué)組分分析。王士寶等[18]采用降塵法對烏魯木齊市道路揚(yáng)塵的PM2.5粒度乘數(shù)進(jìn)行了測定，以期提高道路揚(yáng)塵排放因子的計算精度。

1.2 AP-42法

美國國家環(huán)境保護(hù)局和中西部研究所于1968年首次提出AP-42道路揚(yáng)塵排放模型，它是一種將污染物排放的影響因素與排放量聯(lián)系到一起的模型。AP-42法目前在美國已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)，英國專家[19]認(rèn)為AP-42法并不符合英國實際情況；德國[20]將AP-42法進(jìn)行修正并應(yīng)用；我國HJ/T 393—2007《防治城市揚(yáng)塵污染技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于道路揚(yáng)塵檢測的規(guī)范內(nèi)容主要基于AP-42法。

AP-42法具有成熟的理論體系和試驗步驟，道路揚(yáng)塵排放量的確定過程包括實際路面采樣、道路積塵負(fù)荷(sL)計算、排放因子計算和排放量計算。道路積塵負(fù)荷表示單位面積路面上粒徑小于75 μm的顆粒物的質(zhì)量，單位為g/m2，它被用來表征路面的清潔程度，同時也是計算鋪裝道路揚(yáng)塵排放因子重要參數(shù)[21-22]。

在AP-42法的理論研究上，國外學(xué)者主要針對排放因子的完善開展了大量研究。Cowherd等[23]在1984年首次提出道路積塵負(fù)荷，并將其作為排放因子的解釋變量：

E=K×(sL)p

(1)

式中：E為顆粒物排放因子，g/(輛·km)，即一輛機(jī)動車行駛1 km產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)量；K為粒度乘數(shù)，主要取決于排放因子和道路積塵負(fù)荷；p為經(jīng)驗常數(shù)。該模型的排放因子是基于可吸入顆粒物(當(dāng)時美國國家環(huán)境保護(hù)局將粒徑小于15 μm的粒子稱為可吸入顆粒物)的排放因子獲得的。通過測量可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度等計算可吸入顆粒物排放因子，再對可吸入顆粒物排放因子進(jìn)行比例縮放而獲得PM10的排放因子。顆粒物的排放因子與道路積塵負(fù)荷呈正相關(guān)，與車速呈負(fù)相關(guān)。同時，道路積塵負(fù)荷也與車速呈負(fù)相關(guān)，因此，該版本中僅把道路積塵負(fù)荷作為主要解釋變量。

通過對不同類型的道路進(jìn)行實測獲得道路積塵負(fù)荷數(shù)據(jù)，并選取其中10個滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和最具代表性的數(shù)據(jù)與計算的排放因子進(jìn)行線性回歸分析，再對式(1)取對數(shù)、消減殘差等處理，最終得到p為0.8，K為3.97 g/(輛·km)。

后續(xù)經(jīng)過不斷地完善和修訂，得到了當(dāng)前最新版本。最新排放因子在式(1)基礎(chǔ)上將鋪裝道路上的平均車質(zhì)量(w)納入排放因子中作為另一個解釋變量[24]：

E=K×(sL)p×wb

(2)

式中：K，p，b數(shù)值由93組在美國不同類型道路上采集的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸得到，數(shù)據(jù)在代入前已經(jīng)去除了汽車尾氣排放、輪胎磨碎碎片等顆粒物的影響，最終得到p為0.91，b為1.02，K為0.62 g/(輛·km)。該試驗得到的K值至今仍作為道路揚(yáng)塵中PM10的粒度乘數(shù)(K10)被廣泛應(yīng)用。根據(jù)粒徑譜儀的篩分結(jié)果，可以確定PM2.5/PM10，記做γ[24]，道路揚(yáng)塵中PM2.5的粒度乘數(shù)(K2.5)按下式計算：

K2.5=γ×K10

(3)

道路揚(yáng)塵排放量(W)的計算公式如下：

W=E×L×N×(1-nr/365)×10-6

(4)

式中：L為道路長度，km；N為平均車流量，輛/a；nr為不起塵天數(shù)，d。

目前，AP-42法已經(jīng)成為許多國家研究道路揚(yáng)塵排放量的主流方法，美國絕大多數(shù)的道路揚(yáng)塵排放檢測是依據(jù)AP-42法進(jìn)行的。近年來，國內(nèi)學(xué)者先后采用AP-42法對北京[25-26]、天津[27-28]、珠三角[29]等地區(qū)的主要城市道路揚(yáng)塵排放進(jìn)行了研究，確定了部分城市的道路積塵負(fù)荷，對城市精準(zhǔn)治理道路揚(yáng)塵、編制道路揚(yáng)塵排放清單發(fā)揮了重要作用。

同時，國內(nèi)學(xué)者從道路積塵采集方法和排放因子本地化方面不斷完善和發(fā)展AP-42法。在道路積塵采集方法方面，樊守彬等[30]開發(fā)出一種移動式路面塵負(fù)荷測試系統(tǒng)，可對道路進(jìn)行連續(xù)采樣。黃玉虎等[31]發(fā)明了道路積塵濕式采樣器，即對采樣區(qū)域內(nèi)的積塵采用液體收集的方法，將采樣器與采樣區(qū)域密閉對接，用液體沖刷并收集。與干式吸塵法相比，濕式吸塵法可以檢測灑水車作業(yè)后的潮濕路面以及相對清潔(積塵量極少，難以收集)的道路。在排放因子優(yōu)化方面，部分學(xué)者針對特定城市的道路揚(yáng)塵排放因子進(jìn)行了本地化處理，包括優(yōu)化排放因子、測定不同區(qū)域粒度乘數(shù)等。如Chen等[32]采用再懸浮系統(tǒng)研究了北京市道路揚(yáng)塵的粒徑分布特征，該方法可以有效確定道路揚(yáng)塵的粒徑分布，為測定道路揚(yáng)塵粒度乘數(shù)提供了方法。樊守彬等[33]對北京市通州區(qū)按不同道路類型和車流量級別進(jìn)行積塵采樣，采用再懸浮系統(tǒng)和顆粒物粒徑譜儀對道路積塵的粒徑進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)粒徑主要分布在7.5～8 μm；以積塵負(fù)荷0.5 g/m2為界限展開討論，發(fā)現(xiàn)積塵負(fù)荷小于和大于0.5 g/m2的積塵中粒度乘數(shù)存在差別，且粒度乘數(shù)均高于AP-42文件的推薦值0.15 g/(輛·km)。南開大學(xué)姬亞琴團(tuán)隊對天津市[34]、烏魯木齊市[18]等不同城市的道路揚(yáng)塵中PM2.5的粒度乘數(shù)特征進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同類型機(jī)動車道的粒度乘數(shù)差別較大。

1.3 TRAKER法

TRAKER全稱testing re-entrained aerosol kinetic emissions from roads，即道路再懸浮氣溶膠的動力排放測試系統(tǒng)，是一種評價道路揚(yáng)塵排放的快速在線檢測方法。其具體檢測方法為：將顆粒物檢測儀安裝在機(jī)動車上，將傳感器和采樣頭分別布設(shè)在機(jī)動車的前輪后側(cè)(用于測量包括環(huán)境背景的地面揚(yáng)塵濃度)和引擎蓋上(用于測量顆粒物環(huán)境背景濃度)；車上同時配備GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行實時定位，并配備數(shù)據(jù)收集和處理系統(tǒng)，實時反饋檢測結(jié)果。Kuhns等[35]首次采用TRAKER法進(jìn)行道路現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)TRAKER法具有檢測道路揚(yáng)塵空間分布的能力，并且可以評估道路清掃、降水和季節(jié)變化等因素對揚(yáng)塵排放的影響。Etyemezian等[36]利用顆粒物檢測儀(TSI，DustTrak 5820)測量了道路揚(yáng)塵排放潛勢，并給出了基于TRAKER法的數(shù)學(xué)描述。TRAKER法理論上認(rèn)為道路揚(yáng)塵與機(jī)動車車速呈正相關(guān)，通過擬合的經(jīng)驗公式構(gòu)建理論。TRAKER法主要理論公式如下：

(5)

EFA=k×T1/3

(6)

θA=EFA/SA

(7)

式中：T為校正后的TRAKER信號濃度，mg/m3；TA為車輪后側(cè)測量的PM10濃度，mg/m3；TB為引擎上方測量的PM10環(huán)境背景濃度，mg/m3；SA為機(jī)動車行駛的速度，m/s；Etyemezian等[36]通過試驗求得鋪裝道路中b約為3；a與道路清潔程度有關(guān)，隨著所檢測道路的不同而變化；EFA為道路揚(yáng)塵排放因子，g/(輛·km)；k為與TRAKER信號排放相關(guān)的經(jīng)驗常數(shù)，約為8.8 [g/(輛·km)]/(mg/m3)1/3；θA為對速度校正后的排放因子(即相同單位速度下的排放因子)，將其定義為道路揚(yáng)塵排放潛勢。

由式(5)～式(7)可得：

θA=k×a1/3

(8)

由式(8)可知,排放潛勢僅取決于a，而a與路面的清潔程度有關(guān)，反映了過往車輛引起的PM10排放。

國外學(xué)者早期主要利用TRAKER法研究道路揚(yáng)塵排放潛勢，后續(xù)也有許多學(xué)者在前人理論基礎(chǔ)上對TRAKER法進(jìn)行了改進(jìn)，如改變采樣口的位置、針對不同城市開展不同目的的研究等[37-39]。Zhu等[40]在前人理論基礎(chǔ)上采用TRAKER法對Tahoe湖周圍道路揚(yáng)塵排放特征進(jìn)行了全年的監(jiān)測研究，道路類型包括主要公路、城市道路和街區(qū)道路，通過與通量塔的測量值進(jìn)行線性擬合，得到排放因子與TRAKER信號(PM10濃度)之間的關(guān)系，進(jìn)而獲得排放潛勢。Edvardsson等[41]將2個相同的顆粒物檢測儀放置在機(jī)動車頂部的保護(hù)盒中，其中一個檢測儀的采樣頭放置在左反光鏡上，用以記錄PM10的環(huán)境濃度，另一個檢測儀的采樣頭放置在后擋風(fēng)玻璃處，用以測量道路揚(yáng)塵。

1.4 道路揚(yáng)塵檢測方法的聯(lián)合應(yīng)用

將不同的傳統(tǒng)道路揚(yáng)塵檢測方法進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用也是當(dāng)前道路揚(yáng)塵測定的主要技術(shù)手段之一。一方面，通過不同方法聯(lián)用可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)；另一方面，實際揚(yáng)塵監(jiān)測難以測量到其真實值，采用2種及以上方法進(jìn)行聯(lián)測和對比能提高測定精度。道路揚(yáng)塵檢測方法的聯(lián)合應(yīng)用主要基于各種方法間的理論聯(lián)系、采樣的便捷性和采樣目的。

近年來，我國學(xué)者主要針對降塵法、AP-42法和TRAKER法的聯(lián)合應(yīng)用開展了大量研究。如黃玉虎等[42]分別采用降塵法和AP-42法對北京市城八區(qū)不同類型道路進(jìn)行了監(jiān)測，并對2種方法進(jìn)行了評估和比較，發(fā)現(xiàn)2種評估方法具有很好的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R2)為0.78，并對2種方法的優(yōu)劣進(jìn)行了對比。張詩建等[43]聯(lián)用AP-42法和TRAKER法研究了機(jī)動車車速對道路揚(yáng)塵排放特征的影響，認(rèn)為利用AP-42法計算不同城市、不同道路交通揚(yáng)塵的排放因子和排放量時，除了需要考慮車流量和平均車質(zhì)量外，還應(yīng)該將機(jī)動車行駛速度考慮在內(nèi)，這為AP-42法的進(jìn)一步完善提供了依據(jù)。郭碩[44]聯(lián)用TRAKER法和AP-42法建立了道路積塵負(fù)荷和TRAKER信號間的經(jīng)驗公式，研究了石家莊市夏季鋪裝道路機(jī)動車道的道路揚(yáng)塵排放特征。這些研究都有助于未來道路揚(yáng)塵檢測方法的發(fā)展。

將AP-42法和TRAKER法聯(lián)合應(yīng)用具有現(xiàn)實可行性：1)從理論角度看，AP-42法理論成熟、應(yīng)用廣泛，具有完整、具體的排放因子和排放量計算步驟，但在鋪裝道路揚(yáng)塵排放因子計算中忽略了車速對道路揚(yáng)塵的影響；而TRAKER法考慮了車速對道路揚(yáng)塵的影響。2)從采樣便捷性角度看，AP-42法采樣安全系數(shù)低、速度慢；而TRAKER法具有快速在線、安全便捷的優(yōu)點。

2 道路環(huán)境顆粒物的監(jiān)測方法

道路環(huán)境顆粒物監(jiān)測方法按監(jiān)測方式可分為固定監(jiān)測法和移動監(jiān)測法。其中，固定監(jiān)測法又包括自動連續(xù)采樣法和被動采樣法。從國內(nèi)外看，英國[45]、美國[46-48]、新西蘭[49]等國家較早地建設(shè)了道路環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(由多個固定監(jiān)測點組成)，并出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。與之相比，我國道路環(huán)境顆粒物監(jiān)測工作相對薄弱，目前僅在北京、上海、廣州等個別城市建立了少量的交通污染監(jiān)測點[50]。該類固定監(jiān)測點俗稱微觀站，主要包括城市環(huán)境評價點、城市清潔對照點、區(qū)域背景傳輸點和交通污染監(jiān)控點等。移動監(jiān)測法主要通過車載儀器實現(xiàn)對大氣環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測。

2.1 道路揚(yáng)塵微觀站監(jiān)測法

道路揚(yáng)塵微觀站原理與城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站近似。由于大多數(shù)城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站布設(shè)在建筑物頂部平臺或公園綠化平地，不能準(zhǔn)確代表近路面環(huán)境的污染狀況，因此道路揚(yáng)塵微觀站得以建立[51]。道路揚(yáng)塵微觀站是一種集數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸和管理于一體的無人值守的環(huán)境采集系統(tǒng)，通過部署在沿街道路形成一套大氣網(wǎng)格化環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管系統(tǒng)，以云計算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)手段為支撐。除了可以實時監(jiān)測道路揚(yáng)塵顆粒物濃度外，還增加了數(shù)據(jù)上報、數(shù)據(jù)與監(jiān)控視頻融合、數(shù)據(jù)超標(biāo)報警的功能。采用單元網(wǎng)格布點管理的方式，按照“網(wǎng)定格、格定責(zé)、責(zé)定人”的理念，建立“橫向到邊、縱向到底”的區(qū)域網(wǎng)格化監(jiān)控平臺，從源頭有效地控制揚(yáng)塵污染。即環(huán)保人員可以根據(jù)數(shù)據(jù)的變化，準(zhǔn)確查找污染源的位置。目前，國內(nèi)許多環(huán)保公司在研發(fā)微觀站設(shè)備，并在一些城市和地區(qū)投入使用。如北京市大興區(qū)、安徽省合肥市等通過建立道路揚(yáng)塵微觀站開展道路揚(yáng)塵精細(xì)化治理，取得了良好的環(huán)境效益。

2.2 大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法

大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法也是我國當(dāng)前主流的監(jiān)測方法之一，目前在北京、石家莊、天津、唐山、濰坊、西安等多個城市和地區(qū)投入使用。大氣環(huán)境移動監(jiān)測車結(jié)合現(xiàn)代激光傳感器等技術(shù)，是集環(huán)境巡查、信息處理、現(xiàn)場指揮于一體的移動環(huán)境指揮平臺，可以實現(xiàn)對道路揚(yáng)塵污染的日常巡檢，以及對污染性突發(fā)事件的實時監(jiān)測[52]。該車由車體、空氣質(zhì)量傳感器、氣象系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、后備電源安全系統(tǒng)等組成。該監(jiān)測法在原理上與TRAKER法近似但又存在理論區(qū)別，TRAKER法通過實測顆粒物濃度換算得到道路揚(yáng)塵排放潛勢，而大氣環(huán)境移動監(jiān)測車直接獲取顆粒物濃度作為結(jié)果，可以針對某個區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)可實時準(zhǔn)確地傳送至生態(tài)環(huán)境決策部門，進(jìn)而提供技術(shù)支撐。

3 不同檢測方法的優(yōu)缺點對比

上述道路揚(yáng)塵檢測方法具有不同的優(yōu)缺點，適用于不同目的的道路揚(yáng)塵排放研究工作。不同道路揚(yáng)塵檢測方法的優(yōu)缺點對比結(jié)果見表1。

表1 不同檢測方法的對比Table 1 Comparison of different detection methods

降塵法利用降塵缸在一定時間段內(nèi)進(jìn)行樣品收集，與AP-42法相比，采樣安全。收集的樣品由車輛激發(fā)揚(yáng)起并自然沉降，能夠真實反映車輛行駛過程中激發(fā)揚(yáng)塵的真實情況，且能夠反映一段時間內(nèi)道路揚(yáng)塵的平均狀況，因此適用于以道路揚(yáng)塵化學(xué)組分分析及溯源為目的的研究工作。然而，與AP-42法和TRAKER法相比，降塵法不能滿足快速評估的需求，無法計數(shù)揚(yáng)起并飄走的道路揚(yáng)塵，易混入其他源的大氣顆粒物降塵，受氣象因素影響，且忽略了道路揚(yáng)塵與車流量、車速、車質(zhì)量之間的關(guān)系。此外，降塵法無法計算排放因子和排放量。

AP-42法理論完善且被廣泛采用，是當(dāng)前較為成熟的一種道路揚(yáng)塵檢測方法。AP-42法基本能夠滿足快速評估的需求，評估速度介于降塵法和TRAKER法之間，適用于以短時間內(nèi)檢測城市道路相對污染狀況為目的研究工作。采集的道路積塵通過再懸浮吸附到濾膜后，也可以進(jìn)行相關(guān)化學(xué)組分及溯源分析，能夠計算道路揚(yáng)塵的排放因子和排放量。然而，由于AP-42模型本身具有不確定性，國內(nèi)外許多學(xué)者對其進(jìn)行了評估與試驗驗證。如Venkatram[53]認(rèn)為AP-42法的基本假設(shè)與實際狀況并不相符，AP-42法假設(shè)鋪裝道路路面顆粒物去除和來源處于動態(tài)平衡狀態(tài)，使得路面上形成一層顆粒物層，其厚度與道路上的壓痕平均深度有關(guān)。而在實際道路上，道路積塵會隨著機(jī)動車車輪的擠壓、機(jī)動車誘導(dǎo)氣流、熱射流等綜合塵化作用再懸浮和再沉降而變化。Zimmer等[5,54-55]相繼通過試驗論證了采用道路積塵負(fù)荷模擬計算排放因子的局限性，發(fā)現(xiàn)道路積塵負(fù)荷與排放因子間關(guān)系并不明顯，粒度乘數(shù)背后的物理意義尚不清楚，無法驗證。樊守彬等[56]認(rèn)為AP-42法的鋪裝道路揚(yáng)塵排放量的計算中缺乏對車速的考慮，研究發(fā)現(xiàn)排放因子與車速呈指數(shù)關(guān)系，冪指數(shù)為2.7～2.8，車速越高，排放因子越大。此外，AP-42法中各參數(shù)的確定主要依據(jù)為美國本土的道路試驗，與我國道路實際狀況可能存在差異。如我國現(xiàn)行道路揚(yáng)塵檢測規(guī)范中采用的PM10粒度乘數(shù)仍取值0.62 g/(輛·km)。此外，該采樣方法需要操作人員在實際路面進(jìn)行采樣，相對耗費(fèi)人力物力且較為危險。雖然AP-42法存在局限性，不能夠完全真實評估實際道路的絕對污染程度，但它卻可以定量地評價道路清掃的質(zhì)量、不同類型道路間的相對污染程度，仍然在道路揚(yáng)塵檢測中發(fā)揮著重要的作用。

TRAKER法作為快速檢測的主要技術(shù)之一，具有快速準(zhǔn)確、實時在線、簡單安全的特點。降塵法和AP-42法均在城市典型道路上按照一定的間隔進(jìn)行采樣，檢測的活動水平有限，而TRAKER法卻能實現(xiàn)對道路的連續(xù)檢測、實時反映不同地點的污染狀況，快速識別污染問題和污染源。此外，雖然AP-42法也能滿足快速評估需求，但其評估速度遠(yuǎn)小于TRAKER法。然而，為了提高TRAKER法的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，仍然有許多環(huán)節(jié)需要進(jìn)行試驗驗證和完善，如風(fēng)速等氣象參數(shù)對車輪帶起的顆粒物擴(kuò)散的影響，不同車型、車質(zhì)量和路面狀況的影響等。目前TRAKER法僅限用于以檢測道路污染程度為目的的研究，若對道路揚(yáng)塵進(jìn)行化學(xué)組分分析及溯源，仍然要結(jié)合降塵法或AP-42法。

與上述方法相比，道路揚(yáng)塵微觀站及大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法主要利用傳感器技術(shù)。采用傳感器技術(shù)的微型站設(shè)備成本低，易于安裝，可廣泛布點，具有快速監(jiān)測、準(zhǔn)確識別道路揚(yáng)塵污染源的優(yōu)點，主要適用于城市道路揚(yáng)塵治理、政府精細(xì)化道路揚(yáng)塵管控。然而，目前該類方法不適用于計算道路揚(yáng)塵排放因子、排放量以及編制道路揚(yáng)塵排放清單。該方法目前在我國尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，各城市或地區(qū)對采樣的儀器型號、規(guī)格、設(shè)立監(jiān)測點數(shù)量和位置等無明確規(guī)定和要求，無法用于區(qū)域性道路揚(yáng)塵排放情況的對比與評價，且后期運(yùn)營費(fèi)用較高。此外，微型化設(shè)備采用傳感器技術(shù)，其數(shù)據(jù)易發(fā)生漂移，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。雖然許多地區(qū)對大氣網(wǎng)格化監(jiān)控做了有益嘗試，但還是存在覆蓋范圍和監(jiān)測要素不全、監(jiān)測與監(jiān)管結(jié)合不緊密等問題。大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法同樣主要依靠傳感器技術(shù)，因此也存在傳感器性能穩(wěn)定性問題，成品監(jiān)測車價格相對高昂，但可根據(jù)需求利用監(jiān)測儀器自行搭建監(jiān)測車，縮減成本。若想擴(kuò)大監(jiān)測范圍，可多輛監(jiān)測車同時進(jìn)行監(jiān)測。

4 結(jié)論與建議

當(dāng)前流行的道路揚(yáng)塵檢測方法包括降塵法、AP-42法和TRAKER法，以及道路揚(yáng)塵微觀站監(jiān)測法和大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法，不同檢測方法具有各自的優(yōu)缺點。其中，降塵法、AP-42法和TRAKER法主要由歐美國家發(fā)明，我國早期道路揚(yáng)塵檢測方法主要參照西方的方法。隨著道路揚(yáng)塵已經(jīng)不再是歐美國家大氣環(huán)境的主要突出問題，歐美國家在道路揚(yáng)塵檢測方面的研究相對減少。為積極應(yīng)對我國大氣復(fù)合污染、解決道路揚(yáng)塵等問題，伴隨新技術(shù)產(chǎn)生的道路揚(yáng)塵微觀站監(jiān)測法和大氣環(huán)境移動監(jiān)測車監(jiān)測法被大量投入使用。為進(jìn)一步規(guī)范和提高我國道路揚(yáng)塵檢測方法，提出如下建議。

(1)繼續(xù)優(yōu)化道路揚(yáng)塵排放因子。傳統(tǒng)檢測方法主要采用西方道路揚(yáng)塵采樣技術(shù)，在排放因子確定上，大多借鑒歐美等國的排放因子或文獻(xiàn)中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，這嚴(yán)重影響揚(yáng)塵源排放清單和排放量核算的準(zhǔn)確度。雖然我國學(xué)者針對排放因子本地化投入了大量研究，但仍不夠全面和系統(tǒng)，研究結(jié)果受技術(shù)方法和手段等限制，我國仍需要以優(yōu)化道路揚(yáng)塵排放因子為目的開展大量的研究工作。

(2)科研人員和政府管理人員可結(jié)合檢測目的選取合適的檢測方法。若以計算道路揚(yáng)塵排放量、編制排放清單、化學(xué)組分及溯源分析為目的，仍需要采用AP-42法或道路揚(yáng)塵排放檢測方法的聯(lián)合應(yīng)用；若以道路揚(yáng)塵的直接管控為目的，上述方法均可實現(xiàn)。但我國各省(區(qū)、市)發(fā)展水平參差不齊，地方政府需要考慮投入成本，選取適合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件的檢測方法。

(3)繼續(xù)推動道路揚(yáng)塵新興檢測方法的發(fā)展，進(jìn)一步提升傳感器的穩(wěn)定性能。建議采用國標(biāo)方法的小型化設(shè)備與道路揚(yáng)塵微觀站設(shè)備進(jìn)行組合布點，數(shù)據(jù)統(tǒng)一聯(lián)動校準(zhǔn)?？紤]到監(jiān)測設(shè)備可能受到干擾氣體或環(huán)境差異引起數(shù)據(jù)偏差，應(yīng)著手建立和完善嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的環(huán)境質(zhì)量校準(zhǔn)體系。

(4)當(dāng)前我國尚無標(biāo)準(zhǔn)化的道路揚(yáng)塵檢測方法，應(yīng)結(jié)合新興方法完善并統(tǒng)一道路揚(yáng)塵排放的檢測標(biāo)準(zhǔn)。我國關(guān)于道路揚(yáng)塵的檢測標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)HJ/T 393—2007《防治城市揚(yáng)塵污染技術(shù)規(guī)范》，該規(guī)范主要參照美國國家環(huán)境保護(hù)局的AP-42法，由于該規(guī)范制定較早，部分內(nèi)容已經(jīng)無法滿足評估當(dāng)前城市道路揚(yáng)塵排放狀況，應(yīng)著手進(jìn)一步完善。