朱振宇 張詩建 張亞飛 張 靜 姬亞芹

(南開大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300071)

道路揚塵指道路積塵在一定的動力條件(風力、機動車碾壓、人群活動等)的作用下進入環(huán)境空氣中形成的揚塵［1］。隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快和機動車保有量的增加，道路交通揚塵已成為城市道路揚塵的主要來源［2］。這部分顆粒物往往反復沉降與揚起，多次進入環(huán)境空氣中，造成重復污染。源解析研究結果表明，我國北方多數(shù)城市環(huán)境空氣顆粒物中揚塵的貢獻率在50%左右，揚塵在部分城市總懸浮顆粒物中所占比例為:北京60%、西安62%、濟南54%、石家莊60%、南京59%、常州55%，數(shù)據(jù)表明揚塵污染已成為影響城市環(huán)境空氣質量的重要因素之一［3］。而由于城市中道路面積所占比例很大，道路交通揚塵又成為城市揚塵的重要組成部分，因此控制道路交通揚塵污染是提高城市空氣質量的一種重要途徑。

控制道路交通揚塵污染首先要進行采樣與檢測，在《防治城市揚塵污染技術規(guī)范》(HJ/T393－2007)中已經(jīng)建立了道路積塵負荷的檢測方法。但是，隨著科技進步和研究的不斷深入，道路交通揚塵采樣方法和采樣設備不斷增加和改進，目前主要包括降塵法、積塵負荷法和快速檢測法三種。本文介紹了當前上述三種采樣方法的研究進展，為今后篩選適用于道路揚塵的快速便捷的采樣方法提供參考。

1 降塵法

降塵法是模擬自然狀況下?lián)P塵的沉降過程從而進行采樣的一種方法。根據(jù)收集容器內(nèi)所加入的介質的不同又分為干法、濕法和玻璃球法3 種。我國國家標準《環(huán)境空氣－降塵的測定GB/T 15265－94》規(guī)定，降塵收集裝置(集塵缸)為直徑15cm、高度30cm 的圓柱形平底玻璃容器。

1.1 干法收集

干法收集裝置就是在容器內(nèi)不加任何介質，大氣中的塵物質直接沉降在容器的器壁和底部。干法收集的不足之處在于無法避免已經(jīng)進入容器的降塵“二次起塵”，從容器中逃逸。因此，干法收集裝置的應用較少。

王帥杰等［4］利用干法收集裝置進行了石家莊市地面起塵量的估算方法研究。針對道路地面，將采樣點設在主、次道路交通崗亭上，采樣高度為1.5m，將編好號的集塵缸(內(nèi)徑15 ±0.5cm、高30cm 的圓筒形玻璃缸)罩上塑料袋，置于采樣點的固定架上，取下塑料袋，開始采樣，采樣時間為一個月。結果表明，TSP 中揚塵濃度與地面起塵因子成準對數(shù)關系。

1.2 濕法收集

濕法收集裝置與干法收集裝置的不同之處在于容器內(nèi)加入了一定量的液體，進入收集容器的降塵物質溶入液體中或沉積在容器底部，從而有效避免“二次起塵”現(xiàn)象。我國國家標準《環(huán)境空氣－降塵的測定GB/T 15265－94》規(guī)定使用乙二醇(C2H6O2)水溶液進行濕法收集，乙二醇的加入量為60～80mL，根據(jù)不同季節(jié)的蒸發(fā)量與降水量，酌情加蒸餾水50～200mL。

樊守彬等［5］采用濕法收集裝置監(jiān)測北京道路揚塵并分析降塵排放特征。對北京市城八區(qū)的快速路、主干道、次干道和支路共計40 條道路進行道路降塵(DFr)監(jiān)測，每條道路布置2 個降塵監(jiān)測點，同時選擇14 個公園或綠地進行背景降塵(DFb)監(jiān)測，道路降塵與背景降塵的差值作為道路自身降塵(ΔDF)。集塵缸的尺寸和樣品分析程序均依照《環(huán)境空氣－降塵的測定－重量法》(GB/T15265－1994)規(guī)定執(zhí)行，材質為95 號玻璃。每月采樣一次，每次采樣30d，2007年共采集12 次，每期共獲取1128 個降塵監(jiān)測樣品。以1年的數(shù)據(jù)作為研究周期，對2007年全年數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。結果顯示，快速路、主干道、次干道和支路的ΔDF 分別為18.9、13.9、9.9 和9.7t/(km2·30d)，降塵值比例為100∶74∶52∶51，單輛車引起的降塵比例為1.00∶2.55∶5.20∶5.67;夏季道路降塵量最大，其次為冬季。以一年為周期，道路月均降塵為ΔDF，則1～4月份交通降塵量為0.72～0.94ΔDF，5～8月份降塵量為1.10～1.30ΔDF，9～12月份月降塵量為0.96～0.99ΔDF;不同類型道路ΔDF 數(shù)據(jù)均呈偏態(tài)分布，道路降塵不同季節(jié)也均為偏態(tài)分布。道路降塵量與車流量呈正線性相關。

1.3 玻璃球法收集

玻璃球法收集降塵是指在降塵容器中平鋪一層玻璃球，使降塵落入其間的空隙，減小“二次起塵”的概率。這種方法既克服了干法收集裝置的部分缺點，又避免了濕法收集時加液體的麻煩。從理論上而言，玻璃球法收集的降塵應該多于干法而少于濕法。

倪劉建［6］采用玻璃球法收集裝置，定期收集交通干道降塵并對冬季降塵樣品進行了沉降通量的計算和粒度的測定。具體方法為:在距地面約2～10m 不等處，使用直徑15cm、高度30cm 的向上開口的聚乙烯圓桶形集塵缸，內(nèi)襯一次性潔凈塑料袋，袋內(nèi)平鋪一層直徑為1.2cm 的玻璃球，罩上塑料袋，把集塵缸放在采樣點的固定架上再把塑料袋取下，開始收集樣品。每個采樣點放置5 個集塵缸，集塵缸口距離取樣平臺160cm。塵樣按月收集，去除樹葉、昆蟲等異物，每次以200mL 蒸餾水沖洗下附著在塑料袋內(nèi)壁上的塵于燒杯中，在80℃下恒溫烘干后，用萬分之一天平稱重，密封保存。結果表明，2004年12月份到2005年3月份期間南京市降塵沉降通量在3.58～65.53g/(m2·30d)之間變化。

1.4 三種降塵收集方法之間的關系

由于三種降塵收集方法抑制“二次起塵”的能力不同，因此也就具有不同的收集效率。據(jù)Mc Tainsh［7］的研究，干法收集會嚴重低估降塵量，干法收集的降塵僅占濕法64%;王贊紅［8］的研究表明，干法收集的降塵為濕法的76%。錢廣強等［9］研究表明，干法收集的降塵量為濕法的73%，為玻璃球法的95%;玻璃球法收集的降塵量為濕法的77%。

2 積塵負荷法

表面積塵負荷是指道路或地面單位面積上能夠通過200 目標準篩(相當于幾何粒徑75 微米以下)的那部分積塵的質量［1］。目前，國內(nèi)還沒有形成標準化的道路積塵的測量方法，國內(nèi)該領域的專家學者較為普遍地引用了美國環(huán)保署(EPA)公布的AP－42 表面采樣測定積塵負荷的方法。具體的操作規(guī)范如下:

(1)根據(jù)采樣路段的長度確定采樣點的數(shù)量和位置。采集區(qū)域為1 個矩形，一邊為道路寬度，一邊根據(jù)道路清潔程度決定，一般為0.3～3.0m，用膠帶在路面上作標記，確定采樣區(qū)域，如果路段長度大于2.4km，即在距離路口小于800m 確定第1 個采樣點，然后每隔800m確定1 個采樣點。如果路段長度小于2.4km，即在2 個路口之間確定3 個隨機點，采樣寬度為0.3～3.0m。

(2)根據(jù)確定的采樣點進行采樣。對于比較臟的道路用掃帚和簸箕進行樣品采集，而對于較清潔的路段用真空吸塵器進行采集。

(3)樣品采集完畢裝入密封袋，封口，貼上標簽。

(4)注意事項:在確定采樣點時，切忌用粉筆等能產(chǎn)生顆粒物的物質進行標記。采樣時的自然風速應為1.8～9.0m/s，以避免采集過程中樣品因揚塵而丟失。采樣的同時記錄采樣點的車流、風速、地理位置和周圍的環(huán)境因素。

(5)將采集的樣品送回實驗室進行篩分等處理，利用粒徑譜儀分析樣品中不同粒徑含量的信息，利用公式(1)計算得到路面污染量。

式中:L 為道路污染量，g/m2;s 為樣品中不同粒徑含量，%;M 為樣品總質量，g;S 為采樣面積，m2。

根據(jù)積塵收集方式的不同，基于AP－42 的積塵負荷法又可分為人工掃塵法、真空收集法和移動吸塵法。

2.1 人工掃塵法

人工掃塵法是采樣人員利用干凈的塑料掃帚和簸箕在劃定的路面上收集降塵，將樣品存于自封袋，再帶回實驗室進行分析的采樣方法。

劉春華等［10］在利用人工掃塵法對北京市的街道灰塵進行粒度分析時，將采樣時間定為春季和冬季供暖季開始之前，在交叉路口的4 個方位采用多點采樣(人行道、自行車道及機動車道邊緣地帶)再進行混合作為一個采樣點的樣品，采樣范圍在100m2以內(nèi)，樣品質量約為300g，結果表明，北京市街道灰塵粒度呈雙峰分布特征。

為增加樣品的代表性，郭光煥等［11］在城市道路(高速公路、主要干道、支路)的路口或交叉路口處布設采樣點，在每個采樣點采集馬路上的灰土，同時采集附近的交通警察崗樓、交通指揮臺等載塵平臺處的長期積累的灰塵。常靜等［12］為避免一次性采樣時間變化對污染物的影響對固定樣點進行了長時間序列采樣。劉崢延［13］用塑料小刷子和木鏟在各道路兩側采集灰塵樣品，每200 米采集一次，每公里路段樣品混合為一個綜合樣，每條道路采10 個灰塵綜合樣品，采集的樣品保存在自封袋中，同時標記好采樣的時間和地點。

關于采樣時間的確定，張菊［14］分別于2002年11月(秋季)、2003年2月(冬季)、2003年7月(夏季)、2004年4月(春季)，在天氣保持晴朗干燥至少三天后，選擇晴朗無風的天氣進行采樣。一般而言，具體采樣時間需根據(jù)所在城市天氣狀況而定。

2.2 真空收集法

真空收集法是利用真空吸塵器在一定面積路面上吸取道路灰塵，放入樣品袋并編號，再帶回實驗室進行分析的采樣方法。

王帥杰［15］利用真空收集法監(jiān)測道路積塵量，制定了道路積塵量限定標準環(huán)境效益的評估方法。按主干道、次干道、支路、快車道等4 類分別采樣，每類道路任選2 條，每條路任選4 處測量(盡量做到兩處在車流量較大的地段，兩處在車流量較小的地段)，對于主干道、次干道、快車道等長的道路兩處距離在1000m 以上，對于支路中一些較短的道路兩處距離在100m 以上。對機動車道、非機動車道也要分別進行采樣。采樣時在每處的路邊進行采樣，對于非機動車道，在靠人行道的路邊進行采樣。對樣品分析結果表明，道路積塵量下降率和環(huán)境空氣顆粒物濃度下降值之間存在一種定量的關系，可以定量地進行環(huán)境效益的評估。

2.3 移動吸塵法

基于AP－42 的人工掃塵法和真空收集法都需要大量人力，且采樣時間長。黃玉虎等［16］提出了改進的移動吸塵法。該方法是在采樣車低速(＜7.2km/h)行駛過程中完成積塵采樣的方法，采樣時采樣車在車道中央行駛，開啟采樣車后門，采樣人員坐在車尾兩側用吸塵器吸塵，吸塵區(qū)域在每車道左、右內(nèi)側(距離車輪約1m)，采樣帶寬度約0. 12m，吸完一條車道并入下一車道，直至采集到雙向每條車道路面塵土，見圖1。保證積塵采樣量足夠且覆蓋道路雙向每條車道，因此要求支路每條車道采集200m(車道左、右內(nèi)側各100m)，其他類型道路每車道采集100m(車道左、右內(nèi)側各50m)。通過安裝在車輪上的智能計數(shù)器來計量吸塵長度，車輪每轉1 圈，計數(shù)器響應1 次，吸塵長度最大計量誤差為4%。實踐證明，該方法采樣的安全性、快捷性和準確性都有大幅提高。

3 快速檢測法

圖1 移動吸塵法采樣示意圖

基于AP－42 的積塵負荷法只是檢測了道路表面靜止的塵土負荷，并沒有將因機動車的流動引起的揚塵考慮進去，而快速檢測法則可以實現(xiàn)對道路交通揚塵的動態(tài)檢測。目前主要是指TRAKER 技術—即道路再懸浮氣溶膠的動力排放測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將采樣等相關設備安裝在機動車上，隨車進行采樣。系統(tǒng)包括:①顆粒物濃度監(jiān)測系統(tǒng)(傳感器或者采樣頭等，可根據(jù)需要搭載不同的采樣設備)，它被安裝在機動車的前輪后側;②顆粒物背景濃度監(jiān)測系統(tǒng)(傳感器或者采樣頭等，可根據(jù)需要搭載不同的采樣設備)，它被安放在機動車前輪的前部;③數(shù)據(jù)的收集和處理系統(tǒng);④GPS 定位系統(tǒng)，用來對機動車行駛路線實時定位;⑤攝像機，隨車拍攝道路狀況。

2001年Kuhns 等［17］首次采用TRAKER 技術在美國拉斯維加斯道路現(xiàn)場進行測試，當時搭載了兩個粉塵測定儀來監(jiān)測粒徑小于10μm 的顆粒物，一臺安裝在車輛引擎蓋的上方;一臺安裝在車內(nèi)，通過一根6.2mm 的進口連線與前輪輪胎后部相連，如圖2 所示。測定儀的入口置于輪胎中心，距地面17.5cm，在輪胎轉軸后側47cm。結果表明TRAKER 具有監(jiān)測道路塵負荷時空分布的潛在能力，但是當時僅僅進行道路塵負荷的監(jiān)測，加之采集和分析塵樣的勞動強度較大，在當時推行這種技術并不實際。

圖2 粉塵測定儀安裝位置圖

后來Kuhns 等對TRAKER 技術進行了改進，并在美國愛達荷州寶谷道道路塵研究中將該技術作為主要的研究方式，不僅可以評估各種道路塵的排放情況，而且可以評估道路清掃、降雨、季節(jié)等因素對揚塵排放的影響。

2003年V. Etyemezian 等［18］對TRAKER 技術進行了改進，分別在機動車左右前輪的后側均安裝了顆粒物采樣入口，右邊的采樣入口在輪胎后側50mm，距地面165mm;左邊的采樣入口在輪胎后側63mm，距地面165mm，顆粒物背景采樣入口位于機動車的前部。圖3給出了各個采樣入口及設備安裝位置的俯視圖。這種采樣可更加準確地反映機動車擾動引起的道路揚塵排放量。

圖3 采樣入口及設備安裝位置俯視圖

隨后，TRAKER 技術開始被廣泛地應用，Sehyun Han 等［19］在前輪的正后方安裝有二次揚塵采樣器入口，另一個采樣器入口位于前保險杠上，用于采集道路塵背景值作為對比，在汽車的頂端則裝有一個GPS 定位系統(tǒng)能夠更加精確的給出汽車所在的位置和運動軌跡，如圖4 所示。

圖4 采樣系統(tǒng)示意圖

Patrick F. DeLuca 等［20］在加拿大安大略湖漢密爾頓市進行了移動式道路塵采樣系統(tǒng)對道路塵樣及其它空氣污染物質進行了采樣監(jiān)測，所有顆粒物的濃度和GPS 數(shù)據(jù)信息同時被收集到數(shù)據(jù)記錄器中，然后存儲為一個完整的數(shù)據(jù)庫。Patrick F. DeLuca 指出移動式采樣技術能夠明確的識別出問題區(qū)域和當?shù)貑蝹€排污源。然后可以根據(jù)監(jiān)測結果采取一系列的綜合措施進行針對性的治理和削減計劃，這樣能夠更有效的對空氣污染進行控制。

2009年Karin Edvardsson 等［21］采用移動式道路塵采樣系統(tǒng)對道路PM10濃度進行監(jiān)測，與前人不同的是Karin Edvardsson 等將兩個相同的粉塵采樣器(DustTrak)放置在機動車頂部的保護盒中，其中一個采樣器的采樣頭放置在左反光鏡上，用以記錄PM10濃度的背景值，另一個采樣器的采樣頭放置在后擋風玻璃處，用以測量道路塵(見圖5)。根據(jù)Muleski 等人總結的經(jīng)驗，采樣口高度為1m 時，能夠代表PM10暴露的峰值，據(jù)此，該實驗設置的采樣口距離地面的高度大約為1.1m，而且在這個高度上揚塵對大氣能見度已經(jīng)造成了影響。該移動式采樣方法可以給出連續(xù)的數(shù)據(jù)，而且具有快速、可靠、重復性好、易于操作、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，駕駛員的開車方式對采樣結果影響很小。

圖5 粉塵采樣器位置圖

國內(nèi)的樊守彬等［22］也開發(fā)出一種移動式路面塵負荷測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括帕杰羅速跑車1 輛、DustTrak8520 顆粒物采樣儀3 臺、GPS 儀1 臺等。DustTrak8520 分別安裝于車頂和車內(nèi)，車內(nèi)儀器通過防靜電管連接測試輪胎后PM10，測點位于右側輪胎正中，距離地面17.5cm，距離輪胎5cm，1 臺備用，GPS 儀放置于車內(nèi)通過天線接收信號，車輛行駛過程中同時測量道路環(huán)境中顆粒物濃度和車輪后顆粒物濃度。該系統(tǒng)根據(jù)前后車輪質量濃度差來推斷二次揚塵排放潛勢，并把濃度差修正到同一車速下判斷道路揚塵潛勢，結合GPS儀顯示路面塵負荷的空間分布，建立了路面塵負荷、車速和濃度差之間的函數(shù)關系為sL = 9.89·C0.810·

4 三種方法比較

采用降塵法監(jiān)測道路降塵，具有實施安全，評估周期長(7～30 d)，評估結果代表長時間的平均值，評估誤差小等優(yōu)點;但存在的問題主要有不能滿足快速評估要求，難以收集細粒子的揚塵，采樣過程易受天氣狀況的影響，且采樣成本略高，當用于研究揚塵與車速車流量的關系時無法給出降塵量與車速及車型的定量關系。

而基于AP－42 的積塵負荷法中，真空收集法和人工掃塵法都要求采樣人員站在路上掃塵或用吸塵器吸塵，這對車輛通行和采樣人員安全提出了極大挑戰(zhàn)，加上大城市積塵采樣的工作量大，因此必須保證采樣的安全性、快捷性和準確性。真空吸塵時，可能會將采樣區(qū)域以外的道路塵一并吸入從而造成誤差，同時采樣后存在于塵收集與處理中的誤差也需要加以注意。人工掃塵時，老化的道路會產(chǎn)生大量路面風蝕塵，在分析時需考慮此因素。而移動吸塵法目前相關的文獻較少，還沒有詳細的技術規(guī)范。

結合了GPS 的快速檢測法可以顯示路面塵負荷的空間分布，可以顯示出不同位置的路面清潔程度，可以在較短時間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)，消除了塵負荷采樣過程中的不安全因素。該采樣方法可以給出連續(xù)的數(shù)據(jù)，而且具有快速、可靠、重復性好、易于操作、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，駕駛員的開車方式對采樣結果影響很小?？焖贆z測法能夠明確的識別出問題區(qū)域和當?shù)貑蝹€排污源，然后可以根據(jù)監(jiān)測結果采取一系列的綜合措施進行針對性的治理和削減計劃，這樣能夠更有效的對空氣污染進行控制。快速檢測法與前兩種方法之間測試數(shù)據(jù)存在一定差異，主要原因是快速檢測法測量值為整條道路的平均值，前兩種方法采集的塵負荷為典型路面的結果。

5 結 語

目前降塵法、積塵負荷法和快速檢測法是國內(nèi)外相關研究中用于開展道路交通揚塵檢測的主要方法，這些方法均各自存在優(yōu)缺點。本文分別從采樣點的布置、采樣頻率、研究目的等各方面對相關研究者所采用的不同采樣方法進行了介紹。筆者認為，降塵法更適合大氣降塵的收集，而基于我國目前的道路交通安全狀況，積塵負荷法又有一定的風險，快速檢測法雖然安全便捷，但最大問題是可能得出負值，因此，關于道路交通揚塵采樣方法的研究還需加強。

［1］2007 HJ/T393－2007. 防治城市揚塵污染技術規(guī)范［D］.

［2］張晶，胡春玲，任慶. 城市揚塵污染現(xiàn)狀及防治對策［J］. 環(huán)境保護科學，2008，34(2):4－6.

［3］王玉君，程晨，胡明. 試論建筑揚塵污染控制對策［J］. 河北環(huán)境科學，2003，11(3):19－23.

［4］王帥杰，朱坦，洪剛. 石家莊市地面起塵量估算方法［J］. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003，16(6):248－250.

［5］樊守彬，田剛，秦建平，等. 北京道路降塵排放特征研究［N］. 環(huán)境工程學報，2010(003):629－632.

［6］倪劉建，張甘霖，周立祥. 南京市不同功能區(qū)冬季大氣降塵的沉降通量和粒度分布［J］. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2006，19(2):27－29.

［7］McTainsh G H，Nickling W G，Lynch A W. Dust deposition and particle size in Mali，West Africa［J］. Catena，1997，29(3):307－322.

［8］王贊紅. 大氣降塵監(jiān)測研究［J］. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2003，17(1):54－59.

［9］錢廣強，董治寶. 大氣降塵收集方法及相關問題研究［J］. 中國沙漠，2004，24(6):779－782.

［10］劉春華，岑況. 北京市街道灰塵粒度特征及其來源探析［N］. 環(huán)境科學學報，2007，27(6):1006－1012.

［11］郭光煥，吳建會，劉潔. 城市道路塵的二重源解析方法與應用實例［J］. 城市環(huán)境與城市生態(tài)，2009，2.

［12］常靜，劉敏，李先華 等. 上海地表灰塵重金屬污染的健康風險評價［J］. 中國環(huán)境科學，2009，29(5):548－554.

［13］劉崢延. 青島市主要公園和道路沿線灰塵重金屬形態(tài)分布及風險評價［D］.青島:青島科技大學，2011.

［14］張菊. 上海城市街道灰塵重金屬污染研究［D］上海:華東師范大學，2005.

［15］王帥杰. 揚塵污染防治理論初探［J］. 安全與環(huán)境工程，2006，13(3):9－12.

［16］黃玉虎，李鋼，楊濤等. 道路揚塵評估方法的建立和比較［J］. 環(huán)境科學研究，2011，24(001):27－32.

［17］Kuhns H，Etyemezian V，Landwehr D，et al. Testing Re－entrained Aerosol Kinetic Emissions from Roads:a new approach to infer silt loading on roadways［J］. Atmospheric Environment，2001，35(16):2815－2825.

［18］Etyemezian V，Kuhns H，Gillies J，et al. Vehicle－based road dust emission measurement:I－methods and calibration［J］. Atmospheric Environment，2003，37(32):4559－4571.

［19］Han S，Youn J S，Jung Y W. Characterization of PM10 and PM2.5 source profiles for resuspended road dust collected using mobile sampling methodology［J］.Atmospheric Environment，2011，45(20):3343－3351.

［20］DeLuca P F，Corr D，Wallace J，et al. Effective mitigation efforts to reduce road dust near industrial sites:Assessment by mobile pollution surveys［J］. Journal of environmental management，2012，98:112－118.

［21］Edvardsson K，Magnusson R. Monitoring of dust emission on gravel roads:Development of a mobile methodology and examination of horizontal diffusion［J］.Atmospheric Environment，2009，43(4):889－896.

［22］樊守彬，田剛，程水源. 移動式路面塵負荷測試系統(tǒng)及應用［J］. 環(huán)境科學與技術，2012，35(003):139－142.