云立方解析抑尘剂对扬尘污染的影响

1扬尘的含义及污染机理 
 众所周知，水、空气和固体废弃物是影响城市环境质量的3个主要因素；在空气中，SO2、NO2和可吸入颗粒物PM2.5，构成衡量城市空气质量的主要指标；据环保部发布的大气环境质量状况公报显示，可吸入颗粒物PM10已经成为包括西安在内的很多北方城市中较主要的空气污染物。 
 因此，如何控制城市可吸入颗粒物PM10污染就成为提高城市空气质量的关键。 
 国家环境空气质量标准（TSP、PM10）如表1表示。 
 2.5.1远程源扬尘 
 西安市位于黄土高原南缘，上游天气区如新疆、甘肃、宁夏、青海和内蒙古沙漠区的生态环境相对脆弱，易发生沙尘天气；在冬、春季节，受盛行的偏北风作用，携带高浓度沙尘颗粒的气团从新疆及内蒙古沙漠区广袤的干旱、半干旱地区向西安迁移，途经了东亚主要的沙漠、戈壁、荒漠地区，以及沿线高污染城市如兰州、金昌等，北方沙漠区地表的细颗粒和高污染城市的工业污染扬尘颗粒（常以PM10为主）就被输送到西安市上空形成远程源扬尘。 
 2.5.2近程源扬尘 
 受季风作用，主要来自榆林风沙区和黄土高原细腻、低粘性的黄土颗粒也被输送到西安上空形成近程源扬尘。 
 2.5.3本地源扬尘 
 （1）自然扬尘。西安市处于西北半干旱地区，降雨量小，又因植被减少，裸露地面增加，生态环境脆弱，气候干燥、静风等因素，各种沉降在地面的颗粒物、气溶胶离子受气流扰动再次进入空气，形成自然扬尘。 
 （2）道路扬尘。①由于城市机动车辆增加，交通运输过程中洒落于道路上的渣土、煤灰、垃圾等各种固体物，以及沉积在道路上的其他排放源排放的颗粒物，经往来车辆的碾压后形成粒径较小的颗粒物与排放的尾气颗粒物混合进入空气[5]；②车辆通过路面时形成的高速气流扰动道路周边尘粒形成扬尘。 
 以上两种作用相互叠加就形成了道路扬尘。 
 （3）建筑扬尘。由于西安**建设的迅速发展，在建筑施工过程中防尘措施落实不到位，料堆遮挡不够完整；不能及时覆盖和清理建筑垃圾；施工现场的路面不能及时清扫；出入工地的机动车不能及时清洗等，均易产生建筑扬尘。 
 （4）露天料场。各类工业废料、建筑材料、泥土、粉煤灰、碱渣、原煤、垃圾等的堆放场，未采取防尘措施，是扬尘的又一重要来源。 
 2.5.4扬尘污染特点 
 总体分布以城市中心区域为主，由城区外围向城市中心区域不断加剧。 
 扬尘污染包含： 
 （1）远程源的沙尘及工业尘粒污染物； 
 （2）近程源的低粘性黄土尘粒污染物； 
 （3）本地源的混合尘粒污染物。 
 西安控制扬尘污染的主要目标是有效控制本地源污染。 
 2.6西安扬尘组分分析 
 2.6.1采样 
 为使测定结果具有一般代表性，从西安市区的不同地点采集扬尘沉积样品4份，采集地点及周边环境状况如表6所示。 
 2.7扬尘污染的危害 
 2.7.1对人体健康的危害 
 扬尘中的PM10颗粒较小，比表面积大，因受到各种污染，富积大量有害元素如汞、铬、铅、铜、砷等，且含有大量的细菌和病毒，被人体吸入到体内后会造成呼吸系统感染和病原传播扩散，导致组织、器官等受损，甚至致畸、致癌[6]。PM10对人体的危害如表11所示。 
 2.7.2对城市环境的影响 
 （1）对城市景观和交通安全的影响。由于PM10和PM2.5对光的散射效应、吸收效应等，使物体和环境之间失去了对比度，对环境空气视觉景观和交通安全都会造成较大影响。 
 3.1技术 
 使用抑尘剂可以使尘土表面形成一层固化层，不但能使尘土保持一定的含湿量，并且使尘土小颗粒凝聚成大颗粒，增大扬尘颗粒的密度，加快扬尘颗粒的沉降速度，从而减少空气中的扬尘，达到控制扬尘的目的，实践证明使用CX型抑尘剂是一种新型、有效的防治扬尘措施。 
 3.1.1抑尘剂作用机理 
 CX型抑尘剂由保湿因子、固结因子、凝聚因子及表面活性剂等助剂组成，其作用机理主要是保湿、凝并和固结3种作用，并通过加入表面活性剂降低抑尘剂溶液表面张力，加强抑尘剂对尘土的渗透能力。 
 （1）保湿作用。①保湿作用的核心是使抑尘面始终保持一定的水分（4%～10%），利用湿润作用使粉尘密度增大，下降速度加快，抑制扬尘的产生。②保湿因子。该抑尘剂产品以淀粉为亲水主链，通过自由基引发接枝单体，合成分子链上存在大量亲水基的高吸水性化合物，以其作为保湿因子。由于各个分子链上的不同亲水基团相互作用，其吸水能力较强。 
 CX抑尘剂保湿因子中含有大量亲水基和疏水基。湿润因子溶于水时，亲水基一端使水的表层分子与空气接触状态发生变化，接触面积大大缩小，导致水的表面张力降低；疏水基与粉尘之间有吸附作用，而把尘粒带入水中，使得粉尘得到充分湿润。 
 （2）凝并作用。①凝并作用的核心是使抑尘面磨耗层的粒尘分布集中在r>80目区间（颗粒的粒径为0.177mm），此时粉尘沉降速度较大。②凝并因子。从扬尘的化学组分来看，扬尘中以硅酸盐为主要成分，在有水情况下呈负电性，而高分子吸水树脂产物带有大量羧基阴离子，会造成聚合产物与扬尘颗粒之间相斥。通过引入凝并因子，既可使高分子化合物的羧基酯化，为接枝产物带入大量羟基，减少产物中阴离子比例，利于聚合产物溶液和扬尘颗粒结合，又可使线型接枝分子之间连接起来，形成更大的网状分子结构，增多分子内部网状结构，促进保水和吸收大气中的水分以便使泥土或粉尘聚合，从而防止扬尘。 　　（3）固结作用。①固结作用的核心是使抑尘面具有足够强度，运动物体的动态压力、摩擦剪切、冷凝拉伸等作用均不能使其表面结构受到破坏。②固结因子。CX抑尘剂的固结因子的主要成分是粘性**物，当喷洒到尘土表面时，各相分子与尘粒间的相互作用，形成以范德华力为主的物理吸附和以化学键为主的化学吸附，促使乳状液与尘粒之间的固结。 
 表面活性剂的加入对以上3种作用起到促进和调节作用，它能在水面的憎水基与水和尘粒之间架起“通桥”，冲破尘粒表面吸附的空气膜，促进水对粉尘的润湿、凝结；由于破乳发生，表面活性剂分子在尘粒表面形成定向排列的吸附膜，能抑制其基底水的蒸发，使尘粒保持湿润的时间更长。 
 3.1.2CX型抑尘剂生产制备 
 （1）将一定量的聚合物单体，加入适量的碱液中和，作为待反应液； 
 （2）在淀粉中加入一定量的水，于一定温度下糊化，等淀粉冷却后，加入引发剂和待反应液，在一定温度下进行接枝聚合，再加入适量的凝聚剂交联接枝聚合产物，制成成品。生产工艺流程如图6所示。 
 （3）抑尘剂产品外观。制成抑尘剂为乳白色悬浮液。 
 4 结论 
 （1）CX型抑尘剂是针对西安市扬尘污染特点和扬尘化学组分制成的抑尘产品，可明显降低PM10等空气污染颗粒物浓度，从技术上克服了西安市空气质量达标的较大障碍，为西安市“蓝天行动”提供了切实可行的解决方案； 
 （2）CX型抑尘剂与纯水和织物遮盖比较，在对尘土的保湿、凝并和固结作用上有明显优势； 
 （3）使用CX型抑尘剂所需设备与现有**洒水设备通用，且易于环境监督管理； 
 （4）CX型抑尘剂可自然降解，不影响植物生长，**次污染，环境风险小。 
 综合以上分析， CX型抑尘剂作为一种环保型材料，应用于控制城市扬尘，从技术、实施、环境影响、环境管理、经济成本上等都是可行的。