乙醇汽油摩托车的有机毒物排放

葛卫华 金陶胜

（1 防化学院履约事务部 北京 102205 2 南开大学环境科学与工程学院 天津 300071）

近十年来替代燃料方兴未艾，乙醇汽油在许多国家和地区得以利用。乙醇汽油乘用车污染物排放研究较多，能减低总HC 和CO 的排放（Leong et al.,2002;He et al.,2003;Yu¨ksel and Yu¨ksel,2004;U.S.EPA,2010a）。空气毒物中，能降低苯、1,3- 丁二烯、甲苯、二甲苯的排放，但乙醛的排放却升高（Stump et al.,1994;Poulopoulos et al.,2001;Leong et al.,2002;Niven,2005）。甚至甲醛的排放也增高（Stump et al.,1994;CSIRO/BTRE/ABARE,2003）。而且，乙醇作为添加剂还存在油耗增多的缺点（Poulopoulos et al.,2001;He et al.,2003）。

摩托车空气毒物排放研究较少（Magnusson et al.,2002;Jia et al.,2005）。摩托车空气毒物排放在一些国家和地区（中国、印度、印度尼西亚、泰国和台湾等）是一个很严重的问题。

本研究采用台架实验研究4 冲程摩托车空气毒物排放，考虑四种乙醇含量：3%、10%、15%、20%，并用商用汽油作参照。计算了毒物的毒性排序，为健康影响评估提供有意义的信息。

1 毒性分析

选取苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛6 种空气毒物作为目标污染物评估燃油排放产生的毒性。空气毒性效应指标有毒性等价因子、毒性当量、致癌单位风险、危险商数。前2 种用来评价二恶英类化合物的毒性，后两种用来评价有毒空气污染物的健康风险。

毒物的排放质量除以相应的健康基准，作为其毒性排序依据。健康基准有三种：致癌、急性中毒、慢性中毒。致癌基准表示在上限寿命期内致癌风险为1/1000000 的浓度，急/慢性中毒基准表示在特定暴露期限内不发生明显中毒反应的浓度。健康基准值来自美国环保局综合风险信息系统（IRIS）(U.S.EPA,2010b)、加州环保署、加州空气资源委员会和加州环境健康风险评价办公室（CARB/OEHHA,2009）。

2 结果和讨论

参考燃油RF 的总有机组分的排放因子为360mg/km。其中异戊烷和甲苯混合排放量最大，在5 种燃油中的排放量分别占到23%、22%、21%、18%和19%。E3 燃油的排放因子最高，达到394mg/km，比参考燃油RF 高9%。E3 氧含量低于RF，这是因为RF 用甲基叔丁基醚（MTBE）作为增氧剂，燃烧效率提高了。同时，燃料组分分析表明，E3 中烯烃、环烷烃、芳香烃和苯含量最高。E15 的排放因子最低，152mg/km，其氧含量高于RF，而芳香烃和环烷烃低于RF。除羟基化合物外，绝大多数有机组分的排放因子都低于RF。值得注意的是，乙醇汽油乙醛排放远高于PF，为后者的1.8～9.5 倍。另外，通过C 平衡计算，E15 最高，达到93%，表明E15 燃烧较为充分。

将71 种VOCs 分为4 类：烷烃、芳香烃、烯烃、羟基化合物。乙醇汽油排放因子顺序依次是烷烃、芳香烃、烯烃、羟基化合物，和参考汽油一样。E3 和E20 烷烃的排放因子大于参考汽油，烯烃和芳香烃小于参考汽油。E15 中烷烃、烯烃、芳香烃和RF 相比分别减少59%、68%、68%，E10 也呈现同样的趋势，分别减少37%~57%。但羟基化合物和RF 相比排放反而增加，E10 增加30%，E15 增加76%，E20 增加244%，其中主要是乙醛和丙烯醛的排放因子较高。

乙醇汽油可以降低大约45%的VOCs 排放，但醛类毒物排放反而增多。因此，乙醇汽油作为替代燃料对空气质量的影响需要进一步评估。

苯系物、甲醛、乙醛是主要的空气毒物（Tsai et al.,2003;Jia et al.,2005）。和参考燃油相比，E15 的苯系物排放因子大幅降低，其中苯减少64%、甲苯降低63%、乙苯降低77%、二甲苯减少69%。E10 和E20 分别下降29%～51%、14%～34%，但E3 分别增加3%、34%、21%、15%。燃油中苯含量是本排放的主要来源，除此以外，烷基芳烃、烷己烷等组分在燃烧过程中也会形成苯（Zervas et al.,1999），燃料中芳香族化合物通过脱烷基化作用形成苄基，然后与氢作用生成苯，特别是在缺氧条件下更有利于反应（Zervas et al.,2004a），E3 就是如此。甲苯和乙苯排放主要是由未燃烧的燃料形成的，大分子量芳香烃通过脱烷烃作用形成甲苯（Goodfellowet al.,1996;Zervas et al.,2004b，燃料中甲苯和二甲苯失去一个氢原子或甲烷分子形成Ф-CH2，在于甲基反应生成乙苯。二甲苯的排放完全是由燃料中未燃烧的组分产生的。总体来说，没有安装催化转换器的化油器摩托车采用乙醇汽油（添加超过15%V 的乙醇）时，能减少空气毒物的排放，但乙醛的排放却提高了10 倍以上。

3 初步毒性评估

根据前述方法，计算毒性排序。E20 燃油排放致癌毒性最高，其次是E15 燃油，这两种乙醇汽油中排放的乙醛偏高，而乙醛的致癌健康基准值较低，导致其致癌性排序靠前。急性中毒影响排序为：E20、E15、RF、E10、E3。慢性影响排序为：RF、E20、E3、E10、E15。尽管E15 空气毒物排放量最低，致癌性和急性毒性排序靠前。需要说明的是，本研究毒性评估仅仅是基于暴露吸入途径，没有考虑其他诸如食物摄取、直接接触、饮水吸入等。毒性评估也不能取代风险评估，因为排放因子不同于暴露浓度，健康基准值也相对保守。

4 结语

本研究测定的摩托车样品有限，而且都是没有安装催化器的摩托车。在后续研究中，应增加被测车辆数量，还应该包括有催化转化器的摩托车。

毒性评估不能取代风险评估，只能作为一种在毒性条件下评价排放数据的简单方法。

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