新型環(huán)保抑塵劑在金沙水電站施工中的應(yīng)用

姜 勇，龍 洋，李 雷，伍 斌

(1 中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213；2 攀枝花學(xué)院生物院化學(xué)工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000)

金沙水電站是金沙江中游十級(jí)水電樞紐規(guī)劃的第九級(jí)，位于金沙江中游攀枝花西區(qū)河段，其主要任務(wù)為發(fā)電，并兼有城市供水、防洪、旅游等綜合利用功能，建成后將提高攀枝花市用電保障能力，并服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)。金沙水電站基坑及邊坡石方明挖合計(jì)約320萬(wàn)m3，每天至少3個(gè)工作面同時(shí)開(kāi)挖，工期預(yù)計(jì)7年，期間會(huì)產(chǎn)生大量施工揚(yáng)塵。施工揚(yáng)塵是由于地面上的塵土在風(fēng)力、人為帶動(dòng)及其他帶動(dòng)飛揚(yáng)而進(jìn)入大氣的開(kāi)放性污染源，是環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分[1-4]。為減少對(duì)周邊居民日常生活影響，達(dá)到施工過(guò)程中環(huán)保部門(mén)的相關(guān)要求，需要嚴(yán)格對(duì)電站建設(shè)施工過(guò)程中產(chǎn)生的大量揚(yáng)塵進(jìn)行有效控制。施工揚(yáng)塵的控制不同于一般的表土固化，更關(guān)心揚(yáng)塵顆粒間的結(jié)合速度、保水時(shí)效以及現(xiàn)場(chǎng)操作的流暢性[5-6]，因此課題組以農(nóng)業(yè)秸稈為原料有針對(duì)性的制備了新型環(huán)保抑塵劑LM。LM是一種復(fù)合型抑塵劑，該抑塵劑含有能與揚(yáng)塵顆粒物產(chǎn)生較強(qiáng)親和力的離子基團(tuán)，能通過(guò)濕潤(rùn)、粘結(jié)、凝聚等作用將空氣中揚(yáng)塵捕集沉降，并繼而在降塵顆粒物表面粘結(jié)成殼。本文主要探討了LM抑塵劑在金沙水電站施工揚(yáng)塵控制中的應(yīng)用性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

“LM”抑塵劑，以農(nóng)業(yè)秸稈為原料自制；塵樣，收集金沙水電站施工現(xiàn)場(chǎng)塵樣若干，105 ℃干燥2 h，過(guò)80目篩，儲(chǔ)于干燥器內(nèi)備用。

DHG-9145A恒溫箱，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；WQS振動(dòng)篩分儀，常泰勒儀器設(shè)備有限公司；NDJ-1數(shù)顯粘度測(cè)試儀，上海立晨科技有限公司。

1.2 抑塵劑性能實(shí)驗(yàn)

1.2.1 粘度測(cè)試

抑塵劑黏度決定了粉塵顆粒間黏結(jié)力大小，是防塵時(shí)粉塵黏結(jié)凝并效果的重要因素，黏度決定了抑塵劑應(yīng)用性質(zhì)，是評(píng)價(jià)抑塵劑性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[7]。黏度越大，抑塵劑與物料表面黏結(jié)性能越強(qiáng)，固化效果越好，但是由于考率到它的黏度對(duì)穩(wěn)定性、儲(chǔ)存、噴灑對(duì)抑塵劑下滲深度存在一定的影響，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原料及實(shí)驗(yàn)條件選擇合適黏度范圍。

1.2.2 保水性能測(cè)試

抑塵劑保水性主要表現(xiàn)在能夠減緩粉塵中的水分蒸發(fā)，從而有效的延長(zhǎng)抑塵劑的有效抑塵時(shí)間。稱(chēng)取20 g經(jīng)處理后塵樣放在培養(yǎng)皿中，固定抑塵劑噴灑量為3 mL/g塵樣，考慮到攀枝花年均氣溫在20 ℃以上，設(shè)定恒溫通風(fēng)箱溫度為30 ℃，固定時(shí)間間隔稱(chēng)取樣品重量，通過(guò)樣品重量變化來(lái)衡量抑塵劑保水性。

1.2.3 滲透性能實(shí)驗(yàn)

在相同一條件下溶液滲透時(shí)間越短，說(shuō)明滲透性能越好，所以一般根據(jù)抑塵劑在粉塵中滲透的速度作為抑塵劑滲透性能判別指標(biāo)[8]。每種塵樣每組在口徑0.8 cm試管中裝填相同高度，在試管上端加入同體積的抑塵劑溶液，測(cè)試塵樣完全滲透所需要的時(shí)間，以此計(jì)算滲透速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵分析

金沙水電站施工過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵主要有三類(lèi)，見(jiàn)圖1。紅色揚(yáng)塵，該揚(yáng)塵為機(jī)器打孔石頭過(guò)程產(chǎn)生，塵樣粒徑細(xì)小，成粉末狀；另還有黃色揚(yáng)塵和灰色揚(yáng)塵，這兩種是施工現(xiàn)場(chǎng)土壤的主要類(lèi)型，塵樣顆粒相對(duì)紅塵粗一些。三種塵樣的XRF分析結(jié)果如表1所示。白色和灰色揚(yáng)塵的主要成分基本一致，只是各成分間數(shù)值略有差異；紅色揚(yáng)塵氧化鎂含量較高，另還含有磷和鋇。

表1 揚(yáng)塵成分分析Table 1 Dust composition analysis

圖1 塵樣實(shí)物Fig.1 Dust sample

2.2 “LM”抑塵劑的粘度測(cè)試

將“LM”抑塵劑與清水混合，分別配制了0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%質(zhì)量濃度的抑塵劑試樣，測(cè)試了各組的粘度值如表2所示。隨著濃度的增加，抑塵劑粘度也明顯增大。根據(jù)相關(guān)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在溫度不大于30 ℃以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于25%，抑塵劑黏度小于4 mPa·s方可進(jìn)行實(shí)際噴灑使用，不會(huì)對(duì)噴灑造成困難[9]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)噴霧機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)抑塵劑試樣濃度大于1.5%即粘度值超過(guò)3時(shí)，系統(tǒng)阻力過(guò)大，嚴(yán)重影響噴霧機(jī)水泵工作性能(噴灑距離縮短，噴霧水滴變大)，甚至發(fā)生堵塞。后面的抑塵性能實(shí)驗(yàn)只試驗(yàn)了0.5%、1%和1.5%三種濃度。

表2 抑塵劑粘度值Table 2 Viscosity of dust suppressant

2.3 “LM”抑塵劑的滲透性

抑塵劑滲透性能決定了最終形成的固結(jié)層厚度。抑塵劑的滲透性能與粘度、表面活性劑、粉塵性質(zhì)、粉塵粒徑等因素有關(guān)[10]。不同濃度的“LM”抑塵劑在塵樣中的滲透速度如表3所示，抑塵劑在黃塵和灰塵中的滲透速率均慢于清水，且隨著濃度增加滲透速度越來(lái)越小，因?yàn)橐謮m劑濃度增加，其粘度也增加，滲透阻力增大。在抑塵劑用量一定時(shí)，一般情況下塵樣表層土空隙率越小即塵樣顆粒粒徑越小，抑塵劑的滲透性能越差，則形成的固結(jié)層越薄；反之，形成固結(jié)層越厚。紅塵是三種現(xiàn)場(chǎng)土樣中粒徑分布最細(xì)小的，但表中數(shù)據(jù)表明，同種濃度抑塵劑在紅塵中的滲透速度反而最快，且隨著抑塵劑濃度增加，滲透速度有少許上升，應(yīng)該是抑塵劑與紅塵中磷酸根等酸根離子發(fā)生了化學(xué)絡(luò)合的緣故。

表3 抑塵劑滲透速度Table 3 Penetration rate of dust suppressant

2.4 抑塵劑的保水性

不同濃度的“LM”抑塵劑與水在三種塵樣上的保濕性能見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，噴灑抑塵劑的塵樣保水效果優(yōu)于自來(lái)水；抑塵劑濃度越大，保濕性能越好，但0.5%和1%的LM抑塵劑在紅塵中的差異不大。同種試樣在不同塵樣中表現(xiàn)來(lái)看，無(wú)論是水還是抑塵劑溶液在紅塵中的保濕性能更好一些，在黃塵和灰塵中的含水率隨著時(shí)間的推移下降得更快，因?yàn)榧t塵顆粒細(xì)小，形成的表面固化層更堅(jiān)固。相關(guān)研究表明，試劑噴灑抑塵過(guò)程中，當(dāng)路面粉塵含水量大4%時(shí)可以保持粉塵濕潤(rùn)，抑制揚(yáng)塵；當(dāng)噴水后塵樣含濕量低于4%將起不到抑塵的作用[11]。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，噴灑自來(lái)水在紅塵、黃塵和灰塵上的有效抑塵時(shí)間只有4～6 h，而噴灑抑塵劑(濃度1%和1.5%)的有效抑塵時(shí)間均可達(dá)到10 h以上，與現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間基本能對(duì)應(yīng)。

圖2 含水率與時(shí)間的關(guān)系Fig.2 The relationship between water content and time

2.5 噴灑抑塵劑塵樣的微觀(guān)結(jié)果表征

噴灑抑塵劑(節(jié)取的噴灑1%濃度抑塵劑)塵樣的SEM照片如圖3所示，未噴灑抑塵劑的塵樣表面顆粒棱角分明，排列稀松，簡(jiǎn)單堆結(jié)在一起，相互間無(wú)作用力，易揚(yáng)起并長(zhǎng)時(shí)間在空中停留。噴灑抑塵劑揚(yáng)塵表面形成穩(wěn)固的團(tuán)聚體，構(gòu)成光滑而平整的固結(jié)層；三種塵樣中固階層的致密程度以紅塵最佳，其后依次為黃塵和灰塵。團(tuán)聚固結(jié)的作用力存在能使空氣中細(xì)顆粒相互連接降落，并能在地表固化，強(qiáng)效抑塵。

圖3 塵樣SEM圖Fig.3 SEM image of dust samples

3 結(jié) 論

LM抑塵劑對(duì)金沙水電站施工揚(yáng)塵的控制是有效的，綜合考量保水性和滲透性及噴灑阻力的影響，抑塵劑在使用過(guò)程中適用調(diào)配濃度為1%～1.5%；噴灑抑塵劑后各塵樣表面能形成致密固結(jié)層，保濕時(shí)間能達(dá)10 h以上。