黃露溪

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

揚(yáng)塵是空氣污染的典型表現(xiàn)形式，其形成原因主要是風(fēng)力、人為及其他因素將地面上的塵土帶動(dòng)飛揚(yáng)進(jìn)入大氣，是一種開(kāi)放性污染源引起的總懸浮顆粒物類污染。區(qū)域揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重，短期內(nèi)就會(huì)對(duì)附近居民的健康產(chǎn)生直接影響。同時(shí)，揚(yáng)塵的無(wú)序排放，也會(huì)直接影響區(qū)域環(huán)境[1]。現(xiàn)有常用防治措施在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和適用性等方面均有缺陷。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，港口貨物吞吐量持續(xù)增加，碼頭散貨堆場(chǎng)的揚(yáng)塵防治已經(jīng)成為港口污染治理的一項(xiàng)重要而艱巨的工作。已經(jīng)有學(xué)者對(duì)碼頭散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵污染防控評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了深入研究[2]。研究結(jié)果表明，當(dāng)前碼頭散貨堆場(chǎng)的揚(yáng)塵防治仍應(yīng)以末端治理為主。因此，研究一種經(jīng)濟(jì)、適用、高效和環(huán)保的揚(yáng)塵防治技術(shù)，并提出其工程設(shè)計(jì)方法應(yīng)用具有重要意義。

1 現(xiàn)有粉塵防治措施優(yōu)劣分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，風(fēng)速和顆粒含水率是碼頭散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵量的主要影響因素。碼頭散貨堆場(chǎng)的揚(yáng)塵量與風(fēng)速成正比，與顆粒含水率成反比。因此，碼頭散貨堆場(chǎng)粉塵防治的方法主要有兩種。

(1)方法1：通過(guò)設(shè)置風(fēng)障降低來(lái)流速度，進(jìn)而減少起塵量。對(duì)應(yīng)的防塵措施有防風(fēng)抑塵網(wǎng)、防風(fēng)林、風(fēng)障裝置、覆蓋壓實(shí)和集塵裝置等。

(2)方法2：通過(guò)降水等手段來(lái)保證粉塵顆粒表面濕潤(rùn)，提高粉塵顆粒間的粘結(jié)力，進(jìn)而提高揚(yáng)塵的起動(dòng)風(fēng)速，降低起塵量。對(duì)應(yīng)的防塵措施有定點(diǎn)噴灑、流動(dòng)噴灑和抑塵劑等。

各類常用粉塵防治措施效果對(duì)比如表1所示[3-5]。根據(jù)表1所示，各種粉塵防治措施在適用范圍、可操作性和防塵效率等方面均有優(yōu)劣。其中，噴灑及其相關(guān)措施因其起效快、降塵作用大和操作簡(jiǎn)單在實(shí)際工程中應(yīng)用最多。但也存在缺點(diǎn)：(1)噴灑措施所需用水量大，易造成二次污染；(2)噴灑水柱產(chǎn)生的下落水滴顆粒與粉塵顆粒粒徑相差懸殊，兩者難以相互充分吸附、融合，綜合治理效率低[6-7]。

表1 散貨堆場(chǎng)粉塵防治措施效果對(duì)比表

2 噴霧機(jī)降塵的可行性分析

2.1 噴霧降塵的原理

微細(xì)水霧除塵技術(shù)是利用水滴粘結(jié)粉塵，形成大顆粒下沉的除塵技術(shù)。粉塵顆?？梢酝ㄟ^(guò)與水粘結(jié)而聚結(jié)增大的原理，讓細(xì)小的粉塵通過(guò)等徑水滴(如風(fēng)送水霧顆粒)或加入化學(xué)劑(如表面活性劑)的相互作用，減小水表面的張力，使粉塵顆粒與水霧聚結(jié)成團(tuán)，在重力作用下，最后沉降到地面，達(dá)到增加空氣濕度、降低空氣中塵埃等有害物質(zhì)濃度、美化環(huán)境的目的[8]。

2.2 水霧粒徑的選擇

倪俊[9]和馬素平等[10]研究發(fā)現(xiàn)，水霧降塵效率與噴嘴壓力、水霧粒徑和粉塵粒徑間具有相關(guān)性。

(1)

式中：η——降塵效率(%)；

Ud——霧滴運(yùn)動(dòng)速度(m/s)；

Ug——粉塵隨空氣流動(dòng)速度(m/s)；

Q——霧滴體積流量(m3/s)；

Dc——霧滴粒徑(m)；

β——坎寧漢滑動(dòng)修正系數(shù)；

dp——粉塵粒徑(m)；

ρp——粉塵密度(kg/m3)；

μg——?dú)怏w黏度(Pa·s)。

通過(guò)分析式(1)可知，噴嘴壓力的大小和水霧粒徑的大小直接關(guān)系到噴霧機(jī)降塵的效果，水霧粒徑越小降塵效率越高，這一結(jié)論也得到了多個(gè)研究的證實(shí)[11-12]。

如水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒(<1 MPa的低壓水噴射)：粉塵將伴隨水霧周圍氣流運(yùn)動(dòng)，水霧顆粒和粉塵顆粒接觸很少或者根本沒(méi)有機(jī)會(huì)接觸，達(dá)不到抑塵作用。

如水霧顆粒過(guò)小或遠(yuǎn)低于粉塵顆粒大小(干霧、微霧)：粉塵與水聚結(jié)概率更大，但粉塵要有足夠的時(shí)間才能變大加重，最后降落，此時(shí)由于水霧的顆粒太小，有些水霧已經(jīng)粘結(jié)了部分小的粉塵，受現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力、氣壓等影響大部分已經(jīng)漂移到非作業(yè)區(qū)域，或者更遠(yuǎn)的地方，反而對(duì)塵源起到了擴(kuò)大的作用，不利于環(huán)境的改善，治理效果不理想。

如水霧顆粒與粉塵顆粒大小接近(細(xì)水霧)：根據(jù)物質(zhì)“相似相容”的特性，粉塵顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)與水霧顆粒碰撞、接觸而粘結(jié)一起，并因重力作用很快沉降到地面，此時(shí)降塵效果最好。

經(jīng)對(duì)比得出結(jié)論：當(dāng)水霧的顆粒與粉塵顆粒大小接近時(shí)，降塵效果最好。

2.3 噴霧降塵工具的選擇

噴霧降塵工具分為固定式噴霧機(jī)系統(tǒng)和移動(dòng)式噴霧機(jī)系統(tǒng)兩種。固定式噴霧機(jī)系統(tǒng)一般由水泵、管網(wǎng)和噴霧機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)固定區(qū)域的噴霧降塵；移動(dòng)式噴霧機(jī)系統(tǒng)是一種移動(dòng)式的單點(diǎn)噴霧降塵設(shè)備，方便靈活，但需要人工操作，不適合大面積的堆場(chǎng)區(qū)域。

噴霧機(jī)通過(guò)管道，由噴頭擴(kuò)壓將水高度霧化，從而形成30～250μm大小的水霧顆粒，水霧顆粒大小與粉塵顆粒大小一致，使粉塵顆粒迅速粘結(jié)、聚結(jié)增大，并在自身重力作用下沉降。

3 噴霧機(jī)降塵工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)北1#～3#泊位新增貨種項(xiàng)目后方陸域改造工程為改建項(xiàng)目，在不改擴(kuò)建碼頭區(qū)域、岸線，不增加水工結(jié)構(gòu)，不改變泊位設(shè)計(jì)吞吐量的情況下，在現(xiàn)有工程基礎(chǔ)上完善安全、環(huán)保、消防、應(yīng)急設(shè)施，新增礦石、煤炭、糧食等貨種裝卸、堆存作業(yè)區(qū)，新增堆場(chǎng)風(fēng)蝕揚(yáng)塵、卸船揚(yáng)塵、裝車揚(yáng)塵、裝堆揚(yáng)塵、取料揚(yáng)塵等處理設(shè)施。

揚(yáng)塵排放主要參數(shù)如下：

污染物名稱：顆粒物；

預(yù)計(jì)產(chǎn)生量(t/a)：26.320 9；

準(zhǔn)許排放量(t/a)：2.925 7。

揚(yáng)塵主要來(lái)源與粒徑如表2所示。

表2 散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵主要來(lái)源與粒徑一覽表

3.2 布設(shè)方案設(shè)計(jì)

噴霧面積是噴霧機(jī)布設(shè)的重要參數(shù)。許漢萍等[13]采用Design Modeler 建立了三維研究模型，對(duì)不同季節(jié)溫度和噴霧角度條件下噴霧機(jī)的工作性能進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究結(jié)果表明，外界環(huán)境溫度對(duì)噴霧覆蓋面積的影響可忽略不計(jì)，而噴霧角度對(duì)噴霧覆蓋面積的影響較大。當(dāng)噴霧角度為15°時(shí)，噴霧覆蓋面積最大。

本設(shè)計(jì)方案采用遠(yuǎn)程噴霧系統(tǒng)，將遠(yuǎn)程噴霧機(jī)安裝在揚(yáng)塵點(diǎn)附近，通過(guò)控制噴霧機(jī)的俯仰、回轉(zhuǎn)角度和遠(yuǎn)射程噴射，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行立體覆蓋，從而達(dá)到降塵抑塵的治理目的。工程以降低耗水量和提高降塵效率為目標(biāo)，進(jìn)一步優(yōu)化了噴霧機(jī)布置方式。

3.2.1 噴霧機(jī)參數(shù)選擇

噴霧機(jī)參數(shù)如下：

流量：8～10 m3/h；

液泵壓力：0.5～1.0 MPa；

霧滴顆粒：30～250μm；

水平最大射程：120 m；

俯仰角度：-10°～40°；

水平旋轉(zhuǎn)角度：0°～320°；

控制范圍：水平旋轉(zhuǎn)范圍為0°～320°(可設(shè)定)；

俯仰角度：-10°～40°；

控制方式：手動(dòng)控制、遙控控制(≤100 m)、自動(dòng)化控制、手機(jī)終端控制。

噴霧機(jī)外形如圖1所示。

圖1 噴霧機(jī)外形示意圖(mm)

3.2.2 噴霧機(jī)平面布置設(shè)計(jì)

為提升效率，噴霧機(jī)一般噴霧角度為15°。單個(gè)噴霧機(jī)最大覆蓋面積可達(dá)到15 972 m2。考慮到不同貨物堆放高度和降塵效率等因素，對(duì)噴霧機(jī)的布置方式進(jìn)行了模擬計(jì)算，其布置原則如下：

(1)噴霧機(jī)和給水管道盡量沿著堆場(chǎng)邊緣和已建的電纜溝布置。

(2)噴霧桶中軸離地≥6.5 m。

(3)單點(diǎn)噴霧機(jī)覆蓋率宜≤2臺(tái)。

根據(jù)以上原則，欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)北1#～3#泊位后方陸域布設(shè)了17臺(tái)噴霧機(jī)，具體布設(shè)如圖2所示(圓圈為單臺(tái)噴霧機(jī)的覆蓋范圍)。

圖2 北1#～3#泊位后方陸域散貨堆場(chǎng)噴霧機(jī)平面布置圖

如圖2所示，北1#～3#泊位后方陸域堆場(chǎng)在1#～17#位置布設(shè)了17座鋼構(gòu)塔架。為了不影響作業(yè)車操作，所有塔架均布置在堆場(chǎng)邊上，塔架高度暫定為5 m，然后在塔架上安裝17臺(tái)分體式噴霧機(jī)。該設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，但造成堆場(chǎng)內(nèi)部有某些空白區(qū)域，對(duì)于這些空白區(qū)域或者噴霧機(jī)無(wú)法覆蓋的死角，本項(xiàng)目配置了2臺(tái)多功能抑塵車，作為應(yīng)急措施。

3.2.3 水源設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目噴灑抑塵水水源為污水處理站處理合格后的回用水，補(bǔ)充水水源為生活水?；赜盟芫W(wǎng)為新建管網(wǎng)，補(bǔ)充水接自項(xiàng)目已建的生活消防水水管。生活消防水水管的水量水壓滿足本項(xiàng)目噴灑抑塵補(bǔ)充水的要求。

噴灑抑塵給水系統(tǒng)干管管徑為dn250 mm，配水管網(wǎng)呈枝狀布置。系統(tǒng)用水由污水處理站清水回用泵加壓供給。

港區(qū)給水管埋地管管徑≥dn50 mm采用鋼絲網(wǎng)骨架塑料(聚乙烯)復(fù)合管, 管徑

4 結(jié)語(yǔ)

(1)噴霧機(jī)可用于碼頭散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵防治。噴霧機(jī)降塵具有耗水量少、降塵效果好和無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

(2)噴霧機(jī)用于降塵宜制造與粉塵顆粒大小接近的細(xì)水霧，噴霧角度宜設(shè)置為15°左右。

(3)噴霧機(jī)降塵的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要為噴霧面積的優(yōu)化設(shè)計(jì)。