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摘 要：测试了乙醇不同含量的汽油对毒物排放的影响。结果表明，采用乙醇添加剂可以有效减低空气毒物的排放（乙醛除外），其中乙醇含量为15%V时，降幅最大。但乙醛增加10倍。在乙醇含量为15%时，相关空气毒物的质量排放量率最低，但毒性权重依然很高。
关键词：空气毒物 有机物分析 排放特征
中图分类号：TK464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0126-01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（Poulop oulos et al.，2001；He et al.，2003）。
摩托车空气毒物排放研究较少（Magnu sson 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种用来评价二噁英类化合物的毒性，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360 mg/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394 mg/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，152 mg/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（Goodfellow et 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 建议
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。
参考文献
[1] Al-Farayedhi，A.A.，Al-Dawood， A.M.，and Gandhidasan，P. （2000）. Effects of Blending Crude Ethanol with Unleaded Gasoline on Exhaust Emissions of SI Engine SAE Technical Paper Series 2000-01-2857，.Warrendale，PA： Society of Automotive Engineers.
[2] Al-Hasan，M.（2003）.Effect of ethanol-unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission. Energ.Convers.Manage.44，1547.
关键词：空气毒物 有机物分析 排放特征
中图分类号：TK464 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0126-01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（Poulop oulos et al.，2001；He et al.，2003）。
摩托车空气毒物排放研究较少（Magnu sson 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种用来评价二噁英类化合物的毒性，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360 mg/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394 mg/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，152 mg/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（Goodfellow et 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 建议
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。
参考文献
[1] Al-Farayedhi，A.A.，Al-Dawood， A.M.，and Gandhidasan，P. （2000）. Effects of Blending Crude Ethanol with Unleaded Gasoline on Exhaust Emissions of SI Engine SAE Technical Paper Series 2000-01-2857，.Warrendale，PA： Society of Automotive Engineers.
[2] Al-Hasan，M.（2003）.Effect of ethanol-unleaded gasoline blends on engine performance and exhaust emission. Energ.Convers.Manage.44，1547.