资源描述：
西安地铁环境中 PM10、 PM2. 5、 CO2污染水平分析 * 樊越胜1胡泽源1刘亮1谢伟2艾帅1 1． 西安建筑科技大学环境与市政工程学院， 西安 710055; 2． 中交第二航务工程勘察设计院有限公司， 武汉 430071 摘要 针对地铁环境空气污染状况， 于 2013 年 6 月对西安地铁 2 号线各监测车站的站厅、 站台、 车厢及室外的 PM10、 PM2. 5、 CO2的污染水平进行了监测分析。结果表明 站厅、 站台和车厢的 PM10浓度均未超标;PM2. 5浓度最大值分别为 97. 97， 131. 56， 97. 1 μg/m3， 超标率分别为 30. 6、 75. 4、 29. 5， 各监测站点细颗粒物污染较严重。车厢内部 CO2 最高浓度超过 2 357 mg/m3， 缺乏足够的新鲜空气来满足乘客的呼吸需求。对 PM10和 PM2. 5源的相关性分析表明， 站 台和车厢环境中的颗粒物有强烈的相关性， 二者有共同的来源。对站台和车厢环境中的 PM10、 PM2. 5与室外环境的相 关性分析表明，PM10有强烈的相关性 Ｒ20. 83， 0. 78 ;PM2. 5有较弱的相关性 Ｒ20. 43， 0. 11 。各监测车站站台 PM2. 5/PM10为 0. 64 ～0. 83， 平均值为 0. 72; 车厢 PM2. 5/PM10为 0. 68 ～0. 85， 平均值为 0. 78。 关键词 PM10; PM2. 5; 地铁; 站台; 车厢 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201405028 PM10，PM2. 5，CO2POLLUTION LEVEL ANALYSIS IN XI’ AN METＲO ENVIＲONMENT Fan Yuesheng1Hu Zeyuan1Liu Liang1Xie Wei2Ai Shuai1 1． School of Environmental and Municipal Engineering，Xian University of Architecture and Technology，Xian 710055，China; 2． CCCC Second Harbor Consultants Co． ，Ltd，Wuhan 430071，China AbstractIn order to learn the pollution in the tube，concentration of PM10，PM2. 5，CO2in each monitoring point in station hall，plat，carriage and outdoor on Xian metro line Ⅱ were monitored in June 2013． The results indicated that in the station hall，plat and carriage，PM10concentration doesn’ t exceeded the standard limit;but the maximum value of PM2. 5 were 97. 97，131. 56，97. 1 μg/m3and their exceeding rate were 30. 6，75. 4 and 29. 5 respectively． The fine particulate matter pollution of each monitoring site is considerably serious． The highest concentration of CO2in the carriages is more than 2 357 mg/m3，so there is not enough fresh air to support the passengers’breathing． The correlation analysis of PM10and PM2. 5source shows that there is a strong correlation between the particles in plats and carriages，and the two share a common source． The correlation analysis between PM10，PM2. 5in plats and carriages environments and the outdoor environment indicated that PM10shows a strong correlation Ｒ20. 83， 0. 78 ;PM2. 5shows a weaker correlation Ｒ20. 43， 0. 11 ． The PM2. 5/PM10in plat of each monitoring station ranges from 0. 64 to 0. 83，with a mean value of 0. 72;the PM2. 5/PM10in carriages ranges from 0. 68 to 0. 85，with a mean value of 0. 78． KeywordsPM10;PM2. 5;metro;plat;carriage * 陕西省教育厅专项科研项目 11JK0943 。 收稿日期 2013 －07 －30 0引言 近年来我国各大城市地铁交通建设蓬勃发展， 西 安作为国际化大都市， 地铁建设也已进入快速发展的 轨道， 地铁已经成为人们出行的主要交通方式。然而 地铁列车在有限的空间里高频率运行， 可能会导致来 自室外或内部产生的污染物积聚［1 ］， 如果没有良好 的机械通风系统将会导致污染物浓度达到危险的水 平 ［2 ］。实际测试表明， 地铁内颗粒物浓度表现出较 大差异， 既有较高的浓度水平［3- 5 ］， 又有较低的浓度水 平 ［6- 7 ］， 其中的差异可能是地铁系统以及设备的不同 例如供电系统、 刹车系统、 通风系统、 运行情况 所 造成的 ［8- 9 ］。 Karlsson 等人 ［10 ］指出， 与街道颗粒物相比， 地铁 021 环境工程 Environmental Engineering 颗粒物大约具有其 8 倍的遗传毒性和 4 倍的可能性 引起肺组织的氧化压力。最近研究表明， 细颗粒物 PM2. 5可能与疾病的增加有关; 另外， 地铁系统颗粒物 通常含有铁、 锰、 铬、 镍、 铜等金属元素， 这些颗粒物进 入人体后， 对人们的健康危害极大 ［1 ］。Karlsson 等 人 ［10 ］也指出地铁颗粒物毒性比街道颗粒物毒性更 大。陈焕新 ［11 ］等人指出， CO 2对脑脊髓中枢神经有 强烈的刺激作用， 当空气中 CO2含量过多时， 人就会 产生头痛、 眩晕、 呼吸急促、 肌肉疲劳无力、 耳鸣等症 状， 进而窒息。因此， 持续监测及研究地铁环境中颗 粒物与 CO2的污染水平， 对于保护乘客与地铁工作 人员的健康有着重要的意义。 1实验部分 1. 1采样地点及时间 西安地铁 2 号线为西安地铁首条运营线路， 一期 工程 于 2011 年 9 月 16 日 投 入 运 营，全 长 约 20. 50 km， 设 17 座地下车站， 北至北客站， 南至会展 中心， 途径龙首源、 钟楼、 小寨等商业中心， 交通主干 道和城市住宅区。本次采样选择南稍门站至凤城五 路站区间的 9 个站点，除北大街站是地下一层为站 厅层、 地下三层为站台层外， 各监测站点均是地下一 层为站厅层， 地下二层为站台层; 监测位置为每个地 铁站的站厅、 站台、 车站入口附近主干道旁和列车车 厢， 每个车站均装有空调通风系统及屏蔽门系统。于 2013 年 6 月 1318 日连续监测， 监测时间为每天 7 309 40， 10 0011 00， 14 3017 00 三 个 时段。 1. 2监测仪器及方法 采用 1. 109 型便携式气溶胶光谱仪 德国 Grimm 公 司 对 PM10、PM2. 5进 行 监 测，采 样 流 量 为 1. 2 L/min， 测量粒径为 0. 25 ～32 μm， 数据记录时间 间隔设定为 6 s。 采用 7525 型 IAQ- CALCTM 室内空气检测仪 美 国 TSI 公司 对 CO2进行监测。 1. 2. 1正常监测 1监测时间 每天 7 309 40， 14 3017 00 两个时段。 2监测点布置及监测方法 根据 GB/T 17220 1998公共场所卫生监测技术规范 要求， 在公共区 站台、 站厅 按梅花布点方式各布 5 个监测点， 采样 高度为人群呼吸带范围 距地面 1. 2 ～1. 5 m ， 避开 人流通风道、 空调风口等， 并距离墙壁 1 m 左右。在 列车车厢长度中心线上均匀布置 3 个监测点， 在列车 正常行驶过程中进行监测。每个监测点结果为其数 据平均值， 车站公共区和车厢 PM10、 PM2. 5及 CO2浓 度取其所有监测点的平均值。 1. 2. 2连续监测 1监测时间 每天 10 0011 00。 2监测点布置及监测方法 车站公共区不再进 行监测， 只对列车车厢进行监测， 监测点设置在车门 附近， 在列车运行过程中连续监测， 并记录列车车门 开启时刻和车厢内乘客数量。 1. 3数据分析 监测数据运用 SPSS 20. 0 软件进行统计学分析， 相关性分析检验 PM10和 PM2. 5源的关系; 站台和车厢 PM10、 PM2. 5与室外环境的关系; 对 PM2. 5/PM10进行比 较分析。 1. 4评价标准 站厅和站台 PM10、 CO2按照 GB 501572003地 铁设计规范 进行评价， 车厢内 PM10、 CO2按照 GB 96731996公共交通工具卫生标准 进行评价; 因 目前还没有具体的规范给出地铁环境中 PM2. 5污染评 价标准， 可依据 GB 30952012环境空气质量标准 进行评价。 2结果与讨论 2. 1PM10和 PM2. 5监测结果与分析 表 1 为各监测车站站厅、 站台和车厢的 PM10、 PM2. 5、 CO2的浓度。监测结果表明 站厅和站台 PM10 的浓度最大值分别为 186. 8， 177. 6 μg/m3， 均低于 GB 501572003 规定的日平均浓度值 250 μg/m3 ; 远 低于张海云等人 ［12 ］监测的上海地铁 PM 10的最高浓度 503 μg/m3。这可能与西安地铁 2 号线运营时间较短 2011 年 9 月开通 ， 人流密度较小以及空调通风系 统过滤效果较好等原因有关。车厢 PM10的浓度最大 值为 123. 2 μg/m3， 低 于 GB 96731996 规 定 的 250 μg/m3; 也低于张志诚等人［13 ］监测的深圳地铁列 车车厢 PM10的最高浓度260 μg/m3; 仅就 PM10颗粒物 污染而言， 低于标准规定值， 能够满足乘客对地铁环 境的要求。 但站厅、 站台和车厢 PM2. 5的浓度最大值分别为 97. 97， 131. 56， 97. 1 μg/m3， 均超过 GB 30952012 规定的二级浓度限值 75 μg/m3， 超标率分别为 30. 6、 75. 4、 29. 5， 污染较严重， 分析其原因可 能是因为列车空调系统对细颗粒物的过滤效率较低 121 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 所致。通过与伦敦地铁和首尔地铁对比分析可知， 该 测试结果明显较低， 监测结果的不同可能是由于城 市、 季节、 制动系统的类型、 空调通风系统和车站深度 的不同等原因造成的［14 ］。 表 1站厅、 站台和车厢的 PM 10、 PM2. 5、 CO2浓度 Table 1PM10，PM2. 5，CO2concentration of station halls， plats and carriages 站 名 PM10 珋x s / μg m －3 PM2. 5 珋x s / μg m －3 CO2/ mg m －3 站厅站台车厢站厅站台车厢站厅站台车厢 南稍门150. 1 26. 2489. 09 15. 8360. 3 8. 1166. 19 10. 5262. 4 2. 744. 7 2. 279781 0532 357 永宁门73. 45 11. 673. 1 10. 956. 3 10. 135. 9 1. 7948. 4 3. 0548. 9 3. 649231 0272 416 钟 楼60. 5 9. 4555. 4 5. 3148. 1 3. 535. 4 1. 9935. 6 1. 6235. 9 2. 81 0311 1392 259 北大街119. 4 8. 37124. 2 10. 3795. 3 10. 479. 7 4. 19102. 6 2. 474. 4 2. 717888052 554 安远门157. 6 22. 32126. 3 12. 3490. 8 7. 4961. 5 4. 4595. 2 3. 8261. 3 2. 688259822 063 龙首源75. 2 8. 12135 13. 59106 21. 9649 2. 53107. 4 5. 281. 6 8. 258969332 023 大明宫西83. 56 6. 36131. 8 11. 67109. 7 18. 5344. 5 3. 4697. 3 3. 5192. 7 7. 978927661 296 市图书馆146. 4 5. 31123. 2 9. 5100. 7 12. 7785. 5 4. 5885. 7 3. 1285. 4 5. 249631 0271 375 凤城五路186. 8 21. 29177. 6 22. 11123. 2 18. 5297. 97 4. 12131. 56 6. 297. 1 6. 028969531 336 2. 2地铁车厢 PM10、 PM2. 5及 CO2变化规律 图 1、 图 2 分别为连续监测时车厢内 PM10、 PM2. 5 和 CO2浓度的变化规律。由图 1 可知 PM 10与 PM2. 5 的浓度变化趋势一致; 当列车停靠站车门打开时， PM10、 PM2. 5的浓度瞬间迅速增加， 列车车门关闭正常 行驶后， PM10、 PM2. 5的浓度恢复稳定， 可能是因为乘 客携带颗粒物、 人员的走动引起的二次悬浮使颗粒物 浓度增加， 这与文献［ 15］ 的研究结果一致。 图 1车厢内 PM10、 PM2. 5浓度变化规律 Fig． 1PM10/PM2. 5concentration variation rules in carriages 图 2车厢内 CO2浓度变化规律 Fig． 2CO2concentration variation rules in carriages 由图 2 可知 当乘客大量涌进地铁列车时， 车 厢内 CO2浓度会急剧上升; 当乘客站在车门附近 时， 车门打开时乘客会暴露在颗粒物浓度迅速增 加和 CO2浓度迅速减少的环境中。车厢内 CO2 浓 度与乘客数量成正比， 说明车厢内 CO2主要由乘 客呼吸产生。在车厢内部， CO2最高浓度已超过 2 357 mg/m3， 比空气中 CO2浓度高 3 倍 ～ 4 倍， 但 还未达到引起乘客注意的水平， 乘客仅仅关注车 厢内冷热程度; Park 等人研究表明， 调查的 1 105 名乘客中， 54. 4 的乘客在乘坐地铁时频繁感到 困倦， 94. 7 的乘客抱怨乘车时感到困倦［16］， CO2 浓度达到 3 929 ～ 9 821 mg/m3时能够导致大多数 人嗜睡或困倦［17］。这些症状表明地铁列车车厢 缺乏新鲜空气， 列车空调系统不能提供足够的新 风来稀释车厢内部的 CO2。 2. 3PM10和 PM2. 5源的相关性 图 3 为站台和车厢 PM10、 PM2. 5线性回归拟合曲 线。回归分析表明， 站台和车厢的 PM10与 PM2. 5有强 烈相关性 Ｒ20. 92， 0. 75 ， 说明站台和车厢的颗粒 物有一个共同来源， 车厢环境中颗粒物的主要来源为 站台环境中颗粒物向车厢的渗透， 这与文献［ 18］的 研究结果相同。回归线斜率表明， 车厢 PM10与 PM2. 5 的 69 与 64 由站台决定。Brains 等人 ［19 ］研究表 明， 布拉格地铁系统站台和车厢 PM10有更高的相关 性 Ｒ20. 96 。说明车厢内乘客的颗粒物暴露水平 与站台有较强的相关性。当列车车门打开时， 由于乘 客的携带、 气流的流动作用使颗粒物从站台进入车 厢， 对车厢内颗粒物浓度造成影响。 221 环境工程 Environmental Engineering 图 3站台与车厢 PM10和 PM2. 5的相关性 Fig． 3Correlation of PM10and PM2. 5of plats and carriages 2. 4站台和车厢 PM10、 PM2. 5与环境的相关性 图 4、 图 5 为室外与站台和车厢 PM10、 PM2. 5的线 性回归拟合曲线， 由图可知 站台、 车厢 PM10浓度水 平与室外 PM10浓度水平有强烈的相关性 Ｒ20. 83， 0. 78 ， 说明室外 PM10水平显著的影响着站台和车厢 的 PM10水平， 这与 cheng 等人［20 ］的研究结果一致。 Aarnio 等人 ［21 ］研究发现地铁系统中颗粒物粒径分布 和数量浓度与室外环境监测站的测量结果一致， 表明 地铁站颗粒物的主要来源是街道交通产生的颗粒物。 站台、 车厢 PM2. 5浓度水平与室外 PM2. 5浓度水平 有较弱的相关性 Ｒ2 0. 43、 0. 11 ， 说明室外 PM2. 5 水平对站台和车厢的 PM2. 5水平影响很小， 这与 Kam 等人 ［18 ］的研究结果一致。表明细颗粒物主要是由车 站室内产生; 地铁环境 ［10 ］中细颗粒物浓度很少被室 外影响， 存在一个稳定的环境浓度。 图 4站台、 车厢 PM10浓度与室外 PM 10浓度线性回归拟合曲线 Fig． 4Linear regression fitting curve of PM10concentration of plats and carriages and outdoor environment 图 5站台、 车厢 PM2. 5浓度与室外 PM 2. 5浓度线性回归拟合曲线 Fig． 5Linear regression fitting curve of PM2. 5concentration of plats and carriages and outdoor environment 2. 5PM2. 5/PM10比较分析 图 6 为各监测车站站台与车厢 PM2. 5/PM10的情 况。监测结果表明， 站台 PM2. 5/PM10为0. 64 ～ 0. 83， 平均值为 0. 72。车厢 PM2. 5/PM10为 0. 68 ～ 0. 85， 平 均值为 0. 78。这与 Kam 等人 ［18 ］研究的美国洛杉矶 地铁车厢内 PM2. 5/PM10平均值 0. 79高于站台 0. 73 以及 Cheng 等人 ［20 ］研究的中国台北地铁车厢 内 PM2. 5/PM10平均值 0. 75 ～0. 78 高于站台 0. 65 ～ 0. 75 的结果相同。研究结果表明， 站台、 车厢的颗粒 物污染主要为细颗粒物， 可能有三个原因 一是街道 机动车排放的废气通过地铁空调系统过滤后主要为 细颗粒物， 然后进入地铁系统， 导致地铁环境中细颗 粒物浓度增加; 二是列车刹车系统摩擦时会产生细颗 粒物; 三是夜间地铁的维护和清理工作也会产生细颗 粒物。这是地铁系统中细颗粒物的主要来源。 图 6各地铁车站 PM2. 5/PM10比值情况 Fig． 6The ratio of PM2. 5to PM10of each subway station 3结论 1虽然西安地铁环境中站厅、 站台及车厢 PM10 浓度未超过相应标准规定限值; 但 PM2. 5浓度却超过 321 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment GB 30952012 规定的二级浓度限值 75 μg/m3; 表 明， 地铁环境中细颗粒物污染较严重。 2地铁列车停靠站车门打开时， 列车车门附近 PM10、 PM2. 5的浓度瞬间迅速增加， 列车车门关闭正常 行驶后， PM10、 PM2. 5的浓度恢复稳定。车厢内 CO2 浓 度与乘客数量成正比。 3站台和车厢的 PM10与 PM2. 5有强烈的相关性 Ｒ20. 92、 0. 75 ， 二者有共同的来源。 4站台、 车厢 PM10浓度水平与室外 PM10浓度水平 有强烈的相关性 Ｒ20.83、 0.78 ; PM2.5浓度水平与室 外 PM2.5浓度水平有较弱的相关性 Ｒ20.43、 0.11 。 5站台 PM2. 5/PM10为 0. 64 ～ 0. 83， 平均值为 0. 72。车厢 PM2. 5/PM10为 0. 68 ～0. 85， 平均值为0. 78。 参考文献 ［1］Cheng Yuhsiang，Yan Jhihwei． Comparisons of particulate matter， CO and CO2levels in underground and ground- level stations in the Taipei mass rapid transit system ［J］ ． Atmospheric Environment， 2011 45 4882- 4891. ［2］Nieuwenhuijsen M J，Gmez- Perales J E，Colvile Ｒ N． Levels of particulate air pollution，its elemental composition，determinants andhealtheffectsinmetrosystems［J］ ．Atmospheric Environment， 2007 41 7995- 8006. ［3］Kim K Y，Kim Y S，Ｒoh，Y M，et al． Spatial distribution of particulate matter PM10and PM2. 5in Seoul Metropolitan Subway stations［ J］ ． Journal of Hazardous Materials， 2008， 154 440- 443. ［4］Park D U，Ha K C． Characteristics of PM10，PM2. 5，CO2and CO monitored in interiors and plats of subway train in Seoul， Korea ［ J］． Environment International， 2008， 34 629- 634. ［5］Ｒaut J C，Chazette P，Fortain A． Link between aerosol optical， microphysical and chemical measurements in an underground railway station in Paris［J］． Atmospheric Environment， 2009， 43 860- 868. ［6］Gmez- Perales J E， Colvile Ｒ N， Fernndez- Bremauntz A A， et al． Bus，minibus，metro inter- comparison of commuters’exposure to air pollution in Mexico City［ J］． Atmospheric Environment， 2007， 41 890- 901. ［7］Cheng Y H，Lin Y L，Liu C C． Levels of PM10and PM2. 5in Taipei rapid transit system［ J］ ． Atmospheric Environment， 2008， 42 7242- 7249. ［8］Nieuwenhuijsen M J，Gmez- Perales J E，Colvile Ｒ N． Levels of particulate air pollution，its elemental composition，determinants and health effects in metro systems［J］． Atmospheric Environment， 2007， 41 7995- 8006. ［9］Salma I， WeidingerT， MaenhautW．Time- resolvedmass concentration，composition and sources of aerosol particles in a metropolitan undergroundrailwaystation ［J］ ．Atmospheric Environment， 2007， 41 8391- 8405. ［ 10］Karlsson H L，Nilsson L，Moller L． Subway particle area more genotoxic than street particles and induce oxidative stress in cultured human lung cell［ J］ ． Chem Ｒes Toxicol， 2005 18 19- 23. ［ 11］陈焕新， 黄素逸， 杨培志． 合理控制空调列车车厢内 CO2浓度 ［J］． 建筑热能通风空调， 2011 6 32- 34. ［ 12］张海云， 李丽， 蒋蓉芳， 等． 上海市地铁车站空气污染监测分析 ［J］． 环境与职业医学， 2011， 28 9 564- 566， 570. ［ 13］张志诚， 余淑苑， 王苑玲， 等． 深圳地铁列车空气卫生质量的调 查分析［ J］ ． 中国卫生工程学， 2007， 6 6 343- 344. ［ 14］Adams H S， Nieuwenhuijsen M J，Colvile Ｒ N， et al． Fine particle PM2. 5personal exposure levels in transport microenvironments， London，UK［ J］ ． Sci Total Environ， 2001b， 279 29- 44. ［ 15］Park Donguk，Ha Kwonchul． Characteristics of PM10，PM2. 5，CO2 and CO monitored in interiors and plats of subway train in Seoul，Korea［ J］ ． Environment International， 2008 34 629- 634. ［ 16］Park D U，Jin K W，Yoo K N．Analysis on Non- malignant respiratory and drowsiness rate symptom for passengers using subway in Seoul［ J］ ． Korean J Environ Health， 2006， 32 5 412- 417. ［ 17］Sheet Metal and Air Conditioning Contractor’National Association SMACNA ． Indoor Air QualityA Systems Approach［M］ ． 3rd edition， SMACNA， 1998. ［ 18］Winnie Kam，Kalam Cheung，Nancy Daher， et al．Particulate matter PMconcentrations in underground and ground- level rail systems of the Los Angeles Metro［J］． Atmospheric Environment， 2011， 45 1506- 1516. ［ 19］Branis M．The contribution of ambient sources to particulate pollution in spaces and trains of the Prague underground transport system［J］． Atmospheric Environment， 2006， 40 2 348- 356. ［ 20］Cheng Yuhsiang，Lin Yilun，Liu Chiachen． Levels of PM10and PM2. 5inTaipeiＲapidTransitSystem ［J］．Atmospheric Environment ， 2008， 42 7242- 7249. ［ 21］Aarnio P，Yli- Tuomi T，Kousa A，et al． The concentrations and composition of and exposure to fine particles PM2. 5 in the Helsinki subway system［J］ ． Atmospheric Environment ， 2005， 39 5059- 5066． 第一作者 樊越胜 1965 － ， 男， 博士， 教授， 主要从事大气颗粒物污染 及控制研究。fanyuesheng xaunt． edu． cn 421 环境工程 Environmental Engineering
展开阅读全文
