堆場揚(yáng)塵生態(tài)覆蓋膜施工工藝參數(shù)研究

王玉杰，孫海龍，李乃穩(wěn),李廣輝

(1.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 生物資源和生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；3.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065；4.四川沃爾宜環(huán)?？萍加邢薰荆拇?成都 610067)

堆場揚(yáng)塵指各種工業(yè)料堆、建筑料堆、工業(yè)固體廢棄物、建筑渣土及垃圾和生活垃圾等由于堆積、裝卸、傳送等操作以及風(fēng)蝕作用等造成的揚(yáng)塵[1]。露天堆場產(chǎn)生的揚(yáng)塵對生態(tài)環(huán)境容易造成較大的影響。目前，主要采取灑水抑塵、防風(fēng)網(wǎng)和圍擋抑塵等方法抑制堆場揚(yáng)塵的產(chǎn)生[2]。本研究將一種生態(tài)覆蓋膜用于堆場試驗(yàn)，該覆蓋膜由高分子材料、植物種子等混合而成，常溫狀態(tài)下以液態(tài)形式存在，用水按照一定比例稀釋后即可進(jìn)行堆場噴播作業(yè)。作業(yè)結(jié)束后，該生態(tài)覆蓋膜能快速在土壤表面形成高分子固結(jié)層，以遮蓋堆場土壤層，抑制揚(yáng)塵的產(chǎn)生；后期高分子材料固結(jié)層分解，喪失抑塵功能，此時植物種子萌發(fā)覆蓋地面，起到抑制揚(yáng)塵排放的作用。本研究通過生態(tài)覆蓋膜濃度與單位面積用量的二因素試驗(yàn)，探討兩種因素的優(yōu)化配比參數(shù)，為堆場揚(yáng)塵治理的相關(guān)研究與實(shí)踐提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與工藝

揚(yáng)塵生態(tài)覆蓋膜，由四川沃爾宜環(huán)?？萍加邢薰咎峁?，主要由聚丙烯酰胺、紙漿纖維、植物種子混合而成，本次試驗(yàn)植物種子選用的是高羊茅，試驗(yàn)時將生態(tài)覆蓋膜與水按照不同的體積比例混合，并將植物種子浸泡12h，采用液壓噴播機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)，種子用量為15g/L。

1.2 試驗(yàn)方法

2018年9—12月在四川彭州市附近道路施工表層棄土(壤質(zhì)砂土)上進(jìn)行了人工模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)過程將土壤過2cm篩后混合均勻，在平地上鋪設(shè)成20cm厚度的土壤層，控制容重在1.3g/cm3左右，含水量在15%左右，每個試驗(yàn)小區(qū)20m2。

試驗(yàn)設(shè)置了生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量的二因素試驗(yàn)，每個因素設(shè)置4個水平，共16個處理，另設(shè)置對照組CK(表1、表2)，對照組以清水代替生態(tài)覆蓋膜。為了避免相互間的干擾，各堆場與該季節(jié)常見風(fēng)向垂直排列，間隔5m，并用高4m的隔板分隔。本研究的評估周期為3個月，試驗(yàn)期間平均風(fēng)速為2～4m/s。

1.3 數(shù)據(jù)采集與分析

采用Dusttrak設(shè)備測試PM10和PM2.5排放量，每個試驗(yàn)小區(qū)布置4個，數(shù)據(jù)采用平均值。使用SPSS 22.0對施工完成初期(4h)、中期(1個月)、后期(3個月)的PM10、PM2.5排放量進(jìn)行二因素方差分析，使用Turkey法進(jìn)行因素水平間的多重比較，顯著性水平為：α=0.05。

表1 二因素試驗(yàn)水平控制表

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 噴射施工結(jié)束4h后PM10、PM2.5的排放量

施工結(jié)束4h后，只是高分子材料所形成的固結(jié)層發(fā)揮抑塵作用。與對照組相比，16個處理的PM10、PM2.5排放量均有所下降(表2)。方差分析結(jié)果表明，施工完成4h后不同生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量對PM10、PM2.5排放量具有極顯著影響(P<0.01)。隨著生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量的增加，PM10、PM2.5的排放量呈現(xiàn)出減小的規(guī)律(表3)，這是因?yàn)樯鷳B(tài)覆蓋膜濃度高、單位面積用量大的試驗(yàn)場地中，土壤表面所形成的固結(jié)層厚度大、孔隙度小，抑制了土壤起塵。其中，施工完成4h后，PM10、PM2.5排放量最小的組合為A1+B4，其PM10、PM2.5排放量分別為：118、18μg/(m3·h)。

2.2 噴射施工結(jié)束1個月PM10、PM2.5的排放量

施工完成1個月后，由于植物種子萌發(fā)，達(dá)到了一定的覆蓋度，因此生態(tài)覆蓋膜與植物共同產(chǎn)生抑塵作用。16個處理的PM10、PM2.5排放量均小于對照組(表2)，不同生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量均對PM10、PM2.5的排放具有極顯著影響。經(jīng)Turkey多重比較，生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量不同水平兩兩之間的PM10、PM2.5排放量均具有顯著差異(表4)。PM10、PM2.5的排放量隨著單位面積用量的增加而減小，一方面是因?yàn)閱挝幻娣e用量大的場地中，高分子材料成膜性更好，另一方面是因?yàn)閱挝幻娣e用量越大，種子數(shù)量越多，形成的植被覆蓋度越高(表2)，高蓋度植被的抑塵效果更好。施工完成1個月后，PM10、PM2.5排放量最小的組合為A1+B4，其PM10、PM2.5的排放量分別為：101、15μg/(m3·h)。與施工完成后4h相比，PM10、PM2.5排放量差異不大。

表2 施工結(jié)束4h、1個月、3個月各處理的PM10、PM2.5排放量 (μg/(m3·h))

表3 施工完成4h生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量不同水平間PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比較

表4 施工結(jié)束1個月生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量不同水平間PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比較

2.3 噴射施工結(jié)束3個月PM10、PM2.5的排放量

施工完成3個月后，生態(tài)覆蓋膜形成的固結(jié)層在降雨、沖蝕等因素的作用下分解，此時只是植被的覆蓋作用。與對照組相比，16個處理的PM10、PM2.5排放量均小于對照組(表2)，此時，僅有單位面積用量對PM10、PM2.5的排放有顯著影響(表5)。單位面積用量大的處理PM10、PM2.5排放量較小，這是因?yàn)閱挝幻娣e用量大的處理植被蓋度更高，抑塵效果更好。此時，PM10、PM2.5排放量較小的組合有A1+B4、A2+B4，兩者PM10、PM2.5的排放量分別為：99、17，97、17μg/(m3·h)。

表5 施工3個月后生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量不同水平間PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比較

3 討論與結(jié)論

從起塵原因來看，堆場揚(yáng)塵主要分為料堆表面的靜態(tài)起塵和取料過程中的動態(tài)起塵[3]，起塵量的大小主要取決于起塵點(diǎn)風(fēng)速、物料含水率以及堆料粒徑大小等因素[4]，其中最可控的因素為起塵點(diǎn)的風(fēng)速大小及物料表面含水率[5]。實(shí)踐中，一方面主要采取設(shè)置外圍擋風(fēng)墻[6]、防風(fēng)抑塵網(wǎng)[7]等措施，以降低風(fēng)速，減少湍流，從而達(dá)到抑塵的目的，這種方法雖然能夠長期抑塵，但材料成本較高。另一方面，對于裝卸、運(yùn)輸?shù)炔僮饕鸬膿P(yáng)塵，主要采取灑水[8]、噴霧[9]等方法增加物料表面含水率，這種方法需要持續(xù)進(jìn)行，才能保證抑塵效果，不具備經(jīng)濟(jì)性。本研究結(jié)果表明，在施工結(jié)束初期(4h)、中期(1個月)、后期(3個月)，生態(tài)覆蓋膜均能起到抑塵作用，三個階段所有16個試驗(yàn)組的PM10、PM2.5排放量均明顯低于對照組。

本研究中，施工結(jié)束初期，生態(tài)覆蓋膜在土壤表面形成了固結(jié)層，從而抑制土壤起塵，此時PM10、PM2.5的排放量隨著生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量的增加而減小。施工結(jié)束中期，植物種子萌發(fā)覆蓋，生態(tài)覆蓋膜與植被覆蓋共同發(fā)揮抑塵作用，此時，PM10、PM2.5排放量隨著生態(tài)覆蓋膜濃度、單位面積用量的增加而減小。后期生態(tài)覆蓋膜降解，僅植被覆蓋發(fā)揮抑塵作用，PM10、PM2.5的排放量隨著單位面積用量的增加而減小。

綜合考慮三個階段的PM10、PM2.5排放量，A1+B4組合的抑塵效果最好，即生態(tài)覆蓋膜濃度為2%，單位面積用量為20L/m2。該組合在施工完成4h、1個月和3個月的PM10、PM2.5排放量分別為：118、18，101、15，99、17μg/(m3·h)。