汽車尾氣污染
王志石＊
鄧宇華＊
市區空氣中的有害有機物質主要是揮發性有機碳(VOC)和多環芳烴(PAH)。這主要是汽車尾氣污染引起的。Kenski在1984年到1988年收集了美國五個城市的空氣質素的監測數據,結果發現市區空氣VOC污染中,汽車尾氣佔40%,而汽油揮發佔10%。其它污染源如建築塗層揮發、有機溶劑及廚房燒飯污染僅佔小部分。空氣中PAH物質主要來自燃油的不完全燃燒和有機物的熱解(Jones & Leber)。它們是多環有機化合物, 多為致癌物質(Lee et.al)。在美國,汽車尾氣排放是空氣中PAH污染的主要來源, 佔全年的35%。而鋁製品生產和森林火災各佔17%, 燒柴、燒飯、發電和垃圾焚燒各佔12%、11%、6%和3%(Benner et al.)。
澳門市區六點七平方公里面積上有大約五萬輛私家車, 成千輛電單車以及成百輛公共汽車和出租汽車。市區街道狹窄彎曲, 在許多交叉路口形成街區狹谷,不利於汽車尾氣的擴散稀釋。廣州和香港市區存在著同樣的問題。人口的不斷增加和經濟的迅速發展使市區擠擁的交通狀況更趨惡化。市區空氣由於汽車尾氣排放引起的有害有機物的污染是這些城市面臨的共同問題。
自九十年代始澳門建立了市區空氣質素監測系統。最近的監測結果表明, 在交通繁忙區(如黑沙灣、高士德)尾氣排放引起的初級污染物(TSP、CO、NOx)和二級污染物(O3)都很高(見圖一)。Derwent et al.收集了倫敦中心區一年的空氣質素監測數據, 發現空氣中的VOC與NOx的濃度密切相關。Cohnsjo et al.也報告了PAH與NO濃度之間的相關關係。這種相關關係在交通繁忙區尤其突出。
揮法性有機碳VOC
空氣中的VOC之所以重要是因為它與NOx發生化學反應可生成O3。臭氧O3是光化學煙霧的重要成分。對澳門空氣樣品的離子色譜分析發現燃油的燃燒殘餘例如toluene、tatrachloroethylene、xylene和naphthalene以及植物和微生物揮發物例如Camphene和D-limonene。表一給出澳門市區十個監測點空氣樣品中的VOC化合物, 主要是苯系物(toluene、trimethyl benzene等)和有機氯化物。有三十多種VOC化合物被檢測出來, 其中九種為美國國家環保署認定的有害空氣污染物。它們是(tolene、ethyl benzene、chlorobenzene、1.3-dichlorobenze、1.4-dichlorobenzene、benzene和naphthalene)。不同監測點的VOC濃度表現為: 交通繁忙區高於公共汽車站, 而公共汽車站高於清潔區。
多環芳烴污染物PAH
有四十多種PAH化合物可從澳門空氣樣品中檢測出來, 而且無論在何處採樣, 如交通繁忙區, 建築物頂層或清潔區, 其空氣樣品中PAH化合物的分佈都一樣。這表明空氣中PAH污染來自同一個污染源。最新研究表明, 不同的污染源引致空氣中PAH化合物的分佈亦不同。因此, 可以從空氣樣品中PAH化合物的分佈特點確定其污染源。
像naphthalene這樣的含有兩個苯環的PAH化合物多存在於空氣樣品的氣相中。而含有五個或更多的苯環的PAH化合物則多存於空氣樣品的固相中, 即懸浮粒子中。三至四環的化合物則分佈於這兩相中。Westerholm & Li和Lowenthal et al.研究了空氣中PAH化合物的分佈與燃料化學組成之間的關係, 發現對重型柴油機動車而言兩者密切相關。Khalili et al.的研究發現, 汽油機動車排出高濃度的naphthalene而柴油機動車則排放alky-phenanthrene的濃度高。澳門的情況是, 在PAH化合物中phenanthrene濃度高, 含六個苯環的indole[1,2,3-cd]pyreneh和benzo[ghi]perylene等PAH化合物濃度也高。同時含七個苯環PAH化合物如coronene也能從樣品中檢出。說明澳門空氣中PAH污染主要來自柴油機動車的尾氣排放。
機動車尾氣污染的控制
澳門汽車尾氣污染的控制還有一段很長的路要走。當務之急是對澳門市區空氣污染進行全面的計算機模型的環境評價以及搞清楚交通繁忙區街區狹谷空氣流場的特徵和尾氣稀釋擴散的規律, 從而為規定污染控制標準和法規提供科學基礎。
風洞試驗
澳門地區的氣象特點大致為, 夏季的主導風向為東南風, 冬季多為西北風。 一天的風向變化呈海陸風特徵即白天刮向岸風而晚上刮離岸風, 風速在2-5米/秒之間。大氣穩定度屬C級, 混合層高度一千米左右, 在冬季有逆溫現象發生。總的來講, 這樣的氣象特徵有利於空氣中污染物的稀釋擴散。然而, 空氣質素監測結果表明, 在交通繁忙區VOC和PAH有害污染物有強烈的積聚趨勢, 這主要是由於街區狹谷效應造成的。
應用風洞試驗對澳門市區典型的街區狹谷的風場進行了模擬試驗。 結果發現, 在該街區狹谷(即水坑尾)風速幾乎不變化, 且湍流度很高, 表明在街區內存在著氣渦循環區, 風速分佈指數僅0.22,而在高於狹谷區的上空,風速分佈指數可達0.37。對甲烷氣體的追蹤測定發現, 街區的背風側有污染物的積聚, 表明存在著空氣繞流效應, 這是由於空氣繞流引起的負壓造成了污染物的積聚。
表一 澳門市區VOC化合物的濃度（μg/m3）
計算機模型評價
評價汽車尾氣污染的OSPM模型,比較適合澳門的情況。 其評價結果與風洞試驗結果相一致, 表明了街區狹谷中氣渦的存在和繞流效應。計算機模型CAL3QHC較適合交叉路口的空氣污染評價。然而由於該模型的基礎是Gausian煙羽擴散方程, 對澳門的複雜街區情況並不太適合。計算機模型評價的總的結論是, 澳門氣象條件有利於空氣污染物的稀釋擴散。 然而由於街區狹谷效應的存在,汽車尾氣污染是嚴重的, 這大大惡化了交通繁忙區的空氣質素, 對澳門居民的健康帶來了較嚴重的威脅。
* 澳門大學科技學院
