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城市固废路用材料资源化:解决扬尘问题

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:但目前的测量,多聚焦于PM2.5和PM10,因为两项指标对健康影响已被广泛认识。这表明,目前扬尘指标的评价,未覆盖对能见度和工作环境均有影响的全体尘粒。这方面典型的例子就是沥青混合料生产过程中携带粉料的空气的排放。可见,这种方法的好处是,除尘回收的粉料可作为一种固废进行资源化利用,如回笼粉,目前已经部分替代新填料被用于沥青混合料的生产。图4-3沥青拌和楼布袋除尘室的工作机理第二类是喷雾。

城市固废路用材料资源化:解决扬尘问题

前面已经讨论了固废在堆放、运输过程中的扬尘,但这两个过程都是静置的过程,没有人为的扰动,因此相对容易控制。但在以下情况下,由于人力与设备的参与,扬尘问题更为突出:①装载车或铲车装料或卸料时。②振动筛筛分颗粒时。③反击破碎机或冲击破碎机破碎材料时。④使用空气动力的分选设备,如旋风分离器、风力筛、气力跳汰等进行分离时。⑤传送带放料时。

上面的各道工序,扬尘的机理、尘土的组成和影响的范围都不相同。但遗憾的是,目前很少有这方面的研究,导致各项降尘措施的效率无法准确量化。

尘源对空气污染的影响,依赖于尘土的组成和数量,以及飘扬到大气中的粉尘颗粒的搬运特性。大颗粒就近沉降,小颗粒则远距离分散。颗粒可能的搬运距离,受到最初扬起高度、颗粒沉降速度、风速、大气湍动程度的控制。以粒径和平均风速为变量进行的理论计算,对于4.4 m/s的典型风速,大于100μm 的颗粒,距扬尘点10 m 内就沉降了。而直径30~100μm 的颗粒,则可飘远数百米。更小的颗粒,可行走更长的距离,因为其沉降速度缓慢,还易受大气湍流的迟延。

但目前的测量,多聚焦于PM2.5和PM10,因为两项指标对健康影响已被广泛认识。但美国有一项研究,采集并分析了未铺装道路上的尘样,其粒径范围从0.05~159μm,其中大于40%的质量为大于10μm 的颗粒。这表明,目前扬尘指标的评价,未覆盖对能见度和工作环境均有影响的全体尘粒。

从总体上看,目前抑制扬尘现象的方法主要有三大类。第一类是封闭扬尘的局部区域,用静电沉淀器或布袋除尘器将含有尘土的大气过滤后排出。这方面典型的例子就是沥青混合料生产过程中携带粉料的空气的排放(图4-3)。可见,这种方法的好处是,除尘回收的粉料可作为一种固废进行资源化利用,如回笼粉,目前已经部分替代新填料被用于沥青混合料的生产。

图4-3 沥青拌和楼布袋除尘室的工作机理

第二类是喷雾。不过,传统喷雾除尘技术,产生的水滴直径为200~300μm,不仅效率低、能耗高,而且往往会导致物料过分湿润,影响成品产量。以美国Dust Solutions有限公司为代表,发明了干雾抑尘技术,被誉为“21世纪的粉尘控制解决方案”。干雾系统控制了粒径1~800μm 的几乎所有类型的扬尘。这一系统使用了水和空气的双流体喷嘴,产生超细尺寸的雾,通过凝聚实现抑尘。系统无须化学品,工艺保持水为处理材料的0.1%~0.5%。系统将空气中尘粒凝聚成水滴,使颗粒变得足够重,从而在重力作用下返回产品流或降到地面。为实现凝聚,需要两个条件:①必须与粉尘颗粒相同速率,产生与粉尘颗粒相同尺寸的足够水滴。②粉尘颗粒和水滴必须被包含在同一区域中,使凝聚能够得以发生。

凝聚的机理是:考虑将要撞击到尘粒上的水滴,或空气动力学等效,将要撞击到水滴的尘粒,如图4-4所示。如果水滴的直径比尘粒大得多,则尘粒简单地追随水滴周围的空气流线,几乎不发生接触。实际上,撞击微米大小的颗粒总是很困难,这也就是惯性分离器在这些尺寸下工作不好的缘故。但如果水滴与尘粒尺寸相当,当尘粒试图追随流线时,就发生了接触。

图4-4 干雾抑尘

在上海兴盛路基材料厂的固废资源利用中心工程中,就使用了干雾抑尘技术,取得了相当理想的效果。

第三类是被动粉尘控制。这是被用于控制散装固体操作时扬尘现象的一类新技术,已被引进到了制煤、仓库、烧结工厂、铁矿石和钢厂颗粒处理时,传送带的转移点上。被动系统控制扬尘的特点是无须加入主动的抑尘或集尘,其实现是通过减少散装材料转移时诱导的气流,然后减缓剩余诱导气流的速度,使尘粒在封装体内由于重力而沉降。

扬尘具有两个基本要素——运动气流和足够小的颗粒,能被在运动气流中传播。运动气流的体积和气流中传播颗粒的浓度,控制了进入工作空间的尘量。散装材料转移时空气运动的主要机理,就是被诱导同掉落或抛投材料一道流动的空气。运动的散装材料颗粒对其周围空气制造了一个摩擦拖曳,诱使空气在其尾迹中流动。诱导气流给予了诸如传送带裙槽装料区等封闭体以压力,从槽端或透过任何开口流出。运动气流夹带自由颗粒,承载了粉尘。承载粉尘的空气逃逸出封闭体时,尘土就弥布了工作场所。诱导气流最重要的贡献因素为:

(1)材料吞吐量。材料体积越大,产生的诱导气流越多。(www.xing528.com)

(2)材料粒径。颗粒越小,表面积越大,产生的诱导气流越多。

(3)材料速度。材料速度越高(常由落高上作用材料的重力导致),产生的诱导气流越多。

(4)对包围它的空气产生影响的材料的横断面积。

(5)系统漏空面积。漏空面积越多,空气运动阻力越小,从而产生更多诱导气流。

转移时自由颗粒的数量依赖于以下因素:

(1)进入转移的材料的细料比例。

(2)转移时冲击和研磨产生的细料数量。

(3)细料在运动气流中的暴露。

(4)未凝聚成大颗粒的细料比例。

被动控制设计的基础,就是准确预测某一特定粉尘发生源处诱导气流的数量。利用颗粒动力学和流体力学的原理,计算得到的诱导气流,被用于设计回流区和静止区。图4-5是此类设计案例的示意图。溜槽形状通过离散元分析确定,保持料连贯紧凑流动,偏转罩接收端滑轮释放的扁平材料流,整形,向下重引导到接料溜槽(又被称为“勺”)内,放于接料皮带上。被动封闭体系除溜槽形状设计外,还加上回流区和静止区。诱导气流的速度利用回流室或管道进行控制。回流室制造的巨大体积降低了室内空气的速度,使颗粒无法保持悬浮在缓慢移动的气流中。回流室或管道的第二个作用是创建了一个低压区域,从而下落的材料推动内部空气在封闭体内循环。传送带装料区封闭,为气流提供阻力,进一步减少诱导空气,也阻止了由于皮带装料时的动力学作用而使细料溢漏或粉尘涌出造成次级扬尘。

图4-5 带有回流/静止技术的被动封闭体粉尘控制系统示意图

可以看到,被动粉尘控制事实上是一种设计技术,无须压缩空气和水,也无须除尘布袋的清洗和更换,并提供不间断的粉尘控制性能,无作业成本,维护成本也极低,在美国的若干州被称为最佳可用控制技术。不过,对某些扬尘源,该技术无法使用。

以上三种方法,各有利弊,在城市固废处理中的应用,需结合具体工艺与具体废弃物类型,比较选用,或组合使用。

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