木制過濾板吸附塵霾試驗(yàn)效果分析

張莉 楊春梅

摘要：

根據(jù)近年來我國大氣污染情況較為嚴(yán)重，以及冬季北方長時(shí)間沒有綠色植物的的現(xiàn)狀，本文介紹了一種可以放置在城市道路綠化帶上的木質(zhì)過濾板，以實(shí)現(xiàn)在冬季代替綠色植物對大氣污染物進(jìn)行吸附，降低空氣污染的目的。參照國家標(biāo)準(zhǔn)，通過對木質(zhì)過濾板進(jìn)行實(shí)地道路試驗(yàn)，結(jié)果顯示，經(jīng)過過濾板的PM2.5平均值比之前的數(shù)值低15%左右，說明木質(zhì)過濾板對PM2.5具有一定的吸附能力。試驗(yàn)板能譜分析中檢測出C、N、Pb、F等元素，說明木質(zhì)過濾板不僅可以過濾道路交通導(dǎo)致的污染物，還能夠吸附大氣中的其他污染物，起到一定的隔絕污染物、凈化空氣的作用。

關(guān)鍵詞：

木片；過濾板；大氣污染；凈化

中圖分類號：S 792；X51文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-005X（2018）01-0051-05

Abstract：

According to the serious situation of air pollution in our country in recent years and the absence of green plants in winter in the northern part of China，this paper introduced a wooden filter plate that can be placed on urban road green belt，in order to achieve the air pollutants adsorption in winter instead of green plants，to reduce air pollution.Referring to the national standards，the wooden filter plate was tested on the road.The results showed that the average PM2.5 of the filter plate was about 15% lower than that of the previous value，indicating that the wood filter board had a certain adsorption capacity for PM2.5.The C，N，Pb and F elements could be detected in the spectrum analysis.It showed that the wooden filter plate can not only filter pollutants caused by road traffic，but also adsorb other pollutants in the atmosphere，and play a role of isolating pollutants and purifying air.

Keywords：

Chipper；filter plate；atmospheric pollution；purify

0引言

我國城市空氣質(zhì)量不容樂觀，在2013年按照新標(biāo)準(zhǔn)第一階段實(shí)施監(jiān)測的74個(gè)城市中，只有3個(gè)城市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)。其中涉及到的大氣污染物主要為SO2、NO2、PM10、PM2.5等，合格率僅為4.1%，超標(biāo)城市比例達(dá)到了95.9%[1]，由此可見，我國的大氣污染覆蓋范圍很廣，且部分城市的污染情況十分嚴(yán)重。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，我國城市環(huán)境污染的類型，正在由煤煙型向煤煙污染與車輛排氣污染混合型或排氣污染型轉(zhuǎn)化[2]。城市中約60%～70%的大氣污染是由機(jī)動(dòng)車尾氣排放造成的，所以對于大氣環(huán)境污染的控制，很多人首先將目光放在了對汽車尾氣排放的控制方面上[3]。1968年，美國正式頒布了世界上第一個(gè)汽車尾氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，汽車排放的CO和HC比未控制前分別減少了39%和41%[4]。在這之后，日本和歐洲緊跟美國的腳步，紛紛出臺了適合自身情況的尾氣排放控制標(biāo)準(zhǔn)[5]。在我國，對由交通活動(dòng)帶來的大氣污染則意識較晚。直到1981年，我國才開始制定機(jī)動(dòng)車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[6]，1993年才頒布了相當(dāng)于歐洲20世紀(jì)70年代的汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)[7]。但隨著人民生活水平的提高和機(jī)動(dòng)車行業(yè)的不斷發(fā)展，我國的汽車保有量迅速增長，隨之帶來的是汽車尾氣對大氣污染的分擔(dān)率不斷提高。在部分特大城市中，機(jī)動(dòng)車排放物已成為城市空氣污染的主要來源[8]。

在污染形成后的治理方面，人們首先想到的是綠色植物。研究表明，城市中植被覆蓋面積越大的地區(qū)污染物濃度越低，因此可以利用對污染物不敏感的植物對污染物進(jìn)行吸附，城市綠化就是其中的一種實(shí)現(xiàn)手段[9-10]。植被葉片因其表面性能（如茸毛和臘質(zhì)表皮等）可以截取和固定塵霾顆粒物，使顆粒物脫離大氣環(huán)境，因而成為消減城市大氣環(huán)境污染的重要過濾體[11-12]。我國在這方面的研究始于20世紀(jì)70年代末，系統(tǒng)地研究了城市綠化帶配置、管理等對城市園林綠化的生態(tài)效益的影響，逐步推出了推進(jìn)城市綠色生態(tài)化建設(shè)工程的相關(guān)政策[13-15]。研究結(jié)果表明，綠化帶可以起到降風(fēng)沙、防粉塵、降溫增濕、凈化空氣、降低污染、美化環(huán)境的功效[16-17]。但是選用植物來凈化空氣的這種方法在北方寒地卻有很大的局限性，因?yàn)閹缀跛械木G化帶在冬季基本都處于休眠狀態(tài)。以哈爾濱為例，全年約有7個(gè)月的時(shí)間樹木是沒有葉片的，沒有葉片的植株對于空氣的凈化能力將被極大程度地削弱，因此，北方地區(qū)急需一種能夠在秋冬季節(jié)凈化空氣的方法。

1木質(zhì)過濾板制作概述

木質(zhì)過濾板是為了解決冬季北方城市道路綠化帶無綠葉現(xiàn)狀，而研制的一種既能夠吸附和過濾交通環(huán)境中的污染物，又具有城市美化功能的多功能木質(zhì)板。木質(zhì)過濾板的制作原料是白松木，首先利用削片機(jī)和粉碎機(jī)將白松木加工成木質(zhì)過濾板所需要的具有合適厚度和長度的木條。由于本試驗(yàn)所使用的木質(zhì)過濾板主要是為了研究木板本身在自然風(fēng)力條件下對于大氣中懸浮顆粒物及有害氣體的吸附性，因此在制作過程中要求盡量少地使用乳白膠，以減少乳白膠在試驗(yàn)過程中對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，施膠量應(yīng)控制在使木條之間能夠剛好粘合即可。本次試驗(yàn)中，按照約2∶1的比例，將乳白膠與木條均勻混合。依據(jù)目前城市道路綠化帶植被通常被修整為高度為60 cm的實(shí)際情況，將混合均勻的木條鋪裝在預(yù)先做好的模具中，在鋪裝的過程中要保證盡量均勻，使過濾板內(nèi)部各處的密度保持一致，大約為20 kg/m3。最后通過壓機(jī)施壓、烘干處理，達(dá)到試驗(yàn)用板的要求，如圖1所示。根據(jù)本次道路試驗(yàn)用過濾板的基本尺寸，從壓制好的過濾板中截取規(guī)格為60 cm×6 cm×60 cm的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣板，剩余的過濾板作為對比板分析時(shí)使用。

2木質(zhì)過濾板道路試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)簡介

木質(zhì)過濾板的試驗(yàn)地點(diǎn)為大慶市火炬新街建設(shè)大廈旁，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2所示。在天氣允許的條件下連續(xù)監(jiān)測7個(gè)工作日，監(jiān)測項(xiàng)目為試驗(yàn)板前后的PM2.5濃度。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果判斷木質(zhì)過濾板對空氣中塵霾顆粒物是否有過濾功能，以及實(shí)際的過濾效果。受試驗(yàn)條件等的限制，每日累計(jì)采樣的時(shí)間選定為8 h，試驗(yàn)中的其他操作均根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3095-2012）》中針對顆粒物的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定執(zhí)行。

2.2試驗(yàn)結(jié)果

每天試驗(yàn)監(jiān)測后得到8組數(shù)據(jù)，選取其中5組作為有效數(shù)據(jù)取其平均值，用來計(jì)算當(dāng)天的日PM2.5平均濃度。

PM2.5的濃度計(jì)算公式：

式中：ρ為PM2.5的濃度，μg/m3；ω2為采樣后濾膜的質(zhì)量，mg；ω1為空白濾膜的質(zhì)量，mg；V為已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（101.325 kPa，273 K）下的空氣采樣體積，m3。

試驗(yàn)期間的天氣狀況及經(jīng)過計(jì)算后得出的PM2.5的濃度、過濾效率結(jié)果，見表1。通過得到的數(shù)據(jù)可以看出，木質(zhì)過濾板對PM2.5的確具有較為明顯的吸附能力。通常情況下，木質(zhì)過濾板對PM2.5的過濾效果大約為13.5%。從表1中可以看出，試驗(yàn)期間的濕度變化不大，基本可以排除濕度對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

3試驗(yàn)板檢測及能譜分析

3.1采樣

為了使檢驗(yàn)結(jié)果能夠更加準(zhǔn)確地反映真實(shí)情況，在試驗(yàn)板上采樣時(shí)采取間斷地任意選取三處采集點(diǎn)，采樣深度隨機(jī)選擇，同時(shí)在對比板上取1個(gè)樣本，共4個(gè)樣本。

3.2樣本檢測

選取的樣本經(jīng)過噴金處理后就可以進(jìn)行電鏡觀察。對比板的電鏡圖像如圖3所示。從對比板的電鏡圖像上可以看出，木片的表面覆蓋著一些制作過程中使用的乳白膠，還有一些極其細(xì)微的顆粒物，這些是試驗(yàn)板在處理過程中吸附的一些塵霾顆粒物。條狀物是樣本木片表面的木纖維，圓形孔洞是木片上的氣孔。從總體上看，對比板樣本的表面較為潔凈，顆粒物較少。

試驗(yàn)板的電鏡圖像如圖4所示。通過圖4能夠看出，樣本表面覆蓋著很多粒徑大小不一的顆粒物，相比圖3的對比板，顆粒物的數(shù)目大量增加且密度也較大。有些顆粒物呈棱角分明的粒狀，還有些顆粒物呈絮狀。從試驗(yàn)前后過濾板的電鏡圖像可以看出，試驗(yàn)之后的過濾板表面附著大量的顆粒物，由此可以說明木質(zhì)過濾板對大氣中的懸浮顆粒物是有著較為明顯的吸附功效。

3.3能譜分析

本試驗(yàn)是在自然風(fēng)力條件下進(jìn)行的，表面物質(zhì)的覆蓋率較低。為了保證不遺漏含量較低的污染物，使之能夠被比較精準(zhǔn)地檢測到，在進(jìn)行能譜分析的時(shí)候，不宜使用大范圍面積的掃描，只能選取特定的顆粒物逐個(gè)進(jìn)行點(diǎn)分析。根據(jù)交通環(huán)境中空氣污染物的主要組成元素，檢測時(shí)選取C、N、S、Pb、F作為檢測對象。

利用能譜儀在對比板樣本上選取一整片區(qū)域進(jìn)行了面塊掃描，如圖5所示。通過成分分析，能夠直觀地觀察到在這一片地區(qū)的表面成分，如圖6所示。

在圖6中，曲線的高低代表各元素在能譜分析中被計(jì)數(shù)的次數(shù)，即原子含量的多少；橫坐標(biāo)軸代表各元素的結(jié)合能大小，用來區(qū)分各元素的種類。圖中的Au元素是在噴金操作中粘附在樣本表面用于輔助探測，它有兩個(gè)峰，分別為主峰及副峰。Au元素在分析時(shí)會(huì)被自動(dòng)排除，不影響對樣本的檢測及分析。曲線圖中的橫、縱坐標(biāo)軸上的數(shù)值與最終結(jié)果中各元素的含量無直接關(guān)系；曲線中不同尖峰的峰高與含量無對比關(guān)系。在這片區(qū)域的掃描結(jié)果中，碳含量最高，且遠(yuǎn)高于其他兩種被檢測出的N、O元素，是因?yàn)槟静闹饕怯蠧元素構(gòu)成的。由于對比樣本版沒有經(jīng)過任何試驗(yàn)，因而成分結(jié)果中沒有檢測出除木材本身組成之外的元素。

試驗(yàn)板①號樣本掃描示意圖如圖7所示。圖7中，對泡沫狀的目標(biāo)顆粒物進(jìn)行區(qū)域掃描，掃描范圍如圖中方框所示，其能譜分析曲線如圖8所示，其所含元素種類較為復(fù)雜，N、Ca、Si、Al、Fe元素含量都較高。

試驗(yàn)板②號樣本掃描示意圖如圖9所示。圖9中，一顆直徑約10μm的顆粒物剛好嵌入了木纖維之間的縫隙，這說明木質(zhì)過濾板的表面能夠嵌入空氣中的顆粒物。對該顆粒物進(jìn)行小范圍的掃描分析，能譜圖如圖10所示。在這個(gè)顆粒物中，Si、Ca、Fe、Al元素的含量較高，由此可判斷其本體是一顆以SiO2為主要成分的砂粒。

試驗(yàn)板③號樣本掃描示意圖如圖9所示。圖9中，對一個(gè)塊狀顆粒物進(jìn)行了小范圍掃描分析，能譜圖如圖12所示，掃描結(jié)果與②號樣本的結(jié)果相似，Si、Ca、Fe、Al元素的含量較高，其本體可能是一顆砂粒。

以上分析可以看出，對比板的主要成分是C，這是木材的基本成分。然而試驗(yàn)后的過濾板中，N元素的含量大幅增加，由于在進(jìn)行能譜分析時(shí)已提前將樣品室內(nèi)氣體抽出，使之形成真空狀態(tài)，所以這些N元素就是來源于交通環(huán)境中附著在過濾板樣本上的NOX。樣本被檢測出含有Pb元素，除了來源于車輛的活動(dòng)外，火力發(fā)電、印刷、鉛制產(chǎn)品的生產(chǎn)和垃圾焚燒的過程中都會(huì)或多或少地造成鉛污染。在本次檢測過程中著重對S元素進(jìn)行了檢測，但是沒有檢測出該元素，說明空氣中該元素的含量極少。同時(shí)，在三個(gè)試驗(yàn)樣本中均檢測出了F元素。此外，還檢測出Si、Al、Ca、Fe、O、Na、K、Mg、Ti，這些元素普遍存在于地殼之中，不屬于常見大氣污染物，在能譜分析中能夠檢測到上述物質(zhì)屬于正常現(xiàn)象。

4結(jié)論

木質(zhì)過濾板道路驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過過濾板的PM2.5平均值比之前的數(shù)值低15%左右，說明木質(zhì)過濾板對PM2.5具有一定的吸附能力，過濾板可以使塵霾顆粒附著在其表面。試驗(yàn)板能譜分析中檢測出C、N、Pb、F等元素，說明木質(zhì)過濾板不僅可以過濾道路交通導(dǎo)致的污染物，還能夠吸附大氣中的其他污染物。因此，木質(zhì)過濾板吸附塵霾的效果與綠色植物吸附相似。

由于本次試驗(yàn)使用的木質(zhì)過濾板受制作和試驗(yàn)條件的限制，因而會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一些影響。

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