公路隧道環(huán)境中MTBE 及BTEX 之採樣與特徵分析.doc

公路隧道環(huán)境中MTBE及BTEX之採樣與特徵分析 林進福1 1. 國立屏東科技大學環(huán)境工程與科學系，屏東，臺灣 摘要 機動車輛是空氣污染主要來源，污染物容易累積於隧道內(nèi)。本研究以南臺灣地區(qū)之五座重要具代表性之隧道為研究對象，包括：屏東縣涼山隧道、郊區(qū)高雄縣月光山隧道、高雄市區(qū)左營地下道、高雄市過港隧道及國道3號中寮隧道，於各隧道分別進行MTBE及BTEX之採樣與調(diào)查，以探究不同型態(tài)隧道MTBE及BTEX之濃度特徵。依照NIEA-A719.10T方法，進行現(xiàn)場採樣後，以GC/FID分析。結(jié)果顯示，山區(qū)屏東縣涼山隧道、郊區(qū)高雄縣月光山隧道、市區(qū)左營地下道及高雄市過港隧道皆以MTBE濃度較高，且其M/B特徵比值依次為7.17、2.96、3.49及3.72。此外，國道中寮隧道以Toluene濃度最高，其T/B 比值為6.43，較其他四個隧道之T/B為高。同時，研究亦指出車流量與隧道內(nèi)總濃度相關(guān)係數(shù)依次為0.78、0.87、0.51、0.49、0.68。關(guān)鍵字：公路隧道，MTBE，BTEX。1、前言高屏地區(qū)2004年的機動車輛數(shù)為3 552 679輛1，移動性污染源一直是空氣中揮發(fā)性有機污染物主要來源2，其所佔的比例約為47683。無鉛汽油含4050不等的芳香烴(aromatic)4 及711不等的甲基第三丁基醚(methyl tert-butyl ether MTBE)5。苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、乙苯(Ethylbenzene)、二甲苯(Xylene)和稱BTEX，以及MTBE，成為機動車輛的排放污染物。美國疾病管制局(Centers For Disease And Prevention CDC)資料顯示，MTBE及BTEX能對人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生立即的影響，造成疲累、頭暈、噁心。其中苯、甲苯、二甲苯超過一定劑量會死亡。國際衛(wèi)生組織癌癥研究中心(International Agency For Research Of Cencer CTARC)已把苯歸為致癌第一類，已確定苯為致癌物質(zhì)，MTBE為第三類，可能致癌。公路隧道為管狀半封閉空間，於其內(nèi)行進中之車輛所排放之污染物，因無法有效稀釋故易累積，形成隧道內(nèi)空氣污染問題6。本研究選定南臺灣地區(qū)之五座重要具代表性之隧道為研究對象，包括：高雄市過港隧道、高雄市區(qū)左營地下道、郊區(qū)高雄縣月光山隧道、山區(qū)屏東縣涼山隧道、國道三號中寮隧道。於隧道現(xiàn)場，針對MTBE及BTEX進行採樣，藉以探究於不同型態(tài)隧道內(nèi)MTBE及BTEX之濃度與特徵。2、材料與方法2.1 隧道描述 本實驗之五座重要且具代表性隧道，簡述如下：（1）山區(qū)涼山隧道：長119公尺，單孔二線道。位於屏東沿山公路。採樣時間:2004/07/1519。（2）郊區(qū)月光山隧道：長1434公尺，單孔二線道。穿越美濃雙峰山。採樣時間:2004/07/2123。（3）市區(qū)左營地下道：長118公尺。機車道及汽車道雙道分孔。穿越縱貫線鐵路、翠華路及中華高架橋。採樣點設於往市區(qū)方向。採樣時間:2004/07/2708/03。（4）港灣過港隧道：長1044公尺。雙孔，汽機車分道。穿越高雄港，連接前鎮(zhèn)區(qū)與旗津區(qū)。採樣點設於往旗津方向。採樣時間:2004/08/2426。（5）國道中寮隧道: 位於國道三號，穿越中寮山，雙孔三線，北上孔長1828公尺，南下孔長1858公尺，採樣點設於北上孔，採樣時間:2005/03/0307。2.2 採樣設備採樣設備包含四大組件：（1）採樣器：個人攜帶式，型號SKC 224-XR Series Pumps，SKC Inc，Eighty Four，PA USA。（2）流量校正器：型號SKC Ultra Flo，SKC Inc，Eighty，PA USA。（3）氣像儀：LM-800型溫度計、溼度計、風速計、大氣壓力計。（4）吸附管：Small ORBO 32 coconut charcoal。2.3採樣與分析方法實驗時，以流量校正器設定200 mlmin。針對個別隧道而言，其採樣地點設於各隧道兩邊入口10m處及隧道中間點處，共三處採樣點同時進行採樣；單日採樣時段設計為：（1）晨間05:0007:00（2）尖峰時段07：0009：00（3）午間12:0014:00（4）下午交通尖峰時段17:0019:00（5）晚間19:0021:00，共五個時段。每個時段皆進行採樣兩小時，每個隧道採樣兩天以上。此外，每時段皆同步實際紀錄現(xiàn)場車流量。本實驗依行政院環(huán)保署環(huán)檢所訂定1992 NIEAA719.10T規(guī)定分析。吸附管內(nèi)前後段活性碳取出各置入於2ml密閉瓶中，以二硫化碳脫附，時間30分鐘，再吸取脫附液置入2ml vial瓶中，以氣相層析儀/火焰離子化偵測器(GC/FID)進行分析7。各隧道之實驗數(shù)據(jù)，皆以各隧道三處採樣點之平均濃度值表示。3、結(jié)果與討論3.1各隧道採樣結(jié)果如表一:表一 各隧道採樣結(jié)果 (g/m3) （N為總有效樣本數(shù)）隧道時段MTBEBenzeneTolueneEthylbenzenem.p-Xyleneo-Xylenetotal車流量風速(m/s)涼山隧道05:0007:009.021.5005.930.8317.28470.707:0009:0018.274.473.544.058.945.4344.73540.1(N= 30)12:0014:006.040.7500.955.39013.121210.917:0019:00161.974.043.527.783.5236.831681.219:0021:007.690.80.3405.13013.971101月光山隧道05:0007:0021.376.97.674.768.435.1654.29701.5(N= 30)07:0009:0052.5220.233.8912.3917.2713.67149.933870.812:0014:0042.0715.627.9310.0714.0110.9120.581390.617:0019:0031.0510.9114.455.7811.758.0181.951581.719:0021:0016.494.624.052.538.412.6238.7931.3左營地下道05:0007:0018.776.527.491.317.274.7346.09910.9(N= 30)07:0009:0025.617.511.674.999.986.7466.486091.512:0014:0017.14.944.211.047.974.5939.853982.517:0019:0032.188.8419.73.7210.617.4982.546662.419:0021:0037.5611.858.0595.853991.1過港隧道05:0007:0097.9527.2562.1919.3727.6618.73253.153520.1(N= 30)07:0009:00118.2436.281.2623.836.3627.36323.2217222.412:0014:0082.719.8238.9613.4520.6114.23189.788031.717:0019:00123.9528.5470.1921.8331.0425.03300.5811644.519:0021:0067.7820.7734.9514.4320.4515.19173.577603.7中寮隧道05:0007:0021.7324.13160.6714.8581.6524.34327.374711.8(N= 30)07:0009:0012.119.72116.3410.9861.3215.85236.316923.712:0014:009.2817.39110.847.139.5814.69198.8713714.517:0019:0011.216.2394.817.5861.356.68197.8513622.119:0021:009.3113.2296.177.2157.626.09189.6180733.1.1山區(qū) 涼山隧道總濃度以上午尖峰時段最高，44.7g/m3。午間最低，13.12g/m3。MTBE濃度區(qū)間在.27g/m3 6.04g/m3 。BTEX以m.p-Xylene濃度最高，區(qū)間8.94g/m3 5.13g/m3，Ethylbenzene濃度最低，區(qū)間 4.05g/m3 ND。3.1.2郊區(qū) 月光山隧道總濃度以上午尖峰時段149.93g/m3最高，晚間時段38.70g/m3 最低。MTBE濃度區(qū)間在52.52g/m316.49g/m3 。BTEX以Toluene濃度最高，區(qū)間在 33.89/m3 4.05g/m3， Ethylbenzene濃度最低，區(qū)間 12.39g/m3 2.53g/m3。3.1.3市區(qū) 左營地下道總濃度以晚間時段95.85g/m3最高，午間39.85g/m3最低。MTBE濃度區(qū)間37.56g/m317.10g/m3 。BTEX以 Toluene濃度最高，區(qū)間在22.23/m34.21g/m3。Ethylbenzene濃度最低，區(qū)間 6.96g/m3 1.31g/m3。3.1.4港灣 過港隧道總濃度以上午尖峰時段323.22g/m3最高，晚間時段173.57g/m3最低。MTBE濃度區(qū)間123.95g/m367.78g/m3 。BTEX以 Toluene濃度最高，區(qū)間81.26/m334.95g/m3。 Ethylbenzene濃度最低，區(qū)間 23.80g/m3 13.45g/m3。3.1.5國道 中寮隧道 總濃度以晨間327.37g/m3最高。午間、下午、晚間三時段差異不大，分別是198.87g/m3、197.85g/m3、189.61g/m3。MTBE濃度區(qū)間 21.73g/m3 9.28g/m3。BTEX物種以Toluene濃度最高，區(qū)間160.67/m394.81g/m3，Ethylbenzene 濃度較低，區(qū)間14.85g/m3 7.10g/m3。 3.2 各隧道車流量對總濃度之相關(guān)性依公式: Rxy=ZxZy/N（?）Rxy=車流量對隧道濃度之相關(guān)係數(shù) Zx:各時段車流量Z分數(shù) Zy:各時段隧道濃度Z分數(shù) N:採樣數(shù)實驗分析指出，涼山隧道、月光山隧道、左營地下道及過港隧道之相關(guān)係數(shù)依次是0.78、0.87、0.51、0.49及0.68。此結(jié)果顯示：（1）由於山區(qū)涼山隧道及郊區(qū)月光山隧道背景單純，因此可推論隧道內(nèi)污染物之貢獻僅源自隧道內(nèi)機動車輛之排放，而無隧道外之其他污染源溢入；加以單孔雙向，車行活塞效應效果差，故相關(guān)性高。（2）因雙孔單向隧道造成的車行活塞效應造成隧道內(nèi)有較大的風速，可具較佳之通風效果8，故市區(qū)左營地下道及港灣過港隧道背景值不同，靠近小港的過港隧道及靠近楠梓區(qū)的左營地下道因大氣的其他污染源和HC的時空分布影響，故相關(guān)性較低。（3）因國道中寮隧道行車速度(100Km/h110Km/h)平均為最高，故促進隧道內(nèi)風速值，形成通風效應加大，促進污染物於隧道內(nèi)快速移動，使得量測之總濃度降低。3. 3各化合物的濃度比以Benzene對 MTBE及BTEX的濃度比值作為濃度特徵，如表二所示。五個隧道相較，各有不同特徵，國道中寮隧道MTBE及Ethylbenzene的比值較低，Toluene的比值6.43最高，其餘四個隧道，MTBE比值較高，涼山隧道高達7.17。和其他隧道相較，結(jié)果未盡相同。3. 4 BTEX臭氧生成潛勢分析(Ozone Formation Potential，OFP)利用Carter(1994) 9以VOC之光化學機制而求得各化合物的MIR (Maximum Incremental Reactivities)值，求出臭氧生成潛勢量：OFP=MIRiVOCi ，其中，OFP ：化合物之臭氧生成潛勢量(g-O3/m3) ；MIRi：各化合物之最大反應性(g-O3 /g-VOCi) VOCi：化合物質(zhì)量(g/m3)。如圖一所示，為各隧道BTEX臭氧生成潛勢量(g-O3/m3)。山區(qū)及郊區(qū)的涼山、月光山隧道各物種濃度值較低，故較低的臭氧生成潛勢量，港灣及國道的過港、中寮隧道各物種有較高的濃度值，有較高的臭氧生成潛勢量，尤其中寮隧道之Toluene之濃度遠高於其他隧道，致使臭氧生成潛勢量最高。圖一 各隧道BTEX臭氧生成潛勢量表二 MTBE及BTEX之比值隧道MTBEBTEm,p-Xo-X涼山隧道7.171.001.081.324.621.11月光山隧道2.961.001.350.611.170.68左營地下道3.491.001.640.451.310.85過港隧道3.721.002.130.701.020.75中寮隧道0.681.006.430.523.380.72B：benzene。T：Toluene。E：Ethylbenzenem,p-X：m,p-Xylene。 o-X：o-Xylene 4.結(jié)論1.各隧道總濃度以國道中寮隧道清晨的327.7g/m3 最高，山區(qū)涼山隧道午間的13.12g/m3最低。採樣物種國道中寮隧道Toluene濃度最高，其他四個隧道MTBE濃度較高。2.山區(qū)涼山隧道、郊區(qū)月光山隧道、市區(qū)左營地下道、港灣過港隧道總濃度和車流量成正相關(guān)，國道中寮隧道呈負相關(guān)，其相關(guān)係數(shù)依次是0.78、0.87、0.51、0.49及0.68。3.各隧道BTEX臭氧生成潛勢量(g-O3/m3)。涼山隧道:各時段依次是49.9、123.8、42.7、101.6、40.4。月光山隧道:132.3、350.1、283.6、198.1、98.9。左營地下道:111.0、165.8、104.8、194.6、222.6。過港隧道:558.0、745.7、394.8、652.8、392.0。中寮隧道:1,246.0、908.8、714.0、780.6、750.6。5. 參考文獻 1. 交通部 臺閩地區(qū)機動車輛登記數(shù) http:/:/.tw/。2. 潘宗榮,“高雄地區(qū)大氣光化指標特徵分析研究”高雄，中山大學碩士論文。20033. 吳明泰，“南高屏地區(qū)空氣品值監(jiān)測站揮發(fā)性有機物成份與排放源區(qū)之關(guān)聯(lián)性研究” 臺南，國立成功大學碩士論文。19984. Roger Perry,Ivan L.Gee “Vehicle emissions to fuel composition”，The Science of the Total Environment vol 169