内河船舶污染物排放特征及DOC+DPF后处理系统的减排效能研究

针对内河船舶柴油机排放污染问题，研究人员通过分析不同负载工况下PM、CO、VOCs等污染物的排放因子(EFs)，评估了柴油氧化催化器(DOC)与颗粒物过滤器(DPF)组合系统的减排效果。结果表明，DOC+DPF在75%负载下可降低PM 92.1%、CO 100%、VOCs 84.1%，显著抑制臭氧生成潜势(OFP)和二次有机气溶胶(SOA)形成，为内河船舶污染控制提供了关键技术支撑。

　　

内河船舶作为水上交通的重要载体，长期被忽视其排放对沿岸居民健康的威胁。随着机动车排放标准趋严，船舶污染占比逐年攀升，其中内河船舶因航线贴近人口密集区，其柴油机排放的颗粒物(PM)、氮氧化物(NO_x)和挥发性有机物(VOCs)已成为区域性空气污染的关键源头。尤其值得注意的是，含氧挥发性有机物(OVOCs)如甲醛、乙醛等，不仅具有高反应活性，还是地面臭氧(O₃)和二次有机气溶胶(SOA)的前体物，对气候和健康构成双重威胁。然而，现有研究多聚焦远洋船舶，针对内河船舶的排放特征及控制技术研究严重不足。

为填补这一空白，台湾地区国家科学及技术委员会资助的研究团队以日月潭风景区旅游船为对象，系统考察了柴油氧化催化器(DOC)与颗粒物过滤器(DPF)组合系统在不同负载工况(怠速、25%、50%、75%负载)下的污染物减排效能。研究采用在线监测与离线分析相结合的方法，检测了46种VOCs组分及其对OFP和SOAFP的贡献，首次全面评估了后处理系统对内河船舶多污染物的协同控制效果。

关键实验技术
研究选取配备DOC+DPF系统的柴油动力旅游船，在四种典型工况下采集原始尾气与处理后尾气样本。通过气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)分析VOCs组分，采用标准方法测定PM、CO、CO₂、NO_x等常规污染物，结合最大增量反应活性(MIR)和气溶胶生成系数(FAC)分别计算OFP和SOAFP。所有数据均以燃料质量基准(g kg-fuel^-1)标准化处理。

传统空气污染物
研究发现原始尾气中PM和CO₂排放因子(EFs)随负载增加而升高，75%负载时分别达9.21 g kg-fuel^-1和3060 g kg-fuel^-1；而CO和VOCs呈现相反趋势，怠速时EFs最高(CO:12.7±10.9 g kg-fuel^-1，VOCs:2.46±1.52 g kg-fuel^-1)。DOC+DPF系统表现出显著负载依赖性——在75%负载时对PM、CO、VOCs的去除率分别达92.1%、100%和84.1%，但对NO_x的转化效率仅11.7-13.2%，且会促进NO₂生成。

VOCs组分与二次污染潜势
OVOCs占总VOCs的43.3±15.9%，其中甲醛和乙醛占比55.9-75.3%，成为OFP主要驱动因子(EFs:4.84±5.44 g O₃ kg-fuel^-1)。芳香烃则主导SOAFP(EFs:0.742±0.365 g SOA kg-fuel^-1)。后处理系统对OVOCs和芳香烃的去除率分别为65.8±6.62%和74.9±12.5%，有效降低了二次污染风险。

结论与意义
该研究揭示了内河船舶排放的复杂负载特性，证实DOC+DPF系统在高负载下对PM、CO及VOCs的高效控制能力。尽管对NO_x转化有限，但其对OVOCs和芳香烃的选择性去除，显著削弱了船舶排放对区域性光化学污染和颗粒物生成的贡献。研究成果为制定内河船舶排放标准提供了数据支撑，也为全球后处理技术评估提供了新范式。未来研究需进一步优化系统在低负载工况的性能，并探索与选择性催化还原(SCR)技术的联用方案。