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本文作者：喬冰張衛俞沅趙平楊獻朝李筠許一平作者單位：交通部水運科學研究院

1前言

我國是產煤、用煤大國,煤炭是我國水路運輸中重要的大宗散貨物資。港口煤炭的裝卸儲運歷來面臨比較嚴峻的煤塵污染問題。占煤塵總量15~40%的細小顆粒從大氣中沉降的速度很慢,易被吸入人體肺部,引起人患慢性氣管炎及支氣管炎、眼結膜炎、皮膚疾病,還有可能造成細胞染色體的損害及癌癥。煤塵與其它空氣污染物結合,會產生硫酸鹽氣溶膠和過氧化氮等對人體健康有害的物質。逸散煤塵會覆蓋住植物的葉片,阻塞葉子的氣孔,削弱植物的光合作用。逸散煤塵沉降在居民區,造成對公眾的損害。隨著全社會治理污染、改善環境的呼聲日益高漲,港口煤炭運輸企業迫切需要科學高效地防治煤塵污染的技術與方案的規劃研究,政府主管部門在制定相關的政策和作出環境管理決策時也需要相應的科學技術成果的支持。

2規劃原則與指標分析

煤塵污染防治對策措施與方案的規劃應符合綜合防治、因地制宜、實用高效的原則,新擴改工程建設項目的規劃特別應注意加強工藝優化與改進,從源頭預防煤塵的發生。

2.1全面性指標

規劃方案應能夠全面、周到地從各個工藝環節上對粉塵進行有效防控,任何被疏漏的環節均會導致整體防治效果的欠佳。為此,規劃中應考察全部工藝環節和近中遠期的儲運規模,采用類比工程實測和模型預測等方法,定量分析不同工況、規模和環境條件下各個產塵環節的產塵量,研究提出相應的全時空煤塵防控對策及其定量化的產塵量消減指標。主要工藝環節及其產塵影響指標參見表1。

2.2系統性指標

在進行煤塵污染防治技術與方案的規劃、防塵抑塵裝置設備的配置配備方面,應在全面和周到的分析規劃基礎之上,進行整合性規劃及方案篩選,一方面避免防塵抑塵裝置及設備的漏配或多配以及相互間發生矛盾,另一方面還要考慮加強環境管理和工藝環節的粉塵防控,以體現出規劃方案的綜合性和系統性,進一步優化和改進全時空煤塵防控對策及其定量化產塵量消減指標。防治煤塵污染綜合規劃方案由工藝環節粉塵控制、防塵抑塵裝置設備和粉塵防治組織管理等三方面構成,規劃方案篩選程序示意圖參見圖1。

2.3前瞻性指標

對相關因素發展趨勢及其指標的前瞻性分析,是港口煤塵污染防治系統規劃研究的重要特點。例如:船舶、鐵路、汽車運輸方式在組成結構方面的變化趨勢,煤炭貨源和吞吐量增長趨勢,水資源供給及利用的發展趨勢,經營方式與組織管理模式的發展潮流,技術進步與公眾環境意識增強后環境經濟技術挑戰等等。在前瞻性指標的指導下,煤塵污染防治系統的規劃方案將優先選擇工藝合理、技術先進可靠、經濟投入和水資源消耗適度、粉塵控制效果顯著的對策措施,并更加有利于進行現代化的粉塵防治和自動化的組織管理。例如:規劃建設粉塵防治監控中心,通過現代化的通信、計算機網絡、定位跟蹤監控、地理信息等技術,在實現貨運及其動態信息管理的同時,實現對煤塵控制狀況的實時監控。監控中心信息管理流程示意圖參見圖2。

3重要污染環節粉塵防控對策分析

重要污染環節粉塵防控對策是港口煤塵污染防治系統的主體,適宜對策的分析及比選不僅是系統規劃研究的主要任務,而且也是相關管理與決策者的重要關注點。

3.1對策機理分析

根據對港口煤塵起塵機理的分析,空氣動力及煤炭特性(顆粒的大小和粘著性)是影響起塵量的主要因素。因此,各類粉塵防控措施歸根結底是為了盡可能地減少空氣動力及降低風速、增大物料粒度以及物料顆粒之間的粘著性。在減少空氣動力方面的對策主要包括:減少轉運點的落差、盡量減少裝卸次數、設置擋風屏、降低作業速度等;在增加顆粒重量方面的對策主要包括:將容易起塵的小顆粒煤炭粘結成小塊或小球、通過和緩的裝卸來減少摩擦等;在提高顆粒粘著性方面的對策主要包括:將水或者其它添加劑混入煤中、向煤炭噴灑水或其它粘接劑等。

3.2分類對策分析

3.2.1封閉防塵與干式除塵

封閉防塵與干法除塵是將重點產塵部位盡可能封閉起來,同時輔助以一些集塵除塵裝置以及覆蓋與壓實對策等,該方法在我國港口煤炭的中轉作業防塵措施中占據了一定的位置。國外一些先進的煤炭專業碼頭在翻車機場房的上部設計了密閉罩,將皮帶機運輸系統全部加以封閉,甚至將煤車轉運站及其堆場全部設置在封閉廠房內。這種積極的前端預防對策盡管初投資很大,但卻從根本上解決了煤塵防治問題,不僅對周圍環境的影響極小,而且由于工藝先進合理,可節約大量的運營成本和水資源,減少物料損失,因而代表了未來港口煤塵防治系統的發展方向。

3.2.2濕式除塵

濕式除塵主要是對粉塵源噴霧灑水或噴灑化學藥劑以增加粉塵顆粒的粘滯性和重量。該方法在煤炭、礦石粉塵控制方面是國內外目前普遍采用的技術方法,大致分為開放環境下的噴淋降塵、封閉條件下的噴淋降塵和灑水除塵等方式。最新的發展動態是采用納米技術提高水的霧化程度和與煤炭的親和程度,達到高效抑塵的目標。濕式除塵的效率在很大程度上取決于灑水量和噴灑裝置。經驗表明,較好的噴灑裝置可減少呼吸性粉塵約30%,但對于我國淡水資源緊缺且冬季寒冷結冰的北方沿海港口,其使用受到較大的限制。此外,濕式除塵還存在煤污水二次污染及其處置問題。水作為防塵粘結劑只有暫時的效力,間隔一定的時間必須重復噴灑,大風和水的快速蒸發等往往會影響灑水效果。盡管如此,由于其成本低,簡單經濟,防塵效果顯著,成為我國港口煤炭中轉作業防塵除塵的主要技術手段。

3.2.3防風網等風障抑塵

防風網抑塵技術屬于風障的一種,主要通過在煤堆場的上風向設立防風網來減小風速及改變氣流特性,從而達到減少起塵的目標。其它風障還包括防風林、綠化帶、人工特定設置的防風擋墻等。風障是風速流場中的障礙物,它能在其背風面形成一個低風速區,流場的紊流結構也發生了改變。風障也可保護鐵路、公路,使其免受風雪流或風沙流的危害,減少路面砂石和冰雪的堆積。防風網主要用于減少露天散貨料堆粉塵排放量,可以減少散料裝卸與轉運中的粉塵逸散。尤其是聚合類防風網材質研究的成功,降低了造價,提高了防風網工程的經濟適用性。美國和日本已有許多防風網投入工程使用,我國寶鋼正在投資興建采用特殊鋼材材質的防風網工程,用于料場抑制起塵。通常,為了保證較好的抑塵效果,減少浪費,需要開展起塵源評價、防風網模型的風洞試驗和必要的現場試驗,研究確定實際應用防風網的設計參數。圖3為采用上述研究步驟設計的某港口重點煤炭儲運企業防風網規劃示意圖。

3.3對策比選分析

重要污染環節粉塵防控對策的選擇基本決定了整體方案的基本內容、防治效果、初投資及運行維護費用以及水電等資源的消耗量。例如:北方地區若選擇以濕式為主的對策方案,必須充分考慮水資源短缺和冬季冰凍所帶來的附屬運行成本,一旦綜合考慮初投資和運行成本、工藝技術先進合理性、粉塵防控效果等多方面因素,濕式抑塵就不一定是首選的對策方案了,而整體封閉式裝卸儲運工藝也許是比較理想的替代方案。在南方比較濕潤且年平均風速較低的地區,可以考慮采用露天裝卸與儲運方式,但必須配備完備的高效濕式抑塵系統。對于已經建成的露天裝卸與儲運工藝,若濕式抑塵存在困難,則可以采用防風網等風障措施來達到基本的抑塵效果,同時避免正常使用期內的工藝設備的閑置。各類對策均具有自身明顯的優點和一定的不利因素。封閉防塵和干式抑塵盡管抑塵效果好、運行費用低、資源消耗少,但同時也具有初投資大、適用條件高等實施難度;濕式抑塵具有組合靈活、適用條件廣、管理簡單等優點,同時也存在資源消耗大、冬季易冰凍等不足;而防風網等風障抑塵則具有防護面積大、節省水資源等優點,同時也會面臨適用范圍窄、效果不確定等困難。因此,為做出正確的對策比選與方案決策,針對具體工程開展工藝優化與粉塵防治對策的規劃研究是不可缺少的。因為一旦決策失誤,選擇了不適當的工藝和對策方案,再想做出調整就勢必帶來不必要的浪費和經濟損失。國內從事相關工程建設的部門應加強在港口煤塵污染防治方面的前期研究投入,完成相應工程的規劃方案比選工作。

4結論

煤塵污染防治對策措施與方案的規劃應符合綜合防治、因地制宜、實用高效的原則,結合新擴改工程建設項目的規劃特別應注意加強工藝優化與改進,從源頭預防煤塵的發生。規劃指標應具有全面性、系統性和前瞻性,針對具體工程的環境條件、全部工藝環節和近中遠期發展規模,研究提出全時空煤塵防控對策及其定量化產塵量消減指標,綜合工藝優化、技術進步、經濟和資源節約、環境質量提高、加強監控管理等方面的要求與發展趨勢,分析比選封閉防塵與干式除塵、濕式除塵、防風網等風障抑塵等方面的對策措施,形成具有綜合性的粉塵防治對策措施優化方案。