本文作者：乔冰张卫俞沅赵平杨献朝李筠许一平作者单位：交通部水运科学研究院

1前言

我国是产煤、用煤大国,煤炭是我国水路运输中重要的大宗散货物资。港口煤炭的装卸储运历来面临比较严峻的煤尘污染问题。占煤尘总量15~40%的细小颗粒从大气中沉降的速度很慢,易被吸入人体肺部,引起人患慢性气管炎及支气管炎、眼结膜炎、皮肤疾病,还有可能造成细胞染色体的损害及癌症。煤尘与其它空气污染物结合,会产生硫酸盐气溶胶和过氧化氮等对人体健康有害的物质。逸散煤尘会覆盖住植物的叶片,阻塞叶子的气孔,削弱植物的光合作用。逸散煤尘沉降在居民区,造成对公众的损害。随着全社会治理污染、改善环境的呼声日益高涨,港口煤炭运输企业迫切需要科学高效地防治煤尘污染的技术与方案的规划研究,政府主管部门在制定相关的政策和作出环境管理决策时也需要相应的科学技术成果的支持。

2规划原则与指标分析

煤尘污染防治对策措施与方案的规划应符合综合防治、因地制宜、实用高效的原则,新扩改工程建设项目的规划特别应注意加强工艺优化与改进,从源头预防煤尘的发生。

2.1全面性指标

规划方案应能够全面、周到地从各个工艺环节上对粉尘进行有效防控,任何被疏漏的环节均会导致整体防治效果的欠佳。为此,规划中应考察全部工艺环节和近中远期的储运规模,采用类比工程实测和模型预测等方法,定量分析不同工况、规模和环境条件下各个产尘环节的产尘量,研究提出相应的全时空煤尘防控对策及其定量化的产尘量消减指标。主要工艺环节及其产尘影响指标参见表1。

2.2系统性指标

在进行煤尘污染防治技术与方案的规划、防尘抑尘装置设备的配置配备方面,应在全面和周到的分析规划基础之上,进行整合性规划及方案筛选,一方面避免防尘抑尘装置及设备的漏配或多配以及相互间发生矛盾,另一方面还要考虑加强环境管理和工艺环节的粉尘防控,以体现出规划方案的综合性和系统性,进一步优化和改进全时空煤尘防控对策及其定量化产尘量消减指标。防治煤尘污染综合规划方案由工艺环节粉尘控制、防尘抑尘装置设备和粉尘防治组织管理等三方面构成,规划方案筛选程序示意图参见图1。

2.3前瞻性指标

对相关因素发展趋势及其指标的前瞻性分析,是港口煤尘污染防治系统规划研究的重要特点。例如:船舶、铁路、汽车运输方式在组成结构方面的变化趋势,煤炭货源和吞吐量增长趋势,水资源供给及利用的发展趋势,经营方式与组织管理模式的发展潮流,技术进步与公众环境意识增强后环境经济技术挑战等等。在前瞻性指标的指导下,煤尘污染防治系统的规划方案将优先选择工艺合理、技术先进可靠、经济投入和水资源消耗适度、粉尘控制效果显著的对策措施,并更加有利于进行现代化的粉尘防治和自动化的组织管理。例如:规划建设粉尘防治监控中心,通过现代化的通信、计算机网络、定位跟踪监控、地理信息等技术,在实现货运及其动态信息管理的同时,实现对煤尘控制状况的实时监控。监控中心信息管理流程示意图参见图2。

3重要污染环节粉尘防控对策分析

重要污染环节粉尘防控对策是港口煤尘污染防治系统的主体,适宜对策的分析及比选不仅是系统规划研究的主要任务,而且也是相关管理与决策者的重要关注点。

3.1对策机理分析

根据对港口煤尘起尘机理的分析,空气动力及煤炭特性(颗粒的大小和粘着性)是影响起尘量的主要因素。因此,各类粉尘防控措施归根结底是为了尽可能地减少空气动力及降低风速、增大物料粒度以及物料颗粒之间的粘着性。在减少空气动力方面的对策主要包括:减少转运点的落差、尽量减少装卸次数、设置挡风屏、降低作业速度等;在增加颗粒重量方面的对策主要包括:将容易起尘的小颗粒煤炭粘结成小块或小球、通过和缓的装卸来减少摩擦等;在提高颗粒粘着性方面的对策主要包括:将水或者其它添加剂混入煤中、向煤炭喷洒水或其它粘接剂等。

3.2分类对策分析

3.2.1封闭防尘与干式除尘

封闭防尘与干法除尘是将重点产尘部位尽可能封闭起来,同时辅助以一些集尘除尘装置以及覆盖与压实对策等,该方法在我国港口煤炭的中转作业防尘措施中占据了一定的位置。国外一些先进的煤炭专业码头在翻车机场房的上部设计了密闭罩,将皮带机运输系统全部加以封闭,甚至将煤车转运站及其堆场全部设置在封闭厂房内。这种积极的前端预防对策尽管初投资很大,但却从根本上解决了煤尘防治问题,不仅对周围环境的影响极小,而且由于工艺先进合理,可节约大量的运营成本和水资源,减少物料损失,因而代表了未来港口煤尘防治系统的发展方向。

3.2.2湿式除尘

湿式除尘主要是对粉尘源喷雾洒水或喷洒化学药剂以增加粉尘颗粒的粘滞性和重量。该方法在煤炭、矿石粉尘控制方面是国内外目前普遍采用的技术方法,大致分为开放环境下的喷淋降尘、封闭条件下的喷淋降尘和洒水除尘等方式。最新的发展动态是采用纳米技术提高水的雾化程度和与煤炭的亲和程度,达到高效抑尘的目标。湿式除尘的效率在很大程度上取决于洒水量和喷洒装置。经验表明,较好的喷洒装置可减少呼吸性粉尘约30%,但对于我国淡水资源紧缺且冬季寒冷结冰的北方沿海港口,其使用受到较大的限制。此外,湿式除尘还存在煤污水二次污染及其处置问题。水作为防尘粘结剂只有暂时的效力,间隔一定的时间必须重复喷洒,大风和水的快速蒸发等往往会影响洒水效果。尽管如此,由于其成本低,简单经济,防尘效果显著,成为我国港口煤炭中转作业防尘除尘的主要技术手段。

3.2.3防风网等风障抑尘

防风网抑尘技术属于风障的一种,主要通过在煤堆场的上风向设立防风网来减小风速及改变气流特性,从而达到减少起尘的目标。其它风障还包括防风林、绿化带、人工特定设置的防风挡墙等。风障是风速流场中的障碍物,它能在其背风面形成一个低风速区,流场的紊流结构也发生了改变。风障也可保护铁路、公路,使其免受风雪流或风沙流的危害,减少路面砂石和冰雪的堆积。防风网主要用于减少露天散货料堆粉尘排放量,可以减少散料装卸与转运中的粉尘逸散。尤其是聚合类防风网材质研究的成功,降低了造价,提高了防风网工程的经济适用性。美国和日本已有许多防风网投入工程使用,我国宝钢正在投资兴建采用特殊钢材材质的防风网工程,用于料场抑制起尘。通常,为了保证较好的抑尘效果,减少浪费,需要开展起尘源评价、防风网模型的风洞试验和必要的现场试验,研究确定实际应用防风网的设计参数。图3为采用上述研究步骤设计的某港口重点煤炭储运企业防风网规划示意图。

3.3对策比选分析

重要污染环节粉尘防控对策的选择基本决定了整体方案的基本内容、防治效果、初投资及运行维护费用以及水电等资源的消耗量。例如:北方地区若选择以湿式为主的对策方案,必须充分考虑水资源短缺和冬季冰冻所带来的附属运行成本,一旦综合考虑初投资和运行成本、工艺技术先进合理性、粉尘防控效果等多方面因素,湿式抑尘就不一定是首选的对策方案了,而整体封闭式装卸储运工艺也许是比较理想的替代方案。在南方比较湿润且年平均风速较低的地区,可以考虑采用露天装卸与储运方式,但必须配备完备的高效湿式抑尘系统。对于已经建成的露天装卸与储运工艺,若湿式抑尘存在困难,则可以采用防风网等风障措施来达到基本的抑尘效果,同时避免正常使用期内的工艺设备的闲置。各类对策均具有自身明显的优点和一定的不利因素。封闭防尘和干式抑尘尽管抑尘效果好、运行费用低、资源消耗少,但同时也具有初投资大、适用条件高等实施难度;湿式抑尘具有组合灵活、适用条件广、管理简单等优点,同时也存在资源消耗大、冬季易冰冻等不足;而防风网等风障抑尘则具有防护面积大、节省水资源等优点,同时也会面临适用范围窄、效果不确定等困难。因此,为做出正确的对策比选与方案决策,针对具体工程开展工艺优化与粉尘防治对策的规划研究是不可缺少的。因为一旦决策失误,选择了不适当的工艺和对策方案,再想做出调整就势必带来不必要的浪费和经济损失。国内从事相关工程建设的部门应加强在港口煤尘污染防治方面的前期研究投入,完成相应工程的规划方案比选工作。

4结论

煤尘污染防治对策措施与方案的规划应符合综合防治、因地制宜、实用高效的原则,结合新扩改工程建设项目的规划特别应注意加强工艺优化与改进,从源头预防煤尘的发生。规划指标应具有全面性、系统性和前瞻性,针对具体工程的环境条件、全部工艺环节和近中远期发展规模,研究提出全时空煤尘防控对策及其定量化产尘量消减指标,综合工艺优化、技术进步、经济和资源节约、环境质量提高、加强监控管理等方面的要求与发展趋势,分析比选封闭防尘与干式除尘、湿式除尘、防风网等风障抑尘等方面的对策措施,形成具有综合性的粉尘防治对策措施优化方案。