中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)的研制與試驗(yàn)

劉明瑞 于瑞國 賈傳亭 朱 麗

（1 東阿縣綜合行政執(zhí)法局 山東聊城 252200 2 東阿縣環(huán)境衛(wèi)生工作站 山東聊城 252200 3 山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 山東濟(jì)南 250101）

引言

目前城市大氣顆粒物污染較普遍，道路揚(yáng)塵是大氣顆粒物重要的污染源，目前道路濕式保潔是普遍的環(huán)衛(wèi)措施。濕式保潔機(jī)械類型有普通灑水車、高壓清洗車和大中型洗掃車，后者一般配有低壓和高壓噴水系統(tǒng)，對路面實(shí)施灑水沖刷和清洗。雖然保潔機(jī)械不斷更新為較先進(jìn)的車型，提高了清洗效率與城市道路的清潔度，但仍存在人力需求量大、保潔巡回間隔過長保濕效果差以及靠近步行道的機(jī)動車道不能完全采用機(jī)械清掃等問題，同時(shí)還有特殊情況作業(yè)制度調(diào)整不夠靈活和路面降塵效率不高等不足之處[1～3]。中水作為重要的水源在城市市政方面利用還限于傳統(tǒng)的手段，如果將自動化技術(shù)與中水灑水降塵結(jié)合起來開發(fā)出“中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)”，不僅可以節(jié)約大量新鮮水資源，也能節(jié)省人力和提高道路降塵效果，這對于生態(tài)環(huán)境改善、建設(shè)智慧環(huán)保環(huán)比具有重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念是：在中水水源豐富的區(qū)域，通過建設(shè)中水噴淋管道系統(tǒng)，并采用智能化控制，通過設(shè)定噴水持續(xù)時(shí)間、噴水頻率和噴水量，對區(qū)域內(nèi)道路自動沖洗降塵，達(dá)到保潔要求。這一設(shè)計(jì)構(gòu)想的示意圖見圖1。

圖1 中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)示意圖

中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)主要由水源系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、噴頭與及自動控制系統(tǒng)構(gòu)成。水源可利用污水廠達(dá)到一級A 的出水;管路系統(tǒng)由輸水干管、支管構(gòu)成，可安裝在道路原有護(hù)欄上；噴頭應(yīng)采用可旋轉(zhuǎn)噴頭，每隔一定距離布設(shè)一個(gè)噴頭，安裝角度可與道路成為90°至180°調(diào)整，安裝高度距地面5cm。整套系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（PLC）加時(shí)間控制器智能化控制，可分多個(gè)時(shí)段進(jìn)水噴水，噴水頻次和噴水量具體由道路濕潤情況和天氣情況進(jìn)行靈活設(shè)置。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)間為2020 年9 月，選取某縣城建成區(qū)道路進(jìn)行試驗(yàn)，道路寬度為雙向8 車道，寬度24m，管道安裝長度為1000m，安裝噴頭40 個(gè)，單個(gè)噴頭噴水量為0.3m3/h，每小時(shí)可灑水12m3，噴水寬度4 米。道路揚(yáng)塵對PM10 影響較大[4]，選取PM10為降塵效果指示指標(biāo)，采用嶗應(yīng)2025B 型手持式PM2.5/PM10 在線直讀監(jiān)測儀，對比灑水車和自動噴水系統(tǒng)灑水前后30min 和60min 的降塵效果，監(jiān)測位置為路中心和道路邊界1.5m 高處的環(huán)境空氣，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后的效果對比

由圖2 可知，灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)30min 后，路中心和邊界的PM10 均是灑水車作業(yè)的偏高一些，但偏高得不多，但灑水車作業(yè)30min 后路邊界外20 米處的PM10 要比自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)30min 后的PM10 高32%，總體看自動噴淋系統(tǒng)的道路降塵效果要好于灑水車降塵。灑水60min 后，自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后PM10 在路中心和邊界處分別比灑水車作業(yè)后低14%和39%，說明路面上方的空氣濕度自動噴水作業(yè)要比灑水車作業(yè)的濕度大些，反映了自動噴水系統(tǒng)作業(yè)比灑水車灑水的路面保濕時(shí)間更長，因而監(jiān)測的PM10 較低。對于界外20 米灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)60min 后監(jiān)測的PM10 相同，說明時(shí)間越長，距路面較遠(yuǎn)的地方2 種作業(yè)方式的降塵效果沒有差異。

圖3 反映了同一點(diǎn)位灑水車作業(yè)后和自動噴淋降塵作業(yè)后的降塵效率對比，可以看出，2 種作業(yè)模式30min 和60min 后的降塵效率均是自動噴淋降塵系統(tǒng)高，從整個(gè)路面降塵平均效率看，自動噴淋降塵系統(tǒng)的平均降塵效率為41.5%，比灑水車降塵的平均降塵效率32.8%高8.7%。

圖3 灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后的降塵效率對比

2.2 結(jié)果討論

根據(jù)實(shí)際調(diào)查灑水車夏季單次灑水保濕時(shí)間只有大約15min，春秋季單次灑水保濕約為30min，無法長時(shí)間對路面進(jìn)行保濕降塵。試驗(yàn)結(jié)果表明中水自動噴淋降塵系統(tǒng)在降低道路PM10 方面具有較好的效果和穩(wěn)定性，并且節(jié)省人力。相對于傳統(tǒng)灑水模式，中水自動噴淋系統(tǒng)除了降塵效率高，還具有噴水頻次可視天氣條件和不同季節(jié)靈活調(diào)整，水量噴灑均勻、保濕時(shí)間較長、不影響車輛通行，特別是相對燃油灑水車還具有減少廢氣污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，在中水資源豐富的區(qū)域發(fā)展中水自動噴淋系統(tǒng)替代傳統(tǒng)車輛灑水保潔模式，不僅提高了中水資源的利用率，還提升了城市環(huán)衛(wèi)智能化水平，是建設(shè)智慧環(huán)衛(wèi)的重要途徑，具有較好的應(yīng)用前景。

3 中水自動噴淋系統(tǒng)推廣應(yīng)用的可行性及意義

3.1 推廣應(yīng)用的可行性

（1）環(huán)境可行性

該系統(tǒng)需配置中水水源，而每個(gè)城市（鎮(zhèn)）均建有一到數(shù)個(gè)污水處理廠，目前污水處理廠出水水質(zhì)一般要滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)，該水質(zhì)完全滿足城市回用水和雜用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)即 《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2002），所以從水源和水質(zhì)方面考慮均是可行的。中水自動噴淋系統(tǒng)的建設(shè)可擴(kuò)大中水使用范圍和提高用水量，不僅提高城市中水回用率，還節(jié)約大量新鮮水資源；同時(shí)自動噴淋系統(tǒng)噴水量和頻次可根據(jù)季節(jié)、天氣隨時(shí)調(diào)整，既節(jié)省水資源，又提高道路保潔效果，以及沒有保潔車輛燃油廢氣排放，環(huán)境效益非常顯著。

（2）技術(shù)可行性

該系統(tǒng)采用PLC 自動控制技術(shù)加時(shí)間控制器進(jìn)行智能化控制，目前PLC 自動控制技術(shù)是一種先進(jìn)的具有廣泛普及度的自動控制技術(shù)，使用成本較低，在操作性、靈活性和穩(wěn)定性方面都具有很大的優(yōu)勢[5]。配合時(shí)間控制器可以較好的控制噴淋系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，靈活設(shè)置噴淋頻次和持續(xù)時(shí)間。輸水管道可依托道路護(hù)欄板安裝，不改變道路原有風(fēng)貌，不影響城市市容，噴嘴可通過試驗(yàn)選用，因此該系統(tǒng)技術(shù)可靠，具有較好的可行性。

（3）經(jīng)濟(jì)可行性

該系統(tǒng)的投資主要是管道、噴淋系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的費(fèi)用和建成后的運(yùn)行費(fèi)用，該系統(tǒng)建成可替代原有的灑水車作業(yè)系統(tǒng)和人員成本，由于不消耗燃油、節(jié)水、節(jié)省人力，同時(shí)使用中水，系統(tǒng)建成運(yùn)行具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

3.2 推廣應(yīng)用的意義

（1）是建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的重要舉措。自動噴淋道路降塵系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用可大大增加城市中水利用量，同時(shí)提高水資源利用效率，可節(jié)約大量新鮮水資源，解放部分勞動力，是建設(shè)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的重要舉措。

（2）是建設(shè)智慧環(huán)保環(huán)衛(wèi)的重要內(nèi)容。智慧環(huán)保是未來環(huán)保發(fā)展的大趨勢，自動噴淋道路降塵系統(tǒng)體現(xiàn)了道路保潔的自動化水平，是走向智慧環(huán)保的重要舉措，是智慧環(huán)衛(wèi)的重要內(nèi)容。

（3）是城市道路保潔模式的革新。隨著環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格和人力成本的不斷增加，傳統(tǒng)道路保潔模式的不足日益凸顯，自動噴淋道路降塵系統(tǒng)革新了已有道路保潔降塵模式，豐富了城市環(huán)衛(wèi)道路保潔技術(shù)，順應(yīng)了新時(shí)期環(huán)保和環(huán)衛(wèi)發(fā)展的要求。

結(jié)語

以中水為水源依托城市道路護(hù)欄建設(shè)管道式自動噴淋道路降塵系統(tǒng)，可一定程度解決傳統(tǒng)方法運(yùn)行成本較高、降塵效果不理想、工作制度不靈活的不足，適宜在有污水廠尾水可利用的城區(qū)進(jìn)行建設(shè)，可大大提高城市中水回用率，節(jié)約一次水資源和人力成本，適應(yīng)新時(shí)期建設(shè)智慧環(huán)保、環(huán)衛(wèi)的要求。這一新型降塵系統(tǒng)作為一項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)際運(yùn)行中還有一些問題待解決，如對于超寬道路噴頭的選擇和安裝方式以及低溫季節(jié)的運(yùn)行與維護(hù)等需進(jìn)一步研究探索。