道路固化材料噴灑專用噴嘴在道路揚(yáng)塵治理的應(yīng)用

徐先亮 李永強(qiáng) 楊天賜 李華君 王恒軍

（1、蘭州天際環(huán)境保護(hù)有限公司，甘肅 蘭州730070 2、甘肅省交通儲運(yùn)揚(yáng)塵治理工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州730070）

道路揚(yáng)塵，是一種復(fù)合塵源，排放源多且復(fù)雜，主要來源于工業(yè)煤煙塵、建筑施工工地、各種塵粉的堆場以及沙塵暴，受城市局域風(fēng)、道路清潔度、城市車輛速度和密度等影響，會產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，造成大氣環(huán)境粉塵顆粒物含量較高。常見的減少道路揚(yáng)塵措施中，路面灑水降塵是一種有效的方式，但是噴水降塵這種方式有效期比較短，需要定期多次噴灑。隨著天氣逐漸變暖，灑水的量和次數(shù)也會增加。噴灑道路固化材料抑制揚(yáng)塵，其用水量小，單次作業(yè)可持久數(shù)天，大大減少了人工強(qiáng)度、油耗及車輛損耗，避免長時(shí)間大面積灑水而造成的淡水資源浪費(fèi)和道路損害[1]。

1 技術(shù)概況

一種道路揚(yáng)塵固化材料自動(dòng)噴灑設(shè)備，包括自走型載重汽車以及安裝在自走型載重汽車車身上的儲液罐、半自動(dòng)投料系統(tǒng)、后置平臺、前部管路、后部管路和自吸泵，儲液罐上設(shè)有循環(huán)進(jìn)水口、投料倉口、出水口和水流導(dǎo)流板，半自動(dòng)投料系統(tǒng)包括投料滑軌、加料桶和投料動(dòng)力組件，后置平臺上設(shè)有監(jiān)控設(shè)備、灑水槍；出水口與自吸泵相連，自吸泵通過循環(huán)管路與循環(huán)進(jìn)水口相連接，循環(huán)進(jìn)水口通入儲液罐中；儲液罐中的清水，在出水口、循環(huán)管路、循環(huán)進(jìn)水口、儲液罐之間形成循環(huán)，通過自吸泵加壓傳輸；投料動(dòng)力組件安裝在加料桶的下底端，加料桶與投料滑軌滑接，投料滑軌安裝在儲液罐一側(cè)，道路揚(yáng)塵固化材料投加到加料桶中，由投料動(dòng)力組件提供動(dòng)力，沿投料滑軌將加料桶輸送至儲液罐上方，加料桶中的粉料，通過投料倉口投加到儲液罐中。

2 灑水和噴灑固化材料降塵作用機(jī)理比較

現(xiàn)有噴灑設(shè)備的噴嘴不適用道路固化材料的噴灑，鴨嘴形噴嘴出水量大時(shí)，扇形面大，浪費(fèi)嚴(yán)重；出水量小時(shí)，壓力小，不能達(dá)到有效幅度；不能滿足道路一次全覆蓋的要求。三段式彎管前沖噴頭其流量小壓力大，沖擊水柱對道路固化材料形成的覆蓋膜有著破壞性效果。

目前，在專業(yè)領(lǐng)域缺少相應(yīng)的專用噴嘴，且缺乏對現(xiàn)場應(yīng)用的噴灑參數(shù)與降塵效果的研究。

降雨后利用雨水資源立即清掃洗刷道路積存的泥水，是避免道路泥土風(fēng)干后反復(fù)形成揚(yáng)塵較有效手段，同時(shí)能夠避免晴天時(shí)清掃形成揚(yáng)塵，也能極大地節(jié)約清潔用水，是目前中國廣大城鎮(zhèn)應(yīng)當(dāng)立即采取的措施。在硬化道路的設(shè)計(jì)和施工時(shí)注意嚴(yán)格采用合理的路面橫向坡度和道路邊緣排水設(shè)計(jì)，利用自然降水徑流沖刷清潔路面塵土，對于降低揚(yáng)塵污染可以起到事半功倍的效果，是治理揚(yáng)塵污染的重要長效措施。

2.1 灑水

為了減少道路揚(yáng)塵，蘭州市常用路面灑水降塵的方法，定期對路面進(jìn)行噴水，尤其是在熱天的時(shí)候噴水的次數(shù)和數(shù)量都有增加，

我們曾對七里河區(qū)進(jìn)行一些走訪和調(diào)研，該區(qū)的灑水降塵工作一般是從早上7 點(diǎn)開始，晚上23 點(diǎn)結(jié)束，幾乎是每40～60就需要對路面灑水1 次，由此推斷出全市一天要用水1 萬方水一般天氣晴朗的情況下，7 時(shí)～10 時(shí)的時(shí)間段，灑水車路面干燥需要90 分鐘，而在11 時(shí)～17 時(shí)，只需要20 分鐘，路面就干燥，17 時(shí)～23 時(shí)路面完全干燥需要60 分鐘左右。蘭州每年的降水量平均達(dá)到360mm，采用瀝青設(shè)計(jì)技術(shù)對建筑路面，抑塵灑水的用水量已經(jīng)超過了路面設(shè)計(jì)的承受量，每一次灑水都相當(dāng)于0.5mm 降水，長時(shí)間水泡，加之汽車碾壓，會造成路面大面積裂縫，這就給市政道路的維修增加了成本。通過上述數(shù)據(jù)，可以看出，灑水降塵的方法并沒有產(chǎn)生明顯的抑塵效果，同時(shí)還造成了巨大的水資源浪費(fèi)，還影響了道路的使用壽命。同時(shí)，在冬季還會增加交通事故發(fā)生的幾率，給人們出行帶來不好的影響。

2.2 噴嘴結(jié)構(gòu)對比

現(xiàn)有灑水車一般采用的是鴨嘴型噴嘴、前沖噴頭、霧狀噴頭。

扇形鴨嘴噴嘴的中間部位有一些突出來的形狀，末端是扁平的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榭箟盒詮?qiáng)，使得它可以在高壓水流中作業(yè)，因?yàn)轼喿靽娮炜诒馄接执蟮脑?，所以它噴射出去的水流面積大。灑水車的兩側(cè)裝配有兩個(gè)大小相同的扇形鴨嘴噴嘴，因?yàn)闉⑺嚸咳账鶉姙⒌乃己芏啵臎_擊力很大，才能把水噴射的更遠(yuǎn)，在由車體控制水流的壓力，壓力越大噴射的范圍越大距離越遠(yuǎn)。但是，鴨嘴型噴嘴在噴灑道路固化材料時(shí)，不能達(dá)到有效覆蓋。在傳統(tǒng)灑水作業(yè)中，由于灑水強(qiáng)度大，灑水位置高，噴出的水對來往的汽車及行人造成一定的不良影響，若降低扇形噴嘴的高度，噴灑的距離將受到影響。同時(shí)，一旦中途停車，高沖擊力大流量出口往往不能及時(shí)停止作業(yè)，仍有大量液體流出，造成浪費(fèi)[2]。

前沖噴頭實(shí)際是一種柱狀噴頭，噴出的水柱壓力大，沖擊力強(qiáng)，用來吹掃路面上的垃圾，減少環(huán)衛(wèi)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。但是，水柱壓力過大，容易將道路固化材料已經(jīng)在路面上形成的覆蓋膜破壞，降低固化材料的使用周期及抑塵效果。

霧化噴頭，是將有壓水流通過噴頭噴射到空中，呈霧狀散落在路面上，可以有效的降低空氣中的浮塵，但是由于霧狀顆粒小，容易受到環(huán)境的影響，四處飄散。噴灑道路固化材料時(shí)，車速較快或風(fēng)力較強(qiáng)時(shí)，會使噴出的液體四處飛散，不能實(shí)現(xiàn)有效路面全覆蓋。同時(shí)，霧化噴頭的孔眼較小，固化材料具有一定的粘結(jié)性，容易堵塞孔眼。

對現(xiàn)有灑水車所使用的噴頭經(jīng)過對比后，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有灑水車不能有效適用于道路固化材料的噴灑，需要開發(fā)一種城市道路揚(yáng)塵固化材料新產(chǎn)品的快速噴灑設(shè)備，提高系統(tǒng)集成化水平，減少作業(yè)和實(shí)施環(huán)節(jié)，減少路面噴灑作業(yè)對交通的影響，實(shí)現(xiàn)高效快捷的作業(yè)方式。新設(shè)備的主要核心還是噴嘴，需要一種可以快速高效噴灑，滿足全覆蓋要求的噴嘴。

扇形噴嘴是一種噴霧形狀為多種角度的扇形的噴嘴。扇形噴霧形式，噴霧形狀邊沿界定十分清楚，精細(xì)工藝加工的導(dǎo)流平面提供了均勻的、高沖擊力的噴霧形狀。

標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴是能產(chǎn)生高沖擊力的液柱流或扇形噴霧、噴流角一般在45-135°之間。這種噴嘴產(chǎn)生的噴霧分布均勻，液滴大小為小到中等。當(dāng)需要若干個(gè)噴嘴產(chǎn)生重疊噴霧時(shí)，具有特色的逐漸變細(xì)的噴霧邊使噴霧覆蓋區(qū)分布均勻。

特殊定制的扇形噴嘴要求角度在5～15°之間，噴嘴角度小，可以在較小的水流沖擊力下噴射較大的距離。同時(shí)，可以達(dá)到有效的噴灑量。在距路面150～200mm 的高度，布置同一水平面多個(gè)扇形噴嘴，可以有效減少對車輛的污染，形成重疊噴灑，均勻覆蓋作業(yè)區(qū)域。

2.3 合理性分析

道路固化材料的噴灑是在現(xiàn)有灑水車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，通過特定的噴嘴進(jìn)行噴灑，達(dá)到全覆蓋道路路面的要求。噴嘴的選用須按照噴灑量、噴灑角、噴灑高度、噴灑距離進(jìn)行比選。

2.3.1 噴灑量

噴灑道路固化材料應(yīng)有一定的施工效率，在一定的時(shí)間內(nèi)按單位面積噴灑量噴灑一定的寬度。道路固化材料是高分子化合材料，具有粘結(jié)性，因此作業(yè)時(shí)間一般設(shè)定在凌晨2 點(diǎn)至5點(diǎn)，作業(yè)區(qū)域大，作業(yè)時(shí)間短，這就要求在滿足單位面積噴灑量的同時(shí)，盡可能的提高施工作業(yè)效率。

施工效率=作業(yè)面積/作業(yè)時(shí)間

作業(yè)面積=噴灑幅寬*行駛距離

作業(yè)時(shí)間=行駛距離/車速

從以上三個(gè)公式可以看出，施工效率=噴灑幅寬*車速，在車速勻速的情況下，噴灑幅寬越大，施工效率越高。

2.3.2 噴灑角度

一般來說，噴灑角度越大，噴灑幅寬越大。但是，道路固化材料的噴灑作業(yè)場所主要是城市道路，道路存在不同的寬度。道路寬時(shí)，大角度噴灑效果卓越，道路窄時(shí)，大角度噴灑會將固化材料噴向人行道，甚至周圍的建筑上，造成固化材料的浪費(fèi)，以及污染道路周邊環(huán)境。因此，噴灑角度應(yīng)可調(diào)，根據(jù)不同的道路寬度，開啟不同的閥門，控制噴灑角度。

2.3.3 受噴灑高度的影響

道路固化材料具有一定的粘結(jié)性，為了減少對過往車輛的影響，將作業(yè)時(shí)間調(diào)整到凌晨，但仍會有個(gè)別的車輛經(jīng)過作業(yè)區(qū)域。對于這些車輛，我們將噴頭設(shè)置在距地150-200mm 的高度上，大大減少了對車輛的影響[3]。

2.3.4 噴灑距離

按照施工效率=噴灑幅寬*車速的公式，在車速勻速的情況下，噴灑幅寬越大，施工效率越高。噴灑距離越遠(yuǎn)，幅寬也就越大。一般來說，灑水車是通過加大油門，來聯(lián)動(dòng)噴灑泵，從而提高出水壓力，達(dá)到高揚(yáng)程，遠(yuǎn)距離的噴灑效果。但是，這樣不是常態(tài)動(dòng)作，經(jīng)常這樣，對車輛、對泵、管道都有一定的超壓影響，時(shí)間久了，會管道變形，連接口泄露。正常的使用狀態(tài)，應(yīng)該是油門勻速，噴灑泵平穩(wěn)運(yùn)行。這時(shí)的噴灑距離才是穩(wěn)定數(shù)值。在平穩(wěn)的出口壓力下，選取合適的噴頭。

表1 不同類型噴嘴的情況

同管徑相連的噴嘴，噴灑量大小為鴨嘴＞扇形＞霧化＞前沖；散射角度大小為鴨嘴＞霧化＞扇形＞前沖；噴嘴受高度影響而導(dǎo)致噴灑距離縮減的程度為鴨嘴＞霧化＞扇形＞前沖；勻速，同等壓力情況下，噴灑距離為前沖＞扇形＞鴨嘴＞霧化。所以，從施工效率分析，扇形噴嘴的效果要優(yōu)于其他噴嘴。

3 結(jié)論

道路固化材料噴灑專用噴嘴的設(shè)計(jì)對傳統(tǒng)灑水車進(jìn)行了技術(shù)革新，操縱非常簡單，僅通過在駕駛室內(nèi)置控制系統(tǒng)按鈕操作即可實(shí)現(xiàn)水泵的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、噴灑、關(guān)停，并且可以自由控制水泵流量及壓力，無需受制于擋位及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?？蓪?shí)現(xiàn)精確噴灑，罐體、管道加熱保溫，在噴灑過程中不受起步、駐車、換擋、倒車等影響，規(guī)避了傳統(tǒng)灑水車的技術(shù)缺陷。解決了非專用設(shè)備噴灑不均勻，無法適用各種氣候環(huán)境及路面狀況的缺點(diǎn)。從而達(dá)到節(jié)約水資源、降低綜合噴灑成本的優(yōu)點(diǎn)。

總而言之，特制的扇形噴嘴通過不同形式的組織，可以運(yùn)用在不同地區(qū)，不同路面噴灑固化材料，提高施工作業(yè)效率，減少浪費(fèi)損失，為城市揚(yáng)塵控制技術(shù)提供技術(shù)及裝備支撐，為城市道路揚(yáng)塵治理提供一種廉價(jià)高效和作用時(shí)間長的方法，以改變我國城市道路揚(yáng)塵治理以灑水為主的現(xiàn)狀，從而避免長時(shí)間大面積灑水而造成的淡水資源浪費(fèi)和道路損害，為綠色生態(tài)環(huán)境發(fā)展、社會進(jìn)步做出積極的貢獻(xiàn)。