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文档简介
基于环境空气的建筑扬尘监测研究
1建筑扬尘监控研究颗粒是中国城市环境空气的主要污染物。研究表明,颗粒的开放来源是城市颗粒污染的主要来源。土壤灰尘、道路灰尘和水泥尘等来源将对城市环境产生约50%的影响,最大影响可达70%(zhangyeetal.2006;bietal.,2007)。建筑垃圾作为一个重要的颗粒开源代码,其具体的排放特点和污染特点被标记为不同的,并选择合适的监控指标,这对控制和改善城市环境的水质具有重要意义。目前,国外对建筑垃圾的研究主要集中在排放因子上。自20世纪70年代以来,已经研究了许多经验的排放因子(cowhrertal.,1973;uspea,1995;mulakietal.,1996;2005)。然而,中国这方面还没有系统的研究。目前,在颗粒物来源解析研究中,通常利用建筑水泥来代表建筑施工扬尘,或者在建筑工地随机采取路面或地面的积尘作为建筑尘的源样品.但建筑施工过程较为复杂,扬尘排放成分也多种多样,实际排放颗粒物的化学组成特点也并不清楚.此外,对于建筑施工扬尘污染一直以来缺乏切实可行的监控指标.因此,选择天津一处施工工地,对施工全过程进行采样研究,分析施工扬尘化学组成特点和粒径分布特征.此外,分析了利用降尘作为施工扬尘监控指标的可行性.2采样和分析sam蒲纳内2.1天津市扬尘污染防治对策天津市地处华北平原,土质较细.此外,天津市冬春季节多风,给建筑施工扬尘污染创造了自然条件.近年来,天津市在建筑施工扬尘污染防治上取得了一定的成效,但仍存在较多问题,扬尘污染仍未能得到很好的解决.本研究选取一处15层住宅楼的施工现场(图1),工地内外的主要道路进行了铺装,围挡高度1.8m,主要施工阶段及污染特点如下.12006年10月9日至17日基本开垦阶段2006年10月9日至17日每天大约100车次的翻斗车,每车运出25m3土方,共开挖约16800m3.尽管采取了一定的抑尘措施,扬尘污染仍较为严重.2水泥砂浆的搅拌和沉砂处理钢筋被运到现场进行加工处理,大量砖块被用于地基的建设,在现场进行水泥砂浆的搅拌.经过机动车携带和人员活动,在路面上沉积了大量砂土、水泥和土壤的混合物.32006年12月2日至2007年12月7日当地基及第1层建好时,共约有100车土被回填到基坑与墙体之间的空隙,回填完毕后,工地的裸地均被覆盖上砾石.4总建设阶段2006年12月8日至2007年6月除了散装水泥灌装车之外,其它车辆很少,也没有土方施工.所以,此阶段扬尘排放与前面相比明显减少.2.2采样和处理在现场主要采集记录了环境PM10、尘样品、降尘、气象数据等.2.2.1扬尘化学组成.根据当日风向特点,共选取37d的特征日,采用100L·min-1的中流量采样器(TH-150A),分别在A、B、C、D点距离地面2.5m高度采集环境空气PM10.每天采样时间为7:00~17:00,每点2个采样器分别使用石英膜和聚丙烯纤维膜平行采集,根据所采集上下风向环境空气颗粒物质量和化学成分的差异得出建筑施工扬尘的化学组成.2.2.2尘样品的采集在采集PM10的同时分别在a、b、c、d、e点选取30cm×30cm的区域使用塑料铲、毛刷以及专用的真空吸尘采样装置采集路面积尘,将5个点的尘样混合作为当天的路面积尘样品.此外,在开挖出的土方堆上采集土壤样品,以及施工中使用的砂土、水泥及水泥砂浆搅拌器旁的尘样品各100g左右.所有尘样品采集后在50℃以下烘24h,并过标准筛及巴柯粒度仪得到样品的粒度分布以及道路的粉粒积尘负荷(siltloading,即单位面积上能够通过200目标准筛的那部分积尘的质量).此外,将烘干后尘样品进行再悬浮采样,采集尘样品中的PM10,分析其化学组成.2.2.3环境空气降尘强度测定降尘的采集与上面采样同步开展.在A、B、C、D、E、F、G和H8个点采集,并在主导风向的上风向距离建筑工地500m的一个广场上设降尘背景点,每点降尘量减去背景降尘量作为该点的净降尘量.每点距地面2.0m处放置1个容积5.3L的PVC降尘缸(高300mm,内径150mm),内放400mL纯净水,每阶段连续采集6~20d.用纯净水将降尘缸内部清洗干净,缸内所有水连同所采集降尘一起通过200目筛,将过筛后的含尘水抽滤到玻璃纤维滤膜上,滤膜在抽滤前后均进行烘干和干燥平衡,根据降尘采集时间和降尘缸口面积,计算得到采样时段内的平均降尘强度(g·m-2·h-1)(Egami,1989).此外,在C点及背景点距离地面2m高处各设立一台TH-25A型β射线颗粒物浓度监测仪,连续监测环境空气PM10浓度.2.2.4采样时段内距地面2.5m转变利用FYY-1型便携式风向风速仪和温湿度仪现场同步记录采样时段内距地面2.5m高处的瞬时和平均的风向、风速(u,m·s-1)、温度和相对湿度等数据,降水时停止采样.2.3元素含量si利用ICP-AES(IRISIntrepidII,ThermoElectron)分析聚丙烯滤膜,得到19种元素含量(Si、Ti、Al、Mn、Mg、Ca、Na、K、Fe、Cu、Zn、As、Pb、Cr、Ni、Co、Cd、Hg、V);利用离子色谱(DX-120DIONEX)和碳元素分析仪(VarioEL,GmbH)分析石英滤膜,得到Cl-、NO-3、SO2−442-、NH+4以及总碳(TC)和有机碳(OC)的含量(Zhao,2006).3结果结果3.1道路尘的主要成分下风向采样点平均浓度C下减去上风向采样点平均浓度C上,即得到该采样时段PM10的净浓度Cn.表1给出各施工阶段PM10净浓度的平均值.由表1可知,施工扬尘污染主要集中在地基开挖和回填阶段,即土方施工造成的扬尘污染较为严重;地基建设阶段由于人员活动较频,且有大量建筑材料在现场处理,扬尘造成的PM10污染也较高;而一般施工阶段扬尘污染明显减轻,远低于其他阶段.为了认识建筑施工扬尘的起尘来源,对建筑工地内主要起尘物质的粒径进行分析.基坑开挖出的土壤含水率很高,成泥块状,自然风干后成大块粘结在一起,土块直径大多数在5cm以上,故本研究均分析可通过20目标准筛(相当于几何粒径840μm)的尘粒.表2给出各类尘粒通过标准筛得到的平均粒径分布(质量分数),由于地基开挖和回填时道路尘主要成分为土壤,所以表2中只分析地基建设阶段的道路尘.由表2可知,水泥中绝大多数颗粒为几何粒径小于74μm的细小粉尘,在土壤中几何粒径小于74μm的部分也超过了35%.同时,由于土壤样品中有一部分是潮湿土壤风干后粘结在一起的土粒,如果在铺装道路上经过机动车碾压粉碎,土壤中细颗粒的含量还将进一步增加,所以,水泥和土壤是施工过程中较易于起尘的物质;相比之下,砂子中绝大部分为大于100μm的颗粒;工地中铺装道路上的积尘中几何粒径小于74μm的部分超过了40%,而且机动车、人员扰动频繁,因此,工地中铺装道路积尘也是施工扬尘的重要来源.表3为利用巴柯粒度仪,将以上5种尘样中能穿过200目标准筛部分(silt)的平均粒径分布(质量分数).由表3可知,水泥中空气动力学直径小于22.8μm的颗粒占<74μm部分的比例明显高于土壤和砂子.如果考虑筛分结果,则水泥中细颗粒占整个土样质量的比例会远远高于土壤和砂子,这说明水泥材料可以造成施工中较严重的扬尘污染.此外,道路积尘经过机动车碾压混合后,细微粒有所增加,导致道路尘中6.2~13.3μm和<6.2μm2个粒径范围的质量分数均大于土壤、砂和水泥.3.2扬尘及尘源的化学成分根据某采样时段上下风向PM10浓度及化学组成,可以计算得到该时段建筑施工扬尘PM10化学组成,见式1(假设A、C点为下风向).Ci=(SAFAi+SCFCi-SBFBi-SDFDi)/2(1)式中,Ci为某采样时段施工扬尘中化学组份i的平均浓度值(μg·m-3);S为该时段某采样点环境PM10平均浓度值(μg·m-3);F为该时段某采样点化学组份i的含量.表4为不同施工阶段扬尘及尘源样品的PM10化学组成.由表4可知,施工扬尘中TC、OC、部分离子、元素的含量高于尘源样品,这主要是由于机动车尾气及施工现场其他起尘操作(钢材加工、焊接等)影响.此外,施工扬尘中地壳元素(Si、Ca、Al、Fe、Mg、K和Ti)含量在52%~54%之间,略低于尘源样品,却远高于天津市环境空气PM10及城市扬尘中地壳元素平均含量(23.27%和39.46%)(Zhaoetal.,2006;Bietal.,2007).为了分析各成分谱之间的相似性,对8组成分谱求其相互间的斯皮尔曼(Spearman)相关系数(表5).由表5可知,3个施工阶段间的扬尘成分相关性显著,其中,地基开挖回填和一般建设期间的扬尘成分最为相似.5种尘源样品间相关性也显著,其中,道路尘和水泥砂浆尘相关系数最大,说明地基建设阶段道路尘主要来源于水泥砂浆的搅拌.通过对3个施工阶段扬尘与尘源样品间相关系数比较发现,地基开挖回填以及一般建设这两个阶段的扬尘与土壤尘的相关系数大于其他尘源,而地基建设阶段扬尘与道路尘和水泥砂浆尘的相关系数大于其他尘源.3.3降尘采样时段及净降尘量降尘采集始于地基建设阶段,且在10月20日至11月7日期间,仅在C点设置了采样缸.由于为连续采样,所以采样点无上下风向之分.此外,由于工地施工设施拆除及人为影响,12月8日至28日期间,A、B、C3点降尘数据无法准确得到.降尘采样时段及净降尘量见表6.C点净降尘数据和相对应的TH-25A连续监测PM10平均净浓度(C点浓度减去背景点浓度)的Pearson相关系数为0.951,即施工产生降尘量和PM10浓度间有较好的相关性,表明降尘可以作为施工扬尘监控指标的重点研究对象,具体采样规范和指标限值需要进一步研究.4扬尘影响因素分析在一般建筑施工中,扬尘污染主要集中在土方与基坑施工、地基处理施工、混凝土施工等阶段,尤其是与土方和地基相关的施工中.但由于建筑施工过程中扬尘的起尘物质和起尘操作复杂多样,所以需要针对施工具体情况进行重点分析.通过对施工过程上下风向环境空气颗粒物的采集,分析其浓度和化学组成差异,可有效建立建筑施工扬尘的成分谱.研究发现,施工过程中起尘方式主要为机动车及人员活动造成的道路扬尘.相关研究表明,风速、路面积尘负荷和含水率是影响施工扬尘排放的主要因素.所以,在施工建设期间,避免大风天施工操作,做好工地内外的道路清洁及减少车辆粘带遗撒对减少扬尘污染尤为关键.将工地周边的降尘作为评估建筑施工过程扬尘排放对周围区域以及城市环境空气影响的指标,主要原因如下:①建筑扬尘主要为较大粒径颗粒物,扬起后沉降较快,直接影响范围较小;②采集降尘方便快捷,便于环境管理部门实际操作.通过对施工降尘的采样,发现施工产生的降尘量和扬尘浓度间有较好的相关性,为进一步建立施工降尘指标体系提供了
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