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2019年,北京市细颗粒物(PM2.5)年均质量浓度为42 μg·m−3,比2013年下降53.3%[1]。继2014年北京市首次发布PM2.5源解析结果之后,2018年再次发布PM2.5源解析结果。相比2013年,2017年扬尘源和移动源的贡献率都有所上升。其中,扬尘源对本地源的贡献率由14.3%上升至16.0%[2]。扬尘源是北京市当前及未来一段时间必须重点关注和治理的大气污染源,城市扬尘仍有很大可控空间[3]。扬尘源污染治理是当前大气污染治理最薄弱的环节。2019年,北京市针对施工、道路、裸地等扬尘源,制定了《北京市扬尘管控工作意见》。其中,针对裸地风蚀扬尘提出了绿化、覆盖防尘网、喷洒风蚀扬尘抑尘剂等覆盖措施。
防尘网是目前裸地风蚀扬尘治理最常用的措施。北京市利用卫星遥感监测裸地及覆盖面积变化时,裸地苫盖防尘网的情况是评价裸地是否裸露的重要依据。此外,防尘网常被列为裸地风蚀扬尘治理措施之一[4],也常与安全网和防风抑尘网相混淆。安全网的定义为用来防止人、物坠落,或用来避免、减轻坠落及物击伤害的网具[5]。安全网也可以防止建筑结构和装修施工扬尘排放。防风抑尘网的定义为利用空气动力学原理,按照实施现场环境风洞实验结果加工成一定几何形状、开孔率和不同孔形组合挡风抑尘墙,使流通的空气(强风)从外通过墙体时,在墙体内侧形成上、下干扰的气流,以达到外侧强风、内侧弱风、外侧小风、内侧无风的效果,从而防止粉尘飞扬的网[6]。防尘网的定义为:以网状材料制作,防止粉尘逸散的设施[7]。目前我国尚无防尘网相关标准。本研究中,将防尘网定义为“覆盖在易扬尘物料或裸地表面、防止风蚀扬尘的网具”。
扬尘源排放特征[8-11]、成分谱[12]、排放清单[13-16]和控制措施[17-19]等研究在我国越来越被重视,但针对防尘网的研究尚无报道,远不及防风抑尘网的研究程度[18-19]。防尘网的使用存在以下几个问题:缺乏防尘网风蚀扬尘控制效率测试方法及数据,无法准确估算扬尘排放清单;防尘网覆盖不完整、未压严压实的情况比较普遍,扬尘治理“最后1 m”的问题有待解决;网目密度是影响防尘网控制效率的主要参数[20],施工单位为控制成本,通常选择网目密度低的防尘网;防尘网材质多为聚乙烯或医疗废物再生料,防尘网生产过程会产生污染,且防尘网覆盖裸地之后较难回收。LU等[21]就指出我国利用防尘网治理雾霾是无效的,且可能造成土壤污染。
防尘网风蚀扬尘控制效率指覆盖防尘网之后相对覆盖前裸地的风蚀扬尘排放潜势或排放因子的下降率。风蚀扬尘排放因子研究方法有AP-42文件的经验公式法[22]和现场实测法。AP-42经验公式源自前人风洞测试结果,物料的阈值摩擦风速是其中的关键参数,但是,裸地覆盖防尘网之后无法收集表面物料,进而无法确定覆盖防尘网之后的阈值摩擦风速和控制效率,故只能现场实测控制效率。可借鉴的测试方法及其特点有:1)采用移动式风洞[23]或实验室风洞[24]测试风蚀扬尘,但是这2种风洞都存在体积大、操作复杂、试验投入高等缺点;2)采用上下风向法对大面积裸地进行PM2.5浓度监测[25-26],该方法需要在待测裸地的上下风向分别布置1台和3台PM2.5采样器,并在试验场地放置1台气象仪,这需要等待适合试验的气象条件,而且试验成本较高;3)使用风扇或鼓风机对裸地进行水平甚至垂直吹蚀产生风蚀扬尘[27],虽然试验成本低,但是无法模拟自然风,尤其垂直吹蚀会严重低估防尘网的控制效率。
便携式风洞(potable in-situ wind erosion laboratory, PI-SWERL)能够根据实际需要模拟17.2 m·s−1风速(相当于8级风)及以下不同等级的风剪切力[28]。PI-SWERL适用于测试采取控制措施前后的平坦裸地风蚀扬尘排放特征[29]。便携和高效的PI-SWERL可帮助试验人员在短时间内完成大量风蚀扬尘排放试验,进而通过多次重复试验来弥补PI-SWERL试验面积小、试验结果代表性不强的缺点。本研究将研究采用PI-SWERL测试防尘网风蚀扬尘控制效率的方法,比对测试防尘网和水对风蚀扬尘PM2.5的控制效率,分析网目密度和极大风速对防尘网控制效率的影响,为防尘网使用和扬尘排放清单估算提供参考。
基于便携式风洞的防尘网风蚀扬尘控制效率测试
Test of dust control efficiency based on a portable in-situ wind erosion laboratory
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摘要: 采用PI-SWERL对防尘网的风蚀扬尘PM2.5控制效率进行了测试,分析了防尘网网目密度和极大风速对控制效率的影响,并与水的控制效率进行了比较。结果表明:防尘网的风蚀扬尘PM2.5控制效率随网目密度增大而增大,随风速增大而增大,风速为17.2 m·s−1(相当于8级风)时100、650、800和1 600目防尘网的控制效率分别为14.2%、54.2%、71.2%和93.4%;网目密度为100、650、800、1 600、2 000目的5种防尘网归一化单价关系约为0.13∶0.20∶0.44∶0.64∶1.00,归一化费效比关系约为0.87∶0.36∶0.60∶0.66∶1.00,1 600目左右的防尘网控制风蚀扬尘具有较好的费效比;800目防尘网与洒水48 h之后的效率(72.4%)接近,1 600目防尘网与水的控制效率差值随风速增大而增大。因此,与洒水相比,防尘网是一种有效的风蚀扬尘防治措施,建议在不同土壤类型裸地开展防尘网的控制效率及抑尘有效期测试,并研究将防尘网纳入我国塑料污染治理范畴的必要性和可行性。
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关键词:
- 防尘网 /
- 网目密度 /
- 风蚀扬尘 /
- PM2.5控制效率 /
- 便携式风洞(PI-SWERL)
Abstract: Based on the evaluation of control efficiency of wind erosion dust by the portable in-situ wind erosion laboratory (PI-SWERL), the control efficiency of PM2.5 from wind erosion dust by plastic gauze and water is compared, and the influence of mesh density and maximum wind speed on the control efficiency is analyzed. Results show that the PM2.5 control efficiency of the plastic gauze increases with the increase of mesh density and wind speed. When the wind speed is 17.2 m·s−1 (equivalent to fresh gale), the control efficiency of 100, 650, 800 and 1 600 mesh gauze is 14.2%, 54.2%, 71.2% and 93.4%, respectively. The normalized unit price relationship of 5 kinds of plastic gauze with mesh density of 100, 650, 800, 1 600 and 2 000 is about 0.13∶0.20∶0.44∶0.64∶1.00, and the normalized cost-effectiveness ratio is about 0.87∶0.36∶0.60∶0.66∶1.00. Plastic gauze with 1 600 mesh has the best cost-effectiveness. The efficiency of 800 mesh is similar to that of watering after 48 hours (71.2%). The control efficiency difference between the 1 600 mesh plastic gauze and sprinkler increases with the increase of wind speed. Compared with sprinkling water, the plastic gauze is an effective control measure to reduce wind erosion dust. It is suggested that the control efficiency and effective period of dust suppression should be tested in different soil types, and the necessity and feasibility of bringing the plastic gauze into the plastic pollution control category in China need to be considered. -
表 1 不同风速下防尘网和水的PM2.5控制效率
Table 1. PM2.5 control efficiency of plastic gauze and water at different wind speed
转速/(r·min−1) 防尘网的控制效率/% 水的控制效率/% 防尘网和水的控制效率差值/% 100目 650目 800目 1 600目 100目 650目 800目 1 600目 4 000 0 0 64.7 71.3 61.8 −61.8 −61.8 2.9 9.5 5 000 13.3 36.7 75.7 88.3 74.1 −60.8 −37.4 1.6 14.2 6 000 14.2±10.9 54.2±8.0 71.2±25.3 93.4±0.04 72.4±16.2 −58.2 −18.2 −1.2 21.0 -
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