港口起尘影响因素分析及粉尘污染控制措施的问

　随着经济的快速发展，我国对能源和原材料（包括煤炭和矿石）的需求越来越大，目前形成了西煤东输、北煤南运、进口矿石急剧增加的局面。水路运输作为便捷、经济的运输方式，带动了我国港口的快速发展，但同时也引起了环境污染问题，尤其是矿石、煤炭等固体大宗散货在装卸、运输过程中的尘源扩散构成了港口粉尘污染的主体[1]，对港口环境造成影响。在当今全球共同应对气候及环境变化的背景下，减少温室气体排放、降低环境污染已成为国际社会的共同责任，发展“低碳绿色”经济正成为世界经济发展的新模式，控制粉尘污染已成为我国港口发展面临的重大课题。
　　2 港口粉尘污染类型与起尘影响因素分析
　　2.1 港口粉尘污染类型
　　港口粉尘污染主要是指固体散货中的微粒在风的作用下悬扬到空气中形成的污染，一般可分为静态污染和动态污染。静态污染是指堆场堆存以及洒落在道路和堆垛间隙的固体散货颗粒，在风的直接作用下，由静止状态转变为悬扬状态造成的粉尘污染；动态污染是指固体散货码头和堆场在装卸和输送作业过程中，固体颗粒在空中经过时受风力作用随风扩散形成的粉尘污染。
　　容易产生粉尘污染的常见固体散货码头有煤炭码头、矿石码头（铁矿、镍矿、铝矾土矿等）、水泥码头、粮食码头、散装化肥码头、杂货码头（木片，木薯干，沙石料等）。
　　2.2 港口起尘影响因素分析
　　2.2.1 货物种类和粒径影响
　　不同种类的货物由于物料容重的差异，起尘量相差较大。例如，煤的物料容重约635kg/m3，铁矿石约3800kg/m3，在同一工况下煤的起尘量远大于铁矿石。另外，对于同一物料，由于粒径的差异，起尘量也相差较大。南非铁矿石小于0.4mm的颗粒仅占5%，巴西铁矿石占14.8%，而澳大利亚铁矿石则高达27.9%，实验表明，对于粒径大于2mm的铁矿石颗粒一般不会起尘。
　　2.2.2 货物含水率影响
　　通常情况下，含水率越大，水分对于粉尘颗粒的粘结作用就越强，起尘量越小，反之起尘量越大。对于不同粒径的粉尘颗粒，含水率的影响不同，粒径越小，含水率的作用越明显。实验表明，当含水率较小时，起尘量随含水率的增加而降低很快，但当含水率大于某值时，起尘量变化出现拐点，之后随含水率的增加，起尘量变化很小。这个拐点处的含水率，就是在粉尘污染控制中洒水抑尘要求的控制指标。实验研究结果表明，煤炭含水率拐点为5% ～6%，铁矿石一般大于4%。
　2.2.3 风力影响
　　风力是起尘量的影响因素之一。颗粒的容重不同，其起尘风速也不一样。实验结果表明，铁矿石堆场的起尘风速约为6.0m/s，混合煤约为4.0m/s。自然含水率在3.2%以下时，风速小于4m/s，基本不起尘，当风速大于5m/s时一般会出现起尘现象，因此，在港口的日常管理中，风速4.5m/s一般作为堆场洒水抑尘的工作点。
　　2.2.4 储存方式影响
　　港口固体散货堆存有露天堆存和封闭储存两种方式。目前港口大部分固体散货（如煤炭、矿石等）采用露天堆存的方式，露天堆存时物料容易在风力作用下起尘，而封闭堆存不存在起尘条件，对粉尘污染控制起到很好的效果。
　　3 港口粉尘污染主要控制措施
　　固体散货码头主要产尘环节为设备物料落差起尘、皮带机振动起尘、风力扬尘、堆料机和堆取料机堆取料扬尘等。目前国内外港口粉尘控制的技术方法主要分为防尘（或抑尘）和除尘两类，以防为主，以除为辅[2]。按粉尘控制方式，可分为湿式抑尘和干式除尘两种。湿式抑尘主要有洒水抑尘、喷雾抑尘和干雾抑尘等方法，干式除尘主要有过滤除尘、离心除尘、静电除尘和真空清扫等方法。根据有关研究报道，国内外通常使用的各种防、除尘措施不下数十种，港口粉尘控制措施及其运行效果和各项经济技术指标比较情况见表1。
　　3.1 码头和堆场装卸过程粉尘污染防治措施
　　在码头和堆场装卸时，降低装卸过程中的落差高度， 并采用洒水抑尘或干式除尘等除尘方法，可降低粉尘污染。如在装卸船机头部设密封漏斗并加环行洒水喷头或设置干式除尘设备，以降低在装卸过程中的粉尘污染。在专业化港口码头和中转堆场的装卸中，采用专用的码头装卸船机和堆场堆取料机，由于在装卸落料处设有固定密闭和除尘设施，粉尘排放量得到了极大的降低。
　　3.2 港口物料输送过程粉尘污染防治措施
　　港口物料输送过程中的粉尘污染防治措施主要是运输皮带机加防尘罩、在皮带机转接点设置密封罩并增设联动洒水喷头或干式除尘等除尘设备、在火车翻车机卸车坑四周建维护隔离建筑物并在翻车机和落料口设置洒水喷头、皮带机采取分段传输并在转运房采用干式除尘方式等措施。
　　港口非专业化运输主要采用汽车运输和移动铲斗车倒运方式，是造成港口粉尘污染的主要原因之一，而专业化固体散货码头和中转堆场采用密闭或半密闭输送方式，降低了散货物料从港口码头到堆场运输过程中的粉尘污染。
　　3.3 堆场粉尘污染防治措施
　　3.3.1 喷洒水措施
　　堆场可通过设置洒水喷枪或喷雾喷头，定期洒水、喷雾，用于堆场抑尘。喷洒水作用在于湿润空气，增加空气中的水分子含量，使其与粉尘颗粒相互碰撞吸附后，形成大的颗粒加速沉淀，从而抑制堆场装卸作业过程中的动态起尘。同时在大风来到之前，应增加堆场和道路的洒水频次，并停止装卸作业，对堆垛加篷布苫盖，从而控制大风起尘。另外，对于北方堆垛时间较长的煤（矿）堆，可采用冬季人工造雪的方法。冬季采用迎风面铺雪抑尘，该方法不仅抑尘效果好，而且还可节省大量水资源。目前该法在天津港已经应用。据实测资料，在环境温度零下2摄氏度时，1吨水（1立方米）可形成2.5立方米的雪，除尘体积增大了2.5倍。日照港[4]已投入 200 余万元自主研发了移动式造雪车，利用造雪车形成的水幕对易起尘作业点进行立体控制，有效降低了装卸作业扬尘的产生。
　　3.3.2 露天堆场设置防风网
　　防风网是一种多孔障碍物， 一般设置在固体散货堆场四周。防风网由于背风面形成了低风速区，从而有效控制堆场区域内的风流场，减小堆场区的风速及风流场的紊流度，减少了堆场起尘。防风网有防风和捕捉粉尘两种功能。防风网防风和捕尘情况见示意图1和2。
　　目前国内外的防风网技术发展日趋成熟，日本、加拿大对煤炭堆场的防风网已广泛使用。交通部天津水运工程科学研究院在采用风 洞试验结合数值模拟等方法对防风网核心技术进行了深入广泛的研究[3]。根据风洞试验结论，设置防风网并结合喷雾等湿法除尘，抑尘率可达90%以上。
　　根据风洞试验和模拟计算结果，防风网的减风效果与板材的截面形式、开孔率等参数有关。防风网一般板厚约为1.0～2.0mm，开孔率40%～60%，开孔直径1～6mm，网板包括镀铝网板、玻璃钢网板、塑料网及纤维网等，网高一般取1.1～1.3倍的遮蔽高度，风速衰减程度可达到30%～70%，抑尘率为40～60%。防风网的最佳遮蔽区域在距离防风网2倍至3倍网高处，在距防风网6倍网高距离范围内，风速折减效果明显，最大折减率可达80%左右，另外在距离防风网相同距离处，距地面越近，遮蔽效果越好，在0.8倍网高以下，遮蔽效果良好，0.8倍网高以上，遮蔽效果不明显。在防风网设计时，网高至少应高于1.2倍的堆垛高度。
　　目前我国北方港口，如曹妃甸港、京唐港和黄骅港等港口在煤炭、矿石等固体散货堆场已设置了防风网。近期通过环保部审批的固体散货码头项目的散货堆场均将设置防风网。图3为黄骅港已建煤码头堆场的防风网。
　　图1 防风网防风示意图
　　图2 防风网捕捉粉尘示意图
　　图3黄骅港已建煤码头堆场防风网
　　3.3.3 筒仓堆存
　　筒仓堆存由于堆取料作业为封闭操作，且筒仓内部设置除尘器，彻底解决了煤炭露天堆存以及堆取料作业时由于风力作用引起的煤炭起尘问题，粉尘治理效果显著。筒仓占地面积小，为常规堆场的50%，筒仓内无大型堆取料设备，同时由于筒仓内煤炭"先进先出"，避免了传统堆场煤炭"先进后出"，煤炭由于堆存时间过长而容易产生的自燃现象[4]。
　　目前煤筒仓堆存工艺在大型热电场和煤矿已得到广泛应用，而由于受工程投资和安全生产等因素的制约，储煤筒仓在国内外港口应用较少。目前我国黄骅港（煤炭港区）三期工程正在建设的24 个总容量约为 72 万吨的煤炭筒仓，开创了世界港口筒仓储配结合模式之先河[5]。另外，目前正在开展前期工作的黄骅港（煤炭港区）四期工程也将采用筒仓的储煤方式。图4为黄骅港在建煤筒仓。
　图4黄骅港在建煤筒仓
　　3.4 港区内道路降尘
　　固体散货码头可配备洒水车和清扫车，用于港口道路、堆场的日常除尘、抑尘，防止二次扬尘。对于装卸容易受水渍影响的散货码头，如粮食、水泥码头，可使用真空吸尘车用于降尘。
　　在港区内道路两侧种植树木绿化也可起到降尘作用。在绿化布置及树种选择上宜保持与周围环境协调，同时在不影响工艺布置和生产管理的情况下，应尽量提高厂区内的绿化系数。
　　4 港口粉尘污染防治建议
　　首先，应进行合理的港口选址及平面布置。港口选址应符合相关规划，与环境敏感区保持一定距离。煤炭、矿石码头的总体布局应综合考虑粉尘防治的需要，码头、堆场应布置在全年主导风向的下风向。港口煤炭、矿石码头应集中布置，与其他货种码头分区设置并保持必要的防护距离或设置隔离防护设施。
　　其次，加强港口运营管理。完善运营管理制度，制定生产指挥、装卸作业和堆存管理等各个环节的生产作业指导书，确保粉尘治理工作标准化、制度化、经常化。通过管理手段，保证除尘设施的正常使用、对破损的密闭设施和除尘设备及时修复、对码头和道路等场所洒落的物料进行及时清扫，防止二次扬尘。
　　另外，加强港口粉尘浓度监测。在大型固体散货码头和物料起尘点设置浓度监控设施，对粉尘浓度进行实时监测，以掌握港口防尘抑尘措施的有效性，根据监测结果及时开启喷雾、洒水等降尘措施。结合监测结果，加强对堆场防风网抑尘效果，及不同气象条件下堆场起尘情况的研究，根据研究结果，进一步采用合理的降尘方式。
　　5 结语
　　港口粉尘污染具有点多面广、阵发性和开放性强的特点，因此需要遵循综合防治的原则，从各个环节进行粉尘污染控制。合理进行港口选址、布局，强化运营管理，优先选用技术成熟、经济可靠的技术设备，全面落实环保要求，使港口发展与环境保护协调发展，才能从根本上控制港口粉尘污染，建设绿色生态港口。
　　参考文献
　　[1]田振涛，于嘉.加强粉尘治理 打造绿色港口.港口经济，2011（1）：39～40.
　　[2]郭珊，詹水芬等. 煤炭港粉尘污染防治技术综述.水道港口，2006，27（1）：40～44.
　　[3]吕庆新，洪宁宁等. 港口粉尘污染防治技术研究进展.水道港口，2008，29（6）：451～452.
　　[4 ]宋桂江.黄骅港三期筒仓工艺及安全监测技术研究及应用. 中小企业管理与科技，2012（7）：113～116.
　　[5]王小马 马海深.神华黄骅港务公司筒仓配煤问题研究.神华科技，2012，10（4）：80～82.
　　收稿日期：2013-1-28
　　作者简介：常红（1979-），女，工程师，摘要从事环境影响评价工作.