摘要：中國城市空氣顆粒物污染嚴重，城市鋪裝道路揚塵已成為城市環境空氣顆粒物的重要來源之一。從城市道路塵的來源、監測評估、化學組分構成、道路塵對空氣顆粒物貢獻的評估及治理措施等方面進行了分析探討，展望了今后城市道路塵控制的研究方向。

關鍵詞：城市道路 道路積塵 揚塵 排放因子

從20世紀初提出道路揚塵的問題[1] 到現在，道路揚塵污染對環境空氣質量和人體健康的影響已日益受到研究人員的重視，也引起了環境管理部門的關注，將逐漸成為城市揚塵污染控制的重點之一。

道路揚塵，是指道路、街道上的積塵在一定的動力條件(風力、機動車碾壓或人群活動)的作用下，一次或多次揚起并混合，進入到環境空氣中形成一定粒徑分布的顆粒物。許多研究結果表明，道路揚塵是城市空氣顆粒物的主要來源之一[2]。1990年初，上海市城區(354 km2)道路揚塵排放TSP的量約12.3萬t[3]。北京市城區及近郊區(1040 km2)1999年顆粒物排放清單中，交通揚塵(包括道路揚塵和機動車尾氣塵)排放的TSP為8.06萬t，PM10為2.74萬t，PM2.5為1.00萬t，分別占相應粒徑范圍的空氣顆粒物總排量的33.5％、25.7％和18.7％。

近年全國環境質量公報指出，我國340多個城市中有近2/3的空氣顆粒物濃度超過國家二級標準，成為城市空氣首要污染物。在消煙除塵、機動車尾氣控制收效甚微的情況下，控制道路揚塵等開放源將成為城市空氣顆粒物污染治理的重點之一。為此，開展針對道路塵基本物化特性、監測方法、控制標準、貢獻評估技術、治理技術等方面的研究，對于改善城市環境空氣質量具有重要的現實意義。

1 道路揚塵的主要來源

城市道路分為鋪裝道路和未鋪裝道路，一般前者占絕大部分。鋪裝道路塵的來源十分復雜，主要有：（1）鄰近地區因風蝕、水蝕作用帶來的泥沙與塵土；（2）機動車攜帶泥塊、沙塵、物料等抖落遺撒等；（3）機動車行駛造成自身磨損與消耗（如輪胎、剎車墊的磨損，尾氣凈化裝置的老化與消耗等）及尾氣排放；（4）路面老化破損后被碾壓形成的顆粒物；（5）冰雪天氣施灑沙粒及鹽水形成的顆粒物；（6）生物碎屑，如枯枝落葉，草坪、樹木修剪時遺留的碎屑，經過干燥、碾壓形成顆粒物；（7）廢物丟棄、潑灑，如煙蒂、紙屑等垃圾；（8）大氣降塵。未鋪裝道路塵則主要是道路自身破損形成的。

2 道路塵污染研究現狀

2.1 道路塵監測

道路塵監測是道路塵研究的基礎，包括道路塵監測參數選擇及其監測方法的設計等。通常，衡量道路起塵能力的指標是道路塵排放因子。排放因子是一特征值，它反映排污活動與污染物排放量之間的關系，一般表示為單位質量、單位體積、單位距離、單位時間內排放的污染物的質量。許多研究認為，道路塵排放跟道路積塵負荷及道路上行使車輛的平均重量有密切關系。因此，監測這些參數，可得到道路揚塵的排放因子。

2.1.1 道路積塵量的測定

道路積塵量指單位面積路面上某一粒徑范圍內的顆粒物的重量，幾何粒徑75 µm以下的積塵量稱為積塵負荷。我國目前尚無道路積塵量測定的標準方法，測定工作常根據美國EPA的AP-42手冊中的方法進行。鋪裝道路塵一般用真空吸塵器吸取，未鋪裝道路塵則用掃帚或刷子掃取。道路積塵量根據道路類型的不同而產生差異。城市道路按照功能，可劃分為快速路、主干道、次干道和支路。道路積塵量典型值應當反映這種道路的特征。2003—2004年期間，筆者測定了石家莊、濟南、青島和邯鄲等城市的鋪裝道路的積塵量（見表1）。從表1可看出，同一等級道路的積塵量差異較大，不同等級道路的積塵量平均值也有顯著的區別，非機動車道的積塵量普遍高于同一等級的機動車道，快速路與支路的積塵量大體上高于主干道和次干道。

另外，也有研究人員對城市進行分區，測定各分區內部的道路積塵量。例如，北京市道路積塵負荷在環線上約為5.0 g/m2，二環以內為6.6 g/m2，二三環之間為8.7 g/m2，三四環之間為11.4 g/m2，支路為22.0 g/m2，受市政施工影響的路段高達180 g/m2[4]。張承中等[4]報道了西安市城區道路積塵量，為150~300 g/m2。道路積塵量隨季節發生變化，許多地區冬春季節積塵量較大，而夏秋季節則較少。

2.1.2 道路塵排放因子的測算

道路塵是環境空氣中顆粒物的重要來源之一。許多研究指出，道路塵排放因子的影響因素包括跟道路塵有關的密度、含濕量、粒徑分布、積塵負荷等；與機動車有關的車重、車速、車流量和路況等；與氣象條件有關的風速、降水等。這些因素都影響道路塵排放因子的測算，因此需結合實際情況找出主要影響因素。

道路揚塵排放因子的測定方法主要有：(1)Upwind—downwind法，在測試路段的兩側，即上風向(Upwind)和下風向(Downwind)，立體設置采樣點，測定機動車經過時上下風向的顆粒物濃度差。根據車速、車重、風速、風向、道路積塵量、顆粒物濃度差等參數，采用一定的數學處理方法，得到排放因子與各參數之間的經驗公式。Dyck等[5]及后續許多研究者采用此法測定道路揚塵的排放因子，成為一種基本的方法；(2)隧道法，在隧道入口和出口附近設置采樣點，測定兩者之間的顆粒物濃度差，然后根據車流量、車速、車重、道路積塵量、稀釋比等參數計算交通塵排放因子。實際上，該法得到的排放因子包括道路揚塵和機動車尾氣兩部分，因此道路揚塵排放因子將被高估，除非采用電動機動車進行測定；(3)車載實時濃度差法，在試驗機動車的車身前后兩處設置采樣器或傳感器，根據兩者之間的顆粒物濃度差或信號差以及顆粒物煙羽擴散規律等計算道路塵排放因子。該法在車輛實際行使工況條件下測定道路塵排放因子，因而認為比較真實。Fitzz等[6]和Etyemeziana等[7]均設計類似的方法測定排放因子，被認為是比較符合實際的新方法，具有較大的優越性；(4)室內模擬方法，將機動車或類似汽車行駛的裝置在封閉的空間中運動，測定室內的顆粒物濃度，進而計算道路塵的排放因子。

國內開展道路揚塵排放因子的研究，主要采用Upload—download法和隧道法。Ji等[3]曾對上海市內幾條不同性質和積塵負荷的鋪裝道路進行測定，得到單一車輛的道路塵排放系數經驗公式：

E = 0.000501V0.823u0.139()

式中：E為道路塵排放因子(kg/ km)；V為車速(km/h)；u為風速(m/s)；W為平均車重(t)。

張承中等[4,8]以電廠灰替代道路塵進行正交試驗，并建立“半圓柱”擴散模型，得到速度為30 km/h時，以車輪數目和道路粉塵負荷為變量的單輛機動車的道路塵排放因子計算公式。但以電廠灰模擬道路積塵，忽視了道路塵與電廠灰之間重要的物化特性差異。道路塵主要來自地殼物質顆粒，中位粒徑、密度都比電廠灰大，不易起塵和擴散，致使測定的排放因子偏大。另外“半圓柱”模型未考慮顆粒物的沉降特性，認為顆粒物在各方向上均勻梯度擴散，這也將高估道路塵排放因子。中國環境科學研究院等單位在潭峪溝隧道試驗獲得路塵負荷與交通揚塵排放因子間的數學關系，并依此計算北京市建成區的各種道路交通揚塵的排放因子，但它實際上包括道路揚塵和機動車尾氣塵兩部分。

2.2 道路塵化學組成

道路塵的化學組成也受到人們的關注，主要包括元素、重金屬、離子、有機物等。許多研究表明，道路塵大部分來自于土壤風沙塵。2002—2003年期間，筆者對太原、石家莊、邯鄲、焦作、烏魯木齊等城市的道路積塵和土壤塵(空氣動力學直徑均小于10 μm) 的20余種化學組分進行分析，包括19種元素、2種碳組分和4種離子，各組分的質量分數見表2。對照道路塵和土壤塵的化學組分含量，可以發現道路塵中Si的含量普遍低于土壤塵，Ca、TC、OC等組分普遍高于土壤塵，發生了富集。另外，Cu、Zn、Pb等重金屬相對于土壤塵也發生了富集。其它組分則沒有明顯的規律。這些結果與Ho等[9]及Chow等[10]分別對香港和美國的鋪裝道路塵的分析結果一致。由于機動車排放多環芳烴(PAHs)等有機物，道路塵中的有機物，特別是PAHs，也引起研究人員的關注。尤明剛等[11]對廣州和香港兩地的隧道煙塵、道路塵及下水道積塵中的有機物進行了比較分析，發現廣州的道路塵和下水道積塵中含有豐富的菲及其烷基化多環芳烴，而香港的道路塵和下水道積塵中低分子量多環芳烴缺失，含硫多環芳烴則豐度較高。隨著機動車尾氣凈化裝置逐步普及，國內學者開始注意到道路塵中稀有金屬(如鉑系金屬Pt、Rh、Rd等)的重要影響，但尚未開展研究。

表2 國內若干城市道路塵化學組分的質量分數
2.3 道路塵對空氣顆粒物貢獻的評估

研究道路揚塵對環境空氣顆粒物的貢獻是對道路揚塵所造成的顆粒物濃度或排放量的定量化過程。道路揚塵對空氣顆粒物貢獻，主要有以下一些研究方法。

2.3.1 排放清單法

通過計算每一個具體排放口、線源、面源、體源等的排放量，然后統計各類空氣顆粒物排放源的排放量，這樣可以得到包括道路塵在內的各類排放源的貢獻量(t/a)以及相應的分擔率(％)。美國、加拿大、澳大利亞等國均采取這種方法。中國環境科學研究院對1999年北京市的顆粒物排放清單作了測算，發現交通揚塵貢獻量和分擔率都很大。李悅紅等[12]將其他城市的道路塵排放因子按道路等級估算上海市閔行區道路塵的年排放量。何建等[13]估算了成都市包括道路揚塵在內的各種揚塵的排放清單。后兩者未測定當地道路塵排放因子，排放量計算所依據的公式亦不嚴謹。

2.3.2 受體模型解析法

受體模型是解決污染物來源貢獻大小的重要方法。道路揚塵作為一種重要的顆粒物來源，有時也被納入到受體模型(如CMB，PCA，PMF等模型)之中解析計算。道路揚塵對路邊受體點濃度以及生態良好地區(如峽谷)區域濃度進行分擔率解析是可行的，因為此時道路揚塵對它們影響程度足夠大，遠遠超過了類似的土壤風沙塵等。但它作為一類單獨的排放源對城區范圍進行解析的案例很少見，因為它與土壤塵無法準確區分。有學者嘗試用二重源解析法將道路塵作為一種顆粒物排放源，納入到CMB受體模型中對太原市整體空氣顆粒物濃度進行來源解析，得到的結果認為道路塵是重要的顆粒物來源，但其解析過程仍然存在明顯的不足之處。

2.3.3 濃度差法

濃度差法是根據道路揚塵的主要特性來計算的。該法認為，道路揚塵絕大部分是PM2.5，受重力影響較大，容易沉降，因而垂直擴散范圍較小；另一方面機動車尾氣塵90％以上為PM2.5，容易擴散。基于這一特點，有研究[14,15]將呼吸帶高度(1.5~2.0 m)上的顆粒物濃度減去揚塵影響很小的高度(4~6 m)上的顆粒物濃度，得到所謂的道路揚塵的濃度。這種道路揚塵顆粒物濃度，大致反映了道路附近地區的道路揚塵濃度，尚缺乏嚴謹的理論和試驗支持，也無法得知對整個城市環境空氣顆粒物濃度的貢獻大小。

2.4 道路塵治理措施

道路揚塵是城市揚塵的一種重要具體形式。對于顆粒物來說，道路塵既是源，又是匯，因此控制道路揚塵污染，一方面應設法減少路面積塵量，另一方面需對道路塵的源頭加以控制。

道路積塵是道路揚塵的直接貢獻者，積塵量越小則道路揚塵濃度越小。控制道路積塵量，應當從技術措施和控制標準雙管齊下。從技術措施來看，有道路清掃、灑水沖刷、施灑路面穩定劑、路面硬化等。道路清掃分為人工清掃和機械清掃，前者效率很低，主要清除塊狀垃圾和較大的顆粒，對粒徑小的顆粒物去除不足，也容易產生揚塵；后者包括普通刷掃、刷掃/真空吸塵、純真空吸塵等，對道路積塵的去除效率逐漸提高。李鋼等[16]通過模擬試驗研究了一種國產真空吸塵清掃車對粒徑為750 µm以下的顆粒物的清掃效率，發現對黃土、河砂、水泥等三種質地的顆粒物，其清掃效率超過90％。灑水可增加道路塵的含水量，從而抑制起塵，道路沖刷則直接沖洗道路積塵，使之隨水流進入下水道等。但灑水沖洗頻率和面積比例等重要參數仍需進一步研究。施灑路面穩定劑，可以固定道路積塵，使路面形成一定厚度的硬殼并保持一段時間。這些主要是針對未鋪裝道路。從控制標準而言，就是要制定道路積塵限值標準，對道路積塵進行達標控制。對快速路、主干道、次干道和支路等不同等級的道路設置積塵量限值標準，用以評估道路塵的治理效果。但我國目前道路清掃及灑水沖洗，是根據《城市環境衛生質量標準》、城市市容標準規定、城市容與環境衛生管理條例來實施的，其中尚無道路積塵控制的明確規定以及相應的評估標準和技術方法。

從源治理是道路塵控制的另一個重要方面。源頭治理的目的是減小道路作為顆粒物的匯的作用，從而減少道路揚塵。科學合理地對道路進行綠化，采用草、灌木、喬木相結合的立體綠化方式，消滅裸露地面如樹坑等，以減少風蝕和水蝕作用。加強施工工地和廠礦區管理，強化抑塵措施，特別是出入工地車輛，應實施封閉運輸、車身清洗等措施，實行施工路段保潔制度。根據污染者付費以及誰污染誰治理等原則，建立健全空氣顆粒物開放源管理制度，實行顆粒物排放收費制度。

3 道路揚塵污染研究展望

道路揚塵污染是我國城市揚塵污染的重要形式。我國對道路塵基本物化特性以及道路塵排放因子已經進行了較多的基礎研究，但這僅僅是道路塵污染研究的開端，許多方面尚待深入研究：建立完整可行的道路塵監測程序和方法，為動態地掌握道路揚塵污染狀況提供基礎數據；制定道路積塵限值標準，強化城區各等級道路管理，實行道路積塵量達標管理；尋求科學合理的道路塵貢獻評估技術，了解道路揚塵對城市空氣污染的影響程度；積極開發道路塵控制和治理技術，開展技術效益評估研究，尋求最佳經濟技術；建立空氣顆粒物開放源管理和監督制度，探索并建立空氣顆粒物排污收費機制，對包括工程建設、廠礦開發等在內的顆粒物排放行為征收排污費，通過經濟手段對形成道路塵污染直接或間接行為加以約束。道路塵污染控制，是一項綜合性的工程，需要系統地研究其來源及特性，采取包括工程機械、生態學、環境與經濟管理等多方面的原理和技術才能穩妥進行，從而達到改善城市環境空氣質量的目標。

參考文獻

1 The conquest of road-dust.The Lancet，1910，176(4535)：326

2 EPA’s Compilation of Air Pollutant Emission Factors (AP-42)： Stationary Point and Area Sources fifth edition，volume I.In: Chapter 13,Section13.2.1.December,2003. //www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ ch13/final/c13s0201.pdf

3 Ji X L, Jiang D H, Fei S M, et al. Road dust emission inventory for the metropolitan area of Shanghai City. Atmospheric Environment,1993, 27(11) : 1735~1741

4 張承中，劉立忠，李 濤.單輛機動車二次揚塵量化計算的實驗研究.環境工程，2002，(5)：38~40

5 Dyck R I J, Stukel J J.Fugitive dust emissions from trucks on unpaved roads.Environmental Science & Technology，1976, 10(10):1045~1048

6 Fitz D R.Measurement of PM10 and PM2.5 emission factors from paved roads in California (02-AP-18381-003-FR). Contract No. 98~723, California Air Resources Board Monitoring and Laboratory Division 1001 I Street Sacramento, CA 95812. June, 2001. //138.23.180.142/research/pubs/18381-fr.pdf

7 Etyemeziana V, Kuhns H, Gillies J, et al. Vehicle-based road dust emission measurement: I—methods and calibration. Atmospheric Environment, 2003(37):4559~4571

8 張承中，劉立忠，李 濤，等.機動車二次揚塵機理及影響因素.長安大學學報(自然科學版)，2003，(2)：88~90

9 Ho K F, Lee S C，Chow J C，et al. Characterization of PM10 and PM2.5 source profiles for fugitive dust in Hong Kong. Atmospheric Environment, 2003 ，(37): 1023 ~1032

10 Chow J C，Watson J G，Kuhns H，et al. Source profiles for industrial, mobile, and area sources in the Big Bend Regional Aerosol Visibility and Observational study.Chemosphere, 2004， (54): 185~208

11尤明剛.廣州和香港兩地都市區路塵和下水道積塵中有機污染物及元素組成比較研究：[博士學位論文].中國科學研究院研究生院，2004.95~96

12 李悅紅，周 琴，翟亞綱.上海市閔行區揚塵對大氣環境影響研究.蘇州科技學院學報(工程技術版)，2004，(3)：22~26

13 何 建，肖保平.成都市揚塵對大氣環境影響初探.四川環境，2002，(3)：68~71

14 魏金枝，朱振崗，王賢珍，等.哈爾濱市街道揚塵污染狀況分析.環境與健康雜志，1999，(1)：26~27

15邱洪斌，李興洲，趙宏宇，等.街道揚塵粒徑特征及污染貢獻研究.黑龍江醫藥學，2002，(4)：27

16 李 鋼，樊守彬，鐘連紅，等.北京交通揚塵污染控制研究.城市管理與科技，2004，(4)：151~153
 

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