拔掉隧道“呼吸機”——廢氣處理從物理稀釋到綜合治理
目前，國內外城市普遍采用高空風塔為隧道排風，但這種外插式“呼吸機”排風方式在治理隧道廢氣污染方面卻治標不治本。科技部批準實施的“十一五”國家科技支撐計劃重點項目“道路隧道空氣治理關鍵技術研究及示范工程應用”，旨在通過一整套綜合治理技術，從根本上解決我國隧道復雜環境的污染治理難題。該項目現已在上海完成中試。
 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，公路隧道的建設對緩解中心城區主干道路的交通擁堵，減少路面環境污染發揮著越來越重要的作用。但由于隧道均為半封閉結構，隧道內外空氣交換不暢，汽車排出的尾氣會不斷地在隧道內累積，產生健康危害。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，將嚴重影響隧道內駕乘人員的行車安全和身體健康。
隧道內空氣污染物主要由汽車尾氣產生，對人體有不同程度的危害。中科院有關研究機構的實驗表明，CO可使人出現頭痛、昏睡、失去平衡等癥狀，NOX可損害視覺、呼吸系統，引起窒息，同時可導致酸雨，引發光化學煙霧。國際癌癥研究機構（IRAC）也已將汽車尾氣列入人類潛在的致癌因素。
目前，隧道內廢氣一般采用高空風塔或地面風塔群排放，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域性污染；同時，在中心城區建設幾十米高的隧道廢氣排放風塔，往往與周邊景觀難以協調，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，隧道內由于機動車尾氣排放引發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用已迫在眉睫。
當前，國內外公認的解決方案是，在排放時，應先對隧道內的混合污染物進行凈化處理，實現達標排放。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狀，2006年由納米技術及應用國家工程研究中心牽頭組織的研發團隊，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
上海市建設交通委員會環境專業委員會副主任曹蘆林告訴記者，采用高空風塔或地面風塔群向空中排放隧道內廢氣，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，許多現有的尾氣治理技術用不上；二是需要處理的風量大，風速高；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生變化，工況不穩定，這些都給隧道污染處理技術研究帶來了挑戰。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用，將為建立我國隧道廢氣治理的相關標準和中心城市現有及新建隧道的環境控制設計提供借鑒；技術與成果的應用和推廣，將有望形成隧道廢氣治理產業，同時還可以帶動納米吸附材料、納米催化材料、空氣凈化設備制造等相關產業的發展。
在上海打浦路隧道廢氣治理試驗現場，記者看到正在這里進行試驗的隧道廢氣綜合治理技術的過程分為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。
納米技術及應用國家工程研究中心執行主任何丹農，以CO為例介紹說，CO是隧道內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。但由于隧道內的特殊環境，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、涂敷技術等整體制備過程的研究，開發出了具有知識產權的均質、穩定、高效的整體式催化劑的制備技術。在試驗現場，工作人員向記者展示了一個內部滿是方形的蜂窩陶瓷濾芯裝置，每個方盒子內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。整個“清洗”過程只在短時間內即可完成。
從過去單一的物理稀釋和靜電除塵，到現在實現對CO、NOX、THC（VOC）等多種廢氣的綜合治理，我國科學家提出的一套將污染物轉化為無毒無害物質，凈化效率高，無需高空排氣稀釋的隧道污染物治理技術，達到國際先進水平。
我國技術成本優勢明顯
目前，國外隧道廢氣治理技術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，國外的相關技術不能滿足我國隧道空氣污染物控制的要求，且設備昂貴、運行成本較高。有分析認為，如果采用國外技術，我國隧道空氣污染處理也難以達到國家1996年頒布的環境標準。
在國家科技支撐計劃重點項目的支持下，我國科學家開展了“隧道空氣污染物凈化技術及高效凈化材料的開發”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：即通過大風量換氣來降低隧道內部污染物的濃度，在隧道出口處安裝空氣集中凈化處理裝置，實現對隧道污染物先凈化后排放。何丹農說，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，真正實現了拔掉隧道“呼吸機”的目的。
與國外同類技術或產品相比，我國隧道廢氣治理核心技術具有較大的技術優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不僅與國外公司完全相當，凈化率分別達到了90%和80%以上，而且NOX的治理技術優于國外公司，治理過程中不產生二次污染。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。與國外同類凈化裝置相比，國產裝置的成本將降低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鍵技術研究及示范工程應用”階段總結會，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已達到了國內外領先水平，對2010年上海世博會意義重大。科技部社會發展科技司司長馬燕合認為，此項目體現了環保社會中環保產業的發展方向，并建議近期應重點攻關突破可能影響示范和應用的工程技術瓶頸，集成現有技術，使示范的整體效果更符合世博會的要求。
相關鏈接：
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
