中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)的研制與試驗

劉明瑞 于瑞國 賈傳亭 朱 麗

（1 東阿縣綜合行政執(zhí)法局 山東聊城 252200 2 東阿縣環(huán)境衛(wèi)生工作站 山東聊城 252200 3 山東建筑大學市政與環(huán)境工程學院 山東濟南 250101）

引言

目前城市大氣顆粒物污染較普遍，道路揚塵是大氣顆粒物重要的污染源，目前道路濕式保潔是普遍的環(huán)衛(wèi)措施。濕式保潔機械類型有普通灑水車、高壓清洗車和大中型洗掃車，后者一般配有低壓和高壓噴水系統(tǒng)，對路面實施灑水沖刷和清洗。雖然保潔機械不斷更新為較先進的車型，提高了清洗效率與城市道路的清潔度，但仍存在人力需求量大、保潔巡回間隔過長保濕效果差以及靠近步行道的機動車道不能完全采用機械清掃等問題，同時還有特殊情況作業(yè)制度調整不夠靈活和路面降塵效率不高等不足之處[1～3]。中水作為重要的水源在城市市政方面利用還限于傳統(tǒng)的手段，如果將自動化技術與中水灑水降塵結合起來開發(fā)出“中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)”，不僅可以節(jié)約大量新鮮水資源，也能節(jié)省人力和提高道路降塵效果，這對于生態(tài)環(huán)境改善、建設智慧環(huán)保環(huán)比具有重要的意義和應用價值。

1 中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)設計

中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)設計理念是：在中水水源豐富的區(qū)域，通過建設中水噴淋管道系統(tǒng)，并采用智能化控制，通過設定噴水持續(xù)時間、噴水頻率和噴水量，對區(qū)域內道路自動沖洗降塵，達到保潔要求。這一設計構想的示意圖見圖1。

圖1 中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)示意圖

中水自動噴淋道路降塵系統(tǒng)主要由水源系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、噴頭與及自動控制系統(tǒng)構成。水源可利用污水廠達到一級A 的出水;管路系統(tǒng)由輸水干管、支管構成，可安裝在道路原有護欄上；噴頭應采用可旋轉噴頭，每隔一定距離布設一個噴頭，安裝角度可與道路成為90°至180°調整，安裝高度距地面5cm。整套系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（PLC）加時間控制器智能化控制，可分多個時段進水噴水，噴水頻次和噴水量具體由道路濕潤情況和天氣情況進行靈活設置。

2 試驗結果及討論

2.1 試驗結果

試驗時間為2020 年9 月，選取某縣城建成區(qū)道路進行試驗，道路寬度為雙向8 車道，寬度24m，管道安裝長度為1000m，安裝噴頭40 個，單個噴頭噴水量為0.3m3/h，每小時可灑水12m3，噴水寬度4 米。道路揚塵對PM10 影響較大[4]，選取PM10為降塵效果指示指標，采用嶗應2025B 型手持式PM2.5/PM10 在線直讀監(jiān)測儀，對比灑水車和自動噴水系統(tǒng)灑水前后30min 和60min 的降塵效果，監(jiān)測位置為路中心和道路邊界1.5m 高處的環(huán)境空氣，試驗結果見圖2。

圖2 灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后的效果對比

由圖2 可知，灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)30min 后，路中心和邊界的PM10 均是灑水車作業(yè)的偏高一些，但偏高得不多，但灑水車作業(yè)30min 后路邊界外20 米處的PM10 要比自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)30min 后的PM10 高32%，總體看自動噴淋系統(tǒng)的道路降塵效果要好于灑水車降塵。灑水60min 后，自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后PM10 在路中心和邊界處分別比灑水車作業(yè)后低14%和39%，說明路面上方的空氣濕度自動噴水作業(yè)要比灑水車作業(yè)的濕度大些，反映了自動噴水系統(tǒng)作業(yè)比灑水車灑水的路面保濕時間更長，因而監(jiān)測的PM10 較低。對于界外20 米灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)60min 后監(jiān)測的PM10 相同，說明時間越長，距路面較遠的地方2 種作業(yè)方式的降塵效果沒有差異。

圖3 反映了同一點位灑水車作業(yè)后和自動噴淋降塵作業(yè)后的降塵效率對比，可以看出，2 種作業(yè)模式30min 和60min 后的降塵效率均是自動噴淋降塵系統(tǒng)高，從整個路面降塵平均效率看，自動噴淋降塵系統(tǒng)的平均降塵效率為41.5%，比灑水車降塵的平均降塵效率32.8%高8.7%。

圖3 灑水車和自動噴淋系統(tǒng)作業(yè)后的降塵效率對比

2.2 結果討論

根據(jù)實際調查灑水車夏季單次灑水保濕時間只有大約15min，春秋季單次灑水保濕約為30min，無法長時間對路面進行保濕降塵。試驗結果表明中水自動噴淋降塵系統(tǒng)在降低道路PM10 方面具有較好的效果和穩(wěn)定性，并且節(jié)省人力。相對于傳統(tǒng)灑水模式，中水自動噴淋系統(tǒng)除了降塵效率高，還具有噴水頻次可視天氣條件和不同季節(jié)靈活調整，水量噴灑均勻、保濕時間較長、不影響車輛通行，特別是相對燃油灑水車還具有減少廢氣污染等優(yōu)點。因此，在中水資源豐富的區(qū)域發(fā)展中水自動噴淋系統(tǒng)替代傳統(tǒng)車輛灑水保潔模式，不僅提高了中水資源的利用率，還提升了城市環(huán)衛(wèi)智能化水平，是建設智慧環(huán)衛(wèi)的重要途徑，具有較好的應用前景。

3 中水自動噴淋系統(tǒng)推廣應用的可行性及意義

3.1 推廣應用的可行性

（1）環(huán)境可行性

該系統(tǒng)需配置中水水源，而每個城市（鎮(zhèn)）均建有一到數(shù)個污水處理廠，目前污水處理廠出水水質一般要滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準，該水質完全滿足城市回用水和雜用水的水質標準即 《城市污水再生利用 城市雜用水水質》（GB/T18920-2002），所以從水源和水質方面考慮均是可行的。中水自動噴淋系統(tǒng)的建設可擴大中水使用范圍和提高用水量，不僅提高城市中水回用率，還節(jié)約大量新鮮水資源；同時自動噴淋系統(tǒng)噴水量和頻次可根據(jù)季節(jié)、天氣隨時調整，既節(jié)省水資源，又提高道路保潔效果，以及沒有保潔車輛燃油廢氣排放，環(huán)境效益非常顯著。

（2）技術可行性

該系統(tǒng)采用PLC 自動控制技術加時間控制器進行智能化控制，目前PLC 自動控制技術是一種先進的具有廣泛普及度的自動控制技術，使用成本較低，在操作性、靈活性和穩(wěn)定性方面都具有很大的優(yōu)勢[5]。配合時間控制器可以較好的控制噴淋系統(tǒng)的開啟和關閉，靈活設置噴淋頻次和持續(xù)時間。輸水管道可依托道路護欄板安裝，不改變道路原有風貌，不影響城市市容，噴嘴可通過試驗選用，因此該系統(tǒng)技術可靠，具有較好的可行性。

（3）經(jīng)濟可行性

該系統(tǒng)的投資主要是管道、噴淋系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的費用和建成后的運行費用，該系統(tǒng)建成可替代原有的灑水車作業(yè)系統(tǒng)和人員成本，由于不消耗燃油、節(jié)水、節(jié)省人力，同時使用中水，系統(tǒng)建成運行具有較好的經(jīng)濟性。

3.2 推廣應用的意義

（1）是建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的重要舉措。自動噴淋道路降塵系統(tǒng)的建設與應用可大大增加城市中水利用量，同時提高水資源利用效率，可節(jié)約大量新鮮水資源，解放部分勞動力，是建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型社會的重要舉措。

（2）是建設智慧環(huán)保環(huán)衛(wèi)的重要內容。智慧環(huán)保是未來環(huán)保發(fā)展的大趨勢，自動噴淋道路降塵系統(tǒng)體現(xiàn)了道路保潔的自動化水平，是走向智慧環(huán)保的重要舉措，是智慧環(huán)衛(wèi)的重要內容。

（3）是城市道路保潔模式的革新。隨著環(huán)境標準的日趨嚴格和人力成本的不斷增加，傳統(tǒng)道路保潔模式的不足日益凸顯，自動噴淋道路降塵系統(tǒng)革新了已有道路保潔降塵模式，豐富了城市環(huán)衛(wèi)道路保潔技術，順應了新時期環(huán)保和環(huán)衛(wèi)發(fā)展的要求。

結語

以中水為水源依托城市道路護欄建設管道式自動噴淋道路降塵系統(tǒng)，可一定程度解決傳統(tǒng)方法運行成本較高、降塵效果不理想、工作制度不靈活的不足，適宜在有污水廠尾水可利用的城區(qū)進行建設，可大大提高城市中水回用率，節(jié)約一次水資源和人力成本，適應新時期建設智慧環(huán)保、環(huán)衛(wèi)的要求。這一新型降塵系統(tǒng)作為一項新技術，實際運行中還有一些問題待解決，如對于超寬道路噴頭的選擇和安裝方式以及低溫季節(jié)的運行與維護等需進一步研究探索。