新型環(huán)保道路抑塵劑在城市道路的應(yīng)用

鄭向軍，李晉生 ，薛峰，孟德發(fā)，武曉劍，霍茂清，解剛，史婧

1.北京精誠(chéng)博?？萍加邢薰?，北京 100062

2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

目前，我國(guó)城市正處于大規(guī)模的施工建設(shè)時(shí)期，建筑施工及市政施工過程中裸露路面的交通揚(yáng)塵、風(fēng)蝕揚(yáng)塵以及裸露料堆的風(fēng)蝕揚(yáng)塵嚴(yán)重影響了城市大氣環(huán)境質(zhì)量［1-2］。相關(guān)研究結(jié)果表明，交通揚(yáng)塵和施工揚(yáng)塵是國(guó)內(nèi)外很多城市大氣總懸浮顆粒物(TSP)主要來源［3-4］，TSP 是我國(guó)許多城市，尤其是北方城市最主要的污染物。空氣中直徑小于10 μm的可吸入顆粒物PM10和PM2.5、NOx和SOx等極大地危害了人們的正常生活和身體健康［5-8］，破壞了生態(tài)環(huán)境［9-12］。

國(guó)內(nèi)抑塵劑的種類很多，包括原渣油類［13］、無機(jī)鹽加各種表面活性劑［14］以及合成有機(jī)高分子類［15］。其主要應(yīng)用于非金屬采礦區(qū)、礦物粉渣堆料場(chǎng)、煤炭及礦粉運(yùn)輸、建筑物拆除、在建道路沿線、火電廠、水泥廠、鋼鐵廠、粉塵車間和沙漠化地區(qū)等場(chǎng)所［16-17］。對(duì)于道路抑塵劑的研究，歐盟從2009年開始實(shí)施道路抑塵劑控制大氣污染的項(xiàng)目。英國(guó)倫敦為控制可吸入顆粒物的濃度，營(yíng)造良好的倫敦奧運(yùn)會(huì)氛圍，2010年起開始采用道路抑塵劑治理可吸入顆粒物［18］。李鋼等［19］應(yīng)用化學(xué)抑塵劑控制PM10，去除率達(dá)22%。因此，為更好地營(yíng)造清潔的交通環(huán)境，筆者制備了新型環(huán)保道路抑塵劑，并在城市道路進(jìn)行了應(yīng)用研究。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和儀器

采用自主研發(fā)的以鈣鎂絡(luò)合物為主要組成物質(zhì)，外加助劑復(fù)配而成的一種新型環(huán)保抑塵劑。

試驗(yàn)儀器和設(shè)備包括大氣采樣器(青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所，2050 型和2030 型)、手持式氣象站(北京同德創(chuàng)業(yè)科技有限公司)、計(jì)數(shù)器、環(huán)衛(wèi)噴灑車、NOx測(cè)試儀EC9841。

1.2 方法

以京周公路部分路段為研究對(duì)象，在該路段設(shè)置3 個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采樣器間距大于150 m，采樣器緊挨馬路邊，采樣高度1.2 m(圖1)。采樣時(shí)間為2013年9月2—3日。

圖1 采樣布點(diǎn)，采樣儀器及噴灑抑塵劑Fig.1 Sampling dot，sampling instruments，spray the dust suppressant

2013年9月2日進(jìn)行本底測(cè)試，采用稱重法用大氣采樣器連續(xù)20 h(09:00—次日05:00)收集110 m3的大氣樣品，計(jì)算PM10和PM2.5的平均濃度，用NOx測(cè)試儀在十中測(cè)試點(diǎn)測(cè)定大氣中NOx濃度，同時(shí)用手持氣象儀測(cè)定當(dāng)天的氣象情況，在丁字路口測(cè)試點(diǎn)用計(jì)數(shù)器記錄當(dāng)天03:00—04:00、07:00—08:00、11:00—12:00、15:00—16:00、19:00—20:00、23:00—24:00 的車流量。

2013年9月3日05:00 進(jìn)行噴灑抑塵劑試驗(yàn)，應(yīng)用環(huán)衛(wèi)灑水車噴灑筆者研發(fā)的新型環(huán)保道路抑塵劑，濃度為25%，噴灑量為40 g/m2，作業(yè)時(shí)間約20 min。噴灑區(qū)域見圖1(a)黑色路段，噴灑過程見圖1(c)。采用稱重法用大氣采樣器連續(xù)20 h(08:00—次日04:00)收集110 m3的大氣樣品，計(jì)算PM10和PM2.5的平均濃度，用NOx測(cè)試儀測(cè)定大氣中NOx濃度，同時(shí)用手持氣象儀測(cè)定當(dāng)天的氣象情況，在丁字路口測(cè)試點(diǎn)用計(jì)數(shù)器記錄當(dāng)天03:00—04:00、07:00—08:00、11:00—12:00、15:00—16:00、19:00—20:00、23:00—24:00 的車流量。

2 結(jié)果與討論

2.1 測(cè)試條件的選取

試驗(yàn)選取的路段車流量相對(duì)較大，夜間仍有不少大貨車經(jīng)過，該區(qū)域的揚(yáng)塵對(duì)人體的影響較大，群眾反映強(qiáng)烈。3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)受未噴灑路段來車方向的影響作用為丁字路口＞商鋪＞十中，可據(jù)此分析抑塵劑的抑塵效果。根據(jù)氣象信息可知，選取的采樣時(shí)間2013年9月2—3日，兩天天氣狀況相仿。現(xiàn)場(chǎng)氣象儀測(cè)定:9月2日晴，白天高溫30 ℃，夜間低溫24 ℃，無持續(xù)風(fēng)向;9月3日晴轉(zhuǎn)多云，白天高溫31 ℃，夜間低溫22 ℃，無持續(xù)風(fēng)向。因此可忽略天氣條件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)期間試驗(yàn)路段空氣污染指數(shù)來自附近豐臺(tái)云崗、豐臺(tái)花園和房山良鄉(xiāng)監(jiān)測(cè)子站數(shù)據(jù)(表1)。

由表1 可見，9月2日和9月3日同為3 級(jí)輕度污染，空氣污染指數(shù)反映出9月3日的污染程度大于9月2日，9月2日和9月3日進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)更能說明抑塵劑作用的有效性。

表1 環(huán)境監(jiān)測(cè)子站數(shù)據(jù)Table 1 Data of environmental monitoring stations

2.2 PM10濃度

圖2 顯示噴灑抑塵劑前后各測(cè)試點(diǎn)PM10濃度。從圖2 可以看出，噴灑抑塵劑后各測(cè)試點(diǎn)PM10濃度都明顯降低，說明抑塵劑對(duì)PM10有很明顯的抑制作用，抑塵劑對(duì)PM10的降塵效果為25%。丁字路口的PM10濃度高于十中和商鋪，因?yàn)槎∽致房谥苯涌拷磭姙⒁謮m劑的來車方向，來車方向上路面灰塵較大，隨車輛行駛從路上方帶了許多揚(yáng)塵，增加了空氣中PM10濃度。十中PM10濃度高于商鋪，因?yàn)槭新范螢殡p向行車路段，車流量大于商鋪，這樣十中路面灰塵的擾動(dòng)性就大，使得路面上方大氣中PM10濃度就高。

圖2 噴灑抑塵劑前后PM10濃度Fig.2 The concentration of PM10 before and after spraying dust suppressant

2.3 PM2.5濃度

外界條件如車流量和風(fēng)速對(duì)PM2.5的影響要大于PM10，因?yàn)镻M2.5的質(zhì)量相對(duì)PM10更輕。噴灑抑塵劑后9月3日的車流量大于沒有噴灑抑塵劑的9月2日，具體車流量數(shù)據(jù)見表2。圖3 顯示噴灑抑塵劑前后各測(cè)試點(diǎn)PM2.5濃度。由圖3 可見，只有十中測(cè)試點(diǎn)顯示噴灑抑塵劑后PM2.5濃度降低，丁字路口和商鋪測(cè)試點(diǎn)PM2.5濃度不但沒有降低反而升高，分析認(rèn)為，車流量大對(duì)未噴灑路面的PM2.5擾動(dòng)性就大，使得未噴灑路面的PM2.5隨車輛行駛很快進(jìn)入噴灑路段，緊挨未噴灑抑塵劑來車方向的丁字路口PM2.5濃度就高。商鋪PM2.5濃度同樣受到車流量的增加而升高。因此，要想控制大氣中PM2.5濃度就要考慮抑塵劑噴灑面積的區(qū)域性，噴灑面積越大，PM2.5濃度降低的有效區(qū)域性越廣。

表2 京周公路丁字路口車流量Table 2 The traffic in Jing Zhou Road T-junction 輛

圖3 噴灑抑塵劑前后PM2.5的濃度Fig.3 The concentration of PM2.5 before and after spraying dust suppressant

2.4 NOx 濃度

圖4 顯示噴灑抑塵劑前后十中測(cè)試點(diǎn)NOx濃度。從圖4 可以看出，噴灑抑塵劑有效降低了大氣中NOx濃度，NOx濃度受車流量、空氣濕度和風(fēng)速的影響很大，因此選擇了噴灑抑塵劑影響較大的十中測(cè)試點(diǎn)，在該路段分別向偏北方向噴灑了800 m，從西南到丁字路口處噴灑了300 m，丁字路口有來車會(huì)對(duì)十中和商鋪測(cè)試點(diǎn)產(chǎn)生影響，而丁字路口測(cè)試點(diǎn)距離商鋪150 m，所以商鋪測(cè)試點(diǎn)受到的影響比十中要大。

圖4 噴灑抑塵劑前后NOx 濃度Fig.4 The concentration of NOx before and after spraying dust suppressant

2.5 抑塵劑的相關(guān)測(cè)試

由于道路抑塵劑要在城市道路進(jìn)行應(yīng)用，必須對(duì)路面摩擦衰減率、碳鋼腐蝕率、皮膚刺激性及植物種子相對(duì)受害率等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。路面摩擦衰減率按JTGE 60—2008《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中T 0964—2008 擺式儀測(cè)定路面抗滑值試驗(yàn)方法操作，結(jié)果為:濕基＜10%，半濕基＜6%。按GB/T 18175—2000《融雪劑》及水處理劑緩蝕性能的測(cè)定方法測(cè)定碳鋼腐蝕率為≤0.11 mm/a。按GB/T 21604—2008《化學(xué)品 急性皮膚刺激性/腐蝕性試驗(yàn)方法》測(cè)定皮膚刺激性，結(jié)果無皮膚刺激性。按DB11/T 161—2012《動(dòng)植物無傷害性》中融雪劑測(cè)定，結(jié)果為小于20%，測(cè)試結(jié)果見表3。結(jié)果表明，該道路抑塵劑對(duì)動(dòng)植物無傷害、碳鋼腐蝕率低，不會(huì)影響路面的交通情況。

表3 抑塵劑相關(guān)檢測(cè)結(jié)果Table 3 The relevant test results of dust suppressant

3 結(jié)論

(1)噴灑新型環(huán)保道路抑塵劑能夠有效降低揚(yáng)塵中PM10濃度，對(duì)PM10的降塵效果為25%，并對(duì)PM2.5有一定的降塵效果。

(2)新型環(huán)保道路抑塵劑對(duì)大氣中的NOx有一定的吸附作用。

(3)該環(huán)保道路抑塵劑對(duì)動(dòng)植物無傷害，碳鋼腐蝕率低，不會(huì)影響路面的交通情況。

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