張?jiān)路?，陳建華，李冬，高健

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所

過去幾十年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快，大氣污染問題日益突出，且具有污染程度重、波及范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、重污染天氣頻發(fā)等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外已有大量研究報(bào)道了作為重要大氣污染物的PM2.5、PM10等顆粒物對(duì)于大氣能見度[1]、氣候變化[2]、輻射強(qiáng)迫、全球大氣過程、人體健康[3-4]和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)[5]等方面的危害。2013年，我國(guó)發(fā)布了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，開始實(shí)施有史以來最嚴(yán)格的清潔空氣政策，包括加強(qiáng)工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)、逐步淘汰小型污染工廠、淘汰落后的工業(yè)產(chǎn)能、升級(jí)工業(yè)鍋爐、在住宅領(lǐng)域推廣清潔燃料、加強(qiáng)機(jī)動(dòng)車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)等6項(xiàng)主要措施；2017年，全國(guó)空氣質(zhì)量明顯改善，PM2.5濃度顯著下降[6]；2018年北京市發(fā)布了新一輪PM2.5來源解析研究成果，揚(yáng)塵源在本地排放中的貢獻(xiàn)率為16%，已成為城市中第二大顆粒物污染源，而且道路揚(yáng)塵在揚(yáng)塵源中占比最大[7]。

道路揚(yáng)塵指道路積塵在一定的動(dòng)力條件(風(fēng)力、機(jī)動(dòng)車碾壓、人群活動(dòng)等)的作用下進(jìn)入環(huán)境空氣中形成的揚(yáng)塵。道路揚(yáng)塵是一種化學(xué)組成復(fù)雜的大氣顆粒物混合污染源，由機(jī)動(dòng)車行駛過程中產(chǎn)生的湍流引起的道路積塵再懸浮是車輛非尾氣排放顆粒物的最重要來源；另一方面，道路揚(yáng)塵也是受體，其來源為大氣降塵、車輪黏帶泥土、輪胎磨損、剎車磨損、機(jī)動(dòng)車尾氣排放和當(dāng)?shù)赝寥赖幕旌蟍8-9]。

道路揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境空氣中顆粒物[10]和交通排放顆粒物[11-12]的濃度水平具有重要貢獻(xiàn)，尤其在國(guó)內(nèi)已成為交通排放PM10的主導(dǎo)來源[13]，其重要程度超過了機(jī)動(dòng)車尾氣排放，所以僅針對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣采取的控制措施對(duì)于空氣質(zhì)量改善效果有限，定量檢測(cè)并采取有效措施控制道路揚(yáng)塵對(duì)于高效精準(zhǔn)地削減道路揚(yáng)塵排放量、改善城市大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)內(nèi)目前關(guān)于道路揚(yáng)塵的研究主要集中在道路揚(yáng)塵排放空間分布特征[14]和化學(xué)組分特征[15]、計(jì)算城市道路揚(yáng)塵排放因子與排放量[16]、校正道路揚(yáng)塵粒度乘數(shù)[17]、建立城市道路揚(yáng)塵排放清單[18]，對(duì)于道路揚(yáng)塵中重金屬和多環(huán)芳烴(PAHs)對(duì)人體健康危害方面也有較多關(guān)注[19-22]，而針對(duì)道路揚(yáng)塵控制措施的研究較少。

國(guó)外對(duì)于道路揚(yáng)塵檢測(cè)方法和控制措施的研究起步較早，并已投入實(shí)際應(yīng)用中。21世紀(jì)初期，歐洲一些國(guó)家認(rèn)識(shí)到車輛非尾氣排放是唯一未受控制的顆粒物重要來源，從而將街道清掃納入城市空氣質(zhì)量管理計(jì)劃[23]。街道清掃方式經(jīng)歷了從人工清掃、機(jī)械清掃、真空吸塵到空氣再循環(huán)式清掃的技術(shù)升級(jí)，清掃措施可以從根本上去除路面上的積塵，但缺乏對(duì)清掃后長(zhǎng)時(shí)間、高頻次的效率評(píng)估研究。發(fā)展中國(guó)家最常見的控塵措施還有灑水抑塵和用水沖洗，這種借助水洗的控塵措施在短時(shí)間內(nèi)較為有效，但不能從根本上去除積塵，被沖入排水渠內(nèi)的積塵顆粒含有部分有害重金屬和有機(jī)物，清洗水中也可能出現(xiàn)微塑料，這些有害物質(zhì)隨排水系統(tǒng)流動(dòng)可能會(huì)對(duì)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)造成一定危害[24]。另外，噴灑化學(xué)抑塵劑也是國(guó)外常用的一種控制道路揚(yáng)塵的措施，醋酸鈣鎂(CMA)、氯化鈣(CaCl2)和氯化鎂(MgCl2)在很多歐洲國(guó)家已經(jīng)投入使用[25]。

目前，我國(guó)城市普遍采取的道路揚(yáng)塵控制措施為街道清掃、灑水和沖洗組合使用，街道清掃一般采用集刷、掃、吸塵、灑水為以一體的多功能清掃車，大多不施用化學(xué)抑塵劑。不同城市清潔頻率有所差異，有些城市進(jìn)入秋冬重污染天氣高發(fā)季后加大了清潔力度，而有些城市夏季的清潔頻率高于冬季。渣土車作為道路揚(yáng)塵的最主要污染源，在有些城市只被允許晚上運(yùn)輸，而有些城市考慮到需同時(shí)控制其他污染物(如O3和NOx)濃度夜間攀升，禁止渣土車在夜間運(yùn)輸。如何對(duì)各種控制措施的有效性、有效時(shí)間進(jìn)行合理評(píng)估，從而確定最為經(jīng)濟(jì)、有效的控制措施組合方式；影響控制措施效率的因素有哪些，是否因城市條件不同而采取差異化的控制措施和清潔頻次；如何實(shí)現(xiàn)道路揚(yáng)塵與其他污染物的協(xié)同控制，找到最優(yōu)控制方案。這些問題的研究對(duì)于地方政府有效解決揚(yáng)塵污染問題、改善大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義，從而避免了盲目制定政策導(dǎo)致耗費(fèi)巨大的人力、物力、財(cái)力，卻收效甚微。

筆者介紹了國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的主要道路揚(yáng)塵控制措施的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍和發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了不同研究對(duì)各類控制措施效率的評(píng)價(jià)方法和評(píng)估指標(biāo)，分析了不同控制措施的有效性和影響效率的因素，指出了我國(guó)道路揚(yáng)塵控制措施及其效率的研究現(xiàn)狀和存在問題。

1 國(guó)內(nèi)外道路揚(yáng)塵控制措施

道路揚(yáng)塵具有作為大氣顆粒物的源和匯的雙重作用[9]。因此，控制道路揚(yáng)塵的關(guān)鍵在于對(duì)道路揚(yáng)塵的源頭治理，以及減少城市道路積塵的末端控制[26]。積極的源頭治理措施主要有：加強(qiáng)城市和道路的綠化；加強(qiáng)城市施工工地和廠礦等區(qū)域的抑塵管理，如出入工地或運(yùn)送易產(chǎn)生揚(yáng)塵物質(zhì)的車輛應(yīng)采取封閉運(yùn)輸、車身清洗等措施；減少路面破損和路面施工等[27]。減少城市道路積塵的末端控制措施主要有清掃、水洗、施用化學(xué)抑塵劑等[8]。

1.1 清掃

1.1.1人工清掃

人工清掃指運(yùn)用無動(dòng)力工具清除道路廢物和塵土的作業(yè)[28]。人工清掃是最早的一種道路清潔方式，并且沿用至今。我國(guó)直到20世紀(jì)80年代，城市道路的清潔工作一直都采用傳統(tǒng)的人工清掃方式，90年代初機(jī)械清掃才開始快速發(fā)展[26]。以北京海淀環(huán)衛(wèi)服務(wù)中心為例，2006年人工清掃總面積為650萬m2，機(jī)械清掃總面積為459萬m2，說明21世紀(jì)初期人工清掃方式占比仍較大[29]。近幾年，人工清掃主要用于城市背街小巷(指城市主要馬路后面的小街道、胡同等)[30]。

人工清掃的主導(dǎo)地位逐漸被機(jī)械清掃等更為現(xiàn)代化的道路清潔方式所替代，但它仍保留了一些優(yōu)點(diǎn)：較低的初始和維護(hù)成本；對(duì)工人素質(zhì)要求低；手動(dòng)清掃可以觸及機(jī)械清掃不方便觸及的地方，如停放車輛的地方、小巷子或繁忙的城市中心區(qū)域等[31]。人工清掃的缺點(diǎn)也是顯而易見的：工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低；工人人身安全系數(shù)低，易發(fā)生交通事故；人工清掃更適用于清除路面垃圾、落葉等，對(duì)于道路塵土的掃凈率僅為18.3%，并非控制道路揚(yáng)塵的有力措施[29-30]。

1.1.2機(jī)械清掃

世界上第一臺(tái)集收集和運(yùn)輸于一體的機(jī)械清掃車由Whitworth發(fā)明，并于1843年在英國(guó)曼徹斯特首次應(yīng)用。20世紀(jì)40年代起，國(guó)外開始批量生產(chǎn)機(jī)械清掃車并投入使用。機(jī)械清掃車在我國(guó)通常被稱為純掃式清掃車。我國(guó)在機(jī)械清掃方面的起步較晚，20世紀(jì)60年代研發(fā)了第一臺(tái)純掃式清掃車，雖然開創(chuàng)了我國(guó)在該領(lǐng)域的先河，但由于當(dāng)時(shí)的國(guó)產(chǎn)道路清掃車性能、質(zhì)量、外觀和清潔效果都較差，并且受制于當(dāng)時(shí)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，并未大規(guī)模投入使用，僅在少數(shù)大城市和新建高速公路的少量道路上使用[32]。20世紀(jì)末，我國(guó)機(jī)械清掃車開始進(jìn)入高速發(fā)展期?，F(xiàn)在我國(guó)機(jī)械清掃車制造企業(yè)較多，其中，長(zhǎng)沙中聯(lián)重科中標(biāo)分公司、鄭州宇通重工有限公司、福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司和煙臺(tái)海德專用汽車有限公司等企業(yè)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位[33]。

現(xiàn)代機(jī)械清掃車底部使用排水溝掃帚，可將路面上的塵土和雜物移送到大型旋轉(zhuǎn)刷的位置，大旋轉(zhuǎn)刷將這些塵土和雜物拋送到傳送帶上，最后運(yùn)輸?shù)搅隙分校瑫r(shí)灑水以抑制由清掃車自身產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵[8]。機(jī)械清掃車能有效地清除道路上潮濕的植被、粗顆粒物和礫石等稍大的雜物，但對(duì)于道路裂縫或不平路面上直徑小于60 μm的顆粒物的清除效果較差[31]。相較于人工清掃，機(jī)械清掃效率和效果更好，在提高工人人身安全性的同時(shí)減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度[34]。機(jī)械清掃也具有一定的缺點(diǎn)：1)由于底部旋轉(zhuǎn)作用將大顆粒分解成小顆粒，然后經(jīng)地表徑流輸送可能會(huì)造成雨水污染；2)盡管采用灑水來抑制揚(yáng)塵，但效果欠佳，在干燥的天氣里機(jī)械清掃車自身仍會(huì)增加空氣中的揚(yáng)塵濃度；3)用水過多時(shí)會(huì)把路面上的塵土變成泥漿，使其更加難以清除[35]。因此，在純掃式道路清掃車的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了真空吸塵和空氣再循環(huán)式清掃技術(shù)。

1.1.3真空吸塵

20世紀(jì)20年代，真空吸塵作為清除機(jī)械清掃后遺留的細(xì)顆粒物的補(bǔ)充方法首次應(yīng)用，但由于噪音太大和可靠性太差，直到70年代早期，經(jīng)技術(shù)升級(jí)后才重回市場(chǎng)，并廣泛投入使用[31]。真空吸塵車在國(guó)內(nèi)通常稱為吸掃式清掃車。我國(guó)在20世紀(jì)80年代成功研發(fā)出吸掃式清掃車，并開始批量生產(chǎn)，該種清掃車的清潔效率和清潔性能較之純掃式清掃車有了很大提高，在當(dāng)時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用[33]。

現(xiàn)代真空吸塵車的工作原理為：使用發(fā)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇產(chǎn)生吸力，在吸塵器的一側(cè)或兩側(cè)安裝真空吸嘴，車輛底部使用排水溝掃帚和一種叫做風(fēng)柵的旋轉(zhuǎn)刷，將路面上的灰塵和雜物推到真空吸嘴的路徑上；真空吸嘴將這些垃圾裹挾在氣流中吸入到料斗底部，較輕的雜物用篩網(wǎng)阻隔，空氣從料斗頂部排出，這可能會(huì)導(dǎo)致向大氣中排放不少顆粒物[31]。有些型號(hào)的真空吸塵車還會(huì)安裝灑水裝置來抑制揚(yáng)塵。真空吸塵與機(jī)械清掃相比，不僅效率更高，而且在去除細(xì)小顆粒物方面更有優(yōu)勢(shì)，但在較大顆?；虺睗耠s物的去除性能上不如機(jī)械清掃，對(duì)于不平整或有裂縫路面上的灰塵，二者的去除能力均較為有限[31]。

1.1.4空氣再循環(huán)式清掃

世界上第一臺(tái)空氣再循環(huán)式清掃車由美國(guó)TYMCO公司創(chuàng)始人Young在20世紀(jì)60年代中期發(fā)明，是在真空吸塵車的基礎(chǔ)上進(jìn)行的革命性的技術(shù)升級(jí)，最初用來清除路面裂縫處的積塵，修復(fù)破損路面和恢復(fù)瀝青路面[31]。

空氣再循環(huán)式清掃車的工作原理為：由強(qiáng)力鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生高速可控的氣流向下穿過拾取頭進(jìn)入路面的裂縫處，迫使較重的雜物碎片和細(xì)小的積塵顆粒物聚集，裹挾雜物和積塵的氣流被吸入料斗，較大的垃圾落入料斗底部并且被料斗頂部的篩網(wǎng)阻隔，防止其進(jìn)入離心除塵器；離心除塵器將微米級(jí)的積塵顆粒分離進(jìn)入料斗，只剩清潔的空氣返回到鼓風(fēng)機(jī)中，再次啟動(dòng)空氣再循環(huán)式清掃系統(tǒng)。這種閉環(huán)系統(tǒng)意味著沒有污染的空氣裹挾顆粒物排放到大氣環(huán)境中，彌補(bǔ)了真空吸塵車的缺陷。

空氣再循環(huán)式清掃車相較機(jī)械清掃車和真空吸塵車，清掃范圍更廣，可去除體積更大一些的雜物，對(duì)于路面裂縫處和不平整路面上粒徑范圍更大的積塵顆粒有良好的去除能力，同時(shí)最大限度避免了顆粒物再次排出到空氣中重新懸浮和沉降的過程[8,36]。

1.2 水洗

水洗法包括灑水和沖洗2種方式。灑水是我國(guó)現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的道路揚(yáng)塵控制措施，其作用主要在于潤(rùn)濕顆粒細(xì)小的干燥粉塵，使其相對(duì)密度增大并黏結(jié)成粒徑較大的顆粒，從而難以在空氣中再次懸浮[37]。灑水可以暫時(shí)快速抑制道路積塵在空氣中重新懸浮、降低環(huán)境中顆粒物濃度，但不能從根本上去除積塵。北方冬季氣溫常低于0 ℃，道路路面不適宜采用灑水抑塵的方法，并且由于北方秋冬季重污染天氣頻發(fā)，氣溶膠具有吸濕性，灑水措施反而加重霾污染。對(duì)于氣候干燥或高溫天氣的地區(qū)，灑水作業(yè)后由于蒸發(fā)作用明顯，有效抑塵時(shí)間不足，導(dǎo)致灑水工作量激增，造成水資源的浪費(fèi)[38]。而對(duì)于非鋪裝道路來說，如果將道路硬化和灑水作業(yè)結(jié)合起來，可以明顯防治揚(yáng)塵[39]。

沖洗也是常用的道路清潔措施。早期的沖洗設(shè)備利用重力排出水，后來發(fā)展為利用高壓水泵將高壓水流以一定角度噴灑在道路上，使附著在路面的積塵和細(xì)小雜物被沖入下水系統(tǒng)。在美國(guó)，用水沖洗道路的方法已經(jīng)很少見，因?yàn)榉e塵和雜物只是被沖入排水渠，而不是被徹底清除，這些被沖入河溪或水塘的道路積塵對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響，并且該方法對(duì)路面產(chǎn)生一定程度的破壞[31]。在我國(guó)，高壓沖洗車憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便以及清潔效率高的優(yōu)點(diǎn)受到關(guān)注，在城市實(shí)際應(yīng)用較多。但這種清掃方式需要消耗大量水資源，對(duì)于嚴(yán)重缺水的北方地區(qū)并不十分適宜[40]。

1.3 化學(xué)抑塵劑

國(guó)外對(duì)于化學(xué)抑塵劑的關(guān)注始于20世紀(jì)30年代，我國(guó)從20世紀(jì)70年代末期開始研究化學(xué)抑塵劑，90年代以來該領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展，并不斷深入和擴(kuò)寬。根據(jù)抑塵機(jī)理，化學(xué)抑塵劑可分為潤(rùn)濕型、黏結(jié)型和凝聚型3類[41]。

潤(rùn)濕型抑塵劑一般由一種或幾種表面活性劑和無機(jī)鹽組成。由于表面活性劑能夠降低水的表面張力，使水分更有效地潤(rùn)濕表面層中的顆粒和聚集物，因此表面活性劑主要起潤(rùn)濕作用。具有代表性的無機(jī)鹽，如氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)、醋酸鈣鎂(CMA)等，當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度超過50%時(shí)可以起到吸濕作用[8]。潤(rùn)濕型化學(xué)抑塵劑對(duì)公路上的道路揚(yáng)塵抑制期可達(dá)4 d以上，但耐候性較差，超出有效抑塵期后潤(rùn)濕性能會(huì)明顯下降，若不重復(fù)噴灑可能會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵[42]。瑞典、奧地利、德國(guó)和英國(guó)等國(guó)家已提出將CMA和MgCl2作為灰塵黏結(jié)劑，并將其應(yīng)用于鋪裝道路上，以減少道路揚(yáng)塵的排放[25]。

黏結(jié)型抑塵劑主要為高分子聚合物和樹脂。高分子聚合物是長(zhǎng)鏈分子化合物，可作為黏合劑將灰塵顆粒黏合在一起；樹脂或石油乳液是在水中乳化或懸浮的非水溶性有機(jī)碳化合物，將這些乳液噴灑到道路積塵上時(shí)，它們會(huì)將積塵顆粒黏結(jié)在一起，并最終硬化形成固體[8]。聚合物與普通樹脂相比，能夠黏附更多的顆粒。黏結(jié)型抑塵劑相對(duì)于潤(rùn)濕型抑塵劑，其有效抑塵期較長(zhǎng)，但滲透力不強(qiáng)，并且可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的危害[41]。

凝聚型抑塵劑主要由吸濕性無機(jī)鹽和高倍吸水樹脂2類抑塵劑組成，其抑塵原理為通過充分吸收水分，在自身表面形成水膜，從而捕獲空氣中的揚(yáng)塵顆粒。該類型抑塵劑的有效抑塵期可達(dá)10 d，與灑水抑塵相比，所需費(fèi)用降低，且節(jié)約大量水資源[41]。

另有一類復(fù)合型抑塵劑，是在上述2種或2種以上抑塵劑的基礎(chǔ)上，將潤(rùn)濕、吸濕、黏結(jié)、凝聚等功能綜合為一體，在一定的物理或化學(xué)條件下復(fù)合而成。艾封年等[43]對(duì)復(fù)合型抑塵劑在城市道路中的應(yīng)用性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，復(fù)合型抑塵劑對(duì)道路環(huán)境大氣中PM10和PM2.5的平均去除率分別為20%和15%。

目前，國(guó)際上對(duì)于化學(xué)抑塵劑的研究主要集中于CMA、MgCl2和CaCl2，化學(xué)抑制劑對(duì)于道路揚(yáng)塵控制措施效率取決于路面條件、使用情況、車流量、車質(zhì)量和氣象因素(如降水和溫度)。Omane等[44]在加拿大礦山運(yùn)輸?shù)缆飞蠈?duì)不同溫度下化學(xué)抑塵劑的效率變化進(jìn)行了探究，結(jié)果顯示，水鹽溶液、無氯溶液、高分子聚合物、高分子多糖類4種抑塵劑在高溫(35 ℃)、常溫(15 ℃)、低溫(-19 ℃)下，其效率隨溫度降低而升高，使用72 h后，水鹽溶液和無氯溶液的效率隨溫度降低其下降幅度逐漸減小，而高分子聚合物和高分子糖類的效率不受溫度影響。

2 道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估

2.1 效率評(píng)估方法

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)如何科學(xué)評(píng)估道路揚(yáng)塵控制措施的效率尚無明確統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，Amato等[8]提出了評(píng)估控制措施有效性的2個(gè)重要指標(biāo)：積塵去除率，即該措施去除道路積塵的能力，通常表示為去除的道路積塵負(fù)荷相對(duì)于初始狀態(tài)時(shí)的比例；空氣質(zhì)量效益，即該措施降低道路周圍環(huán)境中顆粒物濃度的能力。現(xiàn)有的研究大多關(guān)注對(duì)空氣質(zhì)量效益的評(píng)估，而對(duì)積塵去除率的評(píng)估較為缺乏。

表1匯總了不同研究中道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估方法。從表1可以看出，積塵去除率評(píng)估方法主要有直接采樣法、特征子集選擇算法；空氣質(zhì)量效益的評(píng)估方法有顆粒物濃度的直接監(jiān)測(cè)、正定矩陣因子分析(PMF)、廣義加性模型(GAM)、由TRAKER信號(hào)直接計(jì)算出PM10排放潛勢(shì)等。

表1 不同研究中道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估方法Table 1 Evaluation methods for the efficiency of road dust control measures in different studies

Chang等[48]在進(jìn)行道路清掃與沖洗的有效性研究時(shí)，定義了3個(gè)指標(biāo)：

式中：ηT為環(huán)境中總懸浮顆粒物(TSP)的削減效率，使用通量塔法獲得措施實(shí)施前后的TSP濃度，指示空氣質(zhì)量；ηd為道路表面粒徑小于297 μm的灰塵顆粒收集率，指示道路的清潔程度；ηs為道路表面粒徑小于75 μm的積塵顆粒收集率，指示顆粒物再懸浮的排放速率。由此可見，ηd和ηs對(duì)應(yīng)于積塵去除率，ηT對(duì)應(yīng)于空氣質(zhì)量效益。由于該研究時(shí)間較早，在目前我國(guó)城市環(huán)境中，大氣和道路路面存留的大粒徑顆粒物與過去相比大大減少，已不適合采用TSP和粒徑小于297 μm的顆粒作為評(píng)估指標(biāo)，在以后的研究中，可采用PM10或PM2.5的削減率代表空氣質(zhì)量效益的評(píng)估指標(biāo)，采用AP-42法(適用于粒徑小于75 μm的顆粒)或其他道路揚(yáng)塵檢測(cè)方法(如TRAKER法)獲得積塵去除率。

Sevilla等[61]在西班牙南部城市格拉納達(dá)對(duì)量化城市清潔程度進(jìn)行了研究，提出了用清潔度指標(biāo)(cleanliness index，CI)代表城市道路的清潔程度，公式如下：

式中：λ和n為校正因子；C為路面上垃圾質(zhì)量指數(shù)；S為道路觀測(cè)面積，m2。該指標(biāo)將道路揚(yáng)塵量和路面上不同類型的垃圾歸為一類進(jìn)行評(píng)價(jià)。與之相類似，CJJ/T 126—2008《城市道路清掃保潔質(zhì)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[62]規(guī)定了道路清潔度的評(píng)價(jià)方法，公式如下：

道路清潔度=感官質(zhì)量×0.4+定量質(zhì)量×0.6

該標(biāo)準(zhǔn)雖然在我國(guó)首次定義了道路清潔度的概念，但側(cè)重于評(píng)價(jià)道路上的各種垃圾，道路上的揚(yáng)塵只是評(píng)價(jià)道路清潔度的一小部分指標(biāo)，且感官評(píng)價(jià)比重大，不適合于道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估。隨后，北京市和深圳市先后制訂了有關(guān)城市道路清掃的地方標(biāo)準(zhǔn)[28,63]，二者均對(duì)城市道路進(jìn)行分級(jí)，并采用道路塵土量作為道路清潔程度的評(píng)估指標(biāo)，這與Amato等[8]提出的積塵去除率相類似，但由于二者均為城市管理的地方標(biāo)準(zhǔn)，缺乏道路揚(yáng)塵控制措施對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的評(píng)估方法，因此具有一定的局限性。

2012年起，寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市首創(chuàng)“以克論凈”的城市環(huán)衛(wèi)清掃評(píng)價(jià)機(jī)制，即要求在城市道路上劃定1 m2的路面，人工收集該區(qū)域內(nèi)的灰塵進(jìn)行稱量，標(biāo)準(zhǔn)限值為5 g/m2。隨后幾年里，該評(píng)價(jià)機(jī)制在全國(guó)范圍內(nèi)推廣實(shí)施，包括北京、天津、重慶等城市以及山東、陜西、安徽、河南、河北、寧夏、江西、湖北、貴州等多個(gè)省(區(qū))的部分城市，但“以克論凈”只是作為環(huán)衛(wèi)部門考核環(huán)衛(wèi)工人和清掃車司機(jī)工作質(zhì)量的評(píng)估方法，并非評(píng)估各項(xiàng)道路揚(yáng)塵控制措施有效性的方法。因此，如何科學(xué)制定一個(gè)適合我國(guó)實(shí)際情況的道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估方法將是未來研究的重要方向。

2.2 不同控制措施的有效性

2.2.1積塵去除率

由表1可以看出，針對(duì)不同道路揚(yáng)塵控制措施積塵去除率的評(píng)估研究較少。Chang等[48-49]采用AP-42法直接計(jì)算積塵負(fù)荷評(píng)估空氣再循環(huán)式清掃車(RAVS)和沖洗車的積塵去除率，分別為52%～100%和10%～98%?？梢钥闯觯煌降姆e塵去除率波動(dòng)范圍較大，這可能與AP-42不適宜在潮濕路面采樣的局限性有關(guān)，無法在清潔車作業(yè)后立刻進(jìn)行吸塵采樣。因此，將AP-42法與其他道路揚(yáng)塵排放檢測(cè)方法結(jié)合，彌補(bǔ)單一方法采樣的局限性，是未來研究的重點(diǎn)。

2.2.2空氣質(zhì)量效益

針對(duì)表1各種類型控制措施的效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)主要涵蓋了4種道路揚(yáng)塵控制措施：?jiǎn)为?dú)清掃、單獨(dú)沖洗、噴灑化學(xué)抑塵劑、掃洗聯(lián)用(先清掃后沖洗)。將表1所包含的4種類型措施對(duì)環(huán)境空氣中PM10的控制措施效率進(jìn)行比較(沒有明確列出效率數(shù)值的研究與其他相似研究對(duì)比，采用估算的方式估計(jì)一個(gè)近似值)，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，就平均控制措施效率而言，掃洗聯(lián)用≈噴灑化學(xué)抑塵劑>單獨(dú)沖洗>單獨(dú)清掃；而控制措施效率的中位數(shù)表明，掃洗聯(lián)用>噴灑化學(xué)抑塵劑>單獨(dú)沖洗>單獨(dú)清掃。

圖1 國(guó)內(nèi)外研究中不同道路揚(yáng)塵控制措施效率比較Fig.1 Comparison of the efficiency of different road dust control measures in domestic and foreign studies

單獨(dú)清掃包括單獨(dú)使用機(jī)械清掃車、配備有真空吸塵的機(jī)械清掃車或空氣再循環(huán)式清掃車。單獨(dú)使用機(jī)械清掃車或配備有真空吸塵的機(jī)械清掃車對(duì)道路揚(yáng)塵無顯著削減作用，甚至可能在清掃后短時(shí)間內(nèi)有負(fù)面影響，使道路周圍環(huán)境中PM10濃度立即增加，這可能是由于該種情況下積塵去除率較好，而空氣質(zhì)量效益不佳，未來可以將2種效率指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行評(píng)估來驗(yàn)證該猜想。Zhu等[47]的研究表明，道路清掃是控制道路揚(yáng)塵排放的有效手段，該結(jié)論與其他研究者的結(jié)論大相徑庭，這可能是由于不同研究所考慮的時(shí)間尺度和受影響的空間范圍差異所致，對(duì)于清掃后的長(zhǎng)期效果評(píng)估仍有待研究。單獨(dú)使用空氣再循環(huán)式清掃車對(duì)環(huán)境中顆粒物濃度的削減效果較弱，一般不超過2～4 h，略強(qiáng)于單獨(dú)使用機(jī)械清掃車或配備有真空吸塵的機(jī)械清掃車；但DeLuca等[58]的研究表明，空氣再循環(huán)式清掃車的控制措施效率較強(qiáng)，使PM10濃度下降了36%，這可能因?yàn)樵撗芯恐谐褂每諝庠傺h(huán)式清掃車替代老式清掃車外，還采取了一系列未具體說明的環(huán)境管理措施。以上研究中涉及的研究地點(diǎn)基本為歐洲和北美城市，雖然不同城市氣候條件、地形地貌有所差異，但并無明顯證據(jù)表明城市環(huán)境對(duì)控制措施效率的影響，對(duì)于城市濕度和下墊面綠地覆蓋率也沒有具體說明。但考慮到如果城市空氣濕度大，下墊面的綠地覆蓋率高，清掃積塵后沒有再懸浮的來源，道路環(huán)境大氣中顆粒物濃度削減率會(huì)升高；若城市空氣較為干燥，下墊面的綠地覆蓋率低，有土壤揚(yáng)塵或建筑揚(yáng)塵等的輸入，清掃的效果可能會(huì)被掩蓋。未來可針對(duì)城市環(huán)境對(duì)清掃效率的影響開展進(jìn)一步研究。

單獨(dú)沖洗的控制措施效率為6%～18%，高于單獨(dú)清掃但低于使用化學(xué)抑塵劑和掃洗聯(lián)用的方式?；瘜W(xué)抑塵劑的施用主要包括CMA、MgCl2、CaCl2，不同研究中其控制措施效率差異較大，但總體來看效率較高(8%～56%)。

掃洗聯(lián)用主要包括空氣再循環(huán)式清掃車+沖洗車、真空吸塵車+人工沖洗、真空吸塵車+灑水車、掃/吸/沖多功能清掃車等4種方式。整體來看，掃洗聯(lián)用在4種道路揚(yáng)塵控制措施中效率最高，為24%～33%。但Amato等[52]認(rèn)為，先掃后洗對(duì)于PM10削減率較高的結(jié)果主要受氣象條件影響，Keuken等[57]認(rèn)為掃/吸/沖聯(lián)用的方式?jīng)]有顯著減少非尾氣排放顆粒物，這可能需要剔除氣象條件、清掃車本身行駛引起的湍流、研究方法的差異性等其他影響因素，應(yīng)進(jìn)一步研究這些措施對(duì)于道路揚(yáng)塵的控制措施效率的影響。

上述4種道路揚(yáng)塵控制措施對(duì)于道路周圍環(huán)境中PM10濃度的削減效果普遍優(yōu)于PM2.5?；瘜W(xué)抑塵劑對(duì)于粒徑較大的PM10和PM2.5～10的削減效果較好，分別為56%和70%，而對(duì)于粒徑較小的PM2.5的削減效果較差，僅為17%。Amato等[56]還探討了沖洗和施用CMA對(duì)鋪裝道路和未鋪裝道路PM10濃度的影響，結(jié)果表明，沖洗對(duì)未鋪裝道路短時(shí)間內(nèi)PM10的削減率(90%)遠(yuǎn)高于鋪裝道路；CMA對(duì)于鋪裝道路的PM10日均削減率(8%)低于沖洗(18%)，而CMA對(duì)于未鋪裝道路幾乎無影響。這說明未鋪裝道路表面基本是裸露土壤，噴灑的化學(xué)抑塵劑與土壤微粒混合，無法發(fā)揮抑制揚(yáng)塵的作用，而沖洗的方式可以在短時(shí)間內(nèi)將道路周圍空氣中的顆粒物裹挾沉降在道路表面，同時(shí)阻止了路面塵土再懸浮到空氣中，因此是非常有效的抑塵措施。但在未鋪裝道路上采用沖洗的方式會(huì)造成水資源的大量浪費(fèi)，道路泥濘不適合車輛和行人通行，因此不是理想的控制措施，未鋪裝道路的揚(yáng)塵問題適合從源頭上解決，即硬化道路。

雖然國(guó)內(nèi)外的一系列研究結(jié)果表明化學(xué)抑塵劑和掃洗聯(lián)用的方式均為效率較高的控塵措施，但在我國(guó)城市的道路保潔中很少采用噴灑化學(xué)抑塵劑的方式，而是主要使用灑水、沖洗、清掃三者排列組合的模式。這是因?yàn)樵诘缆飞蠂姙⒒瘜W(xué)抑塵劑后不適合再采取清掃和灑水這2種主流作業(yè)方式，并且化學(xué)抑塵劑對(duì)于道路表面是否有損害作用尚不明確，且成本較高。因此未來針對(duì)我國(guó)道路揚(yáng)塵控制措施的研究可聚焦于清掃、水洗或掃洗聯(lián)用等多功能清掃方式。

2.3 控制措施效率的影響因素

道路揚(yáng)塵控制措施的效率主要受氣象條件(如風(fēng)速和濕度)、道路周圍環(huán)境、道路類型、積塵負(fù)荷[64]、交通特性(如機(jī)動(dòng)車動(dòng)力類型[65]、車流量、車型車重[66]、車速和輪胎類型[67-68]等)的影響。道路類型分為鋪裝道路和未鋪裝道路，路面的粗糙程度和干燥程度影響道路積塵負(fù)荷，因此不同道路類型的控制措施效率不同[25]。道路周邊環(huán)境空氣中自身攜帶的顆粒物擴(kuò)散或沉降、車輛在不同區(qū)域道路上行駛的速度和車流量以及車輛自身裹挾的沙土量等因素會(huì)影響控制措施效率的持續(xù)時(shí)間[69]。

另外，國(guó)外相關(guān)研究基本集中于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，其氣候類型、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、道路基礎(chǔ)設(shè)施、城市環(huán)境管理政策等與我國(guó)實(shí)際情況大不相同。如歐洲地中海周邊國(guó)家的氣候狀況為夏季炎熱干燥少雨，云量稀少，陽光充足；冬季溫和多雨，最冷月氣溫為4～10 ℃，降水量豐沛。而我國(guó)北方為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷少雨，室外溫度常常低于0 ℃，此時(shí)為防止道路結(jié)冰已不再適合進(jìn)行道路灑水、沖洗作業(yè)。并且我國(guó)幅員遼闊，具有寒帶、溫帶、亞熱帶等多種氣候類型，國(guó)外對(duì)于道路揚(yáng)塵控制措施有效性的評(píng)估結(jié)論并不完全適用于我國(guó)不同區(qū)域的不同城市。又由于不同地方的城市環(huán)境管理理念與政策的不同，具體的道路清潔模式、清掃作業(yè)時(shí)間與頻率也不盡相同，對(duì)于道路揚(yáng)塵控制措施效率的影響還有待進(jìn)一步研究，如Karanasiou等[55]的研究認(rèn)為，最有效的道路揚(yáng)塵控制措施為在早高峰前進(jìn)行道路沖洗。最后，不同類型和型號(hào)的清掃車作業(yè)參數(shù)對(duì)于控制措施效率也有直接影響，如劉正先等[70]的研究表明，清掃車的清掃速度與控制措施效率呈負(fù)相關(guān)，流量與控制措施效率呈正相關(guān)，相比于流量，清掃速度對(duì)控制措施效率的影響程度更顯著。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

(1)目前國(guó)內(nèi)外主要道路揚(yáng)塵控制措施包括人工、機(jī)械、真空吸塵和空氣再循環(huán)式的清掃方式，借助灑水和沖洗以及噴灑不同類型化學(xué)抑塵劑的方式。

(2)道路揚(yáng)塵控制措施效率評(píng)估的相關(guān)研究主要集中在歐美國(guó)家。就平均控制措施效率而言，掃洗聯(lián)用≈化學(xué)抑塵劑>單獨(dú)沖洗>單獨(dú)清掃；而控制措施效率的中位數(shù)表明，掃洗聯(lián)用>化學(xué)抑塵劑>單獨(dú)沖洗>單獨(dú)清掃。

(3)當(dāng)前我國(guó)各城市實(shí)際采取的主要道路揚(yáng)塵控制措施為各種措施的單獨(dú)或組合使用，主要投入使用的清掃車為集合清掃、真空吸塵、灑水和沖洗的多功能清掃車。

3.2 展望

(1)道路揚(yáng)塵控制措施的效率評(píng)估包括積塵去除率和空氣質(zhì)量效益2個(gè)重要指標(biāo)?，F(xiàn)有的研究大多關(guān)注對(duì)空氣質(zhì)量效益的評(píng)估，而有關(guān)積塵去除率的評(píng)估較為鮮見。在未來的研究中可以同時(shí)對(duì)2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，并可擴(kuò)展到更多不同的揚(yáng)塵控制措施及其組合。

(2)國(guó)外的相關(guān)研究結(jié)果因時(shí)間、地域和研究方法的差異而不同。我國(guó)的研究更關(guān)注于道路積塵負(fù)荷特征，缺乏效率評(píng)估的相關(guān)研究；又由于各城市發(fā)展水平不均衡，道路揚(yáng)塵的控制范圍和模式、控制措施的作業(yè)頻率存在差異，因此有必要開展符合我國(guó)實(shí)際道路基礎(chǔ)設(shè)施、氣象氣候條件和城市環(huán)境管理措施的相關(guān)研究，未來可考慮將新型道路揚(yáng)塵檢測(cè)方法TRAKER與已形成標(biāo)準(zhǔn)的AP-42法聯(lián)合應(yīng)用于構(gòu)建一個(gè)評(píng)估控制措施效率的衡量體系，以便確定最為經(jīng)濟(jì)和高效的道路揚(yáng)塵控制措施，為城市日常環(huán)境管理提供參考建議。