拔掉隧道“呼吸機”——廢氣處理從物理稀釋到綜合治理
目前，國內(nèi)外城市普遍采用高空風(fēng)塔為隧道排風(fēng)，但這種外插式“呼吸機”排風(fēng)方式在治理隧道廢氣污染方面卻治標不治本？萍疾颗鷾蕦嵤┑“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“道路隧道空氣治理關(guān)鍵技術(shù)研究及示范工程應(yīng)用”，旨在通過一整套綜合治理技術(shù)，從根本上解決我國隧道復(fù)雜環(huán)境的污染治理難題。該項目現(xiàn)已在上海完成中試。
 研究人員在對上海市打浦路隧道排出的廢氣進行治理試驗 |
隧道污染問題日漸嚴峻
隨著城市化進程的不斷加快，公路隧道的建設(shè)對緩解中心城區(qū)主干道路的交通擁堵，減少路面環(huán)境污染發(fā)揮著越來越重要的作用。但由于隧道均為半封閉結(jié)構(gòu)，隧道內(nèi)外空氣交換不暢，汽車排出的尾氣會不斷地在隧道內(nèi)累積，產(chǎn)生健康危害。來往于黃浦江底隧道的乘客常做的一件事，就是搖起車窗、屏住呼吸。
測試表明，隧道內(nèi)空氣污染物種類繁多，主要包括顆粒物（PM）、一氧化碳（CO）、碳氫化合物（THC）和氮氧化物（NOX）等，如不及時排放，將嚴重影響隧道內(nèi)駕乘人員的行車安全和身體健康。
隧道內(nèi)空氣污染物主要由汽車尾氣產(chǎn)生，對人體有不同程度的危害。中科院有關(guān)研究機構(gòu)的實驗表明，CO可使人出現(xiàn)頭痛、昏睡、失去平衡等癥狀，NOX可損害視覺、呼吸系統(tǒng)，引起窒息，同時可導(dǎo)致酸雨，引發(fā)光化學(xué)煙霧。國際癌癥研究機構(gòu)（IRAC）也已將汽車尾氣列入人類潛在的致癌因素。
目前，隧道內(nèi)廢氣一般采用高空風(fēng)塔或地面風(fēng)塔群排放，但這種排放方式并沒有使污染物總量減少，所排放的污染物在高空擴散后又會造成區(qū)域性污染；同時，在中心城區(qū)建設(shè)幾十米高的隧道廢氣排放風(fēng)塔，往往與周邊景觀難以協(xié)調(diào)，影響市容市貌。隨著城市交通需求量不斷增大，為緩解城市交通壓力，更多的城市隧道將建成并投入使用，隧道內(nèi)由于機動車尾氣排放引發(fā)的污染問題也將變得更加嚴峻，開展治理隧道空氣污染的研究及應(yīng)用已迫在眉睫。
當(dāng)前，國內(nèi)外公認的解決方案是，在排放時，應(yīng)先對隧道內(nèi)的混合污染物進行凈化處理，實現(xiàn)達標排放。針對我國城市化進程日益加快、道路隧道污染日趨嚴重的現(xiàn)狀，2006年由納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心牽頭組織的研發(fā)團隊，開始了道路隧道廢氣治理項目的研究，并獲得解思深院士、孫晉良院士等14位專家的一致認可，于2007年底獲得科技部科技支撐計劃重點項目支持。
從物理稀釋到綜合治理
上海市建設(shè)交通委員會環(huán)境專業(yè)委員會副主任曹蘆林告訴記者，采用高空風(fēng)塔或地面風(fēng)塔群向空中排放隧道內(nèi)廢氣，只是一種物理的稀釋方法，并未從根本上解決污染問題。
曹蘆林說，隧道空氣污染治理的難點在于，一是雖然污染物成分與汽車尾氣相似，但汽車在行駛中排放的尾氣溫度高達200℃～300℃，污染物容易被催化和凈化；而隧道里的尾氣處于常溫，許多現(xiàn)有的尾氣治理技術(shù)用不上；二是需要處理的風(fēng)量大，風(fēng)速高；三是污染物濃度相對較低；四是污染物的濃度會隨車流量發(fā)生變化，工況不穩(wěn)定，這些都給隧道污染處理技術(shù)研究帶來了挑戰(zhàn)。很多國家目前只是在隧道靜電除塵方面取得了好的治理效果，但對于CO、NO和THC等的污染問題卻一直束手無策。
曹蘆林認為，隧道空氣治理工程的成功應(yīng)用，將為建立我國隧道廢氣治理的相關(guān)標準和中心城市現(xiàn)有及新建隧道的環(huán)境控制設(shè)計提供借鑒；技術(shù)與成果的應(yīng)用和推廣，將有望形成隧道廢氣治理產(chǎn)業(yè)，同時還可以帶動納米吸附材料、納米催化材料、空氣凈化設(shè)備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
在上海打浦路隧道廢氣治理試驗現(xiàn)場，記者看到正在這里進行試驗的隧道廢氣綜合治理技術(shù)的過程分為3個步驟，研究人員形象地將其稱為“三明治”。一是靜電除塵，二是對CO低溫催化凈化，三是對THC（VOC）和NOX進行吸附濃縮和催化凈化，整個過程瞬間即可完成，末端排放出的“成品”則是被凈化的空氣。
納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心執(zhí)行主任何丹農(nóng)，以CO為例介紹說，CO是隧道內(nèi)空氣污染物的主要成分之一，其濃度也遠高于其他污染物的濃度。但由于隧道內(nèi)的特殊環(huán)境，使得如何將CO在低溫下直接催化氧化成CO2是一個世界性的難題。研究人員通過對載體處理、漿料配比、涂敷技術(shù)等整體制備過程的研究，開發(fā)出了具有知識產(chǎn)權(quán)的均質(zhì)、穩(wěn)定、高效的整體式催化劑的制備技術(shù)。在試驗現(xiàn)場，工作人員向記者展示了一個內(nèi)部滿是方形的蜂窩陶瓷濾芯裝置，每個方盒子內(nèi)部都涂敷有特殊的納米材料，這種納米材料可高效催化或直接吸附有害物質(zhì)。整個“清洗”過程只在短時間內(nèi)即可完成。
從過去單一的物理稀釋和靜電除塵，到現(xiàn)在實現(xiàn)對CO、NOX、THC（VOC）等多種廢氣的綜合治理，我國科學(xué)家提出的一套將污染物轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)，凈化效率高，無需高空排氣稀釋的隧道污染物治理技術(shù)，達到國際先進水平。
我國技術(shù)成本優(yōu)勢明顯
目前，國外隧道廢氣治理技術(shù)主要集中在靜電除塵和NO2凈化方面；對CO、NO、THC（VOC）沒有處理。而由于我國目前機動車尾氣排放標準低于國外標準，使得PM、CO、NOX和THC（VOC）成為隧道空氣中的主要污染物，國外的相關(guān)技術(shù)不能滿足我國隧道空氣污染物控制的要求，且設(shè)備昂貴、運行成本較高。有分析認為，如果采用國外技術(shù)，我國隧道空氣污染處理也難以達到國家1996年頒布的環(huán)境標準。
在國家科技支撐計劃重點項目的支持下，我國科學(xué)家開展了“隧道空氣污染物凈化技術(shù)及高效凈化材料的開發(fā)”等研究。研究人員提出了用于隧道空氣污染物排放控制的總體方案：即通過大風(fēng)量換氣來降低隧道內(nèi)部污染物的濃度，在隧道出口處安裝空氣集中凈化處理裝置，實現(xiàn)對隧道污染物先凈化后排放。何丹農(nóng)說，空氣集中凈化處理裝置占地面積小，高度只有2～3米，也可“暗藏”在隧道內(nèi)，真正實現(xiàn)了拔掉隧道“呼吸機”的目的。
與國外同類技術(shù)或產(chǎn)品相比，我國隧道廢氣治理核心技術(shù)具有較大的技術(shù)優(yōu)勢和極強的成本競爭力。在對隧道污染物的靜電除塵和NOX的治理效果方面，我國隧道廢氣治理技術(shù)不僅與國外公司完全相當(dāng)，凈化率分別達到了90%和80%以上，而且NOX的治理技術(shù)優(yōu)于國外公司，治理過程中不產(chǎn)生二次污染。更為重要的是對于在我國隧道中濃度高、對人體危害大的CO、THC（VOC）和SO2的治理也取得了優(yōu)良的治理效果，凈化率分別達到80%、65%、98%，而對于這些污染物外國公司至今尚未“涉足”，更沒有成熟的處理技術(shù)。與國外同類凈化裝置相比，國產(chǎn)裝置的成本將降低30%～50%，運行成本也顯著降低。
在不久前召開的“道路隧道空氣治理關(guān)鍵技術(shù)研究及示范工程應(yīng)用”階段總結(jié)會，上海市科委副主任陸曉春表示，項目對隧道中各污染物治理的核心技術(shù)已達到了國內(nèi)外領(lǐng)先水平，對2010年上海世博會意義重大？萍疾可鐣l(fā)展科技司司長馬燕合認為，此項目體現(xiàn)了環(huán)保社會中環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，并建議近期應(yīng)重點攻關(guān)突破可能影響示范和應(yīng)用的工程技術(shù)瓶頸，集成現(xiàn)有技術(shù)，使示范的整體效果更符合世博會的要求。
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