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    瀝青煙氣VOCs如何治理?

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    瀝青煙氣VOCs如何治理?

    發布日期:2021-10-13 作者:青島德瑞爾環保設備有限公司 點擊:

    作為公路建設的主要原材料,瀝青是由分子量不同的烴類及其衍生物組成的混合物,其中所含的有機烴類化合物,在儲存、加工、運輸、拌合、攤鋪、壓實以及使用過程中,都會產生一定的揮發行為,損害人體健康和污染大氣環境。尤其是在瀝青攪拌站附近,瀝青煙氣的污染十分嚴重,甚至出現因污染嚴重被責令瀝青攪拌站關停的報道。


    據統計數據顯示,截止2014年底,我國高速公路總里程已超過11.195萬公里,位居世界第一,其中90%以上為瀝青路面,道路瀝青的年消耗量已達1500萬噸。作為公路建設的主要原材料,瀝青是由分子量不同的烴類及其衍生物組成的混合物,其中所含的有機烴類化合物,在儲存、加工、運輸、拌合、攤鋪、壓實以及使用過程中,都會產生一定的揮發行為,損害人體健康和污染大氣環境。尤其是在瀝青攪拌站附近,瀝青煙氣的污染十分嚴重,甚至出現因污染嚴重被責令瀝青攪拌站關停的報道。


    瀝青成分


    瀝青為固態的棕黑色多組分混合物,斷裂處有光澤。瀝青具有可燃性,加熱時呈流動性,并產生可燃性蒸汽。按其來源可分為石油瀝青、煤焦瀝青和木焦瀝青以及頁巖瀝青等。


    瀝青既不能被蒸餾出來,又不能完全溶解在已知的一些有機溶劑中。研究人員使用有機溶劑將瀝青分離成不同類的組分,每類組分的化學成分與物理性質相近,但不同類的組分對瀝青的基本性質、感溫性、粘性都有不同的影響。對于道路瀝青,可用正庚(戊)烷將其分離成飽和分、芳香分、膠質和瀝青質等四類組分。


    飽和分通常由直鏈烴與支鏈烴組成,是一種非極性的稠狀油分。芳香分主要指瀝青中Z小分子量的環烷芳香化合物,它作為膠溶瀝青質的分散介質。芳香分和飽和分都為油分,屬于瀝青中的輕組分,對瀝青具有潤滑和柔軟作用,油分含量越高的瀝青,軟化點較低,針入度則越大。膠質主要充當瀝青的擴散劑或膠溶劑,它與瀝青質的比例在一定程度上決定著瀝青是溶膠還是凝膠的特性。膠質對瀝青的延性、粘性都有影響。瀝青質被膠質包裹形成膠團,分散在飽和分與芳香分中,形成穩定的膠體溶液。瀝青質的存在能夠改善瀝青的高溫性能,一定數量的瀝青質可以保證膠體溶液的穩定性。


    一般情況下,飽和分和芳香分占瀝青總量的60%左右,分子量在300-500之間;膠質占瀝青20-30%,分子量范圍為500-1000;道路用瀝青中瀝青質的含量在10%左右,分子量一般在1000以上。


    瀝青煙組分


    瀝青煙主要由氣、液兩相組成。液相部分是十分細微的揮發性冷凝物,粒徑多在0.1 ~1.0微米之間,氣相是不同氣體的混合物。表現狀態多為濃度不高又極為分散的煙霧。瀝青煙氣還有一個特點就是易粘附,在250℃以上易燃爆,瀝青煙氣中大部分是瀝青蒸氣,其凝結點較高(200℃),因此,在收集和輸送及消煙過程中易粘附于管道壁上形成液態至固態瀝青,難以消除,造成管道堵塞。


    相關實驗表明,路面攤鋪溫度達到180℃時,瀝青煙中揮發性有機物(VOCs)的濃度Z高能夠達到10-12 mg/m3;而當溫度上升到200℃時,瀝青煙VOCs濃度Z高能達到50 mg/m3。一般情況下,暴露在瀝青煙濃度達到0.75mg/L的環境下達到10-15分鐘,人體呼吸道和皮膚黏膜就會感受到劇烈的刺激,即使將濃度降低到0.005-0.01mg/L,也只是將耐受時間延長到幾個小時。


    瀝青揮發性有機物的一百余種成分中包含咔唑、吡啶、萘、菲、蒽、酚等物質,其中苯并芘類、蒽萘類、吖啶類、吡啶類、酚類等物質對人體健康有嚴重危害。以實驗室模擬氮氣作為載氣、180℃下江陰70#瀝青產生的煙氣為例,將收集得到的氣相和液相經氣質聯用色譜儀可得。


    瀝青在氮氣作為載氣的情況下,煙氣中的主要成分中有少量單鏈烷烴類和醇酯類以及氧、氮、硫化合物,大量含有較長支鏈的環烷烴類、烷基苯系化合物等物質。(2)煙氣中H2S含量較高,這主要是由瀝青中硫含量高引起。(3)煙氣易溶于苯(C6H6)、三氯甲烷(CHCl3)、四氯化碳(CCl4)等有機溶劑,具有親油性和強烈的憎水性。如與空氣中的氧氣反應,容易生成復雜的液態烴類顆粒物和氣態烴類衍生物,產物中會有3,4 苯并芘致癌性物質、噻吩、吡咯、多環芳烴等復雜的有機化合物。(4)抑制瀝青煙氣的產生,主要就是抑制烷類、環烷烴類等物質的產生。


    瀝青煙氣污染防治技術


    由于瀝青路面在鋪設過程中VOCs釋放不集中,不可能全過程中進行收集治理。因此,以下主要針對源頭控制(原料及工藝技術改進)與攪拌站瀝青煙氣末端治理進行詳細分析。


    1)源頭控制


    瀝青混合料溫拌技術:通過一定的辦法,在較低溫度下對瀝青混合料進行拌和及施工,使瀝青的粘度降低,這樣可以有效減少瀝青在高溫下釋放的有害氣體和顆粒,而且能夠使瀝青混合料性能滿足熱拌和瀝青混合料性能的規范指標。目前,國內外采用的技術方法有以下四種:


    (1)使用瀝青降粘劑


    目前,世界范圍內普遍使用的一種瀝青降粘劑是Sasobit,它是一種合成的直鏈脂肪碳氫混合物,它的主鏈由40~115個碳原子形成,溫度超過115℃時就會在瀝青中溶解。


    (2)沸石降粘技術


    沸石具有架狀結構,內部結構為三維鋁氧四面體和三維硅氧四面體,它們排列成一定規律的晶體骨架。德國Eurovia 公司生產的一種人工合成沸石Aspha-Min,是一種比表面積較大的聯通多孔結構的白色超細粉末,能夠吸收20%以上的水分。與瀝青混合后,它釋放出的水分會使膠結料的體積產生膨脹,從而形成泡沫瀝青,使瀝青能在較低的溫度下對集料進行有效覆蓋,這樣能夠使混合料的拌和溫度降低。


    (3)泡沫發泡降粘技術


    這種技術的關鍵在于溫度為110℃左右,將軟質瀝青與石料充分拌和,讓軟質瀝青完全覆蓋在石料表面,然后再將硬質瀝青以泡沫瀝青的形式噴入并迅速拌和。在此過程中必須保證集料表面沒有水分存在。為了進一步降低拌和溫度,研究人員研究了采用泡沫瀝青制備半溫瀝青混合料的技術。它可以將拌和溫度控制在低于100℃,全部瀝青結合料以泡沫形式加入,這種技術得到瀝青混合料的使用期限與熱拌和得到的瀝青混合料相當,但是抗剪性能不如熱拌和瀝青混合料。


    (4)乳化瀝青溫拌技術


    以特殊的乳化瀝青代替目前使用的熱瀝青,可將拌和溫度設定在100℃左右,乳化瀝青中的水在拌和時以水蒸氣的形式揮發至空氣中,該技術主要采用高含量的乳化瀝青,它可以使拌和與壓實溫度降低,而且外觀與熱拌和瀝青混合料相同,但是乳化瀝青的乳化劑成本較高,導致生產成本較高。


    使用抑煙劑改性瀝青混合料:


    目前,主要是控制瀝青混合料遇明火燃燒時釋放的有害氣體,將瀝青加熱到一定溫度后,添加一些阻燃劑,通過高速剪切與瀝青充分混合后即可起到一定的抑煙效果。常用的抑煙劑有無機的氮類、銻化合物類(如三氧化二銻)、硼化合物類(如硼酸鋅)、鎂化合物類(如三氧化二鎂)、鋁化合物類(如氫氧化鋁)等,有機化合物類分為磷系和鹵系兩個系列,常用的有SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和PE(聚乙烯)。


    2)末端治理



    (1)靜電捕集法

    靜電法凈化工藝容易造成瀝青過多積聚在陽極板上,需要對除塵器內部定期進行刮除,降低了凈化效率,影響了凈化效果。盡管對該工藝進行了改進,把熱管換熱器和靜電除塵器有機結合起來,雖然工藝有了一定的改進,但是仍然存在如下缺點:對煙溫要求較高、增加了污水處理設備和維修費用、長期運行凈化效率降低。


    (2)低溫等離子體除塵技術


    該方法高效實現了除塵、脫S、脫N一體化,有機污染物VOCs消除率可達85 %,可以收集0.001~0.01 微米級的超細塵粒,把煙塵從空氣中分離出來。但是存在以下缺點:適應性不強、能耗大、設備使用壽命短、安全性能低等。


    (3)文丘里捕集器吸收與高溫焚燒組合工藝


    為了徹底消除瀝青煙氣中的有害物質,減少瀝青煙氣對環境的污染,茂名瀝青儲運中心開發了文丘里瀝青煙捕集器吸收與高溫焚燒瀝青煙氣的組合凈化工藝。其主要特點是:


    ①吸收和焚燒法并用。既避免了吸收法凈化效率不高的缺點,同時,由于吸收法去除了煙氣中夾帶的部分溶劑,而提高了焚燒的效果,降低了焚燒的負荷。②利用相似相容原理。采用合適的溶劑,通過文丘里噴射器與瀝青煙氣充分混合,吸收其中的有害物質,吸收法效率可達到70 %左右。③對于剩余的有害煙氣,通過風機引入焚燒爐高溫焚燒。


    來自各儲罐和加工設備的瀝青煙氣通過管道進入放空冷卻器。由于瀝青煙氣在上升的同時不可避免的夾帶部分溶劑。為了減少溶劑的損失,同時降低瀝青煙氣凈化系統的工作負荷,設置了放空氣體冷卻器,將放空氣體冷卻到50 ℃以下,從而使大部分的揮發溶劑得以回收?;厥盏囊合嗳軇┓祷氐窖b置的回收溶劑罐循環使用。沒有被冷卻下來的瀝青煙氣通過文丘里瀝青煙捕集器的抽力作用,在捕集器中與循環溶劑逆向接觸進行洗滌,為徹底消除瀝青煙氣對環境的污染,未被洗滌的瀝青煙氣進行煙氣焚燒爐進行焚燒,Z終達到無害排放。但在工業生產一段時間后,發現該方法存在投資大、設備復雜、有二次污染、能耗高、設備維護復雜、系統阻力大等弊端,不能穩定長期運行,Z后放棄該方法。


    經過反復研究論證,茂名瀝青儲運中心采用了曝氣生物濾池來處理瀝青熱發煙氣。其生物處理過程主要包括以下三個步驟:


    (1)氣-液擴散,瀝青煙氣中的有機污染物通過氣-液界面由氣相進入到液相;


    (2)液-固擴散,多環芳烴、苯酚、酯和酞胺等大氣污染物向微生物膜表面擴散,污染物質被微生物處理;


    (3)生物氧化,微生物將瀝青煙氣氧化分解,氮或磷等營養物質Z終會被吸收。


    曝氣生物濾池把生物氧化機理和深床過濾機理有機結合起來。相比于活性污泥法和生物膜法,曝氣生物濾池兼有兩者的優點。經投用一段時間后,發現該方法具有投資小、設備簡單、不存在二次污染、設備維護費用低、系統阻力小、能穩定長期運行等優點。


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    關鍵詞:瀝青煙氣,VOCs,廢氣治理

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