碼頭散貨堆場的噴霧機降塵技術與工程應用

黃露溪

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

揚塵是空氣污染的典型表現(xiàn)形式，其形成原因主要是風力、人為及其他因素將地面上的塵土帶動飛揚進入大氣，是一種開放性污染源引起的總懸浮顆粒物類污染。區(qū)域揚塵現(xiàn)象嚴重，短期內(nèi)就會對附近居民的健康產(chǎn)生直接影響。同時，揚塵的無序排放，也會直接影響區(qū)域環(huán)境[1]。現(xiàn)有常用防治措施在經(jīng)濟性、環(huán)保性和適用性等方面均有缺陷。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，港口貨物吞吐量持續(xù)增加，碼頭散貨堆場的揚塵防治已經(jīng)成為港口污染治理的一項重要而艱巨的工作。已經(jīng)有學者對碼頭散貨堆場揚塵污染防控評價指標體系進行了深入研究[2]。研究結(jié)果表明，當前碼頭散貨堆場的揚塵防治仍應以末端治理為主。因此，研究一種經(jīng)濟、適用、高效和環(huán)保的揚塵防治技術，并提出其工程設計方法應用具有重要意義。

1 現(xiàn)有粉塵防治措施優(yōu)劣分析

根據(jù)相關規(guī)范，風速和顆粒含水率是碼頭散貨堆場揚塵量的主要影響因素。碼頭散貨堆場的揚塵量與風速成正比，與顆粒含水率成反比。因此，碼頭散貨堆場粉塵防治的方法主要有兩種。

(1)方法1：通過設置風障降低來流速度，進而減少起塵量。對應的防塵措施有防風抑塵網(wǎng)、防風林、風障裝置、覆蓋壓實和集塵裝置等。

(2)方法2：通過降水等手段來保證粉塵顆粒表面濕潤，提高粉塵顆粒間的粘結(jié)力，進而提高揚塵的起動風速，降低起塵量。對應的防塵措施有定點噴灑、流動噴灑和抑塵劑等。

各類常用粉塵防治措施效果對比如表1所示[3-5]。根據(jù)表1所示，各種粉塵防治措施在適用范圍、可操作性和防塵效率等方面均有優(yōu)劣。其中，噴灑及其相關措施因其起效快、降塵作用大和操作簡單在實際工程中應用最多。但也存在缺點：(1)噴灑措施所需用水量大，易造成二次污染；(2)噴灑水柱產(chǎn)生的下落水滴顆粒與粉塵顆粒粒徑相差懸殊，兩者難以相互充分吸附、融合，綜合治理效率低[6-7]。

表1 散貨堆場粉塵防治措施效果對比表

2 噴霧機降塵的可行性分析

2.1 噴霧降塵的原理

微細水霧除塵技術是利用水滴粘結(jié)粉塵，形成大顆粒下沉的除塵技術。粉塵顆?？梢酝ㄟ^與水粘結(jié)而聚結(jié)增大的原理，讓細小的粉塵通過等徑水滴(如風送水霧顆粒)或加入化學劑(如表面活性劑)的相互作用，減小水表面的張力，使粉塵顆粒與水霧聚結(jié)成團，在重力作用下，最后沉降到地面，達到增加空氣濕度、降低空氣中塵埃等有害物質(zhì)濃度、美化環(huán)境的目的[8]。

2.2 水霧粒徑的選擇

倪俊[9]和馬素平等[10]研究發(fā)現(xiàn)，水霧降塵效率與噴嘴壓力、水霧粒徑和粉塵粒徑間具有相關性。

(1)

式中：η——降塵效率(%)；

Ud——霧滴運動速度(m/s)；

Ug——粉塵隨空氣流動速度(m/s)；

Q——霧滴體積流量(m3/s)；

Dc——霧滴粒徑(m)；

β——坎寧漢滑動修正系數(shù)；

dp——粉塵粒徑(m)；

ρp——粉塵密度(kg/m3)；

μg——氣體黏度(Pa·s)。

通過分析式(1)可知，噴嘴壓力的大小和水霧粒徑的大小直接關系到噴霧機降塵的效果，水霧粒徑越小降塵效率越高，這一結(jié)論也得到了多個研究的證實[11-12]。

如水霧顆粒直徑大于粉塵顆粒(<1 MPa的低壓水噴射)：粉塵將伴隨水霧周圍氣流運動，水霧顆粒和粉塵顆粒接觸很少或者根本沒有機會接觸，達不到抑塵作用。

如水霧顆粒過小或遠低于粉塵顆粒大小(干霧、微霧)：粉塵與水聚結(jié)概率更大，但粉塵要有足夠的時間才能變大加重，最后降落，此時由于水霧的顆粒太小，有些水霧已經(jīng)粘結(jié)了部分小的粉塵，受現(xiàn)場風力、氣壓等影響大部分已經(jīng)漂移到非作業(yè)區(qū)域，或者更遠的地方，反而對塵源起到了擴大的作用，不利于環(huán)境的改善，治理效果不理想。

如水霧顆粒與粉塵顆粒大小接近(細水霧)：根據(jù)物質(zhì)“相似相容”的特性，粉塵顆粒運動時就會與水霧顆粒碰撞、接觸而粘結(jié)一起，并因重力作用很快沉降到地面，此時降塵效果最好。

經(jīng)對比得出結(jié)論：當水霧的顆粒與粉塵顆粒大小接近時，降塵效果最好。

2.3 噴霧降塵工具的選擇

噴霧降塵工具分為固定式噴霧機系統(tǒng)和移動式噴霧機系統(tǒng)兩種。固定式噴霧機系統(tǒng)一般由水泵、管網(wǎng)和噴霧機組成，實現(xiàn)固定區(qū)域的噴霧降塵；移動式噴霧機系統(tǒng)是一種移動式的單點噴霧降塵設備，方便靈活，但需要人工操作，不適合大面積的堆場區(qū)域。

噴霧機通過管道，由噴頭擴壓將水高度霧化，從而形成30～250μm大小的水霧顆粒，水霧顆粒大小與粉塵顆粒大小一致，使粉塵顆粒迅速粘結(jié)、聚結(jié)增大，并在自身重力作用下沉降。

3 噴霧機降塵工程應用實例

3.1 工程概況

欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)北1#～3#泊位新增貨種項目后方陸域改造工程為改建項目，在不改擴建碼頭區(qū)域、岸線，不增加水工結(jié)構(gòu)，不改變泊位設計吞吐量的情況下，在現(xiàn)有工程基礎上完善安全、環(huán)保、消防、應急設施，新增礦石、煤炭、糧食等貨種裝卸、堆存作業(yè)區(qū)，新增堆場風蝕揚塵、卸船揚塵、裝車揚塵、裝堆揚塵、取料揚塵等處理設施。

揚塵排放主要參數(shù)如下：

污染物名稱：顆粒物；

預計產(chǎn)生量(t/a)：26.320 9；

準許排放量(t/a)：2.925 7。

揚塵主要來源與粒徑如表2所示。

表2 散貨堆場揚塵主要來源與粒徑一覽表

3.2 布設方案設計

噴霧面積是噴霧機布設的重要參數(shù)。許漢萍等[13]采用Design Modeler 建立了三維研究模型，對不同季節(jié)溫度和噴霧角度條件下噴霧機的工作性能進行了模擬計算。研究結(jié)果表明，外界環(huán)境溫度對噴霧覆蓋面積的影響可忽略不計，而噴霧角度對噴霧覆蓋面積的影響較大。當噴霧角度為15°時，噴霧覆蓋面積最大。

本設計方案采用遠程噴霧系統(tǒng)，將遠程噴霧機安裝在揚塵點附近，通過控制噴霧機的俯仰、回轉(zhuǎn)角度和遠射程噴射，對目標區(qū)域進行立體覆蓋，從而達到降塵抑塵的治理目的。工程以降低耗水量和提高降塵效率為目標，進一步優(yōu)化了噴霧機布置方式。

3.2.1 噴霧機參數(shù)選擇

噴霧機參數(shù)如下：

流量：8～10 m3/h；

液泵壓力：0.5～1.0 MPa；

霧滴顆粒：30～250μm；

水平最大射程：120 m；

俯仰角度：-10°～40°；

水平旋轉(zhuǎn)角度：0°～320°；

控制范圍：水平旋轉(zhuǎn)范圍為0°～320°(可設定)；

俯仰角度：-10°～40°；

控制方式：手動控制、遙控控制(≤100 m)、自動化控制、手機終端控制。

噴霧機外形如圖1所示。

圖1 噴霧機外形示意圖(mm)

3.2.2 噴霧機平面布置設計

為提升效率，噴霧機一般噴霧角度為15°。單個噴霧機最大覆蓋面積可達到15 972 m2。考慮到不同貨物堆放高度和降塵效率等因素，對噴霧機的布置方式進行了模擬計算，其布置原則如下：

(1)噴霧機和給水管道盡量沿著堆場邊緣和已建的電纜溝布置。

(2)噴霧桶中軸離地≥6.5 m。

(3)單點噴霧機覆蓋率宜≤2臺。

根據(jù)以上原則，欽州港大欖坪南作業(yè)區(qū)北1#～3#泊位后方陸域布設了17臺噴霧機，具體布設如圖2所示(圓圈為單臺噴霧機的覆蓋范圍)。

圖2 北1#～3#泊位后方陸域散貨堆場噴霧機平面布置圖

如圖2所示，北1#～3#泊位后方陸域堆場在1#～17#位置布設了17座鋼構(gòu)塔架。為了不影響作業(yè)車操作，所有塔架均布置在堆場邊上，塔架高度暫定為5 m，然后在塔架上安裝17臺分體式噴霧機。該設計經(jīng)濟性最優(yōu)，但造成堆場內(nèi)部有某些空白區(qū)域，對于這些空白區(qū)域或者噴霧機無法覆蓋的死角，本項目配置了2臺多功能抑塵車，作為應急措施。

3.2.3 水源設計方案

本項目噴灑抑塵水水源為污水處理站處理合格后的回用水，補充水水源為生活水?；赜盟芫W(wǎng)為新建管網(wǎng)，補充水接自項目已建的生活消防水水管。生活消防水水管的水量水壓滿足本項目噴灑抑塵補充水的要求。

噴灑抑塵給水系統(tǒng)干管管徑為dn250 mm，配水管網(wǎng)呈枝狀布置。系統(tǒng)用水由污水處理站清水回用泵加壓供給。

港區(qū)給水管埋地管管徑≥dn50 mm采用鋼絲網(wǎng)骨架塑料(聚乙烯)復合管, 管徑

4 結(jié)語

(1)噴霧機可用于碼頭散貨堆場揚塵防治。噴霧機降塵具有耗水量少、降塵效果好和無二次污染等優(yōu)點。

(2)噴霧機用于降塵宜制造與粉塵顆粒大小接近的細水霧，噴霧角度宜設置為15°左右。

(3)噴霧機降塵的設計要點主要為噴霧面積的優(yōu)化設計。