隨著連綿不斷的鳴笛聲，一艘艘集裝箱船到達(dá)貨運(yùn)港口，源源不絕帶來貨物，同時(shí)也帶來顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)物的污染。對于港口區(qū)域，船舶靠岸期間排放的污染物是影響當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境質(zhì)量的重要來源，但國內(nèi)外與船舶靠港期間的顆粒物與氣態(tài)污染物的排放特征相關(guān)的研究尚不透徹。

清華大學(xué)劉歡教授團(tuán)隊(duì)和暨南大學(xué)李梅副研究員團(tuán)隊(duì)合作，以河北省京塘港?？康?0艘集裝箱船舶為研究對象，對其在燃料轉(zhuǎn)換期間排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)和顆粒物排放進(jìn)行了采樣分析，并在京唐港區(qū)利用單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀進(jìn)行了大氣環(huán)境在線監(jiān)測。

研究背景

采樣地點(diǎn)：河北省京塘港

采樣時(shí)間：2016年12月27日至2017年1月15日

采樣對象：20艘集裝箱船舶在燃料轉(zhuǎn)換期間排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)和顆粒物。

VOCs采樣與分析方法：利用蘇瑪罐采集氣體樣品，使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)進(jìn)行分析

顆粒物采樣與分析方法：利用Tedlar采樣袋采集船舶排放廢氣；使用單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(SPAMS)進(jìn)行分析；使用單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(SPAMS)在港口區(qū)域進(jìn)行大氣環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測。

研究成果

1、集裝箱船舶VOCs排放特征

在檢測到的VOCs污染物當(dāng)中，烷烴和芳烴占比最高，特別是苯、甲苯、正庚烷、正辛烷和正壬烷，并計(jì)算了二次有機(jī)氣溶膠(SOA)及臭氧生成潛勢。

16艘集裝箱船前32類VOC物種的質(zhì)量百分比

基于船舶VOC成分譜計(jì)算的二次有機(jī)氣溶膠(SOA)產(chǎn)率及臭氧(O3)生成潛勢與早前研究結(jié)果的比較

（紫色點(diǎn)代表本研究中被測試的船只。柴油卡車分為:輕型柴油卡車(LDDTs)、中型柴油卡車(MDDTs)和重型柴油卡車(HDDTs)三種類型。）

2、集裝箱船舶顆粒物排放特征

通過SPAMS的采樣及分析，獲得了顆粒物的平均質(zhì)譜、化學(xué)組成、總顆粒和特定顆粒的粒徑分布，以及船舶源排放硫酸鹽顆粒的占比等信息。結(jié)果表明顆粒物以元素碳顆粒(35.74%)、元素碳-有機(jī)碳混合顆粒 (33.95%) 和富鈉顆粒 (21.12%) 為主，占顆粒物總數(shù)的90.7%。船舶輔機(jī)排放顆粒物的粒徑在0.2~2.5 m范圍內(nèi)，峰值在0.4 m左右。

SPAMS分析的20艘船只排放顆粒物樣品的平均質(zhì)譜圖

粒徑為0.2 2.5 m范圍內(nèi)10類顆粒物的特定粒徑分布

3、船舶排放中釩示蹤元素研究

通過分析燃油成分轉(zhuǎn)變前后顆粒物中含釩顆粒的占比，發(fā)現(xiàn)燃油品質(zhì)升級后，船舶源顆粒物中釩含量顯著降低，船舶輔機(jī)排放的含釩顆粒占比與周邊背景大氣中含釩顆粒的占比相當(dāng)。當(dāng)采用低硫柴油作燃料時(shí)釩已經(jīng)不合適做為船舶排放的示蹤物。

1月1日至16日期間20艘船舶與環(huán)境顆粒物樣品中釩信號強(qiáng)度的對比。

（綠線表示環(huán)境顆粒物中平均的釩信號強(qiáng)度隨時(shí)間變化。彩色點(diǎn)表示不同船只平均釩信號強(qiáng)度隨采樣時(shí)間的分布。）

4、硫酸鹽酸粒排放研究

采用低硫柴油前后對比研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境空氣中船舶排放的硫酸鹽顆粒占比分別為23.82%和23.61%，雖然船舶源硫酸鹽顆粒占比相較背景大氣中硫酸鹽顆粒的占比略有下降，但是依舊維持較高的數(shù)濃度。

船舶源硫酸鹽、環(huán)境硫酸鹽的平均顆粒數(shù)以及兩者隨時(shí)間的比值。綠線表示二者比值。紅色虛線表示1月1日零時(shí)起，使用清潔柴油的規(guī)定開始生效。

主要結(jié)論

1.船舶排放VOCs的二次有機(jī)氣溶膠（SOA）生成潛勢比柴油和汽油車高，臭氧生成潛勢卻與之相當(dāng)。

2.船舶排放的顆粒物以元素碳顆粒、元素碳-有機(jī)碳混合顆粒和富鈉顆粒為主，占顆粒物總數(shù)的90.7%，粒徑在0.2~2.5 m范圍內(nèi)。

3.當(dāng)采用低硫柴油作燃料時(shí)，釩不合適作為船舶排放的示蹤物。

4.采用低硫柴油前后對比發(fā)現(xiàn)，環(huán)境空氣中船舶排放的硫酸鹽顆粒占比無顯著差異。

研究結(jié)果有助于深入了解港口地區(qū)船舶靠岸期間排放的VOCs污染特征、對二次氣溶膠和臭氧的貢獻(xiàn)，明確船舶排放的顆粒物污染物的主要成分和粒徑分布，評估了含釩顆粒做為示蹤物的可行性，為港區(qū)空氣質(zhì)量評估和污染物來源解析提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

本次研究使用了由禾信公司自主研發(fā)、國際第一套擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的PM2.5在線源解析質(zhì)譜監(jiān)測系統(tǒng)（SPAMS)，面對港口地區(qū)復(fù)雜多變的大氣環(huán)境條件，系統(tǒng)依然保持高度穩(wěn)定性，為本次研究提供了可靠有效的數(shù)據(jù)支撐。

文章來源：Qian Xiao, Mei Li, Huan Liu, Mingliang Fu, Fanyuan Deng, Zhaofeng Lv, Hanyang Man, Xinxin Jin, Shuai Liu, Kebin He: Characteristics of marine shipping emissions at berth: profiles for PM and VOCs. Atmos. Chem.Phys..2018,18(13):9527-9545