史慧文

(山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)河曲舊縣露天煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036500)

河曲舊縣露天礦田位于河曲縣城東南部27km，行政區(qū)劃隸屬河曲縣舊縣鄉(xiāng)管轄。該礦田南北長8.260km，東西寬5.620km，面積24.9536km2，地質(zhì)資源/儲量263.12Mt。隨著該礦生產(chǎn)強(qiáng)度的加大和機(jī)械化水平的日益提高，粉塵污染也日趨嚴(yán)重。粉塵顆粒物已經(jīng)成為影響礦山局部范圍空氣質(zhì)量的主要污染物。

1 粉塵污染和危害分析

1.1 粉塵來源分析

河曲舊縣露天礦粉塵污染的主要來源包括運(yùn)輸設(shè)備、電鏟采裝、鉆機(jī)穿孔和爆破作業(yè)產(chǎn)生粉塵等。大型載重卡車和普通載重卡車等運(yùn)輸設(shè)備反復(fù)碾壓道路上的顆粒物，使其小于一定粒徑后，隨著氣流變化漂浮進(jìn)入空中，形成粉塵。運(yùn)輸設(shè)備粉塵的產(chǎn)塵量占據(jù)了該露天礦山開采作業(yè)的首位，是其他污染源的7～8倍。因此，控制運(yùn)輸路面的粉塵濃度就成為該礦山抑塵的首要任務(wù)。

1.2 粉塵污染危害

露天礦運(yùn)輸車流量密集，塵土不斷受到車輪沖擊力和氣流變化的激擾，懸浮于空中或隨風(fēng)飄蕩。粉塵濃度高時，能見度不足2m，妨礙司機(jī)的安全駕駛，容易造成撞車或翻車等事故，直接危害礦山的安全生產(chǎn)，增加開采成本支出。路面粉塵組分的分析表明，粉塵中的PM10、PM2.5顆粒較小，比表面積大，容易富集有害元素和有機(jī)化合物，粒徑小于PM2.5的顆粒會沉積于肺泡內(nèi)，這些都會嚴(yán)重?fù)p害礦山工作人員的身體健康。有害粉塵長期在大氣中滯留或隨風(fēng)飄散還會污染露天礦山的周圍環(huán)境，破壞生態(tài)系統(tǒng)。另外，粉塵進(jìn)入運(yùn)輸設(shè)備車體內(nèi)，會縮短發(fā)動機(jī)的使用壽命，增加油耗、保養(yǎng)及維修費(fèi)用，無形中降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 路面化學(xué)抑塵劑的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的露天礦山路面防塵方法是用灑水車灑水，該方法簡單、方便，且單次費(fèi)用低，很多煤礦至今仍在使用。露天礦山多為碎石或矸石與土質(zhì)混合路面，在夏季或干旱炎熱地區(qū)，需要頻繁地使用灑水車灑水才能保持路面濕潤，但是由于水的抗蒸發(fā)性差，噴灑一次只能保持30min左右。如果灑水不及時，灑水量不夠，路面處于干濕交替狀況，那么路面粉塵含量將增多，路況更加惡化，不僅達(dá)不到抑塵效果，還浪費(fèi)大量水資源。單純?yōu)⑺龎m的總體效果不理想，并非高效節(jié)約的除塵方法。一般認(rèn)為，采用化學(xué)抑塵劑控制粉塵切實(shí)可行，應(yīng)用實(shí)踐也證實(shí)使用抑塵劑的總體效果比較理想。

現(xiàn)在的化學(xué)抑塵劑基本分為潤濕型、吸濕型、黏結(jié)型、吸水型和復(fù)合型。單一的抑塵劑效果不理想，復(fù)合型抑塵劑的抑塵效率高，抑塵效果優(yōu)越，適用范圍廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著社會環(huán)保投入的加大和各種化工產(chǎn)品的迅速發(fā)展，價格低廉、無二次污染、抑塵周期長、抑塵效果優(yōu)良的新型道路抑塵劑會越來越多地進(jìn)人們的視野，特別是超強(qiáng)吸水材料和各種表面活性劑的應(yīng)用為道路抑塵劑的研究提供了新的思路和方向。

3 復(fù)合型道路抑塵劑的實(shí)踐應(yīng)用

為了解決河曲舊縣露天礦的粉塵污染問題，該礦決定采用一種復(fù)合型道路抑塵劑進(jìn)行現(xiàn)場噴灑試驗(yàn)，取得良好的試驗(yàn)效果。

3.1 復(fù)合型道路抑塵劑的性能

該工程所試驗(yàn)的道路抑塵劑含有機(jī)高分子材料，是一種極好的親水性物質(zhì)，羥基與水形成氫鍵，降低水分子不規(guī)則運(yùn)動的動能，使其不易從水面揮發(fā)蒸發(fā)，合理調(diào)配混合功能性助劑，構(gòu)成穩(wěn)定性高的多組分水溶性體系。通過常用的灑水車直接噴灑于抑塵的路面，快速滲透后黏結(jié)粉塵顆粒物，與路面固結(jié)、融合，形成有一定厚度、韌性和濕潤的“外衣”，提高捕塵性能；將細(xì)小的粉塵顆粒聚合成較大的粉塵顆粒，抑制可懸浮粉塵。

復(fù)合型道路抑塵劑材料的特點(diǎn)：（1）良好穩(wěn)定的保水性，對粉塵有良好的潤濕性；（2）本身具有吸水性，不易揮發(fā)，抑塵時間持久；（3）工藝流程簡明，生產(chǎn)設(shè)備簡單，投資少；（4）噴灑方法方便靈活，設(shè)備簡捷，適用性廣；（5）運(yùn)輸和儲存過程中不黏結(jié)、不變質(zhì)、不腐敗、不燃燒；（6）抑塵效果好，有效抑塵期長；（7）大量節(jié)約水資源和燃油，節(jié)能降耗；（8）提高發(fā)動機(jī)壽命，延長卡車大修期，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

3.2 抑塵劑抑塵模擬試驗(yàn)

3.2.1 吸濕保水性試驗(yàn)

取50g烘干的運(yùn)輸路面塵樣置于蒸發(fā)皿中，將15mL溶液灑到塵樣上，待其全部潤濕后，置于室內(nèi)，做吸濕抑塵試驗(yàn)。以相同情況下純水塵樣作為對照試驗(yàn)。室溫：19～27℃；相對濕度：27%～35%。

從圖1可見，純水制作的塵樣，靜置到32h后，含水量降到4%，幾乎失去除塵能力。而含抑塵劑樣靜置32h后吸濕量降至7.4%，46h后仍然能保持在5.2%，其表面有板結(jié)現(xiàn)象，而且含濕量越少板結(jié)越明顯，可見抑塵劑具有良好的吸濕保水性，能長時間保持有效含水率，最終達(dá)到抑塵效果。

圖1 抑塵劑含水率與時間關(guān)系圖

3.2.2 高溫抗蒸發(fā)性試驗(yàn)

取50g烘干的運(yùn)輸路面塵樣置于蒸發(fā)皿中，將15mL溶液灑到塵樣上，待其潤濕后，置于提前恒溫為50℃的電烘箱里。按同樣的比例制作純水塵樣按同樣的條件作為對照試驗(yàn)。并跟蹤監(jiān)測烘箱內(nèi)溫度變化，用蒸發(fā)率和時間關(guān)系來表示抑塵劑塵樣的抗蒸發(fā)性。

由圖2可見，水樣抗蒸發(fā)性差，在3h后已經(jīng)趨于恒重。而抑塵劑樣抗蒸發(fā)性明顯，5h才恒重，蒸發(fā)時間比純水提高67%，可見抑塵劑有明顯的抗蒸發(fā)性。

圖2 抑塵劑蒸發(fā)量與時間關(guān)系圖

總之，由抑塵劑吸濕保水性好和強(qiáng)高溫抗蒸發(fā)性說明抑塵劑具有有效的防塵能力。

3.3 放大試驗(yàn)

3.3.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

該試驗(yàn)在河曲舊縣露天礦主干道路35×3km路面上進(jìn)行，選取了一段有一定傾斜度、日照充足、通風(fēng)和重型車輛比較密集的具有代表性路面進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，等連續(xù)三天晴天后開始試驗(yàn)，用稱重法研究了現(xiàn)場試樣的含水率，測塵儀測量了粉塵含量。將抑塵劑和水按1:1加入攪拌罐中，攪拌30min后，用泵抽至灑水車內(nèi)，按照日常灑水強(qiáng)度在試驗(yàn)路段來回均勻噴灑。

3.3.2 試驗(yàn)測試方法

（1）粉塵含量對比

為了能真實(shí)地反映河曲舊縣露天礦現(xiàn)場抑塵情況，在試驗(yàn)路面等距離選取三個采樣點(diǎn)（離左邊同距離），通過設(shè)置一天內(nèi)的采樣時間和采樣間隔，讀取每次粉塵含量取平均值作為當(dāng)時實(shí)際粉塵含量。本次試驗(yàn)要求分別測試不處理路面、灑水路面、灑抑塵劑路面。設(shè)置測定儀為當(dāng)天的10：30開機(jī)，連續(xù)4h監(jiān)測，設(shè)置采樣流量為100L/min。所測數(shù)據(jù)見表1。

表1 三種路面粉塵含量統(tǒng)計表

從表1可以看出，在不除塵情況下，路面粉塵含量很高，是工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（10mg/m3）的16.6倍；在4h灑水3次的路面，粉塵含量達(dá)到13.4mg/m3，是工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的1.34倍；噴灑抑塵劑后粉塵含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

（2）抑塵劑有效抑塵時間試驗(yàn)

按照日常灑水在試驗(yàn)路面灑抑塵劑，每天取樣測含水率，A表示9：30，P表示16：30，1代表灑抑塵劑路面含水率，2表示第五天16：30在灑抑塵劑路面補(bǔ)水后路面含水率，得出灑抑塵劑路面含水率隨時間的變化關(guān)系如圖3所示。由圖3可知，灑抑塵劑路面至少可以抑塵3.5d，補(bǔ)水后又可以維持2d。但只灑水防塵不到30min就失去抑塵效果。

圖3 灑抑塵劑路面含水率與時間關(guān)系

總之，從粉塵含量和抑塵劑有效抑塵時間可以看出，工業(yè)性試驗(yàn)和模擬試驗(yàn)一致，說明抑塵劑除塵是露天礦除塵可選方法。

3.4 現(xiàn)場試驗(yàn)及效果分析

按照設(shè)計的噴灑量，在試驗(yàn)路段進(jìn)行了為期一個月的現(xiàn)場噴灑試驗(yàn)。噴灑抑塵劑的第一天，路面形成一層薄膜；第二天，形成了一層較厚的硬化層，車輛路過不起塵；以后觀察現(xiàn)場情況適時補(bǔ)水或噴灑抑塵劑。

3.4.1 粉塵污染含量數(shù)據(jù)對比

試驗(yàn)路段噴灑抑塵劑和單純?yōu)⑺蹓m含量對比見圖4。

圖4 試驗(yàn)路段噴灑抑塵劑和單純?yōu)⑺蹓m含量對比

從圖4可以看到，噴灑抑塵劑的路段粉塵污染含量在2.5mg/m3以內(nèi)，而灑水路段大多在7.2～13.6mg/m3之間，兩者的抑塵能力相差很大。不進(jìn)行抑塵路段粉塵污染含量為30mg/m3。

3.4.2 路面水分含量數(shù)據(jù)分析

通過對試驗(yàn)路段噴灑抑塵劑和單純?yōu)⑺访媸蕯?shù)據(jù)對比分析可以得到，噴灑抑塵劑的路段水分含量保持的時間長，含水量變化幅度小，灑水路段剛灑水時含水量高，但不到半個小時水分就幾乎蒸發(fā)掉。總之，本次試驗(yàn)從路面粉塵污染含量和路面水分含量等方面與正常灑水路段對比，噴灑抑塵劑試驗(yàn)路段體現(xiàn)出比較明顯的綜合抑塵效果。

4 改進(jìn)措施分析

河曲舊縣露天礦道路抑塵劑的實(shí)踐應(yīng)用表現(xiàn)出非常明顯的綜合抑塵效果。結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用過程，還可以進(jìn)行以下的改進(jìn)措施：（1）開發(fā)新型表面活性劑，增加對粉塵的潤濕效果。（2）根據(jù)不同土質(zhì)和路面狀況，研究不同系列的滲透劑，提高使用效益。（3）設(shè)計合理的噴灑方案，以最小的噴灑量，獲得最長的抑塵周期。（4）與噴灑抑塵劑道路周邊環(huán)境一起治理粉塵，方能有最佳的空氣質(zhì)量。（5）抑塵技術(shù)的推廣必須兼顧經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。