0335-8509966
搜索
云立方解析抑塵劑對揚塵污染的影響
來源:市場部
|
作者:smartfog
|
發布時間: 2016-03-18
|
641 次瀏覽
|
分享到:
眾所周知，水、空氣和固體廢棄物是影響城市環境質量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構成衡量城市空氣質量的主要指標；據環保部發布的大氣環境質量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經成為包括西安在內的很多北方城市中最主要的空氣污染物。
1揚塵的含義及污染機理
眾所周知，水、空氣和固體廢棄物是影響城市環境質量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構成衡量城市空氣質量的主要指標；據環保部發布的大氣環境質量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經成為包括西安在內的很多北方城市中最主要的空氣污染物。
因此，如何控制城市可吸入顆粒物PM10污染就成為提高城市空氣質量的關鍵。
國家環境空氣質量標準（TSP、PM10）如表1表示。
2.5.1遠程源揚塵
西安市位于黃土高原南緣，上游天氣區如新疆、甘肅、寧夏、青海和內蒙古沙漠區的生態環境相對脆弱，易發生沙塵天氣；在冬、春季節，受盛行的偏北風作用，攜帶高濃度沙塵顆粒的氣團從新疆及內蒙古沙漠區廣袤的干旱、半干旱地區向西安遷移，途經了東亞主要的沙漠、戈壁、荒漠地區，以及沿線高污染城市如蘭州、金昌等，北方沙漠區地表的細顆粒和高污染城市的工業污染揚塵顆粒（常以PM10為主）就被輸送到西安市上空形成遠程源揚塵。
2.5.2近程源揚塵
受季風作用，主要來自榆林風沙區和黃土高原細膩、低粘性的黃土顆粒也被輸送到西安上空形成近程源揚塵。
2.5.3本地源揚塵
?。?）自然揚塵。西安市處于西北半干旱地區，降雨量小，又因植被減少，裸露地面增加，生態環境脆弱，氣候干燥、靜風等因素，各種沉降在地面的顆粒物、氣溶膠離子受氣流擾動再次進入空氣，形成自然揚塵。
?。?）道路揚塵。①由于城市機動車輛增加，交通運輸過程中灑落于道路上的渣土、煤灰、垃圾等各種固體物，以及沉積在道路上的其他排放源排放的顆粒物，經往來車輛的碾壓后形成粒徑較小的顆粒物與排放的尾氣顆粒物混合進入空氣[5]；②車輛通過路面時形成的高速氣流擾動道路周邊塵粒形成揚塵。
以上兩種作用相互疊加就形成了道路揚塵。
（3）建筑揚塵。由于西安市政建設的迅速發展，在建筑施工過程中防塵措施落實不到位，料堆遮擋不夠完整；不能及時覆蓋和清理建筑垃圾；施工現場的路面不能及時清掃；出入工地的機動車不能及時清洗等，均易產生建筑揚塵。
?。?）露天料場。各類工業廢料、建筑材料、泥土、粉煤灰、堿渣、原煤、垃圾等的堆放場，未采取防塵措施，是揚塵的又一重要來源。
2.5.4揚塵污染特點
總體分布以城市中心區域為主，由城區外圍向城市中心區域不斷加劇。
揚塵污染包含：
?。?）遠程源的沙塵及工業塵粒污染物；
?。?）近程源的低粘性黃土塵粒污染物；
?。?）本地源的混合塵粒污染物。
西安控制揚塵污染的主要目標是有效控制本地源污染。
2.6西安揚塵組分分析
2.6.1采樣
為使測定結果具有一般代表性，從西安市區的不同地點采集揚塵沉積樣品4份，采集地點及周邊環境狀況如表6所示。
2.7揚塵污染的危害
2.7.1對人體健康的危害
揚塵中的PM10顆粒較小，比表面積大，因受到各種污染，富積大量有害元素如汞、鉻、鉛、銅、砷等，且含有大量的細菌和病毒，被人體吸入到體內后會造成呼吸系統感染和病原傳播擴散，導致組織、器官等受損，甚至致畸、致癌[6]。PM10對人體的危害如表11所示。
2.7.2對城市環境的影響
?。?）對城市景觀和交通安全的影響。由于PM10和PM2.5對光的散射效應、吸收效應等，使物體和環境之間失去了對比度，對環境空氣視覺景觀和交通安全都會造成較大影響。
3.1技術
使用抑塵劑可以使塵土表面形成一層固化層，不但能使塵土保持一定的含濕量，并且使塵土小顆粒凝聚成大顆粒，增大揚塵顆粒的密度，加快揚塵顆粒的沉降速度，從而減少空氣中的揚塵，達到控制揚塵的目的，實踐證明使用CX型抑塵劑是一種新型、有效的防治揚塵措施。
3.1.1抑塵劑作用機理
CX型抑塵劑由保濕因子、固結因子、凝聚因子及表面活性劑等助劑組成，其作用機理主要是保濕、凝并和固結3種作用，并通過加入表面活性劑降低抑塵劑溶液表面張力，加強抑塵劑對塵土的滲透能力。
（1）保濕作用。①保濕作用的核心是使抑塵面始終保持一定的水分（4%～10%），利用濕潤作用使粉塵密度增大，下降速度加快，抑制揚塵的產生。②保濕因子。該抑塵劑產品以淀粉為親水主鏈，通過自由基引發接枝單體，合成分子鏈上存在大量親水基的高吸水性化合物，以其作為保濕因子。由于各個分子鏈上的不同親水基團相互作用，其吸水能力較強。
CX抑塵劑保濕因子中含有大量親水基和疏水基。濕潤因子溶于水時，親水基一端使水的表層分子與空氣接觸狀態發生變化，接觸面積大大縮小，導致水的表面張力降低；疏水基與粉塵之間有吸附作用，而把塵粒帶入水中，使得粉塵得到充分濕潤。
（2）凝并作用。①凝并作用的核心是使抑塵面磨耗層的粒塵分布集中在r>80目區間（顆粒的粒徑為0.177mm），此時粉塵沉降速度較大。②凝并因子。從揚塵的化學組分來看，揚塵中以硅酸鹽為主要成分，在有水情況下呈負電性，而高分子吸水樹脂產物帶有大量羧基陰離子，會造成聚合產物與揚塵顆粒之間相斥。通過引入凝并因子，既可使高分子化合物的羧基酯化，為接枝產物帶入大量羥基，減少產物中陰離子比例，利于聚合產物溶液和揚塵顆粒結合，又可使線型接枝分子之間連接起來，形成更大的網狀分子結構，增多分子內部網狀結構，促進保水和吸收大氣中的水分以便使泥土或粉塵聚合，從而防止揚塵。 ?。?）固結作用。①固結作用的核心是使抑塵面具有足夠強度，運動物體的動態壓力、摩擦剪切、冷凝拉伸等作用均不能使其表面結構受到破壞。②固結因子。CX抑塵劑的固結因子的主要成分是粘性有機物，當噴灑到塵土表面時，各相分子與塵粒間的相互作用，形成以范德華力為主的物理吸附和以化學鍵為主的化學吸附，促使乳狀液與塵粒之間的固結。
表面活性劑的加入對以上3種作用起到促進和調節作用，它能在水面的憎水基與水和塵粒之間架起“通橋”，沖破塵粒表面吸附的空氣膜，促進水對粉塵的潤濕、凝結；由于破乳發生，表面活性劑分子在塵粒表面形成定向排列的吸附膜，能抑制其基底水的蒸發，使塵粒保持濕潤的時間更長。
3.1.2CX型抑塵劑生產制備
（1）將一定量的聚合物單體，加入適量的堿液中和，作為待反應液；
?。?）在淀粉中加入一定量的水，于一定溫度下糊化，等淀粉冷卻后，加入引發劑和待反應液，在一定溫度下進行接枝聚合，再加入適量的凝聚劑交聯接枝聚合產物，制成成品。生產工藝流程如圖6所示。
?。?）抑塵劑產品外觀。制成抑塵劑為乳白色懸浮液。
4 結論
（1）CX型抑塵劑是針對西安市揚塵污染特點和揚塵化學組分制成的抑塵產品，可明顯降低PM10等空氣污染顆粒物濃度，從技術上克服了西安市空氣質量達標的最大障礙，為西安市“藍天行動”提供了切實可行的解決方案；
?。?）CX型抑塵劑與純水和織物遮蓋比較，在對塵土的保濕、凝并和固結作用上有明顯優勢；
（3）使用CX型抑塵劑所需設備與現有市政灑水設備通用，且易于環境監督管理；
（4）CX型抑塵劑可自然降解，不影響植物生長，無二次污染，環境風險小。
綜合以上分析， CX型抑塵劑作為一種環保型材料，應用于控制城市揚塵，從技術、實施、環境影響、環境管理、經濟成本上等都是可行的。
眾所周知，水、空氣和固體廢棄物是影響城市環境質量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構成衡量城市空氣質量的主要指標；據環保部發布的大氣環境質量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經成為包括西安在內的很多北方城市中最主要的空氣污染物。
因此，如何控制城市可吸入顆粒物PM10污染就成為提高城市空氣質量的關鍵。
國家環境空氣質量標準（TSP、PM10）如表1表示。
2.5.1遠程源揚塵
西安市位于黃土高原南緣，上游天氣區如新疆、甘肅、寧夏、青海和內蒙古沙漠區的生態環境相對脆弱，易發生沙塵天氣；在冬、春季節，受盛行的偏北風作用，攜帶高濃度沙塵顆粒的氣團從新疆及內蒙古沙漠區廣袤的干旱、半干旱地區向西安遷移，途經了東亞主要的沙漠、戈壁、荒漠地區，以及沿線高污染城市如蘭州、金昌等，北方沙漠區地表的細顆粒和高污染城市的工業污染揚塵顆粒（常以PM10為主）就被輸送到西安市上空形成遠程源揚塵。
2.5.2近程源揚塵
受季風作用，主要來自榆林風沙區和黃土高原細膩、低粘性的黃土顆粒也被輸送到西安上空形成近程源揚塵。
2.5.3本地源揚塵
?。?）自然揚塵。西安市處于西北半干旱地區，降雨量小，又因植被減少，裸露地面增加，生態環境脆弱，氣候干燥、靜風等因素，各種沉降在地面的顆粒物、氣溶膠離子受氣流擾動再次進入空氣，形成自然揚塵。
?。?）道路揚塵。①由于城市機動車輛增加，交通運輸過程中灑落于道路上的渣土、煤灰、垃圾等各種固體物，以及沉積在道路上的其他排放源排放的顆粒物，經往來車輛的碾壓后形成粒徑較小的顆粒物與排放的尾氣顆粒物混合進入空氣[5]；②車輛通過路面時形成的高速氣流擾動道路周邊塵粒形成揚塵。
以上兩種作用相互疊加就形成了道路揚塵。
（3）建筑揚塵。由于西安市政建設的迅速發展，在建筑施工過程中防塵措施落實不到位，料堆遮擋不夠完整；不能及時覆蓋和清理建筑垃圾；施工現場的路面不能及時清掃；出入工地的機動車不能及時清洗等，均易產生建筑揚塵。
?。?）露天料場。各類工業廢料、建筑材料、泥土、粉煤灰、堿渣、原煤、垃圾等的堆放場，未采取防塵措施，是揚塵的又一重要來源。
2.5.4揚塵污染特點
總體分布以城市中心區域為主，由城區外圍向城市中心區域不斷加劇。
揚塵污染包含：
?。?）遠程源的沙塵及工業塵粒污染物；
?。?）近程源的低粘性黃土塵粒污染物；
?。?）本地源的混合塵粒污染物。
西安控制揚塵污染的主要目標是有效控制本地源污染。
2.6西安揚塵組分分析
2.6.1采樣
為使測定結果具有一般代表性，從西安市區的不同地點采集揚塵沉積樣品4份，采集地點及周邊環境狀況如表6所示。
2.7揚塵污染的危害
2.7.1對人體健康的危害
揚塵中的PM10顆粒較小，比表面積大，因受到各種污染，富積大量有害元素如汞、鉻、鉛、銅、砷等，且含有大量的細菌和病毒，被人體吸入到體內后會造成呼吸系統感染和病原傳播擴散，導致組織、器官等受損，甚至致畸、致癌[6]。PM10對人體的危害如表11所示。
2.7.2對城市環境的影響
?。?）對城市景觀和交通安全的影響。由于PM10和PM2.5對光的散射效應、吸收效應等，使物體和環境之間失去了對比度，對環境空氣視覺景觀和交通安全都會造成較大影響。
3.1技術
使用抑塵劑可以使塵土表面形成一層固化層，不但能使塵土保持一定的含濕量，并且使塵土小顆粒凝聚成大顆粒，增大揚塵顆粒的密度，加快揚塵顆粒的沉降速度，從而減少空氣中的揚塵，達到控制揚塵的目的，實踐證明使用CX型抑塵劑是一種新型、有效的防治揚塵措施。
3.1.1抑塵劑作用機理
CX型抑塵劑由保濕因子、固結因子、凝聚因子及表面活性劑等助劑組成，其作用機理主要是保濕、凝并和固結3種作用，并通過加入表面活性劑降低抑塵劑溶液表面張力，加強抑塵劑對塵土的滲透能力。
（1）保濕作用。①保濕作用的核心是使抑塵面始終保持一定的水分（4%～10%），利用濕潤作用使粉塵密度增大，下降速度加快，抑制揚塵的產生。②保濕因子。該抑塵劑產品以淀粉為親水主鏈，通過自由基引發接枝單體，合成分子鏈上存在大量親水基的高吸水性化合物，以其作為保濕因子。由于各個分子鏈上的不同親水基團相互作用，其吸水能力較強。
CX抑塵劑保濕因子中含有大量親水基和疏水基。濕潤因子溶于水時，親水基一端使水的表層分子與空氣接觸狀態發生變化，接觸面積大大縮小，導致水的表面張力降低；疏水基與粉塵之間有吸附作用，而把塵粒帶入水中，使得粉塵得到充分濕潤。
（2）凝并作用。①凝并作用的核心是使抑塵面磨耗層的粒塵分布集中在r>80目區間（顆粒的粒徑為0.177mm），此時粉塵沉降速度較大。②凝并因子。從揚塵的化學組分來看，揚塵中以硅酸鹽為主要成分，在有水情況下呈負電性，而高分子吸水樹脂產物帶有大量羧基陰離子，會造成聚合產物與揚塵顆粒之間相斥。通過引入凝并因子，既可使高分子化合物的羧基酯化，為接枝產物帶入大量羥基，減少產物中陰離子比例，利于聚合產物溶液和揚塵顆粒結合，又可使線型接枝分子之間連接起來，形成更大的網狀分子結構，增多分子內部網狀結構，促進保水和吸收大氣中的水分以便使泥土或粉塵聚合，從而防止揚塵。 ?。?）固結作用。①固結作用的核心是使抑塵面具有足夠強度，運動物體的動態壓力、摩擦剪切、冷凝拉伸等作用均不能使其表面結構受到破壞。②固結因子。CX抑塵劑的固結因子的主要成分是粘性有機物，當噴灑到塵土表面時，各相分子與塵粒間的相互作用，形成以范德華力為主的物理吸附和以化學鍵為主的化學吸附，促使乳狀液與塵粒之間的固結。
表面活性劑的加入對以上3種作用起到促進和調節作用，它能在水面的憎水基與水和塵粒之間架起“通橋”，沖破塵粒表面吸附的空氣膜，促進水對粉塵的潤濕、凝結；由于破乳發生，表面活性劑分子在塵粒表面形成定向排列的吸附膜，能抑制其基底水的蒸發，使塵粒保持濕潤的時間更長。
3.1.2CX型抑塵劑生產制備
（1）將一定量的聚合物單體，加入適量的堿液中和，作為待反應液；
?。?）在淀粉中加入一定量的水，于一定溫度下糊化，等淀粉冷卻后，加入引發劑和待反應液，在一定溫度下進行接枝聚合，再加入適量的凝聚劑交聯接枝聚合產物，制成成品。生產工藝流程如圖6所示。
?。?）抑塵劑產品外觀。制成抑塵劑為乳白色懸浮液。
4 結論
（1）CX型抑塵劑是針對西安市揚塵污染特點和揚塵化學組分制成的抑塵產品，可明顯降低PM10等空氣污染顆粒物濃度，從技術上克服了西安市空氣質量達標的最大障礙，為西安市“藍天行動”提供了切實可行的解決方案；
?。?）CX型抑塵劑與純水和織物遮蓋比較，在對塵土的保濕、凝并和固結作用上有明顯優勢；
（3）使用CX型抑塵劑所需設備與現有市政灑水設備通用，且易于環境監督管理；
（4）CX型抑塵劑可自然降解，不影響植物生長，無二次污染，環境風險小。
綜合以上分析， CX型抑塵劑作為一種環保型材料，應用于控制城市揚塵，從技術、實施、環境影響、環境管理、經濟成本上等都是可行的。
