堆场扬尘生态覆盖膜施工工艺参数研究

王玉杰，孙海龙，李乃稳,李广辉

(1.四川大学生命科学学院 生物资源和生态环境重点实验室，四川 成都 610065；2.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川 成都 610065；3.四川大学水利水电学院，四川 成都 610065；4.四川沃尔宜环保科技有限公司，四川 成都 610067)

堆场扬尘指各种工业料堆、建筑料堆、工业固体废弃物、建筑渣土及垃圾和生活垃圾等由于堆积、装卸、传送等操作以及风蚀作用等造成的扬尘[1]。露天堆场产生的扬尘对生态环境容易造成较大的影响。目前，主要采取洒水抑尘、防风网和围挡抑尘等方法抑制堆场扬尘的产生[2]。本研究将一种生态覆盖膜用于堆场试验，该覆盖膜由高分子材料、植物种子等混合而成，常温状态下以液态形式存在，用水按照一定比例稀释后即可进行堆场喷播作业。作业结束后，该生态覆盖膜能快速在土壤表面形成高分子固结层，以遮盖堆场土壤层，抑制扬尘的产生；后期高分子材料固结层分解，丧失抑尘功能，此时植物种子萌发覆盖地面，起到抑制扬尘排放的作用。本研究通过生态覆盖膜浓度与单位面积用量的二因素试验，探讨两种因素的优化配比参数，为堆场扬尘治理的相关研究与实践提供技术数据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与工艺

扬尘生态覆盖膜，由四川沃尔宜环保科技有限公司提供，主要由聚丙烯酰胺、纸浆纤维、植物种子混合而成，本次试验植物种子选用的是高羊茅，试验时将生态覆盖膜与水按照不同的体积比例混合，并将植物种子浸泡12h，采用液压喷播机进行喷射作业，种子用量为15g/L。

1.2 试验方法

2018年9—12月在四川彭州市附近道路施工表层弃土(壤质砂土)上进行了人工模拟试验。试验过程将土壤过2cm筛后混合均匀，在平地上铺设成20cm厚度的土壤层，控制容重在1.3g/cm3左右，含水量在15%左右，每个试验小区20m2。

试验设置了生态覆盖膜浓度、单位面积用量的二因素试验，每个因素设置4个水平，共16个处理，另设置对照组CK(表1、表2)，对照组以清水代替生态覆盖膜。为了避免相互间的干扰，各堆场与该季节常见风向垂直排列，间隔5m，并用高4m的隔板分隔。本研究的评估周期为3个月，试验期间平均风速为2～4m/s。

1.3 数据采集与分析

采用Dusttrak设备测试PM10和PM2.5排放量，每个试验小区布置4个，数据采用平均值。使用SPSS 22.0对施工完成初期(4h)、中期(1个月)、后期(3个月)的PM10、PM2.5排放量进行二因素方差分析，使用Turkey法进行因素水平间的多重比较，显著性水平为：α=0.05。

表1 二因素试验水平控制表

2 试验结果

2.1 喷射施工结束4h后PM10、PM2.5的排放量

施工结束4h后，只是高分子材料所形成的固结层发挥抑尘作用。与对照组相比，16个处理的PM10、PM2.5排放量均有所下降(表2)。方差分析结果表明，施工完成4h后不同生态覆盖膜浓度、单位面积用量对PM10、PM2.5排放量具有极显著影响(P<0.01)。随着生态覆盖膜浓度、单位面积用量的增加，PM10、PM2.5的排放量呈现出减小的规律(表3)，这是因为生态覆盖膜浓度高、单位面积用量大的试验场地中，土壤表面所形成的固结层厚度大、孔隙度小，抑制了土壤起尘。其中，施工完成4h后，PM10、PM2.5排放量最小的组合为A1+B4，其PM10、PM2.5排放量分别为：118、18μg/(m3·h)。

2.2 喷射施工结束1个月PM10、PM2.5的排放量

施工完成1个月后，由于植物种子萌发，达到了一定的覆盖度，因此生态覆盖膜与植物共同产生抑尘作用。16个处理的PM10、PM2.5排放量均小于对照组(表2)，不同生态覆盖膜浓度、单位面积用量均对PM10、PM2.5的排放具有极显著影响。经Turkey多重比较，生态覆盖膜浓度、单位面积用量不同水平两两之间的PM10、PM2.5排放量均具有显著差异(表4)。PM10、PM2.5的排放量随着单位面积用量的增加而减小，一方面是因为单位面积用量大的场地中，高分子材料成膜性更好，另一方面是因为单位面积用量越大，种子数量越多，形成的植被覆盖度越高(表2)，高盖度植被的抑尘效果更好。施工完成1个月后，PM10、PM2.5排放量最小的组合为A1+B4，其PM10、PM2.5的排放量分别为：101、15μg/(m3·h)。与施工完成后4h相比，PM10、PM2.5排放量差异不大。

表2 施工结束4h、1个月、3个月各处理的PM10、PM2.5排放量 (μg/(m3·h))

表3 施工完成4h生态覆盖膜浓度、单位面积用量不同水平间PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比较

表4 施工结束1个月生态覆盖膜浓度、单位面积用量不同水平间PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比较

2.3 喷射施工结束3个月PM10、PM2.5的排放量

施工完成3个月后，生态覆盖膜形成的固结层在降雨、冲蚀等因素的作用下分解，此时只是植被的覆盖作用。与对照组相比，16个处理的PM10、PM2.5排放量均小于对照组(表2)，此时，仅有单位面积用量对PM10、PM2.5的排放有显著影响(表5)。单位面积用量大的处理PM10、PM2.5排放量较小，这是因为单位面积用量大的处理植被盖度更高，抑尘效果更好。此时，PM10、PM2.5排放量较小的组合有A1+B4、A2+B4，两者PM10、PM2.5的排放量分别为：99、17，97、17μg/(m3·h)。

表5 施工3个月后生态覆盖膜浓度、单位面积用量不同水平间PM10、PM2.5排放量的Turkey多重比较

3 讨论与结论

从起尘原因来看，堆场扬尘主要分为料堆表面的静态起尘和取料过程中的动态起尘[3]，起尘量的大小主要取决于起尘点风速、物料含水率以及堆料粒径大小等因素[4]，其中最可控的因素为起尘点的风速大小及物料表面含水率[5]。实践中，一方面主要采取设置外围挡风墙[6]、防风抑尘网[7]等措施，以降低风速，减少湍流，从而达到抑尘的目的，这种方法虽然能够长期抑尘，但材料成本较高。另一方面，对于装卸、运输等操作引起的扬尘，主要采取洒水[8]、喷雾[9]等方法增加物料表面含水率，这种方法需要持续进行，才能保证抑尘效果，不具备经济性。本研究结果表明，在施工结束初期(4h)、中期(1个月)、后期(3个月)，生态覆盖膜均能起到抑尘作用，三个阶段所有16个试验组的PM10、PM2.5排放量均明显低于对照组。

本研究中，施工结束初期，生态覆盖膜在土壤表面形成了固结层，从而抑制土壤起尘，此时PM10、PM2.5的排放量随着生态覆盖膜浓度、单位面积用量的增加而减小。施工结束中期，植物种子萌发覆盖，生态覆盖膜与植被覆盖共同发挥抑尘作用，此时，PM10、PM2.5排放量随着生态覆盖膜浓度、单位面积用量的增加而减小。后期生态覆盖膜降解，仅植被覆盖发挥抑尘作用，PM10、PM2.5的排放量随着单位面积用量的增加而减小。

综合考虑三个阶段的PM10、PM2.5排放量，A1+B4组合的抑尘效果最好，即生态覆盖膜浓度为2%，单位面积用量为20L/m2。该组合在施工完成4h、1个月和3个月的PM10、PM2.5排放量分别为：118、18，101、15，99、17μg/(m3·h)。