HS型扬尘表面覆盖剂的研究与应用

中国环境学会  2011年 03月30日

  黄相国  王维宽  郑玉峰  刘志群  佟伟刚 (沈阳环境科学研究院  沈阳110016)
   
  摘  要  本文介绍扬尘的种类和来源,扬尘产生的环境污染和危害,研究开发了HS型扬尘表面覆盖剂新产品,针对应用情况分析了经济效益和环境效益。
  关键词   扬尘    扬尘覆盖剂    污染治理 
   
  Abstract  This article describes the types and sources of dust, environmental pollution and hazards generated by dust, research and development new products of the HS-type dust surface covering reagent, analysis of economic and environmental benefits for the application.
  Keywords  dust  dust covering reagent  pollution governance
   
  沈阳市城市空气质量现状表明大气总悬浮颗粒物(TSP)是沈阳市的首要空气污染物。TSP主要来源于煤烟尘、扬尘以及机动车尾气尘。其中,扬尘占50%左右,是影响我市大气质量的主要因素之一。因此,只有有效地抑制扬尘,特别是有效地抑制粒径较小的可吸入性颗粒物扬尘,才能确保环境空气质量全面达到国家二级标准。
  本文介绍了HS型扬尘表面覆盖剂的研究与开发、并结合应用情况进行了经济效益与环境效益分析。


  扬尘的产生及危害
 

  扬尘来源
  施工作业扬尘:包括拆迁工程、建筑施工工程、市政施工工程引起的扬尘,
  运输遗洒扬尘:流散物料运输途中,遗洒及散落的扬尘,
  道路交通扬尘:日夜穿梭的车辆引起的路面扬尘、汽车尾气、环卫清扫产生的二次扬尘,
  风力扰动扬尘:裸露地面和裸露树坑、裸露堆放物(储灰场、煤堆、渣堆等)被大风刮起的扬尘,
  环境事故扬尘:厂矿企业生产事故排放烟尘、生产车间面源扩散的粉尘。
 

  扬尘的环境污染
  扬尘中的颗粒物能够散射太阳光,对大气能见度造成影响,给交通和市民的生活带来不便;同时影响植物生长,破坏生态平衡;扬尘颗粒物经风雨淋在地表水体内大量富集,易导致地表水及地下水污染,不仅造成极坏的社会影响,而且给国家和企业造成极大的经济损失。
  扬尘中50~80%的颗粒物属于可吸入性颗粒物,这些颗粒物常常含有经过再次凝结形成的有机物、硝酸盐、重金属等,他们可以通过鼻腔和咽喉进入肺部,引发尘肺病。尤其是多环芳烃,使得癌症的发病率升高,严重影响了人们的身心健康[1]-[3]。


  扬尘的危害
  (1)与灰尘相关的疾病:癌症;哮喘;过敏症;病毒和毒素引起的疾病。
  (2)灰尘毒素:EPA研究证明,有108种毒素与灰尘污染有关。
  (3)灰尘腐蚀:腐蚀设备造成设备机器的损坏、使建构筑物等产生裂缝,增加维修费用[4]。


  国内外扬尘治理技术现状


  2.1国外现状
  国外在化学抑制剂方面作了不少工作,如前苏联、美国、英国、加拿大等国家均有大量的相关报道,其中著名的有美国Coherex抑尘剂、前苏联的乌尼维尔辛乳状抑制剂、英国的Dust-A-Tac抑尘剂等。
  当今,研制开发高性能、低成本、工艺简单的表面覆盖剂,已成为国内外控制扬尘污染的重要方向,日本、美国、德国、韩国都在致力于表面覆盖剂的研究与应用,且取得了令人鼓舞的成果[5]。
 

  2.2 国内现状
  在化学抑尘材料的研究应用方面,我国目前还处于起步阶段,有些研究单位虽然已经研制出化学抑尘剂,但由于种种原因,实际应用的不多。我国近几年来开发应用的覆盖剂技术有HG系列贮灰场专用表面覆盖剂、MCA抑尘剂、CH抑尘剂、石灰类粉煤灰固化剂、复合型覆盖剂等等[6]。上述扬尘覆盖剂,主要是针对大型电厂贮煤场、粉煤灰堆放场的覆盖,应用领域有限。而用于抑制建筑扬尘,道路交通扬尘、裸露地面和裸露树坑扬尘等综合性扬尘覆盖剂的报道很少。
 

  HS型扬尘表面覆盖剂研究


  3.1 HS型扬尘表面覆盖剂性能指标
  HS型扬尘表面覆盖剂成本低、适用范围广、无二次污染,具有抗风、抗水、耐候等性能,原料来源广范、施工简便。
  产品主要技术性能指标如下:
  外  观:灰色或乳白色液体
  固含量(%):5-10
  粘  度(pas ×10-3):10~150
  PH  值:6~9
  防尘效果(%):≥95
  耐风等级(级):≥7


  3.2性能实验
  3.2.1抗压强度实验
     将不同的原材料、辅助材料、优选的配方等分别配制成浆液,在Φ50×10的圆盒内分别浇注同样的干砂土,制作成大量的试验样快,养护21天后用变形压力实验仪测试固化试验快自受压至试样快裂纹、破碎后的最大变形值,绘制变形与压力对应关系曲线,计算出抗压强度(见表1)。
  表1  主要原料固化块抗压强度测试结果

  原料代号

抗压强度/MPa

AB

4.25

BB

2.12

C10

1.77

AB10+4C10

1.64

BB10+4C10

1.44

AB10+4D10

0.98

BB10+4D10

0.93

  注:AB、BB、C、D分别代表4种原料,C10代表C成分的含量为10%。


  3.2.2耐水性实验
  将试验样快称重后置于水中浸泡,浸泡12小时后,取出风干12小时,观察表面固结情况,并测定其抗压强度,并与对照样进行比较(见表2)。
  表2  水稳定性试验结果

  配方

浸水试快强度/MPa

对照样强度/ MPa

水稳系数

HSFG-1

1.18

1.3

0.91

HSYH-1

1.88

2.0

0.94

HSFG-2

2.2

2.3

0.96

HSYH-2

3.3

3.4

0.98

HSYH-3

6.0

6.0

1.0

  

  3.2.3耐风性实验
  本试验是针对喷洒覆盖剂的煤堆和未喷洒覆盖剂的砂堆、煤堆进行的起尘量测试试验。
  试验风机为:高离心低噪声中压风机,型号:CER-75。该风机经辽宁省气象仪器检定供应站用专用轻便风速表标定。利用已标定好的风机对湿煤、干灰、煤堆、砂堆等进行模拟大风天气实验,实验结果如表3。
  表3  模拟大风天气实验结果对照表

  试验对象

 距离(m   风速(m/s

喷洒覆盖剂

起尘量

对照组起尘量

% M)(mg/cm2.min

湿煤堆

11.25   1714

0

2.03% 122.2

粉煤灰

1.251.5  1411

1.0 66

6.61% 441.0

干砂堆

1.251.5 1411

0.5 4.5

4.76% 74.10

  

  3.2.4耐候性实验
  在选择覆盖剂原料时,充分考虑了原料的耐候性,所选用的辅助填料也考虑了耐候性,单从主要原料来看,每种原料的耐候性至少在室外耐用三年,因此,在配方中又考虑了添加降解剂来调整整个覆盖剂的使用寿命。从应用实验的效果来看,经历60多天后,连续覆盖的表面几乎无开裂、剥落等现象发生,说明覆盖剂的耐老化性能良好,能达到使用要求。
 

  3.3 应用示范及性能评价

  应用示范试验:覆盖面积约1000 ㎡;覆盖期3个月,其中:经历21天雷阵雨天气,15天4~5及以上风天,24天强紫外光照射的天气。实践证明不论是裸露地面还是煤堆,喷洒HS型扬尘表面覆盖剂后,经过了多次雨水的冲刷,其抑尘效果依然如初。


  3.3.1覆盖剂与土壤、煤、渣、砂相结合的性能比  
  从图1中可以看出:同一覆盖剂覆盖土壤、灰渣、煤堆、砂堆等不同对象时,覆盖层的抗压强度相差很大,土壤覆盖层的抗压强度最大,砂堆覆盖层的抗压强最小,煤堆与灰渣覆盖层的抗压强度居中。
  分析表明:土壤的颗粒之间有一定的粘附性,在湿润状态时呈连续的薄膜状,因此再在覆盖剂的作用下,形成坚硬的覆盖层,具有很高的抗压强度。砂堆因为沙砾之间表面光滑、彼此之间无粘附性,只有靠大量覆盖剂中成膜剂的粘附作用,才能使沙砾之间相互粘接形成硬化层。煤堆、灰渣堆,因即有大的颗粒物,又有微细粉尘相互混杂在一起,物性介于土壤与沙砾之间,覆盖剂用量适中。


  3.3.2试验强度与寿命的关系
  从图2中可以看出:覆盖层的抗压强度与覆盖层的寿命成正比,覆盖层的抗压强度≤2MPa时,使用寿命非常短;覆盖层的抗压强度2≤4Mpa时,使用寿命随抗压强度增加而增大;覆盖层的抗压强度增加到4MPa以上时,使用寿命显著增加。


  3.3.3覆盖剂成本与覆盖层抗压强度的关系
  从图3看出:抗压强度在4MPa以下时,经正偏差效正后二者呈良好线形关系,也就是说要达到理想的抗压强度,覆盖剂的单位成本还有下降的可能。当抗压强度大于4Mpa时,单位成本几乎是定值,也就是说在要求高强度覆盖时更能显示出该覆盖剂自硬性材料的优势。因此,同沥青、水泥、水、无纺布、绿网覆盖相比,HS型扬尘表面覆盖剂是最经济的覆盖方案。


  费用及效益分析


  4.1 费用分析
  按喷洒量1.0㎏/㎡计:原料成本及施工费合计为2.0元/㎡。
 

  4.2效益分析
  4.2.2经济效益分析
  生产规模:2万吨/年
  销售收入:2000万元/年
  利    润:268万元/年
  税    金:132万元/年
 

  4.2.3 经济与环境效益分析
  施工工地和拆迁工地普遍都采用洒水的办法来抑制扬尘,不停地浇水,不但浪费人力,而且浪费水资源,水容易蒸发,防尘效果就要打折扣。HS型扬尘表面覆盖剂的问世,应用在地面,效果在天空。
  (1)与我市普遍采用的防尘网相比可节约费用:0.5~1.5元/㎡。
  (2)沈阳市每年用煤1000多万吨,根据环境排放因子经验公式计算,每年因风蚀或大风刮走达400吨/年。如果全部采用HS型扬尘表面覆盖剂覆盖,表面形成固化层按减少损失90%计算,则减少扬尘360吨/年,节约费用为360吨*500元/吨=18万元。
  (3)根据扬尘排放因子初步估算沈阳市一年约排放扬尘7万吨左右,HS型扬尘表面覆盖剂覆盖率按50%计,则每年至少减排抑尘:7*0.5*0.95=3.325万吨。


  研究结论
 

  (1)HS型扬尘表面覆盖剂能与污染源形成一定强度的固化层,固化层具备抗雨水冲洗、抗风、耐侯等性能,能有效地抑制可吸入粉尘(粒径≤10μm)的扬起。
  (2)固化层的强度与HS型扬尘表面覆盖剂的用量成正比,按照喷洒量1公斤/平方米计,喷洒HS型扬尘表面覆盖剂后半年内,6、7级大风也无法卷起尘土,防尘效果达95%以上。
  (3)HS型扬尘表面覆盖剂对建筑工地、房屋拆迁场地、市政施工工地、料场、煤堆、裸露地面、裸露树坑等易产生扬尘的领域均适用,并能实现大面积连续覆盖,覆盖时不受场地形状限制,使用方便。
  (4)HS型扬尘表面覆盖剂的原料均为无毒无害物质,没有任何二次污染成分,在使用中对人们的健康和环境都没有任何影响,属环境友好产品;在环境中不但可以自行分解、还可通过调整降解剂的加入量,来控制覆盖剂在1个月至1年之内降解。
   
  参考文献
  [1]寿越穗.铁路煤场扬尘及防治[J].铁道劳动安全卫生与环保,1996 / 02 P 95-96
  [2]李增高等 控制扬尘污染措施探讨[J].山东环境,2002 / 107 / 01 P 26
  [3]王玉君 胡明. 试论建筑扬尘污染控制对策[J]. 河北环境科学, 2003 / 03 P 19-23
  [4]周军 陈元.城市大气中PM2.5污染控制的意义和途径[J].甘肃环境研究与监测,2003 / 16 / 01 P 29-31
  [5]吴超.近十年世界抑尘剂成果评述[J].金属矿山, 1996 / 246 / 12 P 37-41
  [6]陈军良.国内外路面扬尘技术研究现状与评价[J].矿冶,1998 /  01 P 8-13
   
  作者简介:黄相国,男,1963年生人,内蒙古赤峰人,高工,1988年毕业于沈阳化工学院,从事环氧树脂新产品开发工作多年,获市科学技术进步奖2项;现于沈阳环境科学研究院从事超临界流体分解废塑料的技术研究,大气污染防治,危险废物收集、焚烧处置等工作,发表论文数10多篇。
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