新型環保抑塵劑在金沙水電站施工中的應用

姜 勇，龍 洋，李 雷，伍 斌

(1 中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213；2 攀枝花學院生物院化學工程學院，四川 攀枝花 617000)

金沙水電站是金沙江中游十級水電樞紐規劃的第九級，位于金沙江中游攀枝花西區河段，其主要任務為發電，并兼有城市供水、防洪、旅游等綜合利用功能，建成后將提高攀枝花市用電保障能力，并服務地方經濟。金沙水電站基坑及邊坡石方明挖合計約320萬m3，每天至少3個工作面同時開挖，工期預計7年，期間會產生大量施工揚塵。施工揚塵是由于地面上的塵土在風力、人為帶動及其他帶動飛揚而進入大氣的開放性污染源，是環境空氣中總懸浮顆粒物的重要組成部分[1-4]。為減少對周邊居民日常生活影響，達到施工過程中環保部門的相關要求，需要嚴格對電站建設施工過程中產生的大量揚塵進行有效控制。施工揚塵的控制不同于一般的表土固化，更關心揚塵顆粒間的結合速度、保水時效以及現場操作的流暢性[5-6]，因此課題組以農業秸稈為原料有針對性的制備了新型環保抑塵劑LM。LM是一種復合型抑塵劑，該抑塵劑含有能與揚塵顆粒物產生較強親和力的離子基團，能通過濕潤、粘結、凝聚等作用將空氣中揚塵捕集沉降，并繼而在降塵顆粒物表面粘結成殼。本文主要探討了LM抑塵劑在金沙水電站施工揚塵控制中的應用性能。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

“LM”抑塵劑，以農業秸稈為原料自制；塵樣，收集金沙水電站施工現場塵樣若干，105 ℃干燥2 h，過80目篩，儲于干燥器內備用。

DHG-9145A恒溫箱，上海圣科儀器設備有限公司；WQS振動篩分儀，常泰勒儀器設備有限公司；NDJ-1數顯粘度測試儀，上海立晨科技有限公司。

1.2 抑塵劑性能實驗

1.2.1 粘度測試

抑塵劑黏度決定了粉塵顆粒間黏結力大小，是防塵時粉塵黏結凝并效果的重要因素，黏度決定了抑塵劑應用性質，是評價抑塵劑性能優劣的重要指標之一[7]。黏度越大，抑塵劑與物料表面黏結性能越強，固化效果越好，但是由于考率到它的黏度對穩定性、儲存、噴灑對抑塵劑下滲深度存在一定的影響，需要根據實驗原料及實驗條件選擇合適黏度范圍。

1.2.2 保水性能測試

抑塵劑保水性主要表現在能夠減緩粉塵中的水分蒸發，從而有效的延長抑塵劑的有效抑塵時間。稱取20 g經處理后塵樣放在培養皿中，固定抑塵劑噴灑量為3 mL/g塵樣，考慮到攀枝花年均氣溫在20 ℃以上，設定恒溫通風箱溫度為30 ℃，固定時間間隔稱取樣品重量，通過樣品重量變化來衡量抑塵劑保水性。

1.2.3 滲透性能實驗

在相同一條件下溶液滲透時間越短，說明滲透性能越好，所以一般根據抑塵劑在粉塵中滲透的速度作為抑塵劑滲透性能判別指標[8]。每種塵樣每組在口徑0.8 cm試管中裝填相同高度，在試管上端加入同體積的抑塵劑溶液，測試塵樣完全滲透所需要的時間，以此計算滲透速率。

2 結果與討論

2.1 施工現場揚塵分析

金沙水電站施工過程中產生的揚塵主要有三類，見圖1。紅色揚塵，該揚塵為機器打孔石頭過程產生，塵樣粒徑細小，成粉末狀；另還有黃色揚塵和灰色揚塵，這兩種是施工現場土壤的主要類型，塵樣顆粒相對紅塵粗一些。三種塵樣的XRF分析結果如表1所示。白色和灰色揚塵的主要成分基本一致，只是各成分間數值略有差異；紅色揚塵氧化鎂含量較高，另還含有磷和鋇。

表1 揚塵成分分析Table 1 Dust composition analysis

圖1 塵樣實物Fig.1 Dust sample

2.2 “LM”抑塵劑的粘度測試

將“LM”抑塵劑與清水混合，分別配制了0.5%、1%、1.5%、2%和2.5%質量濃度的抑塵劑試樣，測試了各組的粘度值如表2所示。隨著濃度的增加，抑塵劑粘度也明顯增大。根據相關實際經驗，在溫度不大于30 ℃以及質量分數小于25%，抑塵劑黏度小于4 mPa·s方可進行實際噴灑使用，不會對噴灑造成困難[9]。通過現場噴霧機的現場實驗，當抑塵劑試樣濃度大于1.5%即粘度值超過3時，系統阻力過大，嚴重影響噴霧機水泵工作性能(噴灑距離縮短，噴霧水滴變大)，甚至發生堵塞。后面的抑塵性能實驗只試驗了0.5%、1%和1.5%三種濃度。

表2 抑塵劑粘度值Table 2 Viscosity of dust suppressant

2.3 “LM”抑塵劑的滲透性

抑塵劑滲透性能決定了最終形成的固結層厚度。抑塵劑的滲透性能與粘度、表面活性劑、粉塵性質、粉塵粒徑等因素有關[10]。不同濃度的“LM”抑塵劑在塵樣中的滲透速度如表3所示，抑塵劑在黃塵和灰塵中的滲透速率均慢于清水，且隨著濃度增加滲透速度越來越小，因為抑塵劑濃度增加，其粘度也增加，滲透阻力增大。在抑塵劑用量一定時，一般情況下塵樣表層土空隙率越小即塵樣顆粒粒徑越小，抑塵劑的滲透性能越差，則形成的固結層越薄；反之，形成固結層越厚。紅塵是三種現場土樣中粒徑分布最細小的，但表中數據表明，同種濃度抑塵劑在紅塵中的滲透速度反而最快，且隨著抑塵劑濃度增加，滲透速度有少許上升，應該是抑塵劑與紅塵中磷酸根等酸根離子發生了化學絡合的緣故。

表3 抑塵劑滲透速度Table 3 Penetration rate of dust suppressant

2.4 抑塵劑的保水性

不同濃度的“LM”抑塵劑與水在三種塵樣上的保濕性能見圖2。由圖2可見，噴灑抑塵劑的塵樣保水效果優于自來水；抑塵劑濃度越大，保濕性能越好，但0.5%和1%的LM抑塵劑在紅塵中的差異不大。同種試樣在不同塵樣中表現來看，無論是水還是抑塵劑溶液在紅塵中的保濕性能更好一些，在黃塵和灰塵中的含水率隨著時間的推移下降得更快，因為紅塵顆粒細小，形成的表面固化層更堅固。相關研究表明，試劑噴灑抑塵過程中，當路面粉塵含水量大4%時可以保持粉塵濕潤，抑制揚塵；當噴水后塵樣含濕量低于4%將起不到抑塵的作用[11]。

由實驗結果可知，噴灑自來水在紅塵、黃塵和灰塵上的有效抑塵時間只有4～6 h，而噴灑抑塵劑(濃度1%和1.5%)的有效抑塵時間均可達到10 h以上，與現場施工時間基本能對應。

圖2 含水率與時間的關系Fig.2 The relationship between water content and time

2.5 噴灑抑塵劑塵樣的微觀結果表征

噴灑抑塵劑(節取的噴灑1%濃度抑塵劑)塵樣的SEM照片如圖3所示，未噴灑抑塵劑的塵樣表面顆粒棱角分明，排列稀松，簡單堆結在一起，相互間無作用力，易揚起并長時間在空中停留。噴灑抑塵劑揚塵表面形成穩固的團聚體，構成光滑而平整的固結層；三種塵樣中固階層的致密程度以紅塵最佳，其后依次為黃塵和灰塵。團聚固結的作用力存在能使空氣中細顆粒相互連接降落，并能在地表固化，強效抑塵。

圖3 塵樣SEM圖Fig.3 SEM image of dust samples

3 結 論

LM抑塵劑對金沙水電站施工揚塵的控制是有效的，綜合考量保水性和滲透性及噴灑阻力的影響，抑塵劑在使用過程中適用調配濃度為1%～1.5%；噴灑抑塵劑后各塵樣表面能形成致密固結層，保濕時間能達10 h以上。