基于覆膜纤维的自除尘声屏障

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　　摘  要：空气中可吸入颗粒物不仅影响着我国的环境，更是危害着人民的安全。目前对于道路扬尘的清洁仅仅依靠洒水，但浪费了水的同时只起到了暂时的清洁作用。通过DPM模型分析道路上扬尘的运动情况，设计一种可以自动吸附、过滤、清洁的装置以实现清洁与节能。实验表明，将工业新型纤维覆膜吸附除尘方式应用于道路除尘，能够充分发挥材料性能优势;利用道路噪声和雨水资源完成装置的清洁，无需动力源即可实现扬尘清理和自身清洁，减轻了人力工作负担;模块化结构设计，为后期材料更换提供便捷。这一产品的使用对道路扬尘污染治理具有一定意义。
　　关键词：扬尘清理;节能减排;新型纤维覆膜
　　中图分类号：TH124         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）08-0069-02
　　Abstract： Respirable particles in the air not only affect the environment of our country， but also endanger the safety of people. At present， the cleaning of road dust only depends on sprinkling water， but it simply plays a temporary role in cleaning while wasting water. The movement of dust on the road is analyzed by DPM model， and a device which can automatically absorb， filter and clean dust is designed to realize cleaning and energy saving. The experimental results show that the application of the new industrial fiber film adsorption dedusting method to road dedusting can give full play to the advantages of material performance， and the cleaning of the device can be completed by making use of road noise and rain water resources. Dust cleaning and self-cleaning can be realized without power source， which reduces the burden of human work; modular structure design provides convenience for material replacement in the later stage. The use of this product is of certain significance to the treatment of road dust pollution.
　　Keywords： dust cleaning; energy saving and emission reduction; new fiber film
　　引言
　　为打好大气污染防治工作，扬尘综合治理已成为首要任务。道路扬尘来源主要包括汽车尾气颗粒物类排放性源、磨损和再悬浮类非排放性源[1]。非排放性源之中，影响扬尘污染的主要因子是道路積尘量，处理道路积尘成为治理扬尘的关键[2]。
　　当前治理道路扬尘采取的主要手段是洒水清扫，辅以日常保洁。而实践表明，依靠洒水来抑制扬尘，容易引起路面早期破坏、增加道路养护成本、降低了路使用寿命，更易形成大的交通安全隐患[3]。
　　综上，道路扬尘会影响空气质量、损害附近群众及司乘人员的身体健康。同时，现阶段的治理方法并不能做到有效处理扬尘。基于此，在考虑道路气流场模拟颗粒物输送轨迹的情况下，将除尘单元与声屏障有机结合，吸附过滤、收集处理，同时设置自清洁模块，实现持久有效的除尘。
　　1 设计思路
　　基于滤网结构对扬尘进行收集处理。将PTFE覆膜与玻璃纤维结合捕捉道路扬尘，同时基于其憎水性以及易脱灰性，利用雨水冲刷以及噪声带动共鸣器空气柱反吹完成滤网自清洁。在滤网底部设置收集槽用于收集抖落和冲洗的扬尘，通过雨水将颗粒物带至道路排水系统。如图1所示。
　　2 理论基础
　　2.1 气流场颗粒输送模型
　　道路上行驶的机动车是尘粒扬起的主要源[4]。以路面颗粒物为研究对象，将该过程等效为气力输送过程。为定量探究机动车行驶过程中颗粒物在道路宽度方向的输送情况，通过Fluent软件DPM模型模拟地面颗粒物在汽车流场作用下的输送。
　　2.2 模拟结果
　　经过DPM模拟得到颗粒物轨迹。如图2所示，该模拟结果说明道路积尘会在气流作用下向道路两侧迁移，部分颗粒物会被声屏障吸附捕捉。在高度方向，经统计90%以上颗粒物高度位于1.2m以下，故确定该高度区间为最佳捕集范围。
　　通过汽车扬尘经验公式确定单辆汽车携带起尘粒质量流量9.407×10-6kg/s。假设声屏障设计长度为1000m，汽车行驶速度为72km/h，每辆汽车经过声屏障需要时间为50s。道路为一级公路，取ADT=20000辆，可得声屏障每日处理扬尘量9.4kg。
　　 3 设计方案 　　3.1 声屏障结构设计
　　结构上下部分用吸声板做成吸声屏体单元，中部玻璃窗反射噪音和观察外景。滤网结构放置于声屏障的下部吸声屏体之前，捕捉道路扬尘;倾斜的顶部结构可以收集雨水等自然水，通过引水管路引入雨淋管冲洗滤网，水量过大会直接从立管流入收集槽。所有的单元组块安装于H型立柱上，高度为4m，每一组单元长度为2m，总体厚度（上部倾斜结构除外）小于30cm。高度可以根据声屏障隔声的接受点高度调整。由最佳扬尘捕集高度，所以滤网模块的最高处距离地面1.2m，整个滤网模块高度为1m。如图3所示。
　　 3.2 除尘单元设计
　　3.2.1 滤网结构选择
　　滤网过滤除尘结构普遍应用于各类除尘技术设备中。相对于其他普遍应用于传统工业除尘的手段，过滤式除尘手段成本低、对设备要求低，更适用于道路环境。
　　3.2.2 滤网材料选择
　　本装置选用玻璃纤维PTFE覆膜材料作为滤网材料。玻璃纤维覆膜滤料综合了玻璃纤维的高强低伸、耐高温、耐腐蚀和PTFE薄膜的表面光滑、憎水透气、化学稳定性好的优点，具有耐高温、除尘效率高和使用寿命长的优良特性。
　　3.2.3 除尘单元模块化设计
　　产品模块化克服了工业上PTFE覆膜热压工艺技术导致的膜剥离强度大，从而使膜不易更换。模块化结构便于除尘结构的更新替换，在控制成本的基础上，最大限度的保证除尘效率。更换模块不需要专业技术人员进行，降低人力成本。
　　3.3 自洁
　　3.3.1 微孔共鸣器反吹清洁
　　滤网模块主要由滤网和微孔共鸣器组成，与吸声板组成声屏障下部分吸聲屏体，滤网放置于面向道路侧，捕捉扬尘，共鸣器放置于滤网之后，吸收道路噪音，在道路噪音的作用下微孔共鸣器的空气柱振动可以对滤网进行反吹，实现滤网的清洁。在实际应用中共鸣器的固有频率可以根据道路实际情况进行调整。在道路噪音达到共振时，共鸣器的空气柱可以产生较大的振动速度和功率，达到滤网反吹和振动的效果，从而使辅助粉尘层从滤网上脱落。
　　3.3.2 雨水清洁
　　该部分由重力式雨水斗、雨水管、雨淋管、排出管等组成。重力式雨水斗设置于声屏障“Y”型顶部结构的最低处，承接汇集的雨水。雨水经立管后进入雨淋管，雨淋管为开缝形式，当其中雨水积累到一定量时溢出，对滤网均匀冲洗并将颗粒物带入集尘槽。如果水量过大，则可通过立管直接冲刷集尘槽。如图4所示，在水滴从纤维膜表面冲刷的过程中，覆膜表面颗粒物被一并带走。
　　4 结束语
　　给予覆膜纤维的自除尘声屏障适用于靠近居民区的城市快速路。（1）在加装声屏障隔绝噪音的同时实现扬尘的治理，减少城市交通对人们生活环境的不利影响。（2）将声屏障和扬尘治理结合，可节省空间，延长装置使用寿命。（3）将声屏障的吸声功能与道路扬尘清理模块有机结合，实现模块化设计。
　　参考文献：
　　[1]Pallavi P， Harrison R M. Estimation of the contribution of road traffic emissions to particulate matter concentrations from field measurements： A review[J]. Atmospheric Environment， 2013， 77： 78-97.
　　[2]李玉梅，杜丽，郭留红，等.河南省普通公路扬尘污染及其影响因子分析[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（7）：327-328.
　　[3]刘前途.公路扬尘治理的巩义实践[J].中国公路，2018（7）： 80-81.
　　[4]张瑶.机动车行驶过程中扬尘污染分布特征的数值模拟研究[D].西安建筑科技大学，2012.
　　[5]陈亏，高晶，俞建勇，等.玻璃纤维/PTFE高温热压覆膜滤料的发展现状[J].产业用纺织品，2010，28（2）：1-5.
　　[6]毛崎波，皮耶奇克.基于MATLAB的噪声和振动控制[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016，1：219-221.
　　[7]Xiao L， Xiao X， Wang T T， et al. Waterproof-breathable PTFE nano- and Microfiber Membrane as High Efficiency PM2.5 Filter[J]. Polymers， 2019，11（4）： 590-603.
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