0335-8509966
搜索
云立方解析抑塵劑對揚(yáng)塵污染的影響
來源:市場部
|
作者:smartfog
|
發(fā)布時間: 2016-03-18
|
633 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(huán)境質(zhì)量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構(gòu)成衡量城市空氣質(zhì)量的主要指標(biāo)；據(jù)環(huán)保部發(fā)布的大氣環(huán)境質(zhì)量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經(jīng)成為包括西安在內(nèi)的很多北方城市中最主要的空氣污染物。
1揚(yáng)塵的含義及污染機(jī)理
眾所周知，水、空氣和固體廢棄物是影響城市環(huán)境質(zhì)量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構(gòu)成衡量城市空氣質(zhì)量的主要指標(biāo)；據(jù)環(huán)保部發(fā)布的大氣環(huán)境質(zhì)量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經(jīng)成為包括西安在內(nèi)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(zhì)量的關(guān)鍵。
國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（TSP、PM10）如表1表示。
2.5.1遠(yuǎn)程源揚(yáng)塵
西安市位于黃土高原南緣，上游天氣區(qū)如新疆、甘肅、寧夏、青海和內(nèi)蒙古沙漠區(qū)的生態(tài)環(huán)境相對脆弱，易發(fā)生沙塵天氣；在冬、春季節(jié)，受盛行的偏北風(fēng)作用，攜帶高濃度沙塵顆粒的氣團(tuán)從新疆及內(nèi)蒙古沙漠區(qū)廣袤的干旱、半干旱地區(qū)向西安遷移，途經(jīng)了東亞主要的沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)，以及沿線高污染城市如蘭州、金昌等，北方沙漠區(qū)地表的細(xì)顆粒和高污染城市的工業(yè)污染揚(yáng)塵顆粒（常以PM10為主）就被輸送到西安市上空形成遠(yuǎn)程源揚(yáng)塵。
2.5.2近程源揚(yáng)塵
受季風(fēng)作用，主要來自榆林風(fēng)沙區(qū)和黃土高原細(xì)膩、低粘性的黃土顆粒也被輸送到西安上空形成近程源揚(yáng)塵。
2.5.3本地源揚(yáng)塵
（1）自然揚(yáng)塵。西安市處于西北半干旱地區(qū)，降雨量小，又因植被減少，裸露地面增加，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候干燥、靜風(fēng)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(jìn)入空氣，形成自然揚(yáng)塵。
?。?）道路揚(yáng)塵。①由于城市機(jī)動車輛增加，交通運(yùn)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(jīng)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(jìn)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(yáng)塵。
以上兩種作用相互疊加就形成了道路揚(yáng)塵。
（3）建筑揚(yáng)塵。由于西安市政建設(shè)的迅速發(fā)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(xiàn)場的路面不能及時清掃；出入工地的機(jī)動車不能及時清洗等，均易產(chǎn)生建筑揚(yáng)塵。
?。?）露天料場。各類工業(yè)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(yáng)塵的又一重要來源。
2.5.4揚(yáng)塵污染特點
總體分布以城市中心區(qū)域為主，由城區(qū)外圍向城市中心區(qū)域不斷加劇。
揚(yáng)塵污染包含：
（1）遠(yuǎn)程源的沙塵及工業(yè)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(yáng)塵污染的主要目標(biāo)是有效控制本地源污染。
2.6西安揚(yáng)塵組分分析
2.6.1采樣
為使測定結(jié)果具有一般代表性，從西安市區(qū)的不同地點采集揚(yáng)塵沉積樣品4份，采集地點及周邊環(huán)境狀況如表6所示。
2.7揚(yáng)塵污染的危害
2.7.1對人體健康的危害
揚(yáng)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(xì)菌和病毒，被人體吸入到體內(nèi)后會造成呼吸系統(tǒng)感染和病原傳播擴(kuò)散，導(dǎo)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(huán)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(yīng)、吸收效應(yīng)等，使物體和環(huán)境之間失去了對比度，對環(huán)境空氣視覺景觀和交通安全都會造成較大影響。
3.1技術(shù)
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(yáng)塵顆粒的密度，加快揚(yáng)塵顆粒的沉降速度，從而減少空氣中的揚(yáng)塵，達(dá)到控制揚(yáng)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(yáng)塵措施。
3.1.1抑塵劑作用機(jī)理
CX型抑塵劑由保濕因子、固結(jié)因子、凝聚因子及表面活性劑等助劑組成，其作用機(jī)理主要是保濕、凝并和固結(jié)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(qiáng)抑塵劑對塵土的滲透能力。
?。?）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(yáng)塵的產(chǎn)生。②保濕因子。該抑塵劑產(chǎn)品以淀粉為親水主鏈，通過自由基引發(fā)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(tuán)相互作用，其吸水能力較強(qiáng)。
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(tài)發(fā)生變化，接觸面積大大縮小，導(dǎo)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。
?。?）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(qū)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(yáng)塵的化學(xué)組分來看，揚(yáng)塵中以硅酸鹽為主要成分，在有水情況下呈負(fù)電性，而高分子吸水樹脂產(chǎn)物帶有大量羧基陰離子，會造成聚合產(chǎn)物與揚(yáng)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(chǎn)物帶入大量羥基，減少產(chǎn)物中陰離子比例，利于聚合產(chǎn)物溶液和揚(yáng)塵顆粒結(jié)合，又可使線型接枝分子之間連接起來，形成更大的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，增多分子內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)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(yáng)塵。 ?。?）固結(jié)作用。①固結(jié)作用的核心是使抑塵面具有足夠強(qiáng)度，運(yùn)動物體的動態(tài)壓力、摩擦剪切、冷凝拉伸等作用均不能使其表面結(jié)構(gòu)受到破壞。②固結(jié)因子。CX抑塵劑的固結(jié)因子的主要成分是粘性有機(jī)物，當(dāng)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(xué)鍵為主的化學(xué)吸附，促使乳狀液與塵粒之間的固結(jié)。
表面活性劑的加入對以上3種作用起到促進(jìn)和調(diào)節(jié)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(jìn)水對粉塵的潤濕、凝結(jié)；由于破乳發(fā)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(fā)，使塵粒保持濕潤的時間更長。
3.1.2CX型抑塵劑生產(chǎn)制備
?。?）將一定量的聚合物單體，加入適量的堿液中和，作為待反應(yīng)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(fā)劑和待反應(yīng)液，在一定溫度下進(jìn)行接枝聚合，再加入適量的凝聚劑交聯(lián)接枝聚合產(chǎn)物，制成成品。生產(chǎn)工藝流程如圖6所示。
?。?）抑塵劑產(chǎn)品外觀。制成抑塵劑為乳白色懸浮液。
4 結(jié)論
（1）CX型抑塵劑是針對西安市揚(yáng)塵污染特點和揚(yáng)塵化學(xué)組分制成的抑塵產(chǎn)品，可明顯降低PM10等空氣污染顆粒物濃度，從技術(shù)上克服了西安市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的最大障礙，為西安市“藍(lán)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(jié)作用上有明顯優(yōu)勢；
（3）使用CX型抑塵劑所需設(shè)備與現(xiàn)有市政灑水設(shè)備通用，且易于環(huán)境監(jiān)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(huán)境風(fēng)險小。
綜合以上分析， CX型抑塵劑作為一種環(huán)保型材料，應(yīng)用于控制城市揚(yáng)塵，從技術(shù)、實施、環(huán)境影響、環(huán)境管理、經(jīng)濟(jì)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(huán)境質(zhì)量的3個主要因素；在空氣中，SO2、NO2和可吸入顆粒物PM2.5，構(gòu)成衡量城市空氣質(zhì)量的主要指標(biāo)；據(jù)環(huán)保部發(fā)布的大氣環(huán)境質(zhì)量狀況公報顯示，可吸入顆粒物PM10已經(jīng)成為包括西安在內(nèi)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(zhì)量的關(guān)鍵。
國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（TSP、PM10）如表1表示。
2.5.1遠(yuǎn)程源揚(yáng)塵
西安市位于黃土高原南緣，上游天氣區(qū)如新疆、甘肅、寧夏、青海和內(nèi)蒙古沙漠區(qū)的生態(tài)環(huán)境相對脆弱，易發(fā)生沙塵天氣；在冬、春季節(jié)，受盛行的偏北風(fēng)作用，攜帶高濃度沙塵顆粒的氣團(tuán)從新疆及內(nèi)蒙古沙漠區(qū)廣袤的干旱、半干旱地區(qū)向西安遷移，途經(jīng)了東亞主要的沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)，以及沿線高污染城市如蘭州、金昌等，北方沙漠區(qū)地表的細(xì)顆粒和高污染城市的工業(yè)污染揚(yáng)塵顆粒（常以PM10為主）就被輸送到西安市上空形成遠(yuǎn)程源揚(yáng)塵。
2.5.2近程源揚(yáng)塵
受季風(fēng)作用，主要來自榆林風(fēng)沙區(qū)和黃土高原細(xì)膩、低粘性的黃土顆粒也被輸送到西安上空形成近程源揚(yáng)塵。
2.5.3本地源揚(yáng)塵
（1）自然揚(yáng)塵。西安市處于西北半干旱地區(qū)，降雨量小，又因植被減少，裸露地面增加，生態(tài)環(huán)境脆弱，氣候干燥、靜風(fēng)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(jìn)入空氣，形成自然揚(yáng)塵。
?。?）道路揚(yáng)塵。①由于城市機(jī)動車輛增加，交通運(yùn)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(jīng)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(jìn)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(yáng)塵。
以上兩種作用相互疊加就形成了道路揚(yáng)塵。
（3）建筑揚(yáng)塵。由于西安市政建設(shè)的迅速發(fā)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(xiàn)場的路面不能及時清掃；出入工地的機(jī)動車不能及時清洗等，均易產(chǎn)生建筑揚(yáng)塵。
?。?）露天料場。各類工業(yè)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(yáng)塵的又一重要來源。
2.5.4揚(yáng)塵污染特點
總體分布以城市中心區(qū)域為主，由城區(qū)外圍向城市中心區(qū)域不斷加劇。
揚(yáng)塵污染包含：
（1）遠(yuǎn)程源的沙塵及工業(yè)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(yáng)塵污染的主要目標(biāo)是有效控制本地源污染。
2.6西安揚(yáng)塵組分分析
2.6.1采樣
為使測定結(jié)果具有一般代表性，從西安市區(qū)的不同地點采集揚(yáng)塵沉積樣品4份，采集地點及周邊環(huán)境狀況如表6所示。
2.7揚(yáng)塵污染的危害
2.7.1對人體健康的危害
揚(yáng)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(xì)菌和病毒，被人體吸入到體內(nèi)后會造成呼吸系統(tǒng)感染和病原傳播擴(kuò)散，導(dǎo)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(huán)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(yīng)、吸收效應(yīng)等，使物體和環(huán)境之間失去了對比度，對環(huán)境空氣視覺景觀和交通安全都會造成較大影響。
3.1技術(shù)
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(yáng)塵顆粒的密度，加快揚(yáng)塵顆粒的沉降速度，從而減少空氣中的揚(yáng)塵，達(dá)到控制揚(yáng)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(yáng)塵措施。
3.1.1抑塵劑作用機(jī)理
CX型抑塵劑由保濕因子、固結(jié)因子、凝聚因子及表面活性劑等助劑組成，其作用機(jī)理主要是保濕、凝并和固結(jié)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(qiáng)抑塵劑對塵土的滲透能力。
?。?）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(yáng)塵的產(chǎn)生。②保濕因子。該抑塵劑產(chǎn)品以淀粉為親水主鏈，通過自由基引發(fā)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(tuán)相互作用，其吸水能力較強(qiáng)。
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(tài)發(fā)生變化，接觸面積大大縮小，導(dǎo)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。
?。?）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(qū)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(yáng)塵的化學(xué)組分來看，揚(yáng)塵中以硅酸鹽為主要成分，在有水情況下呈負(fù)電性，而高分子吸水樹脂產(chǎn)物帶有大量羧基陰離子，會造成聚合產(chǎn)物與揚(yáng)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(chǎn)物帶入大量羥基，減少產(chǎn)物中陰離子比例，利于聚合產(chǎn)物溶液和揚(yáng)塵顆粒結(jié)合，又可使線型接枝分子之間連接起來，形成更大的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，增多分子內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)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(yáng)塵。 ?。?）固結(jié)作用。①固結(jié)作用的核心是使抑塵面具有足夠強(qiáng)度，運(yùn)動物體的動態(tài)壓力、摩擦剪切、冷凝拉伸等作用均不能使其表面結(jié)構(gòu)受到破壞。②固結(jié)因子。CX抑塵劑的固結(jié)因子的主要成分是粘性有機(jī)物，當(dāng)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(xué)鍵為主的化學(xué)吸附，促使乳狀液與塵粒之間的固結(jié)。
表面活性劑的加入對以上3種作用起到促進(jìn)和調(diào)節(jié)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(jìn)水對粉塵的潤濕、凝結(jié)；由于破乳發(fā)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(fā)，使塵粒保持濕潤的時間更長。
3.1.2CX型抑塵劑生產(chǎn)制備
?。?）將一定量的聚合物單體，加入適量的堿液中和，作為待反應(yīng)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(fā)劑和待反應(yīng)液，在一定溫度下進(jìn)行接枝聚合，再加入適量的凝聚劑交聯(lián)接枝聚合產(chǎn)物，制成成品。生產(chǎn)工藝流程如圖6所示。
?。?）抑塵劑產(chǎn)品外觀。制成抑塵劑為乳白色懸浮液。
4 結(jié)論
（1）CX型抑塵劑是針對西安市揚(yáng)塵污染特點和揚(yáng)塵化學(xué)組分制成的抑塵產(chǎn)品，可明顯降低PM10等空氣污染顆粒物濃度，從技術(shù)上克服了西安市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的最大障礙，為西安市“藍(lán)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(jié)作用上有明顯優(yōu)勢；
（3）使用CX型抑塵劑所需設(shè)備與現(xiàn)有市政灑水設(shè)備通用，且易于環(huán)境監(jiān)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(huán)境風(fēng)險小。
綜合以上分析， CX型抑塵劑作為一種環(huán)保型材料，應(yīng)用于控制城市揚(yáng)塵，從技術(shù)、實施、環(huán)境影響、環(huán)境管理、經(jīng)濟(jì)成本上等都是可行的。
