道路固化材料噴灑專用噴嘴在道路揚塵治理的應用

徐先亮 李永強 楊天賜 李華君 王恒軍

（1、蘭州天際環境保護有限公司，甘肅 蘭州730070 2、甘肅省交通儲運揚塵治理工程技術研究中心，甘肅 蘭州730070）

道路揚塵，是一種復合塵源，排放源多且復雜，主要來源于工業煤煙塵、建筑施工工地、各種塵粉的堆場以及沙塵暴，受城市局域風、道路清潔度、城市車輛速度和密度等影響，會產生二次揚塵，造成大氣環境粉塵顆粒物含量較高。常見的減少道路揚塵措施中，路面灑水降塵是一種有效的方式，但是噴水降塵這種方式有效期比較短，需要定期多次噴灑。隨著天氣逐漸變暖，灑水的量和次數也會增加。噴灑道路固化材料抑制揚塵，其用水量小，單次作業可持久數天，大大減少了人工強度、油耗及車輛損耗，避免長時間大面積灑水而造成的淡水資源浪費和道路損害[1]。

1 技術概況

一種道路揚塵固化材料自動噴灑設備，包括自走型載重汽車以及安裝在自走型載重汽車車身上的儲液罐、半自動投料系統、后置平臺、前部管路、后部管路和自吸泵，儲液罐上設有循環進水口、投料倉口、出水口和水流導流板，半自動投料系統包括投料滑軌、加料桶和投料動力組件，后置平臺上設有監控設備、灑水槍；出水口與自吸泵相連，自吸泵通過循環管路與循環進水口相連接，循環進水口通入儲液罐中；儲液罐中的清水，在出水口、循環管路、循環進水口、儲液罐之間形成循環，通過自吸泵加壓傳輸；投料動力組件安裝在加料桶的下底端，加料桶與投料滑軌滑接，投料滑軌安裝在儲液罐一側，道路揚塵固化材料投加到加料桶中，由投料動力組件提供動力，沿投料滑軌將加料桶輸送至儲液罐上方，加料桶中的粉料，通過投料倉口投加到儲液罐中。

2 灑水和噴灑固化材料降塵作用機理比較

現有噴灑設備的噴嘴不適用道路固化材料的噴灑，鴨嘴形噴嘴出水量大時，扇形面大，浪費嚴重；出水量小時，壓力小，不能達到有效幅度；不能滿足道路一次全覆蓋的要求。三段式彎管前沖噴頭其流量小壓力大，沖擊水柱對道路固化材料形成的覆蓋膜有著破壞性效果。

目前，在專業領域缺少相應的專用噴嘴，且缺乏對現場應用的噴灑參數與降塵效果的研究。

降雨后利用雨水資源立即清掃洗刷道路積存的泥水，是避免道路泥土風干后反復形成揚塵較有效手段，同時能夠避免晴天時清掃形成揚塵，也能極大地節約清潔用水，是目前中國廣大城鎮應當立即采取的措施。在硬化道路的設計和施工時注意嚴格采用合理的路面橫向坡度和道路邊緣排水設計，利用自然降水徑流沖刷清潔路面塵土，對于降低揚塵污染可以起到事半功倍的效果，是治理揚塵污染的重要長效措施。

2.1 灑水

為了減少道路揚塵，蘭州市常用路面灑水降塵的方法，定期對路面進行噴水，尤其是在熱天的時候噴水的次數和數量都有增加，

我們曾對七里河區進行一些走訪和調研，該區的灑水降塵工作一般是從早上7 點開始，晚上23 點結束，幾乎是每40～60就需要對路面灑水1 次，由此推斷出全市一天要用水1 萬方水一般天氣晴朗的情況下，7 時～10 時的時間段，灑水車路面干燥需要90 分鐘，而在11 時～17 時，只需要20 分鐘，路面就干燥，17 時～23 時路面完全干燥需要60 分鐘左右。蘭州每年的降水量平均達到360mm，采用瀝青設計技術對建筑路面，抑塵灑水的用水量已經超過了路面設計的承受量，每一次灑水都相當于0.5mm 降水，長時間水泡，加之汽車碾壓，會造成路面大面積裂縫，這就給市政道路的維修增加了成本。通過上述數據，可以看出，灑水降塵的方法并沒有產生明顯的抑塵效果，同時還造成了巨大的水資源浪費，還影響了道路的使用壽命。同時，在冬季還會增加交通事故發生的幾率，給人們出行帶來不好的影響。

2.2 噴嘴結構對比

現有灑水車一般采用的是鴨嘴型噴嘴、前沖噴頭、霧狀噴頭。

扇形鴨嘴噴嘴的中間部位有一些突出來的形狀，末端是扁平的結構，因為抗壓性強，使得它可以在高壓水流中作業，因為鴨嘴噴嘴口扁平又大的原因，所以它噴射出去的水流面積大。灑水車的兩側裝配有兩個大小相同的扇形鴨嘴噴嘴，因為灑水車每日所噴灑的水都很多，水的沖擊力很大，才能把水噴射的更遠，在由車體控制水流的壓力，壓力越大噴射的范圍越大距離越遠。但是，鴨嘴型噴嘴在噴灑道路固化材料時，不能達到有效覆蓋。在傳統灑水作業中，由于灑水強度大，灑水位置高，噴出的水對來往的汽車及行人造成一定的不良影響，若降低扇形噴嘴的高度，噴灑的距離將受到影響。同時，一旦中途停車，高沖擊力大流量出口往往不能及時停止作業，仍有大量液體流出，造成浪費[2]。

前沖噴頭實際是一種柱狀噴頭，噴出的水柱壓力大，沖擊力強，用來吹掃路面上的垃圾，減少環衛工人的勞動強度。但是，水柱壓力過大，容易將道路固化材料已經在路面上形成的覆蓋膜破壞，降低固化材料的使用周期及抑塵效果。

霧化噴頭，是將有壓水流通過噴頭噴射到空中，呈霧狀散落在路面上，可以有效的降低空氣中的浮塵，但是由于霧狀顆粒小，容易受到環境的影響，四處飄散。噴灑道路固化材料時，車速較快或風力較強時，會使噴出的液體四處飛散，不能實現有效路面全覆蓋。同時，霧化噴頭的孔眼較小，固化材料具有一定的粘結性，容易堵塞孔眼。

對現有灑水車所使用的噴頭經過對比后，我們發現，現有灑水車不能有效適用于道路固化材料的噴灑，需要開發一種城市道路揚塵固化材料新產品的快速噴灑設備，提高系統集成化水平，減少作業和實施環節，減少路面噴灑作業對交通的影響，實現高效快捷的作業方式。新設備的主要核心還是噴嘴，需要一種可以快速高效噴灑，滿足全覆蓋要求的噴嘴。

扇形噴嘴是一種噴霧形狀為多種角度的扇形的噴嘴。扇形噴霧形式，噴霧形狀邊沿界定十分清楚，精細工藝加工的導流平面提供了均勻的、高沖擊力的噴霧形狀。

標準扇形噴嘴是能產生高沖擊力的液柱流或扇形噴霧、噴流角一般在45-135°之間。這種噴嘴產生的噴霧分布均勻，液滴大小為小到中等。當需要若干個噴嘴產生重疊噴霧時，具有特色的逐漸變細的噴霧邊使噴霧覆蓋區分布均勻。

特殊定制的扇形噴嘴要求角度在5～15°之間，噴嘴角度小，可以在較小的水流沖擊力下噴射較大的距離。同時，可以達到有效的噴灑量。在距路面150～200mm 的高度，布置同一水平面多個扇形噴嘴，可以有效減少對車輛的污染，形成重疊噴灑，均勻覆蓋作業區域。

2.3 合理性分析

道路固化材料的噴灑是在現有灑水車的基礎上進行改裝，通過特定的噴嘴進行噴灑，達到全覆蓋道路路面的要求。噴嘴的選用須按照噴灑量、噴灑角、噴灑高度、噴灑距離進行比選。

2.3.1 噴灑量

噴灑道路固化材料應有一定的施工效率，在一定的時間內按單位面積噴灑量噴灑一定的寬度。道路固化材料是高分子化合材料，具有粘結性，因此作業時間一般設定在凌晨2 點至5點，作業區域大，作業時間短，這就要求在滿足單位面積噴灑量的同時，盡可能的提高施工作業效率。

施工效率=作業面積/作業時間

作業面積=噴灑幅寬*行駛距離

作業時間=行駛距離/車速

從以上三個公式可以看出，施工效率=噴灑幅寬*車速，在車速勻速的情況下，噴灑幅寬越大，施工效率越高。

2.3.2 噴灑角度

一般來說，噴灑角度越大，噴灑幅寬越大。但是，道路固化材料的噴灑作業場所主要是城市道路，道路存在不同的寬度。道路寬時，大角度噴灑效果卓越，道路窄時，大角度噴灑會將固化材料噴向人行道，甚至周圍的建筑上，造成固化材料的浪費，以及污染道路周邊環境。因此，噴灑角度應可調，根據不同的道路寬度，開啟不同的閥門，控制噴灑角度。

2.3.3 受噴灑高度的影響

道路固化材料具有一定的粘結性，為了減少對過往車輛的影響，將作業時間調整到凌晨，但仍會有個別的車輛經過作業區域。對于這些車輛，我們將噴頭設置在距地150-200mm 的高度上，大大減少了對車輛的影響[3]。

2.3.4 噴灑距離

按照施工效率=噴灑幅寬*車速的公式，在車速勻速的情況下，噴灑幅寬越大，施工效率越高。噴灑距離越遠，幅寬也就越大。一般來說，灑水車是通過加大油門，來聯動噴灑泵，從而提高出水壓力，達到高揚程，遠距離的噴灑效果。但是，這樣不是常態動作，經常這樣，對車輛、對泵、管道都有一定的超壓影響，時間久了，會管道變形，連接口泄露。正常的使用狀態，應該是油門勻速，噴灑泵平穩運行。這時的噴灑距離才是穩定數值。在平穩的出口壓力下，選取合適的噴頭。

表1 不同類型噴嘴的情況

同管徑相連的噴嘴，噴灑量大小為鴨嘴＞扇形＞霧化＞前沖；散射角度大小為鴨嘴＞霧化＞扇形＞前沖；噴嘴受高度影響而導致噴灑距離縮減的程度為鴨嘴＞霧化＞扇形＞前沖；勻速，同等壓力情況下，噴灑距離為前沖＞扇形＞鴨嘴＞霧化。所以，從施工效率分析，扇形噴嘴的效果要優于其他噴嘴。

3 結論

道路固化材料噴灑專用噴嘴的設計對傳統灑水車進行了技術革新，操縱非常簡單，僅通過在駕駛室內置控制系統按鈕操作即可實現水泵的啟動、運轉、噴灑、關停，并且可以自由控制水泵流量及壓力，無需受制于擋位及發動機的轉速。可實現精確噴灑，罐體、管道加熱保溫，在噴灑過程中不受起步、駐車、換擋、倒車等影響，規避了傳統灑水車的技術缺陷。解決了非專用設備噴灑不均勻，無法適用各種氣候環境及路面狀況的缺點。從而達到節約水資源、降低綜合噴灑成本的優點。

總而言之，特制的扇形噴嘴通過不同形式的組織，可以運用在不同地區，不同路面噴灑固化材料，提高施工作業效率，減少浪費損失，為城市揚塵控制技術提供技術及裝備支撐，為城市道路揚塵治理提供一種廉價高效和作用時間長的方法，以改變我國城市道路揚塵治理以灑水為主的現狀，從而避免長時間大面積灑水而造成的淡水資源浪費和道路損害，為綠色生態環境發展、社會進步做出積極的貢獻。