1、大學生科研創新項目研究報告項目名稱： 家用轎車尾氣中PM2.5排放對北京霧霾天氣影響研究項目類型：重點項目項目年度：2013年項目負責人：茍濟帆（學號：32011080065）負責人院（系）：安全與環境工程學院專業（方向）：安全工程（注冊安全工程師）項目組成員：宋偲雅指導教師：孟超 副教授教務處 制二一四年17摘要由人類活動導致的室外空氣污染每年導致200多萬人死亡，這主要是因為大氣中PM2.5等懸浮顆粒物濃度上升，對人體肺部造成損害，導致肺癌及其他呼吸系統疾病。目前，我國霧霾天氣呈現出三大特點：影響范圍廣、持續時間長以及污染物濃度高，并且出現的城市大多集中在東部經濟較發達地區。最近，霧霾天依

2、然在大范圍蔓延，受影響面積約占國土面積的四分之一，受影響人口約六億人。有分析人士表示，霧霾天氣的成因很多，其中汽車尾氣已成為一個重大污染源，它與空氣中PM2.5含量密切相關。通過對不同類型的家用轎車尾氣中PM2.5的含量分析，汽車的尾氣排放量和行駛里程數是影響PM2.5排放量大小的主要因素，嚴重影響著北京市的空氣質量指數。關鍵詞：PM2.5 汽車尾氣 顯微鏡AbstractEach year ,the outdoor air pollution, which is caused by human activity, is leading to more than 200 people dead

3、, mainly because of the suspended particulate matters in atmosphere, such as PM2.5,whose concentration has increased sharply these years .And they will cause damage to human lungs, even lung cancer and other respiratory diseases. At present, China's fog and haze presents three main features: a w

4、ide scope and long duration and high pollutant concentration, and appears mostly concentrated in the eastern part of the city the more economically developed regions. Recently, fog and haze days are still spreading in a wide range ,and about a quarter of the land area are affected by it.Whats more ,

5、 a population of about six hundred million peoples lives have been greatly influenced. Some analysts have said ,there are a lot of fog and haze causes, and the automobile exhaust has become one of the major sources of pollution, which is closely related to the density of PM2.5 in air. Through analyz

6、ing the PM2.5 content form different types of family car exhaust, exhaust emissions and the number of car mileage are the main factors that affect the size of PM2.5 emissions, which have a serious impact on the air quality index in Beijing.Key words：PM2.5；Automobile exhaust；Microscope；目 錄引言 31 研究過程

7、41.1研究目標 41.2研究方法 41.3樣品分析 42結果與分析62.1實驗結果 62.2數據分析 63 結論與影響研究 93.1 結論 93.2影響研究 9參考文獻 11附錄1 12附錄2 14致謝 16引言2013年1月以來，我國大部分地區多次出現大范圍的霧霾天氣，而中東部地區已出現4次階段性的嚴重污染天氣，PM2.5數值一直較高。據國家氣候中心資料顯示，1月1日至29日，全國霧霾平均日數為4.0天，較常年同期偏多1.2天，為1961年以來最高。1今年國慶假期，京城又處于一片霧霾之中，由于地面只有微弱南風，加上西北部地區的地形阻礙，京城的污染物堆積不散，從而形成霧霾。10月4日下午開始

8、，全城細顆粒物濃度快速上升，PM2.5濃度普遍達到150g/m3以上，全市處于中度污染水平，全市大部地區能見度只有2至5km，東南部和東部地區的路段不足1.5km，入夜后天氣趨穩，隨著濕度加大、風力減小，能見度進一步變差。由于大氣擴散能力相應變差，根據北京市環保監測中心數據，5日上午9點，北京大部分地區處于最高級6級的嚴重污染水平，部分監測站的瞬時濃度已經超過400多g/m3。污染狀況在6日沒有緩解，持續重度霧霾，能見度很低，空氣質量指數全部超過200，首要污染物為PM2.5。2 PM2.5是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于 2.5m的顆粒物，也稱細顆粒物。PM2.5濃度值越高，就代表空

9、氣污染越嚴重。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統。霾是由空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機碳氫化合物等粒子組成的，其核心物質是空氣中懸浮的PM2.5等細顆粒物，它能使大氣渾濁，視野模糊并導致能見度惡化，如果水平能見度小于10000m時，將這種非水成物組成的氣溶膠系統造成的視程障礙稱為霾或灰霾。3隨著空氣質量的惡化，陰霾天氣現象出現增多，危害加重，PM2.5現已成為街頭巷尾熱議的話題。雖然細顆粒物只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質量和能見度等有重要的影響。細顆粒物粒徑小，含有大量的有毒、有害物質且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境質量的影

10、響更大。4截至2011年6月底，全國機動車總保有量達2.17億輛，其中，汽車9846萬輛。全國私家車保有量達7206萬輛，占汽車保有量的73.2%。 數據顯示，北京、深圳、上海、成都、天津等11個城市汽車保有量超過100萬輛。其中，北京達到464萬輛。 小汽車成為主要增長點。小汽車作為目前汽車消費的熱點，保有量呈現出快速增長態勢，在載客汽車保有量和增量兩項數據中均占較大比例。截至6月底，全國載客汽車保有量為6785萬輛，其中，小汽車6146萬輛，占90.6%。從統計情況看，上半年小汽車增加651萬輛，占載客汽車增量的97.8%，是載客汽車的主要增長點，私家車突破7000萬輛。然而，汽車數量的急

11、劇增長，將導致汽車尾氣排放量也大幅度上升。5據新聞報道，汽車尾氣排放對PM2.5含量有直接影響，是霧霾天氣的形成原因之一，因此，對汽車尾氣中顆粒物含量的研究是必不可少的。我們希望通過對該項目的研究,可以數值化地直觀地表現出汽車尾氣中顆粒物的含量，并通過對顆粒物大小的分類分析，研究汽車尾氣排放對于PM2.5的形成影響，可以更有針對性的治理污染。1.研究過程 1.1研究目標 我們旨在通過該項目的研究, 在同一時間段、同一汽油等條件下，對不同類型汽車尾氣中的顆粒物進行分析。通過對各個排放量下汽車尾氣中顆粒物的含量對比，可以在理論上，直觀地表現出汽車尾氣對PM2.5的影響，從而說明汽車尾氣對空氣污染的

12、影響，為環保部門對污染的研究提供依據。同時現實生活中，尤其是在大城市里，幾乎每個家庭都有私家車，那么通過對不同汽車、油類的分析對比，可以為民眾在選擇汽車或油的時候，提供有建設性的參考意見。畢竟減少污染源，削減大氣污染物才是解決問題的根本之道。 1.2 研究方法 1.2.1采樣車輛選擇汽車用油品對PM2.5有重要影響，經過調查，北京市家庭用車絕大多數是汽油車情況，此次研究選用汽油車作為采樣對象。由于北京市家庭用車中主要排量是以1.5至2.4之間，因此我們主要研究排放量在1.5L至2.4L之間的家用轎車，并按排放量分為4類：1.5L以下、1.5L至2.0L、2.0L至2.4L和2.4以上。考慮到汽

13、車行駛里程對排放的影響，我們選擇了從行駛里程10000km至200000km的車輛為重點，分為五類：10000km以下、10000至100000km、100000km至200000km、200000km至300000km、300000km以上。 1.2.2分析方法首先，收集樣本。用采樣器對汽車尾氣進行采樣，按照汽車尾氣采樣要求連接采樣器，在抽氣動力作用下，尾氣流入管中，而顆粒物被阻留在濾膜上。取出濾膜，用硅膠干燥24小時后取出，放入干凈的燒杯中，倒入乙酸丁酯攪拌，用滴管滴到載波片上，放到顯微鏡下觀察。利用物鏡測微尺和目鏡測微尺觀察顆粒物大小，進行計數，統計不同大小的顆粒物數量。 根據相應公式算

14、出最終不同車型含的顆粒物數量，并對數據進行分析研究。6 1.3樣品分析 1.3.1儀器設備及材料IFC-2防爆型粉塵采樣儀、聚氯乙烯濾膜、鑷子、乙酸丁酯、天平（萬分之一）、顯微鏡、采樣盒、干燥皿、蒸餾水、燒杯、滴管等。 1.3.2實驗方法(1)實驗準備：將濾膜逐一編號，放置在干燥皿中干燥，干燥時間為24h。干燥后，取出濾膜，分別稱重，并記錄數據。(2)采樣階段：帶好采樣器等用具進行采樣，每輛車采樣10min或15min不等，并記錄下車的型號、排放量等數據。采樣后，將濾膜再次干燥，干燥時間為24h，稱重后記錄。記錄表見表1。 表1 采樣記錄表 采樣人：時間:采樣時間： 采樣器型號IFC-2防爆型

15、粉塵采樣儀車型排放量里程數濾膜編號濾膜原重濾膜現重濾膜增重PM2.5以下PM2.5以上 (3)計數階段：將濾膜分別放在裝有乙酸丁酯的試管中，加入乙酸丁酯20mL。攪拌溶解2min。調節好顯微鏡，取一滴溶液滴至載波片上，放在顯微鏡下觀察。通過目鏡測微尺和物鏡測微尺，利用公式（1），分別對粒徑2.5m以下，2.5-10m，10m以上進行計數。（1） 式中：D目鏡測微尺刻度的間距數值，單位為微米（m）； a物鏡測微尺刻度數 b目鏡測微尺刻度數 10物鏡測微尺每刻度間距數值，單位為微米（m）。 分別對粒徑2.5m以下，2.5-10m，10m以上進行計數。 顯微鏡下顆粒物觀察如圖1所示。 圖1 顆粒物分

16、散度的測量 計算每輛汽車在采集過程中收集的不同大小的顆粒物的數量。根據公式 （2） 式中：N每輛汽車采集的尾氣中所含的顆粒總數，個； n顯微鏡下觀察到的顆粒數量，個； m每滴溶液中顆粒物的個數，個；(取每滴溶液0.05mL,即m=20） V溶液體積，mL；（本實驗取V=20mL) 根據汽車排放量和采樣器的采氣排量計算出每輛汽車在1min里排出的顆粒物數量： （3） 式中：M每輛汽車1min排放的顆粒總數，個/min； N每輛汽車采集的尾氣中所含的顆粒總數，個； P采樣器排放量，L/min； P汽車排放量，L/s； 2.結果與分析 2.1 實驗結果按濾膜編號，分別記錄濾膜原重、現重、增重、顆粒物

17、含量、采樣時間等數據，詳細數據見附件。 2.2 數據分析實驗共采集了97個汽車尾氣的樣品,其中有效數據68個。在測量過程中，盡可能地統一變量，天氣溫度均在30到35 之間，濕度在35%到45%之間。經過統計整理，得到下列數據圖：見圖2、圖3、圖4。圖2 不同排放量汽車尾氣中的顆粒物總數的平均含量分布圖3 不同排放量汽車尾氣中的PM2.5含量數據總體分布 圖4 不同排放量汽車尾氣中的PM2.5含量數據詳細分布從圖2、圖3、圖4中可以看到：隨著發動機排放量的增加，其尾氣中的顆粒物排放量也呈上升趨勢。以不同的行駛里程數為單一變量，對汽車尾氣顆粒物含量的影響，統計數據如表2： 表2 不同行駛里程數下的

18、汽車尾氣顆粒物含量 里程數汽車排量PM2.5及以下PM2.5以上樣本數量km10,0001.5L以下57880496003以下1.5-2L-02-2.4L-02.4L以上-010,0001.5L以下54400436004-100,0001.5-2L890405680032-2.4L818809640032.4L以上-0100,0001.5L以下46800586006-1.5-2L841205592012200,0002-2.4L954206500022.4L以上106120609203200,0001.5L以下914405900010-1.5-2L983207392010300,0002-2.

19、4L970407580052.4L以上-0300,0001.5L以下107500576804及以上1.5-2L-32-2.4L1248008100022.4L以上-0圖5 不同的行駛里程數下的汽車尾氣中顆粒物含量分布 由表2及圖5中可知，汽車尾氣中PM2.5顆粒物的含量不僅與汽車發動機的排量有關，當排量相同時，隨著汽車行駛里程數（即：使用年限）的增加，汽車尾氣中顆粒物的含量也逐漸增加。圖6為排放量2-2.4L汽車在各里程數下的PM2.5含量，它表明汽車里程數越大，發動機排放的可吸入顆粒物數量也逐漸增加。由此可知，當汽車使用年限過長時，我們建議市民更換新的發動機或購買新汽車，這樣既能滿足個性化需

20、求，也是減少顆粒物排放的有力手段。 圖6 排放量2-2.4L汽車在各里程數下的PM2.5含量 3.結論與影響研究 3.1結論根據以上實驗結果，我們可以得到以下結論：(1)不同類型的家用轎車排放出的顆粒物數量不一樣，而汽車的尾氣排放量和行駛里程數（即：使用年限）是影響PM2.5排放量大小的主要因素。 （2）當家用轎車的行駛里程數相同時，隨著尾氣排放量的增加，汽車尾氣排放的PM2.5含量也逐漸增加，增加幅度基本相同。 （3）當家用轎車的尾氣排放量相同時，隨著行駛里程數的增加，家用轎車的尾氣中顆粒物的含量也逐漸增加，即對于新購買的車輛，尾氣中顆粒物含量較少。 （4）家用轎車排放的PM2.5含量占尾氣

21、中顆粒物總數的50%以上，所占比列基本保持不變。 3.2 影響研究 根據公式（2）和（3），可由汽車排放量和采樣器的采氣排量推算出每輛汽車在1min里排出的顆粒物數量，詳細數據見附錄2。 將采集樣本中的家用轎車按每分鐘排放的顆粒物數進行統計，結果如表4：表4：不同顆粒物數量范圍下的汽車數據分布總顆粒物數量汽車數量（輛）20000以下1020000-500003150000-1000008100000以上19總計68圖7 不同粒徑范圍下的汽車數量分布由表4及圖7可知，北京市接近50%的家用轎車每分鐘排放的顆粒物個數都集中在20000-50000的范圍內，且有30%左右的汽車每分鐘排放的顆粒物個數

22、已達100000以上。 假設北京市每天正常行駛的家用轎車有100萬輛，平均行駛時間為5小時，由于50%左右的家用轎車每分鐘排放量為20000-50000，因此可取每分鐘顆粒物排放量為35000個，則排放的顆粒物數量為1000000*5*60*35000個。由此推算可知，北京市家用轎車每天對空氣中PM2.5數量的貢獻巨大。由此可見，家用轎車尾氣排放對霧霾天氣的形成有直接影響，大幅度降低了空氣質量指數，這給北京市市民的工作和生活帶來了極大的恐懼感。參考文獻1新華網.我國中東部大部分地區持續大范圍霧霾天氣.http:/politics.2新京報.未來三天多雷雨 局地大風冰雹./2013/06/29/

23、270758.html.2013年6月29日發布3中華人民共和國國家環境保護標準.HJ618-2011. 2011年9月8日發布4董雪玲.北京市大氣顆粒物中有機污染特征及來源判識 2008年發布5新華網.北京或再現霧霾天氣減少污染源是根本解決之道.http:/news.6王秦等.我國霧霾天氣PM2.5污染特征及其對人群健康的影響.中華醫學雜志 第93卷第34期5于霞.霧霾天氣的影響因素分析及治.環境保護前沿 2013年（3）.6吳慶梅，張勝軍.一次霧霾天氣過程的污染影響因子分析.氣象與環境科學2010年（2）；12-177范秀英，張微.我國汽車尾氣污染狀況及其控制對策分析.環境科學.第五期；1

24、02-1098鄒本東.因子分析法解析北京市大氣顆粒物PM的來源.中國環境監測2007年02期9張文.達到國IV排放的車用電控柴油機后處理技術研究.上海交通大學10城市汽車排放控制政策研究，作者：劉麗，汕頭大學11董雪玲.北京市大氣顆粒物中有機污染特征及來源判識.中國地質大學.2008年12邱立民.城市大氣中顆粒物源解析的不確定性研究.吉林大學。2012年 13王潤清.霧霾天氣氣象學定義及預防措施J.現代農業科技.2012年（7）；44.14潘本鋒.我國大中型城市秋冬季節霧霾天氣污染特征.環境與持續發展.2013.(1)15石靈芝.城市大氣顆粒物（PM10）源解析與濃度預測及氣象因素影響研究D.

25、中南大學.2011年發布附 錄附錄1編號采樣時間10min/15min稀釋體積20ml采樣器20L/min排放量/L車型里程數/km采樣濾膜濾膜PMPM時間/min原重/mg現重/mg<2.5>2.511.0 奇瑞qq2193881077.78 78.2920110321.2 賽歐890911077.58 78.5319211231.2 五菱2705671077.03 77.9518220141.3 一汽威志238801576.10 76.2410814251.3 長安奔奔640861076.77 76.888910361.3 本田飛度1389041578.78 79.292031

26、2371.3 自由艦1609811077.98 78.0923118081.3 羚羊3094801077.86 78.0525912691.4 大眾寶來1193201577.98 78.09170132101.4 大眾polo1780281077.58 78.28298253111.4 大眾朗逸1782691078.12 78.68201112121.4 大眾polo2449011077.86 78.12203150131.4 大眾途觀2589021078.23 78.68234120141.4 帕薩特2689011077.78 78.29223201151.4 大眾速騰2984701078.

27、48 784 大眾寶來3284911078.03 78.28230178171.4 捷達3570191577.78 78.29299152181.4 捷達3948091577.76 78.05290121191.5 一汽威志13761077.56 77.786678201.5 東南菱悅54241078.28 78.687589211.5 哈弗H6980421577.86 78.09197103221.5 比亞迪F3993071576.78 77.4284172231.5 比亞迪F31489291077.78 78.29260149241.5 蒙迪歐2048031577

28、.98 78.09319132251.5 奇瑞旗云2819011577.86 785 凱越2930191077.83 78.32274198271.6 大眾寶來129601077.86 78.05213178281.6 長安致尚693211076.78 77.42221232291.6 大眾朗逸980781077.78 78.29194112301.6 奇瑞A31137281078.16 78.28247182311.6 高爾夫1174671577.83 78.32172203321.6 起亞秀爾1198231077.78 78.02205131331.6 雪鐵龍12

29、79021077.78 78.29270193341.6 大眾朗逸1459721077.78 78.29220180351.6 標志2071483491077.86 78.12250176361.6 大眾朗逸1498201577.48 78.29243162371.6 伊蘭特1917361077.58 78.28235139381.6 翼虎2178901077.86 78.12224189391.6 捷達2348101077.86 78.08245203401.6 捷達2547151077.66 77.775576411.6 卡羅拉2694341078.16 78.38301150421.6

30、別克凱越2698001577.56 77.77156280431.6 別克凱越2698001077.78 78.29218201441.6 伊蘭特2780241077.78 78.29299229451.6 雪弗蘭3028971077.78 78.09248198461.8 福克斯1988211077.78 78.29201164472.0 路虎攬勝1729661077.76 78.09243190482.0 本田crv1912301078.16 78.28302201492.0 日產逍客1967341577.86 78.08270176502.0 馬自達62387081577.78 78.2

31、9320231512.0 奧迪A4L2392401077.86 78.09197149522.0 君威2986201077.83 78.32293192532.0 凱美瑞3410431077.56 78.12402203542.3 日產帕拉丁459721078.06 78.28213209552.3 豐田RAV43198091078.48 78.62290293562.4 瑞風祥和732951577.56 77.77214332572.4 奧迪A6990271078.48 78.68153208582.4 索納塔1238431077.86 78.03289102592.4 本田雅閣230925

32、1077.98 78.19221198602.4 奧迪A63576211077.16 77.98340192612.4 奧德賽4082051077.83 78.36262149622.4 豐田銳志4114061078.23 78.68204278632.5 斯巴魯413081077.98 78.09247182643.0 寶馬3351941321577.16 77.28278323653.0 寶馬3351941321077.78 78.29278223663.0 維亞諾3167211077.43 78.28240213673.0維亞諾3367141578.0278.64268226684.0

33、普拉多3898711578.12 78.63328251附錄2序號車型里程采樣器顆粒數汽車排放顆粒數（1min）PM2.5以下PM2.5以上PM2.5以下PM2.5以上1奇瑞qq21938820100412006030123602賽歐8909119200448006912161283五菱27056718200804006552289444長安奔奔640868900412003471160685自由艦16098123100720009009280806羚羊309480259005040010101196567大眾polo1780282980010120012516425048大眾朗逸178269

34、20100448008442188169大眾polo244901203006000085262520010大眾途觀258902234004800098282016011帕薩特268901223008040093663376812大眾速騰298470221005280092822217613大眾寶來328491230007120096602990414一汽威志137666003120029701404015東南菱悅542475003560033751602016比亞迪F31489292600059600117002682017凱越2930192740079200123303564018大眾寶來1

35、29602130071200102243417619長安致尚693212210092800106084454420大眾朗逸98078194004480093122150421奇瑞A31137282470072800118563494422起亞秀爾119823205005240098402515223雪鐵龍1279022700077200129603705624大眾朗逸1459722200072000105603456025標志2071483492500070400120003379226伊蘭特1917362350055600112802668827翼虎217890224007560010752

36、3628828捷達2348102450081200117603897629捷達25471555003040026401459230卡羅拉2694343010060000144482880031別克凱越2698002180080400104643859232伊蘭特2780242990091600143524396833雪弗蘭3028972480079200119043801634福克斯1988212010065600108543542435路虎攬勝1729669720076000583204560036本田crv19123012080080400724804824037奧迪A4L2392407880059600472803576038君威29862011720076800703204608039凱美瑞34104316080081200964804872040日產帕拉丁459728520083600587885768441豐田RAV4319809116000117200800408086842奧迪A6990276120083200440645990443索納塔12384311560040800832322937644本田雅閣2309258840079200636485702445奧迪A635762113600076800979205529646奧德賽4082051048005960