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本文作者：喬冰張衛(wèi)俞沅趙平楊獻(xiàn)朝李筠許一平作者單位：交通部水運(yùn)科學(xué)研究院

1前言

我國是產(chǎn)煤、用煤大國,煤炭是我國水路運(yùn)輸中重要的大宗散貨物資。港口煤炭的裝卸儲運(yùn)歷來面臨比較嚴(yán)峻的煤塵污染問題。占煤塵總量15~40%的細(xì)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(jié)膜炎、皮膚疾病,還有可能造成細(xì)胞染色體的損害及癌癥。煤塵與其它空氣污染物結(jié)合,會產(chǎn)生硫酸鹽氣溶膠和過氧化氮等對人體健康有害的物質(zhì)。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(qū),造成對公眾的損害。隨著全社會治理污染、改善環(huán)境的呼聲日益高漲,港口煤炭運(yùn)輸企業(yè)迫切需要科學(xué)高效地防治煤塵污染的技術(shù)與方案的規(guī)劃研究,政府主管部門在制定相關(guān)的政策和作出環(huán)境管理決策時(shí)也需要相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)成果的支持。

2規(guī)劃原則與指標(biāo)分析

煤塵污染防治對策措施與方案的規(guī)劃應(yīng)符合綜合防治、因地制宜、實(shí)用高效的原則,新擴(kuò)改工程建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃特別應(yīng)注意加強(qiáng)工藝優(yōu)化與改進(jìn),從源頭預(yù)防煤塵的發(fā)生。

2.1全面性指標(biāo)

規(guī)劃方案應(yīng)能夠全面、周到地從各個(gè)工藝環(huán)節(jié)上對粉塵進(jìn)行有效防控,任何被疏漏的環(huán)節(jié)均會導(dǎo)致整體防治效果的欠佳。為此,規(guī)劃中應(yīng)考察全部工藝環(huán)節(jié)和近中遠(yuǎn)期的儲運(yùn)規(guī)模,采用類比工程實(shí)測和模型預(yù)測等方法,定量分析不同工況、規(guī)模和環(huán)境條件下各個(gè)產(chǎn)塵環(huán)節(jié)的產(chǎn)塵量,研究提出相應(yīng)的全時(shí)空煤塵防控對策及其定量化的產(chǎn)塵量消減指標(biāo)。主要工藝環(huán)節(jié)及其產(chǎn)塵影響指標(biāo)參見表1。

2.2系統(tǒng)性指標(biāo)

在進(jìn)行煤塵污染防治技術(shù)與方案的規(guī)劃、防塵抑塵裝置設(shè)備的配置配備方面,應(yīng)在全面和周到的分析規(guī)劃基礎(chǔ)之上,進(jìn)行整合性規(guī)劃及方案篩選,一方面避免防塵抑塵裝置及設(shè)備的漏配或多配以及相互間發(fā)生矛盾,另一方面還要考慮加強(qiáng)環(huán)境管理和工藝環(huán)節(jié)的粉塵防控,以體現(xiàn)出規(guī)劃方案的綜合性和系統(tǒng)性,進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)全時(shí)空煤塵防控對策及其定量化產(chǎn)塵量消減指標(biāo)。防治煤塵污染綜合規(guī)劃方案由工藝環(huán)節(jié)粉塵控制、防塵抑塵裝置設(shè)備和粉塵防治組織管理等三方面構(gòu)成,規(guī)劃方案篩選程序示意圖參見圖1。

2.3前瞻性指標(biāo)

對相關(guān)因素發(fā)展趨勢及其指標(biāo)的前瞻性分析,是港口煤塵污染防治系統(tǒng)規(guī)劃研究的重要特點(diǎn)。例如:船舶、鐵路、汽車運(yùn)輸方式在組成結(jié)構(gòu)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(fā)展趨勢,經(jīng)營方式與組織管理模式的發(fā)展潮流,技術(shù)進(jìn)步與公眾環(huán)境意識增強(qiáng)后環(huán)境經(jīng)濟(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)等等。在前瞻性指標(biāo)的指導(dǎo)下,煤塵污染防治系統(tǒng)的規(guī)劃方案將優(yōu)先選擇工藝合理、技術(shù)先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)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(jìn)行現(xiàn)代化的粉塵防治和自動(dòng)化的組織管理。例如:規(guī)劃建設(shè)粉塵防治監(jiān)控中心,通過現(xiàn)代化的通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、定位跟蹤監(jiān)控、地理信息等技術(shù),在實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)及其動(dòng)態(tài)信息管理的同時(shí),實(shí)現(xiàn)對煤塵控制狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控中心信息管理流程示意圖參見圖2。

3重要污染環(huán)節(jié)粉塵防控對策分析

重要污染環(huán)節(jié)粉塵防控對策是港口煤塵污染防治系統(tǒng)的主體,適宜對策的分析及比選不僅是系統(tǒng)規(guī)劃研究的主要任務(wù),而且也是相關(guān)管理與決策者的重要關(guān)注點(diǎn)。

3.1對策機(jī)理分析

根據(jù)對港口煤塵起塵機(jī)理的分析,空氣動(dòng)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(jié)底是為了盡可能地減少空氣動(dòng)力及降低風(fēng)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(dòng)力方面的對策主要包括:減少轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)的落差、盡量減少裝卸次數(shù)、設(shè)置擋風(fēng)屏、降低作業(yè)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(jié)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(diǎn)產(chǎn)塵部位盡可能封閉起來,同時(shí)輔助以一些集塵除塵裝置以及覆蓋與壓實(shí)對策等,該方法在我國港口煤炭的中轉(zhuǎn)作業(yè)防塵措施中占據(jù)了一定的位置。國外一些先進(jìn)的煤炭專業(yè)碼頭在翻車機(jī)場房的上部設(shè)計(jì)了密閉罩,將皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)全部加以封閉,甚至將煤車轉(zhuǎn)運(yùn)站及其堆場全部設(shè)置在封閉廠房內(nèi)。這種積極的前端預(yù)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(huán)境的影響極小,而且由于工藝先進(jìn)合理,可節(jié)約大量的運(yùn)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(tǒng)的發(fā)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(xué)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(nèi)外目前普遍采用的技術(shù)方法,大致分為開放環(huán)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(fā)展動(dòng)態(tài)是采用納米技術(shù)提高水的霧化程度和與煤炭的親和程度,達(dá)到高效抑塵的目標(biāo)。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(jīng)驗(yàn)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(jié)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(jié)劑只有暫時(shí)的效力,間隔一定的時(shí)間必須重復(fù)噴灑,大風(fēng)和水的快速蒸發(fā)等往往會影響灑水效果。盡管如此,由于其成本低,簡單經(jīng)濟(jì),防塵效果顯著,成為我國港口煤炭中轉(zhuǎn)作業(yè)防塵除塵的主要技術(shù)手段。

3.2.3防風(fēng)網(wǎng)等風(fēng)障抑塵

防風(fēng)網(wǎng)抑塵技術(shù)屬于風(fēng)障的一種,主要通過在煤堆場的上風(fēng)向設(shè)立防風(fēng)網(wǎng)來減小風(fēng)速及改變氣流特性,從而達(dá)到減少起塵的目標(biāo)。其它風(fēng)障還包括防風(fēng)林、綠化帶、人工特定設(shè)置的防風(fēng)擋墻等。風(fēng)障是風(fēng)速流場中的障礙物,它能在其背風(fēng)面形成一個(gè)低風(fēng)速區(qū),流場的紊流結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變。風(fēng)障也可保護(hù)鐵路、公路,使其免受風(fēng)雪流或風(fēng)沙流的危害,減少路面砂石和冰雪的堆積。防風(fēng)網(wǎng)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(zhuǎn)運(yùn)中的粉塵逸散。尤其是聚合類防風(fēng)網(wǎng)材質(zhì)研究的成功,降低了造價(jià),提高了防風(fēng)網(wǎng)工程的經(jīng)濟(jì)適用性。美國和日本已有許多防風(fēng)網(wǎng)投入工程使用,我國寶鋼正在投資興建采用特殊鋼材材質(zhì)的防風(fēng)網(wǎng)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(fèi),需要開展起塵源評價(jià)、防風(fēng)網(wǎng)模型的風(fēng)洞試驗(yàn)和必要的現(xiàn)場試驗(yàn),研究確定實(shí)際應(yīng)用防風(fēng)網(wǎng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。圖3為采用上述研究步驟設(shè)計(jì)的某港口重點(diǎn)煤炭儲運(yùn)企業(yè)防風(fēng)網(wǎng)規(guī)劃示意圖。

3.3對策比選分析

重要污染環(huán)節(jié)粉塵防控對策的選擇基本決定了整體方案的基本內(nèi)容、防治效果、初投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用以及水電等資源的消耗量。例如:北方地區(qū)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(yùn)行成本,一旦綜合考慮初投資和運(yùn)行成本、工藝技術(shù)先進(jìn)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(yùn)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(fēng)速較低的地區(qū),可以考慮采用露天裝卸與儲運(yùn)方式,但必須配備完備的高效濕式抑塵系統(tǒng)。對于已經(jīng)建成的露天裝卸與儲運(yùn)工藝,若濕式抑塵存在困難,則可以采用防風(fēng)網(wǎng)等風(fēng)障措施來達(dá)到基本的抑塵效果,同時(shí)避免正常使用期內(nèi)的工藝設(shè)備的閑置。各類對策均具有自身明顯的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行費(fèi)用低、資源消耗少,但同時(shí)也具有初投資大、適用條件高等實(shí)施難度;濕式抑塵具有組合靈活、適用條件廣、管理簡單等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也存在資源消耗大、冬季易冰凍等不足;而防風(fēng)網(wǎng)等風(fēng)障抑塵則具有防護(hù)面積大、節(jié)省水資源等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)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(yōu)化與粉塵防治對策的規(guī)劃研究是不可缺少的。因?yàn)橐坏Q策失誤,選擇了不適當(dāng)?shù)墓に嚭蛯Σ叻桨?再想做出調(diào)整就勢必帶來不必要的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)從事相關(guān)工程建設(shè)的部門應(yīng)加強(qiáng)在港口煤塵污染防治方面的前期研究投入,完成相應(yīng)工程的規(guī)劃方案比選工作。

4結(jié)論

煤塵污染防治對策措施與方案的規(guī)劃應(yīng)符合綜合防治、因地制宜、實(shí)用高效的原則,結(jié)合新擴(kuò)改工程建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃特別應(yīng)注意加強(qiáng)工藝優(yōu)化與改進(jìn),從源頭預(yù)防煤塵的發(fā)生。規(guī)劃指標(biāo)應(yīng)具有全面性、系統(tǒng)性和前瞻性,針對具體工程的環(huán)境條件、全部工藝環(huán)節(jié)和近中遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)模,研究提出全時(shí)空煤塵防控對策及其定量化產(chǎn)塵量消減指標(biāo),綜合工藝優(yōu)化、技術(shù)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)和資源節(jié)約、環(huán)境質(zhì)量提高、加強(qiáng)監(jiān)控管理等方面的要求與發(fā)展趨勢,分析比選封閉防塵與干式除塵、濕式除塵、防風(fēng)網(wǎng)等風(fēng)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(yōu)化方案。