天津市道路施工抑尘技术分析与建议_马风杰.pdf

第 19 卷 第 94 期 交 通 节 能 与 环 保 Vol.19 No.2 2023 年 04 月 Transport Energy Conservation Environmental Protection April.2023 doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.02.030 天津市道路施工抑尘技术分析与建议 马风杰1，胡海学，刘桂欣，沈鹤影，魏如喜（天津市交通科学研究院，天津 300202）摘要：根据天津市道路施工抑尘情况以及目前常用的抑尘措施的分析结果，本文尝试着以生物废弃物农用秸秆为原料制备出环保型抑尘剂，在模拟风蚀雨淋的情况下，其风蚀率为 2.3%，雨淋损失率为 3.1%，抑尘效果接近于市场购买的抑尘效果较好的化学抑尘剂 A，但是环保型抑尘剂没有化学成分复杂、难以降解等弊端，具有环境友好性。此项研究不仅提高了生物废弃物利用率，而且有利于为后续天津市探索环保的道路施工抑尘方式提供思路。关键词：道路施工；扬尘防治；环保型抑尘剂；生物废弃物；抑尘效果 中图分类号：TQ314 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）02-0165-04 Analysis and Suggestions on Dust Suppression Technology for Road Construction in Tianjin MA Fengjie,HU Haixue,LIU Guixin,SHEN Heying,WEI Ruxi(Tianjin Institute of Transportation Science,Tianjin 300202,China)Abstract:According to the dust suppression situation of road construction in Tianjin and the analysis results of common dust suppression measures at present,this paper attempts to prepare environmentally friendly dust suppressant using bio-waste agricultural straw as raw material.In the case of simulating wind erosion and rain,the wind erosion rate is 2.3%,the rain loss rate is 3.1%,and the dust suppression effect is close to the chemical dust suppressor purchased in the market.However,the environmentally friendly dust suppressant is not complex chemical composition and difficult degradation.This study not only improves the utilization rate of biological waste,but also provides a reference idea for the subsequent road construction in Tianjin to suppress dust.Key words:road construction;dust control;environmentally friendly dust suppressant;biological waste;dust suppression efficiency 0 引言 优良的大气环境是人们赖以生存的基础，也是实现美丽中国的基本要求，而扬尘是影响大气环境质量的重要因素之一，其来源主要是人为排放，其中包括：建筑工地的扬尘，道路施工扬尘，工业生产扬尘等道路施工活动1-2。随着我国城市化进程的推进，道路的 收稿日期：2022-08-09 基金项目：天津市交通运输委科技发展计划项目（2022-14）作者简介：马风杰（1995-），女，山东菏泽人，工程师，研究方向为道路工程节能与环保.（）数量和规模仍在逐渐扩大，道路施工产生扬尘的影响范围也日益广泛，而且道路施工范围广、周期长、施工区域不封闭，这给扬尘治理带来了巨大挑战3。中共中央、国务院印发的关于深入打好污染防治攻坚战的意见中明确指示要在重点区域、重点行业加强颗粒物污染防治。作为首都“生态护城河”的天津，更有责任和义务探索环保有效的扬尘防治措166 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 施，强化扬尘治理，助力“蓝天保卫战”的胜利。1 概况介绍 1.1 天津市空气质量情况介绍 2021 年天津市 PM2.5降幅约为 20%，PM2.5年均浓度 39g/m3，超过年均国家标准值 0.11 倍，PM10浓度同比上升。天津市在空气质量改善方面取得了长足进步，但是 2021 年生态环境状况公报 中数据显示：京津冀及周边地区以 PM2.5和 PM10为首要污染物的超标天数分别占总超标天数的 38.9%和 19.3%，占比仍较大。1.2 天津市道路施工情况介绍 根据 2021 年天津年鉴数据可知，2020 年，天津高速公路建设工程 10 项，完成乡村公路提升改造工程 533 公里，改造提升普通公路停车区和高速公路服务区 10 处，完成农村公路安全防护工程 101 公里4。全市在建地铁累计里程 228 公里。其中，中心城区同步开工建设 7 条地铁线路，共计 153 公里。道路施工会产生大量扬尘，尤其是在城市内部，由于施工的不封闭性以及施工属性所限，扬尘会严重影响人们的正常工作生活。综合天津市空气质量以及道路施工需求情况来看，在加强京津冀及周边地区大气污染综合治理的过程中，探索环保有效的抑尘方式是非常有必要的。2 抑尘措施分析 本研究通过对天津市道路施工现场进行调研，了解到目前常用的防尘治理措施主要有洒水湿法抑尘、防尘网抑尘和化学抑尘剂抑尘三种。2.1 洒水湿法抑尘 洒水抑尘是当前城市道路施工过程中常用的方法，其原理是水通过喷嘴喷散在大气中，与空气中扬尘进行接触、碰撞、结合，使扬尘在空气中形成较大的扬尘颗粒。由于受到较大的自身重力，扬尘颗粒能够及时与大气分离，沉降到地面，从而达到降低空气中扬尘浓度的效果5。洒水湿法抑尘虽然有快速便捷的优点，但也存在一些不利影响，首先洒水抑尘需要使用大量的水资源，对于一些缺水城市来说是不经济的；其次，夏季气温较高，水分蒸发得快，洒水抑尘维持效果的周期比较短，还容易造成施工场地泥泞等现象；最后冬季气温较低，水很容易结冰，存在安全隐患。2.2 防尘网抑尘 防尘网是一种常用的物理防尘方法。防尘网经常应用于较为广阔道路施工的裸露地表，防尘网主要成分是玻璃纤维增强塑料网、柔性纤维网和拉伸塑料网等，风在经过防尘网后，受到防尘网阻碍作用，由于其动能的减少，极大地降低风对地面的剪应力和吹蚀作用，从而达到抑尘目的6。作为替代洒水抑尘的方法，防尘网也有它的缺点，防尘网因编织孔径所限只能掩盖大颗粒物，对小颗粒物抑尘效果差，防尘网的苫盖和固定需要耗用大量人力和时间，固定不牢时在大风天气容易被吹跑，失去抑尘作用，而且防尘网老化碎解被带入土壤，短期内难以降解，给土壤造成污染，破坏生态环境。2.3 抑尘剂抑尘 化学抑尘剂是一种新型抑尘技术，是由新型多功能高分子聚合物组成，通过物理或化学作用，把细小扬尘颗粒润湿、凝并、聚结、黏结成大颗粒物从而快速沉降下来，以达到控制扬尘、改善大气环境质量的目的。抑尘剂固尘时间可达到 3 个月以上，且能较好地适应风雨等恶劣天气，使用便捷。现有的化学抑尘剂主要有湿润型、黏接型、凝聚型、复合型抑尘剂。2.3.1 湿润型化学抑尘剂 湿润型化学抑尘剂是通过提高对扬尘的润湿能力而达到抑尘目的，使用湿润剂后，抑尘剂将继续从空气中吸收水分，提高了尘埃的水分含量，灰尘会因水的蒸发被抑制而达到抑尘目的7。湿润型化学抑尘剂普遍应用在煤炭行业等扬尘密度较高的生产、转运以及存储的作业场所。但是每种表面活性剂的功能比较单一，导致润湿型抑尘剂适用性较差，且黏接效果第 2 期 马风杰等，天津市道路施工抑尘技术分析与建议 167 不理想8。2.3.2 黏结型化学抑尘剂 黏结型抑尘剂和粉尘接触后，主要通过黏结、结壳、聚合等作用实现抑尘目的，使扬尘形成更大的扬尘颗粒物，抑制扬尘进入大气中。一般分为油类有机抑尘剂和盐类无机抑尘剂。其中油类有机抑尘剂是对原油、沥青、树脂等原料进行乳化得到乳状液，乳状液再通过物理和化学吸附与扬尘颗粒黏结，从而达到抑尘的目的。而盐类无机抑尘剂是以黏土、卤化物、粉煤灰等为原料，喷洒后可在物料表面形成具有一定强度的固化层，防止颗粒物分散，达到抑尘目的。2.3.3 凝聚型化学抑尘剂 凝聚型抑尘剂具有良好的吸湿性和透水性，喷洒后能够形成液膜，较好地附着在颗粒物表面。当大气中的扬尘颗粒被吸附后，能够形成较大的胶体状絮凝物，且具有一定的黏度和良好的韧性，通过聚合、沉淀作用，使微小的粉尘颗粒物固化下来，从而抑制扬尘散入大气中。2.3.4 复合型化学抑尘剂 复合型化学抑尘剂是将两种或者两种以上抑尘剂进行复合制备，综合了黏结、凝聚、湿润等功能，从而具有了更为显著的抑尘效果9。复合型化学抑尘剂抑尘效果较好，应用范围较为广泛，能够适应复杂多变和恶劣的环境，具有较好的经济和环境效益，但局限于复合时的相关技术机理不太成熟，研发技术难度较大。2.3.5 生态型环保抑尘剂 随着“蓝天保卫战”的提出，传统化学抑尘剂也逐渐向环保型抑尘剂发展。环保型抑尘剂不仅抑尘效果好，抑尘时间久，而且产品成本低，不会产生二次污染10。有人曾研究以盐地碱蓬籽饼为核心原料，通过一些辅助剂复配出一种环保型抑尘剂，抑尘效果较好11，还有以农业废弃物秸秆为原料制成环保型抑尘剂，对其降雨、风蚀效果进行研究，结果表明其能有效捕集和粘黏扬尘颗粒物12-14。表 1 各种抑尘剂指标比较 Tab.1 Comparison of indicators of various dust suppressants 比较指标 防尘网抑尘 湿法抑尘 抑尘剂抑尘 技术指标 抑尘效果 不好 不好 好 经济指标 投资 大 小，水耗大 中 设备运行费用 无 大 小 维护费用 大 小 无 生产成本增加 大 中 小 人工成本 大 小 小 3 环保型抑尘剂的研究与技术建议 中国是农业大国，但是农用秸秆一般是用来制作牲畜饲料或者还田，部分地区存在就地焚烧的情况，价值利用率低，并且在关于深入打好污染防治攻坚战的意见中明确指出要加强农村农作物秸秆综合利用，加快推进秸秆高值化利用的科学研究，因此将秸秆作为原料用到环保型抑尘剂的制备过程中不仅能够解决秸秆利用难题，更能为大气扬尘防治做出一定的贡献。3.1 环保型抑尘剂的制备 3.1.1 实验材料和方法 实验原料：45cm 的粉碎秸秆、黏结剂、表面活性剂、保水剂等。实验设备：恒温水浴磁力搅拌器、风吹雨淋试验箱、pH 计、直尺等。测试土样：3mm 筛下的路基土，地面直径 20cm，高 5cm 的土堆。实验方法：将秸秆破碎后，辅以黏结剂、表面活性剂、保水剂等原料制备环保型抑尘剂，通过正交实验，同时进行环保型抑尘剂的性能测试，最终确定环保抑尘剂的最优配方。抑尘剂对比样品：市场上购买抑尘效果较好的 A牌化学抑尘剂。3.1.2 性能测试方法 抗风性能测试：将实验样品放置于风吹雨淋实验箱中，调整自然条件风速 13m/s 的情况下，风蚀性a=（风吹前样品质量 风吹后样品质量）/风吹前样品168 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 质量 100%，a 值越大说明抑尘效果越差。抗雨淋性能测试：抑尘剂按 2L/m2的喷洒量喷洒在样品上，待完全固化后放置于风蚀雨淋试验箱内，用水喷淋以模拟雨水在样品上的作用，每隔 30s 收集冲刷下来的样品。将其烘干后称量质量，其中喷淋时间 180s，喷淋水的强度Q=180L/h。雨淋损失率b=（雨淋前的样品质量 雨淋后的样品质量）/雨淋前的样品质量 100%，b 值越大，抗雨淋性能越差。3.2 结果分析及技术建议 将环保型抑尘剂与化学抑尘剂 A 进行对比测试，感官上，环保型抑尘剂呈墨绿色，有秸秆的青草味道，而化学抑尘剂 A 则有明显的化学刺鼻味道。从性能测试方面来看，虽然环保型抑尘剂抗风性能和抗雨淋性能稍差于化学抑尘剂 A，但抑尘效果非常接近，足够满足现场道路施工要求，而且环保型抑尘剂制作成本低、使用生物废弃物为原料、易降解、不会对环境造成二次污染等方面都是优于化学抑尘剂的。表 2 环保型抑尘剂与传统化学抑尘剂 A 的性能对比 Tab.2 Performance comparison between environment-friendly dust inhibitor and traditional chemical dust inhibitor A 味道 密度/（g cm3）pH 结壳厚度/mm 结壳时间/min 风蚀性a/%雨淋损失率 b/%环保型抑尘剂 植物秸秆的味道，无刺激性气味 1.113 7.45 12 20 2.3 3.1 市场化学抑尘剂 A 明显的化学药剂刺激性气味 1.265 8.9 7 16 2.1 2.9 随着国家对环保要求得更加严格，在保证抑尘效率的前提下，要更注重抑尘剂的环境友好性，因此探索以生物废弃物为原料制备环保型抑尘剂将成为道路施工抑尘要求的新趋势。4 结论（1）天津承担着首都“生态护城河”的重要任务，通过分析京津冀及周边城市空气质量以及天津道路施工情况，天津在道路施工抑尘方面仍任重道远。（2）本文尝试以农用秸秆为原料，通过正交法确定最优配方，最终制备出抑尘效果较好的环保型抑尘剂，后面会继续优化配方及实验条件，达到大规模工程应用的效果。本文所提出的使用生物废弃物为原料制备环保型抑尘剂进行道路施工抑尘，为后续天津市探索更环保有效的道路抑尘措施提供了借鉴思路，助力蓝天保卫战。参考文献：1 白向兵,刘建,闫英桃,等.城市扬尘污染和抑尘剂研究现状及展望J.陕西理工学院学报(自然科学版),2005(04):47-50+54.2 马强,王梅.建筑工地扬尘抑制剂的制备与研究J.工业安全与环保,2014,40(08):61-63.3 吴丹,刘仕杰,王震宇.城市建筑施工扬尘控制及其标准的研究进展J.辽宁大学学报(自然科学版),2014,41(04):380-384.4 天津市地方志编修委员会.天津年鉴J.天津:天津年鉴编辑部出版社,2021.5 王大鹏,赵连军,陈浩.浅谈城市轨道交通施工洒水降尘控制措施研究J.交通节能与环保,2021,17(06):155-158.6 任思达.环保型煤尘抑制剂开发及工业应用研究D.北京:北京工业大学,2018.7 吴超.化学抑尘M.长沙:中南大学出版社,2003.8 艾封年.复合型抑尘剂在城市道路的性能表征及其应用研究D.兰州:兰州交通大学,2018.9 蔡亚慧.一种新型生物抑尘剂的制备和应用研究D.郑州:河南农业大学,2021.10 王鹏飞,王新喆,刘岩.我国煤矿抑尘剂研究现状及展望J.化工矿物与加工,2021,50(12):49-54+64.11 张雷波,焦姣,赵雪艳,等.生态友好型抑尘剂的制备及性能J.农业工程学报,2013,29(18):218-225.12 梁文俊,任思达,李坚,等.农业废弃物秸秆制备环保型抑尘剂的研究J.农业与技术,2018,38(22):7-8.13 马思远.秸秆利用型抑尘剂防治施工扬尘试验研究D.石家庄:河北科技大学,2019.14 梁文俊,张志学,兰童等.农业废弃物秸秆用于道路抑尘剂制备的研究J.环境工程,2022,40(02):168-176.