港口散货物料传统防尘网抑尘与新型抑尘剂抑尘对比研究
贺芳1，牟华宇1，陈晨1，单提铭2
（1.山东港口集团 日照港集团有限公司，山东 日照 276800
2.日照海港装卸有限公司，山东 日照 276800）
摘要：目前港口散货物料堆场防尘措施大多数采用苫盖防尘网，苫盖的防尘网成本高、抑尘效率低、安全风险高、不易讲降解的防尘网原料易风化、易老化形成微塑料造成二次污染。新型的环保抑尘剂通过抑尘剂分子与散货颗粒交织结合形成全覆盖结壳，具有一定硬度，实现长效抑尘，20m/s风速下实验，形成结壳后风蚀率小于1%，抑尘效果得到提升，抑尘成本显著降低，与苫盖网比节约抑尘成本48.42%，且不会形成二次污染。
关键词：抑尘剂、防尘网、风蚀率、抑尘成本
Abstract: Currently, most of the dust prevention measures in port bulk cargo material yards use covered dust nets. The covered dust nets have high costs, low dust suppression efficiency, high safety risks, and are not easily biodegradable. The raw materials of the dust nets are prone to weathering and aging, forming microplastics and causing secondary pollution. The new environmentally friendly dust suppressant forms a full coverage shell by interweaving and combining dust suppressant molecules with bulk particles, which has a certain hardness and achieves long-term dust suppression. In the experiment at a wind speed of 20m/s, the wind erosion rate after forming the shell is less than 1%, the dust suppression effect is improved, and the dust suppression cost is significantly reduced. Compared with the tarpaulin net, it saves dust suppression cost by 48.42% and does not form secondary pollution.
Keywords: dust suppressants, dust nets, wind erosion rate, dust suppression cost
山东港口日照港作为全球重要的能源和大宗原材料中转基地，铁矿石、煤炭大宗散货吞吐量占总吞吐量的50%，散货物料的装卸、运输、贮存过程中，在风力或其他生产因素扰动下易产生扬尘，尤其是粒度在0mm-3mm的散货物料垛，极易造成大面积扬尘。扬尘污染不仅造成物料流失，给企业带来经济损失[1]，同时也对场地周边居民生活环境和场地内生产环境产生一定影响。
堆场的堆料扬尘可分为静态的堆场起尘和运输过程、取卸料过程的动态起尘,影响扬尘起尘量的因素有很多,比如堆场物料本身的粒径大小、物料表面湿润程度、环境的空气对流情况等。因此加强散装物料堆场的扬尘管控，是实现绿色发展的“必答题”。目前常用港口货垛常用防尘方法有洒水防尘法、挡风防尘法和化学抑尘剂法。洒水抑尘主要是通过货场喷枪或洒水车喷淋洒水，存在浪费大量水资源和抑尘效率低、时间短的问题，货垛表面风干后，存在二次扬尘污染。
目前为有效抑制堆场货垛扬尘，港口除部分煤炭、矿石堆场采用抑尘剂外，大部分货场采用防尘网进行防护, 从而降低风将扬尘带出堆场的可能性。防尘网的材质主要为聚乙烯（PE）或聚氯乙烯（PVC），这两种塑料本身的耐紫外线和耐老化的性能较差，易风化、破损,需要经常更换，造成成本的增加[2]；而且在风速10m/s以上时，大量扬尘从抑尘网孔眼溢出，产生粉尘污染，抑尘效果会不理想；风化后的防尘网，形成不易降解的微塑料[4],为病毒、细菌等传播创造了生存条件，尤其是城市污水中微塑料的生态毒性可能更为严重，对土壤和水体甚至造成比扬尘污染更大的危害，形成二次环境污染[3]；港口的煤炭、矿石等专业化堆场货垛高达17米，货物周转快，采用防尘网苫盖，工作人员上垛安全风险高，人工成本高，苫盖材料损耗大，总体来看成本相对高昂。因此开发安全可降解的环保抑尘剂替代苫盖网势不可挡。
1材料与方法
1.1材料
市场购置绿色防尘网（规格80）、山港润抑尘剂SGR-HD01（日照海港装卸有限公司），恒温鼓风干燥箱（佐科DHG-9123A）、风速模拟平台（自主设计）、增力搅拌器（JJ-1A），原子吸收光谱仪（AAS8520）、散货堆矿物结壳硬度计（自主设计）、电子天平（0.01g）。
1.2样品准备
1.2.1配制抑尘剂溶液
将抑尘剂SGR-HD01与水按照1:100的体积比配制。将10g抑尘剂边搅拌边加入到1000mL水中，搅拌20min后备用。
1.2.2制备样品
（1）制备铁矿石样
将2000g粒径小于10目的铁矿石样，放置在长宽高200mm*200mm*50mm的不锈钢样品盘内，自然落体为锥形。将准备好的抑尘剂溶液按照2.0L/m2的使用量均匀喷洒在铁矿石样品表面，使其自然渗透、结壳干燥后用于性能测试。
（2）制备煤炭样
将1600g粒径小于10目的铁矿石样，放置在长宽高200mm*200mm*50mm的不锈钢样品盘内，自然落体为锥形。将准备好的抑尘剂溶液按照2.0L/m2的使用量均匀喷洒在煤炭样品表面，使其自然渗透、结壳干燥后用于性能测试。
1.3性能测试
1.3.1结壳硬度测试
用散货堆矿物结壳硬度计分别测制备好的铁矿石（煤炭）样品和没有喷洒抑尘剂的铁矿石（煤炭）样品的硬度，得到铁矿石样品喷洒抑尘剂前后表面硬度A。铁矿石（煤炭）样品喷洒抑尘剂结壳后表面硬度增加，增幅越大，抑尘时效越长。
1.3.2抗风性能测试
选取＜10目的铁矿石（煤炭）样品在烘箱中（50±2）℃的条件下烘180-300min，除去水分，在环境温度为（20±5）℃，湿度≤50%的条件下放置1h。取烘干的样品（铁矿石2000g、煤炭1500g）盛放于不锈钢样品盘内（长宽高200mm*200mm*50mm），使样品自由落体形成锥形。样品喷洒抑尘剂溶液或覆盖防尘网。
喷洒抑尘剂的样品在烘箱（50±2）℃条件下烘120min后放入风速模拟平台内，控制样品表面风速为（20.0±0.2）m/s，进行5min的吹蚀，观察样品表面固化层情况及称重，计算风蚀率E，E越大，抑尘效果越差：
—样品风蚀率；
W—托盘的质量；
—吹蚀前样品和托盘的质量；
—吹蚀后样品和托盘的质量。
1.3.3颗粒物浓度测试
选取＜10目的铁矿石（煤炭）样品在烘箱中（50±2）℃的条件下烘180-300min，除去水分，在环境温度为（20±5）℃，湿度≤50%的条件下放置1h。取烘干的样品（铁矿石2000g、煤炭1500g）盛放于不锈钢样品盘内（长宽高200mm*200mm*50mm），使样品自由落体形成锥形。样品喷洒抑尘剂溶液或覆盖防尘网。
喷洒抑尘剂的样品在烘箱（50±2）℃条件下烘120min后放入风速模拟平台内，控制样品表面风速为5m/s、10m/s、15m/s、20m/s，分别进行5min的吹蚀，吹蚀过程通过风速模拟平台采集PM10颗粒浓度C。C越大抑尘效果越差。
1.3.4重金属含量测试
按照HJ597、GB/T7466、GB/T7475、GB/T7485的方法，测量抑尘剂溶液中汞、铬、铅、镉和砷。按照GB/T5009.60-1995的方法检测绿色防尘网中汞、铬、铅、镉和砷含量。
2实验结果
2.1结壳硬度评价
由图1、2可以看出煤炭样品和铁矿石样品喷洒抑尘剂喷洒抑尘剂后除去样品本身的硬度外，随时间推移在逐渐风干的过程中，表面结壳从软壳到硬壳，结壳硬度逐渐增加。其中煤炭样品硬度增加148KPa，铁矿石样品硬度增加173KPa，说明抑尘剂能够与煤碳颗粒、铁矿石颗粒相互作用形成强度较高的固化层，起到抗击外部压力和阻隔与水及抗风抑尘的作用。
2.2抗风性能评价
由图3、图4可以看出，在风速20m/s下，样品颗粒10目以下时，使用绿色防尘网，无论样品密度大小均有比较大的风蚀率，细小颗粒从防尘网孔眼溢出产生扬尘污染。样品喷洒抑尘剂后，形成连续结壳，风蚀率0%，若存在结壳不连续，从不连续处会有样品颗粒飞出，总体风蚀率＜ 1%。因此，货垛喷洒抑尘剂形成连续结壳后，能控制扬尘产生，形成有效抑尘。
2.4颗粒物浓度评价
由图5、图6对比可以看出，喷洒抑尘剂形成连续结壳的煤炭、铁矿石样品在风速20m/s内风速模拟平台内PM10波动较小，与空气中颗粒物浓度相近；覆盖抑尘网的煤炭、铁矿石样品相同风速下PM10数值增幅较大，测试过程中覆盖防尘网的煤炭样品PM10浓度高达530μg/m3，产生大量肉眼可见的扬尘。喷洒抑尘剂后，由于抑尘剂对煤炭、铁矿石的保护作用，使得能够被风吹走的颗粒减少很多，因此空气中固体颗粒物浓度降低，同时减少货物损失。因此抑尘剂喷洒在散货堆表面形成的固化层对于散货有非常好的保护作用，大大降低了散货周围环境在自然条件下的粉尘浓度，既改善了环境，又节约了资源。
2.5重金属含量评价
样本 | 汞 | 镉 | 铅 | 铬 | 砷 |
抑尘剂 | ND | ND | ND | ND | ND |
注：ND=未检出（低于检出限）
经检测山港润抑尘剂（SGR-HD01）重金属均未检出，散装货垛喷洒抑尘剂后不会影响散装货垛品质，喷洒的抑尘剂可自然降解，在抑尘的同时实现了固体废物源头减量。绿色防尘网因其价格低廉故选用的原料多为瓶盖塑料，金属着色剂含量高，易对土壤、水体造成重金属污染，风化破损后的抑尘网，成为微塑料，在环境中难以降解，对土壤、水体产生比扬尘污染更大的危害。
3抑尘成本分析
通过对抑尘网市场调研，日照港常用抑尘网为80规格的瓶盖料，单价1.03元/㎡。常用抑尘剂为山港润抑尘剂（SGR-HD01）,喷洒服务价格为1.0元/㎡。从苫盖或喷洒一个矿石标准货垛使用的人工、设备、原料、保质期、效率等方面进行了成本分析。
以六万吨标准垛、面积0.5万平方米/垛，测算公式如下：
整垛苫盖费用=防尘网费用+设备人工费用-防尘网回收费用（以原价10%回收）
整垛苫盖费用=14床（20*30网）8652元+设备人工费用1906元-865.2元
抑尘剂喷洒费用=1.0元/m2*5000m2
通过计算得出使用防尘网苫盖一个标准矿石垛费用为9692.8元。，喷洒抑尘剂费用为5000元。喷洒抑尘剂比使用抑尘网苫盖节约4692.8元/垛，节约抑尘费用48.42%。周转周期短的散货堆货垛，喷洒抑尘剂具有经济成本低、效率高、方便快捷、现场作业安全风险小等优势。
4结语
1）通过抑尘剂室内试验及检测，表明抑尘剂属于环境友好型防尘措施，不会对土壤、水体、微生物产生污染，喷洒抑尘剂具有固化结壳硬度大、防风、抑尘效率高的性能。
2）通过在风速模拟平台内对样品覆盖抑尘网和喷洒抑尘剂后风蚀率和颗粒物浓度对比表明，使用抑尘剂能够做到风蚀率小于0.1%，大大降低由风力导致的粉尘浓度升高，起到减少货物损失、防风抑尘的作用；防尘网存在孔眼，不能完全密封，扬尘从孔眼溢出，风速越大抑尘效果越差。
3）从经济成本和安全的角度分析，周转周期较短的货垛喷洒抑尘剂均优于使用防尘网苫盖。
参考文献：
[1]上海交通大学硕士论文:李年亮.JA-NJ化学扬尘抑尘剂的研究(2014).
[2]杨旭东,张健敏,朱绍银,王征,崔笑晨,王丛瑞.新型环保抑尘剂替代传统防尘网控制扬尘污染的性能研究[J].山东化工, 2022,
[3]林木松,罗瑞冬,罗运柏,董金凤.新型抑尘剂的性能及工业试验研究[J]. 露天采矿技术,2016
[4]周小亮.合理组合“抑”尘不染[J]中国冶金报，2015
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