PAGE213第十四章城市揚塵污染控制14.1城市揚塵來源與污染14.1.1城市揚塵的含義與分類城市揚塵是指來自城市建設活動、城市垃圾及清運過程、城市機動車行駛過程、道路清掃過程二次揚塵和城市裸露地面揚塵等產生的顆粒物，呈液態或固態粒子存在于空氣介質中，其粒徑在0.0002-500μm之間。城市揚塵根據顆粒物的空氣動力學直徑大小可分為TSP、PM10、PM2.5、PM1.5和灰霾等。一般情況下，小于0.1μm的顆粒，可借助布朗運動碰聚成大于0.1μm的顆粒；而小于約1.5μm的顆粒多數是由于燃燒后排氣后凝結而成；大于10μm的顆粒則大多由于作用研磨、侵蝕等機械作用產生。城市揚塵中顆粒物粒度、性質和成因見圖14.1。圖14.1城市揚塵中顆粒物粒度、性質和成因14.1.2城市揚塵的來源一般說，城市揚塵不是單一成分的空氣污染物，而是來自許多不同的人為或自然污染源的不同化學物質所組成的氣溶膠狀污染物；根據產生過程的不同，又可分為一次產塵（直接排放）和二次揚塵（地面積塵隨人類活動或季風氣候的二次遷移）。一次產塵源包括生產過程排放，來自城外自然礦物粉塵輸入，二次揚塵源包括城市建設活動造成的建筑塵、城市垃圾及清運過程二次揚塵、城市道路二次揚塵以及城市裸露地面二次揚塵等。（1）工業生產過程排放各種工業生產過程產生的工業煙塵及工業粉塵，因工藝、流程、原材料、燃料、操作管理條件和水平的不同，其數量、組成成分、特性差別很大。排放量雖然僅占污染物總量的1/5左右，但由于排放點較集中，濃度較高，所以對局部地區的空氣污染較為嚴重。表14.1為1985-1995年全國工業粉塵及工業煙塵的排放情況。從表中可知，工業煙塵排放量居高不下，工業粉塵排放量雖有所下降，但綜合整個塵排放依然是總量超標，這部分未回收塵是空氣中顆粒物污染的一個重要來源。表14.11985-1995年全國工業粉塵及工業煙塵的排放情況單位1985198619871988198919901991199219931995工業煙塵排放量萬t1323138414451447139813241314141414161414工業粉塵排放量萬t1282117010041126840781579576617583（2）城外自然礦物粉塵的輸入城市周邊地區中遠距離傳輸的粉塵污染也十分嚴重，而且自然源大多是分散式、開放型產（揚）塵點源、線源、面源。另外，有日益嚴重趨勢的沙塵暴，不但嚴重影響北方大部分城市，甚至會波及華南的部分城市。2001年2、3月份的沙塵暴，不僅使北京、呼和浩特等北方城市的空氣質量達到V級嚴重污染水平，而且導致南京、上海、臺灣等東部城市（或地區）的TSP污染指數比其正常值高3~6倍，由此可見自然礦物粉塵對城市空氣質量影響很大。（3）城市建設活動隨著經濟建設的快速發展,我國加大了基礎建設力度，正處于城市基礎設施建設的高峰時期。由于建筑施工是綜合性過程,施工現場粉塵污染主要來自拆遷及建設施工及堆料、運輸等過程。在施工過程中，由于管理措施不夠完善，一些工地開放式施工、料堆遮擋不夠完整、嚴密，不能及時清理和覆蓋建筑垃圾、渣土，施工現場的路面不能及時清掃、出入工地的機動車不能及時沖洗等等，均易產生建筑揚塵，這是城市空氣中揚塵污染的重要來源，據類比估算，城市中心區平均每增加3-4萬平方米的施工量，建筑塵對全市TSP的平均貢獻約增加1μg/m3，這是關系到城市環境問題的一個重要研究方向。（4）城市垃圾及清運過程揚塵各類鋼渣、粉煤灰、堿渣等工業垃圾堆放場、城市生活垃圾堆放場以及垃圾清理、運輸等過程均是城市揚塵的又一重要來源。在我國城市中，各種垃圾堆放場隨處可見，并且大多數都沒有采取有效的防塵措施。如果把城市所有垃圾堆放場加在一起，有的城市已達到幾平方公里的面積。這么大的開放源，若沒有合理有效的防塵措施，在不利的氣象條件下，對大氣中揚塵污染的貢獻是很大的。（5）城市道路二次揚塵道路二次揚塵主要指機動車行駛過程和道路清掃過程中二次揚塵。在道路等級不高、道路兩旁的綠化不好的路面上機動車行駛過程會造成塵土飛揚，加之雙向車道紊流空氣的影響，揚起的顆粒物不易沉降，在城市特有的峽谷效應和熱島效應的影響下，又加重了城市揚塵污染。另外，由于我國大部分城市的街道清掃還主要是人工清掃為主，必然引起大量的揚塵，形成清掃二次揚塵。這部分顆粒物往往是反復揚起，反復沉降，造成重復污染。由于道路的面積很大，一般占城市面積的比例高達10%以上，所以道路二次揚塵對空氣中顆粒物的貢獻不容忽視。（6）裸露地面揚塵城市揚塵的另一重要天然來源是裸露地表。在不利氣候條件下，顆粒物就會從地表進入空氣中，形成揚塵污染擴散。我國城市，尤其是北方城市的綠化水平較低，生態環境脆弱，氣候干燥少雨，冬春季多風，在道路兩旁、老居民區、城鄉結合部等地方存在著大量的裸露地面。僅以城市中裸露樹坑為例，每一棵樹的根部周圍基本上都有一塊裸地，若每一塊樹坑按一平方米計算，北京市有2000多萬棵樹，僅此一項就有裸地20平方公里。（7）灰霾近年來，伴隨人類活動范圍的不斷擴大，灰霾粒子濃度在整個世界范圍內不斷增加，這些粒子不僅使氣候變暖、降低大氣能見度，還會因降低冰雪的反射率而產生加速冰雪溶化等不良后果。日本大阪府立大學從1993年4月到1995年2月在界市郊外進行空氣中微小粒子進行監測，其粒徑分布呈現明顯的雙峰形狀特征(圖14.2)，并具有在1-2μm處形成峰谷的特點。大氣氣溶膠粒子的化學成分組成見表14.2。由表14.2可知，微小粒子中含有碳和水溶性離子，其中非揮發性炭(NV-C，即黑碳，主要是含碳物質不完全燃燒產生的不定型碳質,它在可見到紅外波段范圍內對太陽輻射均有強烈的吸收,習慣上稱黑碳氣溶膠)濃度最高，灰霾粒子與粗大粒子(Dp>1.5μm)分別為6.8μg/m3和3.7μg/m3,粒子濃度各占25.2%和15.5%，揮發性炭(V-C)也是其中的主要成分，灰霾粒子和粗大粒子濃度大約在1.2μg/m3左右。SO42-、NO3-和Cl-濃度相對較少。表14.2日本界市1993.4-1995.2大氣氣溶膠粒子化學組成種類Total灰霾(Dp<=1.5μm)粗大粒子(Dp>1.5μm)Ct/ng.m-3X/PM/%Cf/ng.m-3Cf/Ct/%X/PM/%Cc/ng.m-3Cc/Ct/%X/PM/%PM5090010027000531002930047100碳V-C24004.71220514.51180494.9NV-C1050020.668006525.237003515.5水溶性離子Cl-12802.5600472.2680532.8NO3-24604.81370565.11090454.6SO42-526010.343408316.1920173.8NH4+16103.21540965.77040.3Na+6701.3140210.5530792.2K+3800.75290761.0790240.38Mg2+910.1814150.0577850.32Ca2+7001.4120180.458832.8通過成分分析表明：灰霾是由燃燒等過程排放的一次性粒子以及由煙狀物二次反應生成的小粒子，屬微細粉塵，以固體或液體狀態懸浮于空氣中。灰霾粒子發生源主要有自然發生源和人為發生源。自然源排放如火山爆發、森林大火等具有區域性和偶然性,而人為源包括燃燒、工業活動、生產生活活動等，它的排放卻是長期和持續的。工業革命以來,人類出于自身發展的需要,大量使用煤、石油等化石燃料,其他如汽車尾氣、生物燃燒等都成為大氣中灰霾氣溶膠的主要來源。14.1.3城市揚塵污染現狀空氣是人及一切生物所時刻不能缺少的物質。人若離開空氣，5min就會死去，植物離開空氣就無法進行光合作用，然而人類生活的城市中的空氣正面臨著嚴重的污染威脅。城市揚塵污染是指城市揚塵在空氣中呈現足夠的濃度，達到了足夠的時間，并因此危害了人們的舒適、健康和福利或危害了環境。城市揚塵污染是城市環境問題中的一個重要組成部分。表14.3為1999-2001年間城市空氣中TSP的達標比例狀況。從表中可以明顯看出：顆粒物污染是影響我國城市空氣質量的主要污染物，并且呈逐年上升趨勢，形勢不容樂觀。表14.31999-2001年間城市空氣中TSP達標比例狀況年份199920002001TSP超二級60.0%61.6%64.1%(29.2%)注：括號中的數據為PM10數據表14.4為1998-2001年間全國參評城市空氣質量分級情況，圖14.3為全國47個環境保護重點城市空氣質量達標狀況。從表14.5及圖14.3中可以明顯看出：我國城市空氣質量略呈好轉趨勢，其中1998-2000年間，達到國家《環境空氣質量標準》的二級標準的比例逐漸增多，超三級空氣質量標準的比例逐漸降低；而2001年與2000年的城市空氣質量基本持平。表14.41998-2001年間全國參評城市空氣質量分級情況年份1998199920002001城市個數比例城市個數比例城市個數比例城市個數比例參評城市個數322338338341達二級89215.6％11233.1％12336.5％11433.4％達三級9328.9％8926.3％10330.4％11433.4％超三級14043.5％13740.6％11233.1％11333.2％圖14.3全國47個環境保護重點城市空氣質量達標狀況綜上所述，顆粒物污染是造成我國多數城市空氣污染嚴重的首要因素，城市揚塵負荷呈上升趨勢，并已成為我國城市的主要空氣污染物。14.2城市揚塵控制原理與方法14.2.1城市揚塵的影響因子城市各種污染源和污染物，排入城市環境后引起的危害程度，除有害污染物質本身的性質、濃度、接觸時間、污染途徑等，會影響有害污染物質對機體和環境的作用程度外，外界環境條件的變化也能不同程度地影響有害物的性能及危害程度。表14.5列出了影響城市揚塵污染的各個因子，其中有些因子可使污染物的濃度和程度相差幾倍甚至幾十倍，有些甚至起著決定性的作用。表14.5影響城市污染的各個因子影響因子說明氣象因子風、湍流、氣溫、逆溫、降水、濕度和天氣形勢等城市揚塵主要依靠大氣的流動，被輸送到下游（下風向），同時又與周圍空氣混合稀釋，使有害物質在大氣中的濃度逐步降低。這些因子都不是單一起作用的，要受到整個大氣運動的制約，可以影響地表輻射徹效果，導致溫度的垂直變化和風的強弱，影響大氣擴散稀釋能力。地理因子地形、地物、海陸位置、城鎮分布和局部氣流等城市中污染源眾多，類型各異，分布雜亂，且城市地表粗糙及存在高大的建筑物、街道、廣場等特殊的下墊面，影響了城市小氣候，也影響了揚塵擴散，使得城市的揚塵污染問題更加復雜化。在小范圍引起空氣溫度、氣壓、風向、風速、湍流的變化，從而對城市揚塵的擴散產生間接的影響。其它因子城市揚塵粒徑分布、污染源類型和排放方式、源強、源高等這些因子的不同將會造成揚塵在大氣中重力沉降速度和清除過程是也不同，對濃度分布的影響也不同。污染物質進入大氣的初始狀態不一樣，其后的分布狀況和計算污染濃度的公式也不同。14.2.2城市揚塵控制原理（1）城市揚塵的源頭控制和清潔生產城市揚塵的源頭控制是在產生城市揚塵的“源頭”削減或消除揚塵，即盡量減少城市揚塵的產生量，實施源削減或污染預防。清潔生產是實現經濟和環境協調持續發展的一項重要手段之一，也是國際社會努力倡導的改變傳統環境保護模式的新的環境戰略，其實質是把污染預防的綜合環境策略持續應用于生產過程、產品設計和服務中，從而從污染產生源開始減少生產和服務對人類和環境的風險。1996年國務院《關于環境保護若干問題的決定》再次明確新建、改建、擴建項目，技術起點要高，盡量采用能耗和物耗小、污染物排放量少的清潔生產工藝。源頭控制是一種治本的措施，清潔生產是一種生產策略，城市揚塵控制應從污染源產生的源頭采取措施，改用清潔能源，革新生產工藝，減少污染物排放。自1993年以來，在環保部門、經濟綜合部門和行業主管部門的協調配合和推動下，全國已經開展和準備開展清潔生產試點示范的省、自治區和直轄市已達24個，環境效益也十分顯著：廢氣排放量每年削減達8億標立方米，煙塵排放量每年削減達3200多噸，工業粉塵削減量每年達1000多噸，回收率可達95%。（2）城市揚塵的末端控制城市揚塵的末端控制是指采取一系列措施對經濟活動產生的揚塵進行治理，以減少排放到環境中的揚塵總量，這是傳統的污染控制方法，是一種治標的措施，投資大而效果較差，治理投資難于回收。（3）城市揚塵的濃度控制和總量控制城市揚塵的濃度控制指依據環境標準和衛生標準，對排入環境和環境中的揚塵濃度進行限制的一種控制方法；城市揚塵的總量控制是根據城市的自然環境特點和自凈能力，依據環境質量標準，限制污染排放總量在自然環境的承載能力范圍之內的一種控制方式。目前采取的濃度控制，取得了一定的成績，在一定程度上控制了城市揚塵污染的發展速度，與經濟的發展速度不成比例，但是揚塵的排放總量仍以較快的速度增長，在人口密集和經濟發展較快的地區，揚塵排放量遠遠超過了環境的承受的能力，造成了嚴重的污染。14.2.3城市揚塵的控制方法目前，城市揚塵污染占我國城市空氣污染的比重越來越大，對人類健康的危害及生活的影響也越來越突出，與社會經濟發展和人們生活水平的矛盾越來越激烈，已成為人們普遍關注的對象，因此應依靠行業主管部門，加強部門之間的協調聯系，明確各部門在推行清潔生產工作中的職責，并與總量控制相融合，推行清潔生產，最大限度地優化企業的環保投入，從污染的源頭抓起，從而實現達標排放和總量控制指標要求。我國城市揚塵的控制方法主要有：（1）工業生產過程塵源控制技術工業煙塵主要來源于各種工業爐窯，工業粉塵主要來源于工業企業。目前煙塵和粉塵的治理率很低，這與除塵裝置運行率、除塵裝置達標率較低和治理資金投入不足密不可分，為改變目前現狀，應加強以下幾方面工作：改革生產工藝和設備，加大環保投資。加大執法力度，對那些耗能大、污染重、效益差的企業，堅決實行關、停、轉，并對污染大戶要強制執行環保處理措施,促使其達到國家規定級別的排放標準。改善市場環境，促使工業企業加大環保投資力度，對廢氣的排放進行綜合利用,杜絕或減少冒、跑、滴、漏現象的發生，最大限度地降低污染物的排放量和毒害程度。系統的大型化、集中化建立綜合性工業基地，開展綜合利用，對改善除塵設施的維護管理、開展綜合利用、提高自動化水平起到積極作用，并結合總量控制要求，合理分配污染負荷。使用高效的除塵設施目前國內外采用的高效凈化設備主要有袋式除塵器、電除塵器等。袋式除塵器要改善過濾性能、改進清灰方式、提高過濾速度及改良濾料材質；電除塵器要改善氣流分布、采用脈沖電流、超高壓寬間距結構以及解決高比電阻粉塵收集問題。另外，這些除塵設施對超細粉塵基本不起作用，這也是城市空氣中可吸入顆粒物濃度居高不下的原因之一，因此應加強對加強此方面的研究和技術投入。（2）城外自然礦物粉塵的控制技術控制城外自然礦物粉塵的治本方法是實施生態恢復，遵循生態學原理，營造城市健康發展的生態大環境。城市周邊地區實行有效綠化若城市地處生態脆弱的地區，又面臨加快經濟發展步伐的重任，保護環境的任務十分艱巨。對城市周邊地區實行有效綠化，搞好防護林的營造與管護，對凈化空氣、防沙固沙有著重要的意義。樹種的選擇應以選用對大氣污染抗性強的本地樹種為主,北方城市應考慮適當擴大常綠樹種的比例。主林帶可以由平行營造的林帶組成,并適當布置垂直的副林帶。對防護林應實行負責制,加強管理與看護,不得隨意砍伐,確保防護林安全。國家在陜西省投資200億元，用10年時間對10萬平方公里土地進行生態環境治理，大力開展植樹造林，綠化荒漠、荒山，實施山川秀美工程，這將有效地控制自然礦物粉塵輸入，對改善城市空氣環境質量產生積極影響。搞好城市綠化是防治城市揚塵污染的重要生態控制技術根據城市的自然條件和經濟條件，對城市中的基本單元，如居民區、道路、學校及公園等進行科學的綠地規劃，使整個城市綠地成為一個相互連結的系統,充分利用植物滯塵、吸附、殺菌等特性,減少城市揚塵污染,提高城市大氣質量。（3）對城市建設施工現場產生顆粒物的控制技術施工現場的控制為了防止建筑施工現場污染面積擴大，采取了建立隔離護墻，實施封閉施工，防止污水泥漿流出工地；對施工工地出入口進行道路硬化處理，并進行有效的水力消塵；在工地以外嚴禁堆放建筑材料和建筑垃圾；建筑施工過程中的控制對于市區建筑施工工地一律使用商品混凝土，嚴禁在施工工地自設篩灰場，減少建筑材料施工現場粉塵污染，城市基礎施工建設時建立隔離防護墻，施工現場垃圾隨產隨清；建筑材料及建筑垃圾運輸過程中的控制運輸建筑材料和建筑垃圾，采用相應的封閉遮蓋措施，防止運輸過程中遺灑而產生顆粒物污染；逐步提高機械化施工程度，縮短工期，減少顆粒物排放；（4）城市垃圾及清運塵源控制技術我國大部分城市道路采用人工干式清掃方式，清掃時間集中在白天，而且清掃的部分垃圾包括秋冬兩季的樹葉混合垃圾，露天焚燒垃圾現象普遍存在，致使清掃時揚塵污染相當嚴重。在垃圾清運過程中，采用相應的封閉遮蓋措施，防止因遺灑等原因產生二次揚塵。（5）城市道路二次揚塵控制技術道路交通的改善加強城市交通的建設力度，擴大通行能力，在城市周邊建設外圍通行道路，減輕市內機動車通行壓力，實現立體交通，促使機動車與非機動車分流，提高行車速度和道路利用率。對裝料飛散及機動車攜帶粉塵的控制對城區內機動車輛進行清洗，對運輸散狀物料的車輛要求密閉和半密閉遮蓋及分流繞行等。表14.7列出了防止機動車裝料飛散及機動車攜帶粉塵的最低投資效率，雖然投資費用很大，但濃度減少量還是相當可觀的。表14.7防止機動車裝料飛散及機動車攜帶粉塵的最低投資效率控制方法年度費用/美元.a-1濃度減少量/μg.m-3減少單位濃度的投資/美元.a-1/μg.m-3沖洗76400*4.616609130700**7.617197沖洗與清掃并用2498004.654304街道鋪設工藝改進183001.215250控制建筑工地泥土帶出840015.0560控制工業區泥土帶出26870017.015806注：*沖洗，3天/周；**，5天/周；路面塵控制控制路面塵源主要采用清掃道路、沖洗、重新裝修道路和噴灑穩定劑等技術。一般使用的掃帚、吸塵器和清掃機進行清掃對減少塵的散發并不令人滿意，研究表明：對小于140μm的塵的去除率在20%以下。相比之下，沖洗街道能消除細顆粒物，也能控制大的顆粒物，但這種方法必須連續進行，當路面和灰塵干的時候，其作用就會消失。（6）裸露地面塵控制技術對裸露地面可采取綠化或硬化等措施進行覆蓋控制揚塵。綠化主要包括種樹、種草、種花，硬化主要包括鋪設水泥路面和地磚路面等。蒙桑托研究所和中西部研究所等對裸露地面實施了鋪裝、物理和化學穩定、潤濕和灑油等，據Cooper等報告，最經濟有效的控制方法是鋪裝，投資估算和使用壽命取決于所用路面的類型、氣候、物料價格等。用水或含潤濕劑的水進行濕法消塵，可對裸露地面作短時間的控制，由于水的表面張力較大，可加入表面活性劑以提高消塵效率。化學穩定劑通過與裸露地面塵形成保護殼而防止其揚起，為保證控制效果，必須認真遵守制定的使用規程。化學穩定劑常與水以1：4～1：7的比例混合，然后施于裸露地面，使灰塵聚集。為提高防塵效果，穩定劑噴灑前，需平整、壓實路面，穩定劑的噴灑應均勻、足量，以形成連續的粘塵油膜。圖14.4為山西鋁廠內運輸土路防塵治理示意圖。圖14.4運輸土路防塵治理示意圖穩定劑的噴灑壓力在0.1-1.3MP