孟金玲 呂心霸 魏 翩 汪鄭強(qiáng) 關(guān) 軍

（1.廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司 廣州 510010；2.南京理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 南京 210094）

0 引言

2020 年國內(nèi)的總客運(yùn)量達(dá)到206.71 億人次，主要大中城市的地鐵客運(yùn)量在公共交通客運(yùn)量的占比均已過半[1]。然而，地下軌道交通迅速發(fā)展的同時，特殊的地下站內(nèi)環(huán)境易導(dǎo)致室內(nèi)污染問題，并引發(fā)異味投訴時有發(fā)生。因此，深入認(rèn)識地鐵站異味污染對地鐵站內(nèi)空氣質(zhì)量控制具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，已有文獻(xiàn)針對地鐵站內(nèi)可揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds，VOCs）污染開展了現(xiàn)場測試分析，進(jìn)而揭示站內(nèi)VOCs 污染特征[2-10]。例如，F(xiàn)eng 等人[2]在上海市地鐵站內(nèi)共檢出19 種羥基化合物，其中甲醛、乙醛、丙酮的濃度最高，且大部分羥基化合物在早晚高峰期間的濃度高于白天非高峰期間。Chertok 等人[5]在悉尼地鐵的采樣測試結(jié)果表明，站內(nèi)氣態(tài)污染物主要有苯、甲苯、二甲苯、乙苯，且較多與異味污染有關(guān)。Wang 等人[6]對地鐵內(nèi)人員對異味感知強(qiáng)度的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，其人員異味感知強(qiáng)度與人員密度顯著正相關(guān)，當(dāng)環(huán)境溫度較低、通風(fēng)量增大時，地鐵內(nèi)的異味會減少。此外，針對站內(nèi)污染來源的研究發(fā)現(xiàn)，站內(nèi)裝修采用的各種復(fù)合材料[5-7,9]、衛(wèi)生間[10]、區(qū)間隧道[8,10]等，均可成為地鐵站內(nèi)潛在的異味污染來源。

綜合上述研究表明，地鐵站內(nèi)污染物種類較多，來源復(fù)雜，目前的研究主要關(guān)注部分污染物的暴露水平及其健康風(fēng)險，而針對站內(nèi)目標(biāo)異味VOCs 及其基本污染特征等的相關(guān)研究較為缺乏。因此，本文選擇華南地區(qū)的13 個地鐵站，對其站臺的VOCs 進(jìn)行現(xiàn)場采樣分析，進(jìn)而提出站內(nèi)目標(biāo)異味VOCs 物質(zhì)及其污染特征。該研究以期為地鐵站內(nèi)異味污染成因及空氣質(zhì)量控制策略提供科學(xué)參考。

1 研究方法

本研究于2022 年元月，選取華南地區(qū)某城市13 個地鐵站站內(nèi)進(jìn)行VOC 采樣測試，以確認(rèn)地鐵站內(nèi)目標(biāo)異味VOC 的種類及濃度水平（13 個地鐵站均為典型島式地下車站，投入運(yùn)營時間均在2011年至2019 年之間，涵蓋不同地鐵線路，VOC 采樣時間包含客流高峰期與非高峰期）。此外，隨機(jī)選取其中新、老兩個典型車站（站A 于2015 年投入使用，站B 于2019 年投入使用，且兩站位于不同地鐵線路），對其站臺及其關(guān)聯(lián)空間（如隧道、站外環(huán)境等）進(jìn)行同步采樣測試，進(jìn)而計算其異味強(qiáng)度以及異味貢獻(xiàn)度，以進(jìn)一步分析站臺的關(guān)聯(lián)空間對其異味污染的影響。

站臺測點距離屏蔽門1.5m，所有采樣測點離地面約1.2m[11,12]，站臺測點示意如圖1 所示。采用恒流采樣器（QC-6H 型）采樣空氣樣品，每次采樣兩根Tenax-TA 管，互為平行樣，以0.5L/min 的流量連續(xù)采樣30min，采樣完成后送到實驗室進(jìn)行分析。主要的分析儀器包括熱脫附儀（TD，Markes，UK）和氣相色譜-質(zhì)譜分析儀（GC/MS，6875/5975B，Agilent，USA）。此外，每輪次采樣活動均保留空白管，用以確定其采樣質(zhì)量是否處于可接受的范圍[13]。

考慮到地鐵站內(nèi)VOC 種類豐富，需進(jìn)一步篩選主要異味VOC 物質(zhì)，以針對性開展進(jìn)一步的定性、定量分析。為此，目標(biāo)異味VOCs 的選取根據(jù)以下原則及步驟進(jìn)行：

（1）選取所有13 個測試站點具有高濃度、高檢出率以及低異味閾值的VOC 物質(zhì)作為具有共性特征的目標(biāo)異味物質(zhì)，對于均值濃度低于0.5μg/m3且檢出率低于50%[13]，以及未見其公開報道異味閾值的VOC 物質(zhì)[14]在本研究中不予考慮；

（2）考慮到各站點的潛在個體化差異，同時選取案例站點各個測點檢出濃度較高且異味閾值較低的物質(zhì)作為具有個體化特征的目標(biāo)異味物質(zhì)，以進(jìn)一步開展案例站點的異味成因分析。

VOC 物種的檢測率（DR）由以下等式定義[13]：

式中，DR是某單一VOC 的檢測率（%），更高的DR意味著更高的檢出概率；變量x是某單一VOC 物質(zhì)；F是某單一VOC 物質(zhì)的檢出頻次，次數(shù)；N是樣本總數(shù)量。

由于異味VOCs 濃度值不能直接用來評價異味強(qiáng)度，本文采用異味活度值（Odor Activity Value，OAV）來評價可感知的異味強(qiáng)度[15]，其定義的公式為[14]：

式中，C為異味污染物的濃度，μg/m3；OD為污染物的異味閾值，μg/m3。當(dāng)一種異味VOCs 的濃度值高于異味閾值時（OAV>1），認(rèn)為其存在異味風(fēng)險[15,16]。

對于混合異味物質(zhì)，混合物中某一組分的異味活度值越大，其異味貢獻(xiàn)也就越大[14,15]。因此，可以根據(jù)混合物中各組分異味活度值的大小來判斷不同組分對混合物的異味貢獻(xiàn)（Pi），其定義的公式為[14]：

式中，OAVi為混合物中各組分的異味活度值，無量綱；SOAV為混合物各組分的異味活度值加和，無量綱。

2 結(jié)果分析

2.1 站臺主要VOC 檢出物

上述13 個測試站點采樣分析檢出的969 種VOCs 中，芳香烴類（如甲苯、苯等苯系物）的檢出濃度最高，其次為酯類和醇類（如乙酸乙酯、乙酸丁酯等）。根據(jù)上述VOC 物質(zhì)篩選原則，共確定26 種主要檢出物，如表1 所示。結(jié)果表明，各主要檢出物的濃度變化范圍較廣（0.30–14.60μg/m3），且總體水平較高（均值濃度≥1μg/m3）。其中，甲苯的均值濃度最高（14.6μg/m3），其次為苯甲酸（8.13μg/m3）；其他主要檢出物還包括與人員排放有關(guān)的丙酮、壬醛、1-丁醇和D-檸檬烯等物質(zhì)[17]，以及與交通排放有關(guān)的甲苯、苯、二甲苯等物質(zhì)[18]。

表1 站臺主要VOC檢出物及其濃度范圍（μg/m3）（N=13）Table 1 The main VOC detected on the platform and its concentration range（μg/m3）（N=13）

2.2 站臺目標(biāo)異味VOCs

根據(jù)公開報道的異味閾值數(shù)據(jù)[15,16]，進(jìn)一步對上述26 種主要VOC 檢出物進(jìn)行篩選和OAV 值計算，確定12 種目標(biāo)異味VOCs 及其OAV 值范圍，如表2 所示。結(jié)果顯示，其主要濃度范圍為0.36–7.62μg/m3，OAV 值范圍為0.00-1.27，且大多數(shù)小于1.00，表明上述13 個測試站點的異味感知風(fēng)險總體較小。注意到，在所有目標(biāo)異味VOCs中，壬醛的最大OAV 值大于1.00，推測其在部分測試站點應(yīng)具有一定的異味感知風(fēng)險。此外，考慮站臺環(huán)境參數(shù)（如溫濕度、風(fēng)速等）的影響，上述其他目標(biāo)VOCs 的異味感知風(fēng)險依然存在[18]。

表2 目標(biāo)異味VOC污染物及其OAV值范圍（N=13）Table 2 Target odor VOC pollutants and their OAV value range（N=13）

2.3 站臺異味污染影響因素分析

結(jié)合表2 和公式（2）確定2 個案例地鐵站各測點的目標(biāo)異味物質(zhì)，如表3 所示。結(jié)果顯示，2個案例站點的站臺、隧道、站外環(huán)境檢出濃度最高的異味物質(zhì)為對二甲苯（分別為4.66±1.58μg/m3、5.05±1.50μg/m3、4.52±2.15μg/m3）和苯酚（分別為3.34±1.42μg/m3、4.71±2.06μg/m3、2.03±1.98μg/m3），且隧道內(nèi)大多數(shù)目標(biāo)異味物質(zhì)濃度均高于站臺和站外環(huán)境。

表3 案例站點各測點目標(biāo)異味VOC物質(zhì)均值濃度（μg/m3）及OAV值水平Table 3 The mean concentration(μg/m3)and OAV value level of target odorous VOC substances at each measuring point of the case site

對比分析兩案例的站臺目標(biāo)異味物質(zhì)OAV 值發(fā)現(xiàn)，除了站A 的壬醛（OAV 值=1.27）略高以外，兩案例站臺其他目標(biāo)異味物質(zhì)的OAV 值均遠(yuǎn)低于1.00，表明導(dǎo)致站A 異味風(fēng)險的VOC 物質(zhì)主要為壬醛，而站B 應(yīng)無單一物質(zhì)異味風(fēng)險。此外，對存在異味風(fēng)險的案例站點A 的進(jìn)一步分析顯示，該站點其他測點的少數(shù)目標(biāo)異味物質(zhì)OAV 值>1.00，包括隧道內(nèi)的2-丙烯酸丁酯（3.04）、壬醛（1.21）和正戊酸（4.39），以及站外環(huán)境的2-丙烯酸丁酯（1.09）和正戊酸（3.26）；除壬醛以外，隧道以及站外環(huán)境對站臺異味風(fēng)險的綜合影響較小。注意到，案例站點A 各測點的壬醛濃度均較高，且壬醛的來源多樣，如站內(nèi)人員、建筑材料等[17-20]，推測其站臺壬醛所導(dǎo)致的異味風(fēng)險應(yīng)來自站臺自身、隧道以及站外環(huán)境的綜合影響。需要說明的是，盡管表3所列的其他目標(biāo)VOC的異味感知風(fēng)險較小，但隧道和站外環(huán)境檢出的部分目標(biāo)異味物質(zhì)（如2-乙基己醇、乙酸和2-丙烯酸丁酯）濃度均高于站臺，推測其依然可能通過屏蔽門通風(fēng)滲透或通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)對站臺帶來潛在的異味感知風(fēng)險。

進(jìn)一步對比各測點的SOAV 值計算結(jié)果表明，站A（老站）所有測點的SOAV 值（SOAV=們5.78±2.91）均高于站B（新站）（SOAV=0.54±0.20），表明老站的異味感知風(fēng)險遠(yuǎn)高于新站。此外，由于站B 所有測點的SOAV 值均小于1.00，其存在的異味風(fēng)險較??；相比較而言，站A 隧道和站外測點的SOAV 值均比其站臺測點高，表明其隧道和站外的異味強(qiáng)度比站臺更大，進(jìn)而給站臺帶來潛在的異味污染風(fēng)險。

通過公式（3）計算表3 中的各目標(biāo)VOC 的異味貢獻(xiàn)（Pi），結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果顯示，壬醛（站A：53%、站B：59%）為兩個站臺異味貢獻(xiàn)最高的物質(zhì)且均高于同站其他測點（站A 隧道：13%、站B 隧道：0%、站A 站外：14%、站B 站外：0%），正戊酸為站A 隧道（46%）和站外（59%）異味貢獻(xiàn)最高的物質(zhì)，而2-丙烯酸丁酯為站B 隧道（28%）和站外（45%）異味貢獻(xiàn)最高的物質(zhì)。此外，兩案例站點的隧道和站外2-丙烯酸丁酯的異味貢獻(xiàn)（站A 隧道和站外：32%和20%；站B 隧道和站外：28%和45%）均高于同站站臺（站A：21%；站B：12%），表明兩案例站點的隧道和站外的2-丙烯酸丁酯均對各自的站臺構(gòu)成潛在的異味污染風(fēng)險。

圖2 案例站點各測點主要目標(biāo)VOCs的異味貢獻(xiàn)Fig.2 The odor contribution of the main target VOCs at each measuring point of the case site

3 結(jié)論

本研究選取華南地區(qū)13 個地下地鐵車站開展實測研究，分析確定了測試站點站臺的目標(biāo)異味VOCs 及其濃度水平，并隨機(jī)選取兩個案例站點，定量分析其站臺及其關(guān)聯(lián)空間各目標(biāo)VOC 的異味強(qiáng)度以及異味貢獻(xiàn)度等異味特征。其主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)采樣測試檢出的969 種VOC 物質(zhì)的檢出率和濃度水平，篩選確定26 種主要VOC 檢出物，并結(jié)合其異味閾值，最終確定12 種目標(biāo)異味VOC 物質(zhì)，其濃度均值和OAV 值范圍分別為0.36–7.62μg/m3和0.00-1.27，除個別站點以外，所測試站點異味VOCs 感知風(fēng)險總體較小；

（2）案例站點的分析結(jié)果表明，僅老站站臺存在單一VOC 物質(zhì)異味風(fēng)險（壬醛，OAV=1.27），其為案例站臺異味貢獻(xiàn)最高的物質(zhì)，且老站的總體異味風(fēng)險（ SOAV=5.78±2.91） 遠(yuǎn)高于新站（SOAV=0.54±0.20），并受站臺自身、隧道以及站外異味來源的共同影響。