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寒地低凝柴油排放大气颗粒物特征研究

马丽楠  
【摘要】:柴油机是我国重型载货车的主要动力源。基于柴油机的污染物排放对大气污染贡献日益增加的现状,本研究通过开展柴油机排放测试,探究柴油机排放随发动机转速、发动机负荷和燃油种类的变化规律。本研究基于台架测试系统进行不同粒径颗粒物样品的采集,采用DRI OC/EC分析仪和ICP-MS、ICP-OES分别检测颗粒物中的碳质组分和金属元素,探究0号柴油、-20号柴油和-35号柴油在不同工况下的排放特征,开展低凝柴油和普通柴油排放特征的对比研究,并基于重金属数据,建立重金属健康风险评价模型,计算重金属暴露量和危害指数,对不同型号柴油排放重金属的健康风险进行评估。研究结果表明,三种型号柴油颗粒物中含碳组分占总碳的比例相近,均为EC2占比最高,且显著高于其他组分,不同工况条件下元素碳在总碳中占比70%以上。OC/EC比值较低,柴油与空气混合不均匀,燃料不能充分燃烧。对于柴油机排放的PM_(1.0)和PM_(2.5)两种不同粒径颗粒物,三种柴油具有相似排放特征,总体上,PM_(2.5)颗粒物的平均排放因子高于PM_(1.0)颗粒物的排放因子。在发动机转速为低转速,负荷处于高负荷状态下,单位油品的元素碳排放最高,在发动机转速逐渐升高的过程中,元素碳含量有明显减少。在相同的试验条件和相同的颗粒物粒径下,单位-20号柴油燃烧产生的颗粒物中碳质组分高于0号柴油和-35号柴油。不同型号柴油排放的金属元素具有相似规律,除-35号柴油排放PM_(2.5)颗粒物外,均在发动机转速低时,金属元素排放最为显著,在柴油机动车运行过程中,应尽量避免发动机长时间保持低转速运行,以减少Cr、Ni、Zn、Ba、Mo等重金属元素排放。元素之间相关性较强,受其他元素排放影响较大,具有相似的排放趋势。不同型号柴油排放的元素量有所不同,0号柴油重金属元素的平均排放高于-35号柴油和-20号柴油。三种柴油排放的重金属人体暴露量均为手口摄食最高,其次为皮肤接触,最后为呼吸吸入;儿童的重金属暴露量高于成年男性和成年女性。致癌金属Cr元素接近终身致癌风险的临界值,需要注重对于该元素的防护,控制柴油机颗粒物中Cr元素的排放。重金属元素Mn虽然不具有致癌风险,但具有其他健康危害,仍需要加以重视。


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