混凝土搅拌站粉尘污染与绿色化治理技术分析

2020-04-22杨魁，张涛，刘敏

建筑机械 2020年3期

杨魁，张涛，刘敏

（1. 四川建筑职业技术学院，四川德阳 618000；2. 四川省建筑业协会混凝土分会，四川成都 610041）

预拌混凝土搅拌站粗放式生产中不可避免地向周围环境排放大量粉尘，不仅破坏环境、严重危害人们的健康，还会加速机械设备磨损，缩短精密仪器的使用寿命。因此，实时监测和控制搅拌站粉尘的外溢，对于确保从业人员和附近居民生命健康、预防事故的发生，进而实现企业绿色转型意义重大[1]。目前搅拌站的传统除尘工艺，若按照粉尘重量计算，其除尘效率达90%以上，基本满足除尘设备额定要求。但若按照粉尘颗粒的规格、数量来评价，其除尘效率还不足10%。因为粒径在5µm以下的“呼吸性粉尘（即细颗粒物PM2.5）”几乎全部逃逸[2-3]。系统分析这些可吸入和细颗粒粉尘的产生、运动规律，对其实现有效捕集非常必要。

1 传统混凝土搅拌站粉尘分析

1.1 粉尘来源和特征

混凝土搅拌站排放的粉尘全部来源于生产过程，有5个工艺环节容易产生扬尘污染：砂石料场区；砂石称量和运输区；粉料上料、称量和运输区；混凝土搅拌区。从生产过程进一步分析，大量粉尘发生在以下4个生产环节[4]：

（1）运输车倾卸砂石料、装载机上料以及机动车运动中产生扬尘。

（2）皮带运输端头的落料处和砂石料自料仓落入皮带时产生扬尘。

（3）粉料上料进入筒仓、投料进入储料斗时产生扬尘。

（4）过渡仓物料投进搅拌机时产生扬尘。

按粉尘粒径分布，将混凝土搅拌站内粉尘分为4类[5]：

（1）粗尘，指粒径大于40µm的粉尘。其粒径及质量较大，很容易在空气中沉降。常规除尘设备容易全部收集。

（2）细尘，一般指粒径在10 40µm之间的粉尘。这种粉尘在光线好的情况下人眼可以直接观察到，在无风流动的空气中可自由沉降。正常运行的除尘设备能够正常捕集。

（3）微尘，一般指粒径在0.25 10µm之间的粉尘。这种粉尘用光学显微镜可以看到，在无风空气中可缓慢沉降，而有风时可随气流飘散到很远。单一除尘设备捕集效果有限。

（4）超微尘，一般指粒径小于0.25µm的粉尘。这种粉尘需要用电子显微镜才可以观察到，在无风空气中作布朗扩散运动，很难沉降。采用多重除尘技术组合的收尘系统可获得预期效果。

按照JGJ/T328-2014《预拌混凝土绿色生产及管理技术规程》中定义，微尘和超微尘也称为可吸入颗粒和细颗粒，即PM10和PM2.5颗粒粉尘[6]。

1.2 生产性粉尘控制现状

在各级政府推行的“环保风暴”态势下，无力达到粉尘排放控制要求的，位于一、二线城市的混凝土搅拌站已经关闭或者停产改造。能够正常经营的搅拌站，其生产性粉尘排放已基本达标，即厂界生产性粉尘中的可吸入颗粒物浓度低于150µg/m3，细颗粒物浓度低于75µg/m3。所谓基本达标，是指该搅拌站的生产性粉尘控制水平仅满足绿色搅拌站的一、二星级标准，其距离三星级搅拌站的要求还有相当差距。该类搅拌站要求所排放的可吸入颗粒物浓度低于80µg/m3，细颗粒物浓度低于35µg/m3[7]。该差距反映出当前相当数量的搅拌站在治理粗大颗粒（10µm＜颗粒直径＜小于100µm）粉尘污染方面效果明显，但在治理可吸入颗粒物和细颗粒物方面，还要从技术和管理两方面继续努力。

1.3 突发扬尘控制现状

当砂石原材料露天堆放时，刮风会使砂石原料中的粉料大肆飘散。当除尘设备选型不当或保养不善时，会使混凝土生产过程扬尘污染突发性加重。随着露天原料堆场越来越少，混凝土搅拌站因刮风而出现的粉尘污染现象会越来越少。对于因设备异常而出现的粉尘排放超标现象，由于受各搅拌站管理水平、除尘技术所限，治理难度很大。

2 绿色化粉尘控制理念与方案设计

2.1 绿色化粉尘控制理念

绿色化粉尘控制是以效率、和谐、持续、系统为目标的企业粉尘污染治理升级方式，借此创建绿色现代化混凝土企业管理模式。绿色化粉尘治理理论的重点是从规划阶段的系统设计和选用性能优良的组合式除尘设备着手，与土建施工、设备安装环节相配合，结合绿化（乔木、灌木及草皮）降尘技术，实现一体化全面除尘。对于正在运行的搅拌站，则通过技术改造、优化设计和更换落后除尘设备、加强维修保养等系列除尘措施，达到JGJ/T328-2014中规定的粉尘限制。

2.2 封装+喷雾+负压粉尘控制技术

对于新建和拟改造的混凝土搅拌站，设计整体封装的搅拌楼、砂石堆场、配料系统和水平、倾斜皮带运输区，将混凝土搅拌站改造成一个“装在盒子里”的绿色混凝土生产基地，将该区域众多扬尘点、扬尘面封闭起来，使该封闭空间保持在微负压状态，全面彻底地解决搅拌站生产性粉尘，初步解决突发性粉尘污染问题。

多重复合式除尘技术是将“布袋（或滤筒）式”、“喷雾式”、“负压场式”除尘技术合理搭配、多重作用，及时润湿搅拌站封闭空间内的尘粒表面、增大润湿粉尘和含尘雾滴的粒径，多次捕集，加速其收集和快速沉降效率，再结合绿化除尘技术，使混凝土搅拌站内外的扬尘污染大大降低，达到绿色花园式混凝土制造工厂的环保要求。该复合技术的关键是对搅拌站生产过程中的常规性粉尘和除尘器突发的超限粉尘排放，能够及时收集和补救收集的闭空间内粉尘多重治理体系。

2.3 复合式粉尘治理工艺设计

（1）复合式除尘工艺中，袋除尘设备主要针对集中尘源地粉尘的收集，以及对封闭大空间内润湿粉尘的收集；喷雾除尘主要针对细颗粒扬尘的润湿、凝聚和尘降；负压除尘主要确保生产扬尘不外溢。对于偶然、少量排放至车间外粉尘，车辆经过产生的站内露天的扬尘，通过喷雾除尘和绿化除尘双重作用及时捕集。

（2）负压场设计。

① 通过对封闭搅拌楼、原料堆场实施负压控制，使其形成有序的负压梯度分布。封闭空间负压场的负压应维持在一个稳定范围，一般为10 20Pa[8]。

② 通过封闭料场内专设的排风口实现对风压场风压强度的控制。为了防止大门等开口处粉尘外溢，在门的上部、左右3个方位加设引风管，加大此处负压强度，形成门前负压气幕阻止粉尘外溢。封闭料场内的排风口与专用袋式除尘器相连，吸收排放粉尘气体中的超量粉尘。

③ 将封闭的砂石料场、斜皮带栈桥与混凝土搅拌楼实施合理分隔，形成有序的负压梯度，保证不同区域之间合理的压力分布和气流的定向流动，杜绝局部粉尘外溢污染。

（3）喷雾场设计。

喷雾降尘系统由两部分组成：

① 喷雾主机：水泵、电机、控制器和操作系统。

表1 喷雾降尘工艺关键控制参数

表2 封闭搅拌楼和原料场负压环境控制

表3 LNGM-CD系列仓顶式布袋除尘器工艺控制参数

② 软水处理器：应用离子交换技术，通过树脂中的功能离子与水中的钙、镁离子进行交换，从而吸附水中多余的钙、镁离子，达到去除水垢的目的。

搅拌站喷雾除尘工艺要点：

① 喷枪、喷头可自动旋转，角度可调；喷出水雾均匀、连续；合理布置避免盲区出现。喷枪用水量小，喷射距离远，可达10 15m。将喷枪、喷头组合设计，可以覆盖所有扬尘区域，最大限度治理扬尘。

② 远程自动控制，包括多种设定程序。分组控制、单独控制、任意组合控制灵活方便；临时需要可以现场手动控制。喷枪站控制阀自带手动开关功能，现场作业人员即可操作。

3 复合式除尘工艺关键控制参数

3.1 喷雾降尘工艺参数

喷雾降尘工艺关键控制参数[9]见表1。

3.2 负压场控制参数

负压场压差值的大小应选择适当。压差值过小，场区内外存在的负压差很容易被破坏，粉尘运动方向就会逆转，造成粉尘外溢。压差值选择过大，会使进入封闭厂房系统的新风量增大，除尘器负荷增加，同时使中效、高效除尘器使用寿命缩短，除尘成本增加。当室外风速大于3m/s时，产生的风压力接近5Pa[10]。封闭的搅拌楼和原料场内负压环境设计参数如表2所示。

3.3 布袋除尘器控制参数

以LNGM-CD系列仓顶式布袋除尘器为例[11]，工艺参数如表3所示，其阻力不超过65kg/m2。

表3中出口气体含尘浓度低于50mg/Nm3，而优秀搅拌站所排放的可吸入颗粒物浓度低于80µg/m3，细颗粒物浓度低于35µg/m3。两者相比可见，由单一除尘设备无法对搅拌站排放的粉尘实施有效治理，采取复合治理技术是必要的。

3.4 扬尘在线检测系统

在砂石料场内安装扬尘在线检测系统，与喷雾降尘系统相互联动。扬尘在线检测系统是运用通信显示技术对扬尘自动监测，并与LED显示屏幕相结合。该系统具有PM2.5/PM0/TSP监测（总悬浮颗粒监测）与统计分析功能，符合国家标准GB 3095-2012《环境空气质量标准》的要求，可在无人看管的情况下连续自动监测现场扬尘数据，并通过GPRS/CDMA移动公网、专线网络传输数据，无缝对接各种系统平台，对扬尘进行及时有效的治理。该系统是现代混凝土搅拌站必备信息管理系统，能够有效落实粉尘治理制度，保证除尘效果长期稳定达到绿色搅拌站控制水平。