拔掉隧道“呼吸机”——废气处理从物理稀释到综合治理
目前，国内外城市普遍采用高空风塔为隧道排风，但这种外插式“呼吸机”排风方式在治理隧道废气污染方面却治标不治本。科技部批准实施的“十一五”国家科技支撑计划重点项目“道路隧道空气治理关键技术研究及示范工程应用”，旨在通过一整套综合治理技术，从根本上解决我国隧道复杂环境的污染治理难题。该项目现已在上海完成中试。
 研究人员在对上海市打浦路隧道排出的废气进行治理试验 |
隧道污染问题日渐严峻
随着城市化进程的不断加快，公路隧道的建设对缓解中心城区主干道路的交通拥堵，减少路面环境污染发挥着越来越重要的作用。但由于隧道均为半封闭结构，隧道内外空气交换不畅，汽车排出的尾气会不断地在隧道内累积，产生健康危害。来往于黄浦江底隧道的乘客常做的一件事，就是摇起车窗、屏住呼吸。
测试表明，隧道内空气污染物种类繁多，主要包括颗粒物（PM）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物（THC）和氮氧化物（NOX）等，如不及时排放，将严重影响隧道内驾乘人员的行车安全和身体健康。
隧道内空气污染物主要由汽车尾气产生，对人体有不同程度的危害。中科院有关研究机构的实验表明，CO可使人出现头痛、昏睡、失去平衡等症状，NOX可损害视觉、呼吸系统，引起窒息，同时可导致酸雨，引发光化学烟雾。国际癌症研究机构（IRAC）也已将汽车尾气列入人类潜在的致癌因素。
目前，隧道内废气一般采用高空风塔或地面风塔群排放，但这种排放方式并没有使污染物总量减少，所排放的污染物在高空扩散后又会造成区域性污染；同时，在中心城区建设几十米高的隧道废气排放风塔，往往与周边景观难以协调，影响市容市貌。随着城市交通需求量不断增大，为缓解城市交通压力，更多的城市隧道将建成并投入使用，隧道内由于机动车尾气排放引发的污染问题也将变得更加严峻，开展治理隧道空气污染的研究及应用已迫在眉睫。
当前，国内外公认的解决方案是，在排放时，应先对隧道内的混合污染物进行净化处理，实现达标排放。针对我国城市化进程日益加快、道路隧道污染日趋严重的现状，2006年由纳米技术及应用国家工程研究中心牵头组织的研发团队，开始了道路隧道废气治理项目的研究，并获得解思深院士、孙晋良院士等14位专家的一致认可，于2007年底获得科技部科技支撑计划重点项目支持。
从物理稀释到综合治理
上海市建设交通委员会环境专业委员会副主任曹芦林告诉记者，采用高空风塔或地面风塔群向空中排放隧道内废气，只是一种物理的稀释方法，并未从根本上解决污染问题。
曹芦林说，隧道空气污染治理的难点在于，一是虽然污染物成分与汽车尾气相似，但汽车在行驶中排放的尾气温度高达200℃～300℃，污染物容易被催化和净化；而隧道里的尾气处于常温，许多现有的尾气治理技术用不上；二是需要处理的风量大，风速高；三是污染物浓度相对较低；四是污染物的浓度会随车流量发生变化，工况不稳定，这些都给隧道污染处理技术研究带来了挑战。很多国家目前只是在隧道静电除尘方面取得了好的治理效果，但对于CO、NO和THC等的污染问题却一直束手无策。
曹芦林认为，隧道空气治理工程的成功应用，将为建立我国隧道废气治理的相关标准和中心城市现有及新建隧道的环境控制设计提供借鉴；技术与成果的应用和推广，将有望形成隧道废气治理产业，同时还可以带动纳米吸附材料、纳米催化材料、空气净化设备制造等相关产业的发展。
在上海打浦路隧道废气治理试验现场，记者看到正在这里进行试验的隧道废气综合治理技术的过程分为3个步骤，研究人员形象地将其称为“三明治”。一是静电除尘，二是对CO低温催化净化，三是对THC（VOC）和NOX进行吸附浓缩和催化净化，整个过程瞬间即可完成，末端排放出的“成品”则是被净化的空气。
纳米技术及应用国家工程研究中心执行主任何丹农，以CO为例介绍说，CO是隧道内空气污染物的主要成分之一，其浓度也远高于其他污染物的浓度。但由于隧道内的特殊环境，使得如何将CO在低温下直接催化氧化成CO2是一个世界性的难题。研究人员通过对载体处理、浆料配比、涂敷技术等整体制备过程的研究，开发出了具有知识产权的均质、稳定、高效的整体式催化剂的制备技术。在试验现场，工作人员向记者展示了一个内部满是方形的蜂窝陶瓷滤芯装置，每个方盒子内部都涂敷有特殊的纳米材料，这种纳米材料可高效催化或直接吸附有害物质。整个“清洗”过程只在短时间内即可完成。
从过去单一的物理稀释和静电除尘，到现在实现对CO、NOX、THC（VOC）等多种废气的综合治理，我国科学家提出的一套将污染物转化为无毒无害物质，净化效率高，无需高空排气稀释的隧道污染物治理技术，达到国际先进水平。
我国技术成本优势明显
目前，国外隧道废气治理技术主要集中在静电除尘和NO2净化方面；对CO、NO、THC（VOC）没有处理。而由于我国目前机动车尾气排放标准低于国外标准，使得PM、CO、NOX和THC（VOC）成为隧道空气中的主要污染物，国外的相关技术不能满足我国隧道空气污染物控制的要求，且设备昂贵、运行成本较高。有分析认为，如果采用国外技术，我国隧道空气污染处理也难以达到国家1996年颁布的环境标准。
在国家科技支撑计划重点项目的支持下，我国科学家开展了“隧道空气污染物净化技术及高效净化材料的开发”等研究。研究人员提出了用于隧道空气污染物排放控制的总体方案：即通过大风量换气来降低隧道内部污染物的浓度，在隧道出口处安装空气集中净化处理装置，实现对隧道污染物先净化后排放。何丹农说，空气集中净化处理装置占地面积小，高度只有2～3米，也可“暗藏”在隧道内，真正实现了拔掉隧道“呼吸机”的目的。
与国外同类技术或产品相比，我国隧道废气治理核心技术具有较大的技术优势和极强的成本竞争力。在对隧道污染物的静电除尘和NOX的治理效果方面，我国隧道废气治理技术不仅与国外公司完全相当，净化率分别达到了90%和80%以上，而且NOX的治理技术优于国外公司，治理过程中不产生二次污染。更为重要的是对于在我国隧道中浓度高、对人体危害大的CO、THC（VOC）和SO2的治理也取得了优良的治理效果，净化率分别达到80%、65%、98%，而对于这些污染物外国公司至今尚未“涉足”，更没有成熟的处理技术。与国外同类净化装置相比，国产装置的成本将降低30%～50%，运行成本也显著降低。
在不久前召开的“道路隧道空气治理关键技术研究及示范工程应用”阶段总结会，上海市科委副主任陆晓春表示，项目对隧道中各污染物治理的核心技术已达到了国内外领先水平，对2010年上海世博会意义重大。科技部社会发展科技司司长马燕合认为，此项目体现了环保社会中环保产业的发展方向，并建议近期应重点攻关突破可能影响示范和应用的工程技术瓶颈，集成现有技术，使示范的整体效果更符合世博会的要求。
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