國(guó)道兩側(cè)環(huán)境空氣中NO2的污染特征分析

黨鳳霞 張焱 張麗珍

摘 要：通過對(duì)107國(guó)道兩側(cè)環(huán)境空氣中NO2濃度的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，得出NO2濃度分布與距離呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與車流量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，綠化帶對(duì)NO2有吸收、隔擋作用，而且在一定風(fēng)速段內(nèi)其吸收凈化作用隨風(fēng)速的加大而有所降低。在沒有綠化帶的地段，NO2濃度分布隨風(fēng)速加大而降低；有了綠化帶的吸收、隔擋作用，當(dāng)風(fēng)速變化在0～2.5m/s時(shí)，綠化帶內(nèi)區(qū)域NO2濃度分布隨風(fēng)速加大而增高。

關(guān)鍵詞：NO2；國(guó)道；污染特征；綠化帶

中圖分類號(hào) R134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）02-77-04

Analysis on Characteristics of NO2 Pollution on Both Sides of National Highway

Dang Fengxia1 et al.

（1Hebei Biqing Environmental Protection Science and Technology CO.Ltd，Shijiazhuang 050011，China）

Abstract：Through the monitoring of NO2 concentration in ambient air on both sides of national highway 107 and data analysis，it showed that on both sides of the national highway， NO2 concentration was negatively correlated with the distance，and positively with traffic flow.Green belt can absorb and block NO2 and below certain wind speed the absorption and purification decreased while wind speed increased. On both sides of national highway，without green belt，it shows that the higher the wind speed，the less NO2 density. With the absorbing and blocking of green belt，when the wind speed changes from zero to 2.5m/s，NO2 density distribution increases while wind speed goes higher.

Key words：NO2；National highway；Pollution characteristics；Green belt

1 引言

根據(jù)相關(guān)報(bào)道[1]，截至2014年底，中國(guó)公路通車總里程達(dá)到446.39萬km，其中，高速公路里程達(dá)11.19萬km，一級(jí)公路8.54萬km。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)越來越健全，機(jī)動(dòng)車保有量逐年增加，機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)環(huán)境的影響也越來越突出。機(jī)動(dòng)車尾氣的氮氧化物排放已經(jīng)成為我國(guó)氮氧化物污染的第二大來源[2]。機(jī)動(dòng)車在啟動(dòng)時(shí)，在火花塞電火花放電的作用下，位于火花塞附近的空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥磻?yīng)生產(chǎn)一氧化氮，即N2+O2=2NO（放電）；NO在空氣中很容易被氧化而生成二氧化氮：2NO+O2=2NO2。研究公路兩側(cè)環(huán)境空氣中NO2的污染特征，對(duì)于采取有效的措施預(yù)防、治理機(jī)動(dòng)車尾氣污染具有重要的參考意義。

陳克軍等[3]通過對(duì)重慶市成渝高速公路3個(gè)收費(fèi)站NO2濃度的分析指出，交通環(huán)境中NO2主要來自機(jī)動(dòng)車尾氣，車流量越大交通沿線的NO2濃度越大；天氣條件對(duì)交通沿線污染物擴(kuò)散有影響，風(fēng)速越大，氣體污染物容易擴(kuò)散，交通沿線的NO2濃度就會(huì)降低。周瑞[4]通過對(duì)淮鹽高速公路附近敏感點(diǎn)的監(jiān)測(cè)研究，得出NO2平均濃度與風(fēng)速均呈不顯著負(fù)相關(guān)，與車流量呈顯著正相關(guān)。李震宇等[5]通過對(duì)滬杭甬高速公路兩側(cè)環(huán)境空氣中NOx分布濃度及其遞減規(guī)律的研究表明，調(diào)整公路兩側(cè)的NOx濃度取決于距離、車流量和天氣條件，距離越遠(yuǎn)濃度越低，車流量較少時(shí)濃度較低，晴朗的天氣有助于NOx的擴(kuò)散，公路兩側(cè)的濃度往往較高。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)地點(diǎn) 本次研究選擇107國(guó)道作為研究對(duì)象，采樣地點(diǎn)設(shè)在石家莊市滹沱河北部約1.5km處路東，監(jiān)測(cè)因子為NO2。107國(guó)道起點(diǎn)為北京廣安門，終點(diǎn)為廣東深圳文錦渡口岸，全程2 698km。這條國(guó)道經(jīng)過北京、河北、河南、湖北、湖南和廣東6個(gè)省份。監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處路段為一級(jí)公路設(shè)計(jì)，雙向四車道，路基寬約25m，是石家莊市的主要出市口之一。監(jiān)測(cè)點(diǎn)所在區(qū)域位于石家莊市區(qū)與正定縣城之間，周圍距離化肥廠、熱電廠等污染企業(yè)均較遠(yuǎn)，附近無NO2工業(yè)污染源，區(qū)域NO2污染源主要來自交通車輛。

2.2 監(jiān)測(cè)時(shí)間及頻率 第一次監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年冬季1月8～10日，選擇在沒有綠化帶隔擋、吸收的情況下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，垂直于道路設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為距離路邊14m、38m、61m、84m處。第二次監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)時(shí)間為2014年夏季8月20日、22日、23日，選擇在有綠化帶隔擋、吸收的情況下進(jìn)行監(jiān)測(cè)，垂直于道路設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為距離路邊1m、20m、50m處。綠化帶為人工種植，采用喬、灌、草結(jié)合的綠化體系，寬度約50m，距離路邊20m和50m的2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均處于綠化帶內(nèi)。2次監(jiān)測(cè)的采樣頻率均為每天的8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00。每次采樣1h。

2.3 測(cè)定方法 參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《環(huán)境空氣二氧化氮的測(cè)定》（GB/T15435-1995），采用便攜式空氣采樣器進(jìn)行采樣，采用分光光度計(jì)進(jìn)行分析測(cè)定[6]。

3 結(jié)果與分析

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果 第一次在無綠化帶隔擋、吸收的情況下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)值在0.030～0.119mg/m3，第二次在有綠化帶隔擋、吸收的情況下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)值在0.015L～0.049mg/m3，均滿足《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-1996）中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]，其中最大監(jiān)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為0.496，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)值的49.6%。監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。監(jiān)測(cè)采樣期間同時(shí)記錄了國(guó)道的車流量，107國(guó)道無隔擋情況下監(jiān)測(cè)期間車流量在2 017～2 331輛/h，其中均以小型車為主，小型車比例為57.9%～59.3%；有隔擋情況下監(jiān)測(cè)期間車流量在2 203～2 964輛/h，也均以小型車為主，小型車比例為59.6%～62.5%。監(jiān)測(cè)期間的車流量超過了陳克軍、周瑞、李震宇等在高速公路監(jiān)測(cè)時(shí)的車流量，依據(jù)交通部《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B-2003），四車道一級(jí)公路遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限的年平均日交通量約為15 000～30 000輛小客車。參照曹立峰的研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果[8]，高峰小時(shí)車流量為日交通量的6%～10.3%，本次監(jiān)測(cè)期間的交通量已接近高峰小時(shí)交通量，由此可見，在沒有其它氮氧化物污染源影響的情況下，一級(jí)公路兩側(cè)附近區(qū)域NO2濃度可滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求，不會(huì)對(duì)人們?nèi)粘５纳a(chǎn)、生活造成明顯不利影響。

3.2 相關(guān)性分析

3.2.1 NO2濃度與距離的相關(guān)性分析 根據(jù)本次研究監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果與距離的相關(guān)分析見表2、表3和圖1、圖2。從無隔擋監(jiān)測(cè)和有隔擋情況下監(jiān)測(cè)結(jié)果都可以看出，NO2小時(shí)平均濃度均隨離路邊距離的增加而降低，此結(jié)果與李震宇等的研究結(jié)果相同。通過線性分析，無隔擋監(jiān)測(cè)時(shí)的線性系數(shù)為-0.034，有隔擋情況下監(jiān)測(cè)時(shí)的線性系數(shù)為-0.039；無隔擋監(jiān)測(cè)期間NO2小時(shí)平均濃度隨離路邊距離的增加而降低的線性趨勢(shì)與有隔擋情況下監(jiān)測(cè)期間相比相對(duì)較平緩。分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種情況的原因主要是有隔擋情況下監(jiān)測(cè)期間正值監(jiān)測(cè)區(qū)域的夏季，路邊綠化帶枝葉茂盛，除污染物的擴(kuò)散稀釋，綠化帶對(duì)汽車尾氣的吸附、隔擋作用減輕了NO2的污染。

3.2.2 NO2濃度與車流量的相關(guān)性分析 本次研究NO2濃度與車流量的相關(guān)性分析見圖3、圖4。第一次無隔擋監(jiān)測(cè)期間的最大小時(shí)車流量是最小值的1.16倍，上下浮動(dòng)小于68輛/h，NO2濃度隨車流量的變化趨勢(shì)并不明顯。第二次有隔擋監(jiān)測(cè)期間的最大小時(shí)車流量是最小值的1.35倍，上下浮動(dòng)小于392輛/h，NO2濃度隨車流量的增加呈不明顯增高趨勢(shì)。陳克軍等監(jiān)測(cè)期間最大小時(shí)車流量是最小值的2倍以下，因此，車流量與NO2濃度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

3.2.3 NO2濃度與風(fēng)速的相關(guān)性分析 本次研究各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位NO2濃度與風(fēng)速的相關(guān)性分析見圖5、圖6。從圖5、6可以看出：（1）無隔擋的情況下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位NO2濃度隨風(fēng)速的增加的變化，總體趨勢(shì)都是隨風(fēng)速的增加NO2濃度降低。分析原因主要是因?yàn)殡S著風(fēng)速的增加污染物的擴(kuò)散能力增加。此結(jié)果與陳克軍、周瑞等的研究結(jié)果基本相同。（2）有隔擋的情況下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位NO2濃度隨風(fēng)速的增加的變化，總體趨勢(shì)是隨風(fēng)速的增加NO2濃度增加。監(jiān)測(cè)期間風(fēng)速小于2.5m/s，綠化帶仍有一定的隔擋作用，但由于風(fēng)速的增加使綠化帶的吸收吸附作用反而減弱，阻滯在綠化帶內(nèi)的污染物既不能得到有效的擴(kuò)散，也不能被植物進(jìn)行有效的吸收，致使綠化帶內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的NO2濃度增加。

4 討論與結(jié)論

（1）本次研究監(jiān)測(cè)選擇的地區(qū)為城郊、無工業(yè)氮氧化物污染源的地區(qū)，雖然監(jiān)測(cè)結(jié)果均不超標(biāo)，但最大值已達(dá)二類環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)值的49.6%，占標(biāo)率較高，因此，應(yīng)采取積極有效的措施控制機(jī)動(dòng)車尾氣對(duì)環(huán)境的影響。從降低污染來源考慮，減少機(jī)動(dòng)車尾氣排放，尾氣凈化的途徑主要有2條[9]：一是改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)、改善燃燒狀況等機(jī)內(nèi)凈化；二是利用催化反應(yīng)、熱反應(yīng)等機(jī)外凈化，在汽車的排氣系統(tǒng)中安裝各種凈化裝置，用化學(xué)方法減少汽車尾氣中的污染物。從源頭上減少機(jī)動(dòng)車氮氧化物的產(chǎn)生。

（2）植物修復(fù)化學(xué)性大氣污染的主要過程是持留和去除。持留過程涉及植物截獲、吸附、滯留等，去除過程包括植物吸收、降解、轉(zhuǎn)化、同化等[10]。通過植物的吸收、轉(zhuǎn)化，將氮氧化物轉(zhuǎn)化為為N2或植物體內(nèi)的氮素從而達(dá)到凈化空氣的目的。綠化帶植物對(duì)NO2的吸收、持留隔擋作用跟風(fēng)速有關(guān)，在靜風(fēng)或小風(fēng)條件下，NO2在綠化帶內(nèi)持留時(shí)間較長(zhǎng)，植物有較充分的時(shí)間進(jìn)行吸收、同化等作用進(jìn)而達(dá)到去除NO2的效果，污染物濃度相對(duì)較低；隨著風(fēng)速的增加，空氣流動(dòng)有所增加，影響了綠化植物對(duì)NO2的吸收去除作用，但由于風(fēng)速較?。ㄐ∮?.5m/s），綠化帶的持留作用阻礙了NO2向外界的進(jìn)一步擴(kuò)散，使其滯留在綠化帶內(nèi)，因此使綠化帶內(nèi)NO2濃度隨風(fēng)速的加大反而增高。

（2）通過監(jiān)測(cè)分析表明，國(guó)道兩側(cè)環(huán)境空氣中的濃度與距離、車流量、風(fēng)速、綠化帶的設(shè)置等均有關(guān)。NO2濃度隨距離增加而降低，隨車流量的增加而增高；在不設(shè)綠化帶的空曠地帶，NO2濃度隨風(fēng)速的加大而降低；綠化帶對(duì)NO2有明顯的去除、隔擋作用，在交通干線兩側(cè)設(shè)置喬、灌、草結(jié)合的綠化帶是減輕汽車尾氣污染的有效措施。

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