復(fù)合型道路抑塵劑在城市道路中的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)分析研究

李永強(qiáng) 周亞萍 楊曉娟 安勇鵬 董 筱

（蘭州天際環(huán)境保護(hù)有限公司 甘肅省交通儲(chǔ)運(yùn)揚(yáng)塵治理工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730070）

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入，城市發(fā)展愈發(fā)迅速。降低大氣中顆粒物的濃度，重新讓人們獲取到干凈清潔的空氣一直是社會(huì)發(fā)展的首要任務(wù)。在以往粉塵治理中，灑水降塵的方式最為常見(jiàn)，但是由于北方區(qū)域常年干旱，每到夏季天氣氣溫很高，所噴灑的水資源會(huì)以肉眼可見(jiàn)的速度蒸發(fā)，每次噴灑大約只可以保持在19 分鐘左右。在冬季，溫度會(huì)異常的低，噴灑的水都會(huì)凝結(jié)為冰，所以該方式在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到多方面的因素限制，影響最終的除塵效果。發(fā)展到二十一世紀(jì)，科研人員獲得了顯著的進(jìn)展，將復(fù)合型道路抑塵劑應(yīng)用到除塵工作中國(guó)，起到了非常良好效果作用，并且該方式的應(yīng)用范圍也在得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

1 復(fù)合型抑塵劑的概念及內(nèi)容

根據(jù)抑塵的機(jī)理差異，抑塵劑可以劃分為三個(gè)類型：凝聚型、潤(rùn)濕型和粘結(jié)型。由于不同的抑塵劑有著不同的應(yīng)用對(duì)象，經(jīng)過(guò)發(fā)展，抑塵劑逐漸朝著復(fù)合型的方向發(fā)展。本文所研究的復(fù)合型抑塵劑屬于一種化學(xué)試劑，是兩種或者多種抑塵劑通過(guò)一定的條件復(fù)合而成，將三種類型的抑塵劑的功能優(yōu)勢(shì)融合在一起，形成全新的、具有高效率的道路抑塵劑。我國(guó)的科研人員鄭向軍等人通過(guò)自主研發(fā)的方式，將鈣鎂絡(luò)合物作為主要的組成物質(zhì)，結(jié)合一定量的添加劑從而調(diào)配成一種新型環(huán)保抑塵劑，對(duì)于降低空氣中的可吸入顆粒物的濃度有著強(qiáng)而有力的作用。以某個(gè)城市道路揚(yáng)塵作為研究對(duì)象，通過(guò)使用該新型抑塵劑，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于可吸入顆粒物的降塵效果可以達(dá)到25%，并且對(duì)于細(xì)顆粒物也有著一定的降塵效果，還可以將大氣中懸浮的氮氧化物進(jìn)行吸附，起到凈化空氣的作用。杜翠鳳等人通過(guò)單體試驗(yàn)的方式挑選表面活性劑、吸濕劑等各個(gè)單體的濃度和材料范圍，再結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)來(lái)得出最佳抑塵劑配方。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，這種復(fù)合型抑塵劑具備非常高效的粘結(jié)性、吸濕性，可以抵擋30m/s 強(qiáng)風(fēng)的侵蝕，即使在零下34 攝氏度以下的環(huán)境也不會(huì)凝結(jié)成冰，另外這個(gè)抑塵劑的造價(jià)成本較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2 城市揚(yáng)塵的危害

通過(guò)對(duì)揚(yáng)塵的化學(xué)成本進(jìn)行分析，能夠發(fā)現(xiàn)揚(yáng)塵主要是由地殼中的鈣、鋁等化學(xué)元素組成。站在醫(yī)學(xué)的角度分析，人們長(zhǎng)期吸取濃度較高的SiO2粉塵顆粒，很容易引發(fā)硅肺病，對(duì)人體健康造成較大傷害?？諝庵袘腋〉腜M2.5和PM10顆粒較小，比表面積大，當(dāng)受到外界污染時(shí)，更容易在其表面堆積大量的有害元素，這些粉塵會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的漂浮在大氣中，不斷影響到空氣質(zhì)量，還對(duì)人體健康造成巨大影響。顆粒直徑較大會(huì)在吸取過(guò)程中被阻攔在上呼吸道，而直徑較小顆粒會(huì)直接進(jìn)入到下呼吸道，如果顆粒物直徑小于2.5um，那么很容易沉積在肺泡中。人們要是長(zhǎng)期生存在一定濃度的As、Hg 以及其他游離態(tài)硅灰的大氣中，會(huì)引起慢性中毒，甚至出現(xiàn)惡性腫瘤。另外，空氣還會(huì)存在有機(jī)化合物，占空氣總量的5%，該化學(xué)成分會(huì)帶有致癌作用。城市化進(jìn)程的加快，使得大氣的粉塵含量不斷增多，不僅對(duì)影響到城市大氣的能見(jiàn)度，還會(huì)形成光化學(xué)煙霧以及氣候變暖等環(huán)境問(wèn)題?，F(xiàn)階段，PM2.5就是降低城市能見(jiàn)度的主要原因，而且城市交通發(fā)展迅速，汽車數(shù)量明顯增多，這樣也會(huì)大大增加交通事故的發(fā)生幾率。

3 試驗(yàn)部分

為有效控制揚(yáng)塵，降低大氣污染程度，改善空氣質(zhì)量，本次試驗(yàn)以某市的道路揚(yáng)塵作為研究對(duì)象，在對(duì)其噴灑復(fù)合型抑塵劑之后，記錄并分析道路揚(yáng)塵中NOX、PM2.5和PM10的濃度變化情況，并對(duì)應(yīng)用抑塵劑后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

3.1 材料和設(shè)備

本文選取的抑塵劑是由蘭州天際環(huán)境保護(hù)有限公司所研發(fā)的新型復(fù)合型道路抑塵劑，是由多種可降解高分子材料組成，具有吸濕保水、凝并和粘結(jié)的功能作用，可以提高路面的吸濕、抗蒸發(fā)能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抑塵的目的。本文所采用的儀器設(shè)備有：計(jì)數(shù)器、空氣質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、抑塵劑噴灑車以及大氣采樣器等。

3.2 車流量和地點(diǎn)狀況

在噴灑道路上選擇合適位置設(shè)置兩個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將大氣采樣器安置在道路兩側(cè)，還要保障兩個(gè)大氣采樣器的間隔距離要超過(guò)200 米。該裝置的采樣高度為1.2 米，而環(huán)境監(jiān)測(cè)車的采樣高度能夠達(dá)到2.5 米[1]。整個(gè)需要噴灑的道路長(zhǎng)度為7 千米，總體噴灑面積約為23 萬(wàn)平方米，采樣時(shí)間在2019 年9 月6 號(hào)到8 號(hào)。在2019 年9 月6 號(hào)開(kāi)始抑塵劑噴灑工作，借助環(huán)衛(wèi)灑水車來(lái)噴灑新型復(fù)合型道路抑塵劑，該試劑濃度為1%，灑水車的噴灑量為每平方米2 到3 升，工作時(shí)間大致為20 分鐘，其中抑塵劑的溶解循環(huán)時(shí)間只有5 分鐘?？梢詰?yīng)用濾膜稱重法來(lái)提取12 個(gè)小時(shí)內(nèi)的大氣樣品，對(duì)空氣中PM2.5和PM10的平均濃度進(jìn)行計(jì)算，之后利用環(huán)境監(jiān)測(cè)車來(lái)對(duì)NOx 的濃度進(jìn)行檢測(cè)，并記錄當(dāng)天的天氣情況。

車輛所怕排出的尾氣是影響大氣環(huán)境的主要因素，并且會(huì)對(duì)人體健康造成一定的損害，另外車速和車流量的擾會(huì)加深道路揚(yáng)塵以及二次揚(yáng)塵的程度。本次試驗(yàn)利用計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)高峰時(shí)期的日平均車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將數(shù)據(jù)繪制成表格。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，在上午8 點(diǎn)到9 點(diǎn)和下午19 點(diǎn)到820 區(qū)間的車流量差距不大，但是在11 點(diǎn)到12 點(diǎn)和14 點(diǎn)到15 點(diǎn)區(qū)間有著明顯的差異。所以，可以得出結(jié)論，車流量對(duì)于大氣中污染物的含量有著一定的影響作用。

4 結(jié)果和討論

4.1 測(cè)試條件的選擇

選擇某市道路作為抑塵劑噴灑試驗(yàn)道路，選擇該市主要的十字路口作為大氣采樣點(diǎn)，點(diǎn)1 位于車輛駛?cè)胧袇^(qū)的主干道，點(diǎn)2位于連接新老城區(qū)的樞紐道路。這兩個(gè)點(diǎn)位都在十字路口區(qū)域，可以對(duì)大氣質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)測(cè)量，從而判斷出該抑塵劑的應(yīng)用效果。結(jié)合該市的氣象信息得出未來(lái)三天的天氣情況，風(fēng)速不大并且較為穩(wěn)定，所以可以忽視氣候?qū)τ谠囼?yàn)結(jié)果的影響。根據(jù)最新的空氣污染指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)8 號(hào)的污染程度要略大于6 號(hào)和7 號(hào)，所以，對(duì)比這三天的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以表明抑塵劑效果顯著并且具有持續(xù)性。

4.2 PM10 濃度

如圖1 所示，為監(jiān)測(cè)點(diǎn)和對(duì)照點(diǎn)可吸入顆粒物的濃度變化對(duì)比[2]。從圖中可以發(fā)現(xiàn)噴灑復(fù)合型抑塵劑后對(duì)于PM10起到了比較明顯的控制作用，在噴灑后三個(gè)小時(shí)內(nèi)平均濃度降低了20%，該抑塵劑和上文提及的鄭向軍等人研制的抑塵劑控制效果存在一些差異，造成這種現(xiàn)象的原因可能是該市的PM10濃度較高或者濕度較低，因此在研究抑塵劑時(shí)也要考慮地理因素。

圖1 噴灑抑塵劑后PM10 濃度

4.3 PM2.5 濃度

由于，PM2.5顆粒直徑較小，不容易發(fā)生凝滯。所以復(fù)合型抑塵劑對(duì)于PM2.5也有著一定的制約效果。另外，大氣中PM2.5有近40%來(lái)源于原始排放，還有25%來(lái)源于光化學(xué)轉(zhuǎn)化[3]。因此，汽車排放只是PM2.5來(lái)源的一部分，但是通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的二次氣溶膠才是PM2.5的來(lái)源，所以，復(fù)合型抑塵劑對(duì)于PM2.5的抑制效果略差一些，沒(méi)有PM10控制效果明顯。通過(guò)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1 在高峰期對(duì)于PM2.5抑制作用不太明顯，有些時(shí)候還會(huì)高于對(duì)照點(diǎn)的濃度，該點(diǎn)位的PM2.5平均控制效果為10%。處于高峰期，點(diǎn)2 和點(diǎn)1 平均去除率大體相同。在車流量不高的時(shí)期，點(diǎn)1和PM2.5去除率要比點(diǎn)2 低于8%左右，綜合考慮下，可以得出結(jié)論，車流量對(duì)于PM2.5的擾動(dòng)性有著非常大的影響[4]。

4.4 NOx 濃度

空氣中的NOx 主要來(lái)源于人為源排放和自然源排放。其中，人為源包括機(jī)動(dòng)車尾氣排放和化石燃料燃燒等，而自然源包括閃電、微生物排放等。到目前為止，自然源排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人為源排放，所以NOx 的主要來(lái)源是人為排放，也就是NOx 的空氣含量受到機(jī)動(dòng)車排放和采暖季燃煤排放的直接影響。通過(guò)對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用抑塵劑對(duì)于NOx 的控制效果要低于PM2.5和PM10的抑制效果，并且在6 號(hào)的抑制效果最為明顯，可以達(dá)到18%，經(jīng)過(guò)計(jì)算，可以得出平均去除率為13%。

5 復(fù)合型道路抑塵劑的經(jīng)濟(jì)性分析

5.1 灑水成本分析

本次試驗(yàn)道路長(zhǎng)度大約為200 千米，平均道路寬度為15 米，間隔兩個(gè)小時(shí)噴灑一次，一天大約噴灑6 到8 次，每次的灑水量為每平方米0.5 升?？紤]到取水問(wèn)題，所以實(shí)際路程為400 千米，產(chǎn)生油耗達(dá)到200 升，一天行駛路程總和為2400 千米，共計(jì)灑水量為10000 升[5]。環(huán)衛(wèi)灑水車行車速度約為每小時(shí)30 千米，噴灑行車速度為每小時(shí)5 千米，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得出噴灑全路程需灑水車40 輛，每天燃油量可達(dá)1600 升。

5.2 噴灑抑塵劑成本分析

綜合上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及相關(guān)檢測(cè)情況，發(fā)現(xiàn)復(fù)合型抑塵劑的控制效果周期在4 到7 天左右。所以需要每間隔4 天就要向道路噴灑一次抑塵劑，每月車輛行駛距離大約為14400 千米，所需灑水車4 臺(tái)。在噴灑抑塵劑時(shí)，灑水車每日會(huì)消耗燃油240 升，所以月度燃油消耗總量為7200 升。所應(yīng)用的復(fù)合型道路抑塵劑配置濃度為1%，灑水車噴灑量在每平方米2 到3 升，而每個(gè)月需要復(fù)合型抑塵劑總量為5400 噸，因此所需固體抑塵劑約為54 噸。

5.3 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)灑水成本和噴灑抑塵劑的成本進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)該市每個(gè)月應(yīng)用道路抑塵劑要比使用灑水方式可以節(jié)約近30%的施工成本，每個(gè)月節(jié)省資金約為50 萬(wàn)元，年度成本控制約在600 萬(wàn)左右。

6 結(jié)論

總而言之，隨著人們的環(huán)保意識(shí)顯著提高，為了保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善空氣質(zhì)量，研發(fā)出廣泛性、復(fù)合型的道路抑塵劑已經(jīng)成為當(dāng)代社會(huì)發(fā)展的主流方向。目前，城市霧霾情況愈發(fā)嚴(yán)重，空氣中的懸浮顆粒物不斷影響著城市生態(tài)環(huán)境，還對(duì)于人體健康有著嚴(yán)重的影響，長(zhǎng)期生活在一定濃度的污染物中，將有幾率引發(fā)肺病或癌癥等相關(guān)疾病。因此，研發(fā)出一種復(fù)合型的道路抑塵劑將成為重中之重。通過(guò)試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)道路噴灑抑塵劑可以在短時(shí)間內(nèi)改善空氣質(zhì)量，并且對(duì)于污染物的控制效果會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸減小。該化學(xué)試劑對(duì)于人體健康沒(méi)有影響，相比傳統(tǒng)的灑水方式，能夠節(jié)約近30%的施工成本，還可以為人們的正常生活提供有力保障。