凈味劑對瀝青煙氣排放的影響研究

作者簡介：

李 鋒（1974—），助理工程師，經(jīng)濟師，主要從事工程管理工作。

摘要：為減少瀝青在高溫環(huán)境中產(chǎn)生的瀝青煙氣，文章通過在SBS改性瀝青中添加凈味劑以減少瀝青煙氣的排放。采用色譜法研究了凈味劑對瀝青煙氣中VOCS、苯酚、硫醇和苯并芘的凈味效果，采用環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法研究了凈味劑對瀝青混合料煙氣中SO2、H2S和NH3的凈味效果。結(jié)果表明：凈味劑可以有效減少瀝青煙氣中VOCS、苯酚和硫醇的排放，三種氣體的排放量分別減少了39%、20.1%和59.5%，其中含量最高的乙硫醇減少排放79.9%，瀝青煙氣中苯并芘的含量非常低，基本上可以忽略；凈味劑可有效減少瀝青混合料煙氣中SO2、H2S和NH3的排放，其中對硫化物凈味效果尤為顯著。

關(guān)鍵詞：道路工程；瀝青煙氣；凈味劑；色譜；VOCS；硫化物

中圖分類號：U416.217文獻標(biāo)識碼：A 19 060 3

0 引言

我國在早期的道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中采取的環(huán)境保護措施較少，隨著道路建設(shè)里程的不斷增加，對環(huán)境的污染也變得越來越嚴(yán)重。因此，減少道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中的環(huán)境污染，實現(xiàn)全面清潔生產(chǎn)迫在眉睫。瀝青基材料是活性有機化合物的主要來源之一，在高溫的環(huán)境下會產(chǎn)生復(fù)雜的瀝青煙霧［1-3］，這些瀝青煙霧中不僅包括可能加劇全球變暖的溫室氣體，還包括大量危害人類健康的有機化合物［4-5］。目前，我國瀝青路面主要采用熱拌熱鋪的方式進行施工，瀝青混合料的鋪筑溫度通常為170 ℃～190 ℃。我國高等級公路90%為瀝青路面，每年消耗瀝青約3 000×104 t，這就意味著瀝青煙氣的排放將對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染［6-7］。

因此，在不改變道路建設(shè)質(zhì)量和綜合性能的基礎(chǔ)上，加強道路建設(shè)過程中的環(huán)境保護，減少或抑制瀝青路面在高溫施工環(huán)境中的瀝青煙氣排放，凈化瀝青路面施工環(huán)境意義重大［8-10］。目前市面上減少瀝青煙氣排放的產(chǎn)品主要為外加劑［11-13］，本文選取市面上常用的一種反應(yīng)型外加劑為研究對象，在瀝青中添加此外加劑，并評價了此外加劑對瀝青煙氣排放的凈味效果。（1）利用氣相色譜測試外加劑VOCS、苯酚、硫醇、硫化物、苯并芘的凈味效果；（2）利用環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法檢測外加劑對瀝青混合料中SO2、H2S、NH3的凈化效果。研究成果可促進凈味劑在道路工程中的進一步推廣應(yīng)用，助力我國道路綠色建設(shè)。

1 原材料

1.1 瀝青

本文以SBS改性瀝青為研究對象，技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示，均滿足規(guī)范要求。

1.2 凈味劑

凈味劑主要由醛類與羧酸酯類化合物組成的氣味抑制劑及兩性離子型界面活性劑組成，可有效抑制瀝青混合料生產(chǎn)、施工過程中VOCs、H2S和SO2等瀝青煙氣的生成和揮發(fā)，顯著消除瀝青煙氣且不影響瀝青和瀝青混合料的性能。該凈味劑綠色環(huán)保且施工方便，常溫下為固體，呈白色粉末狀。

2 試驗步驟

本文采用兩種試驗方法進行試驗，一種為色譜方法，一種為環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法，詳細試驗步驟如下：

（1）首先根據(jù)商家提供的外加劑摻量與方法制作凈味改性瀝青，其中凈味劑摻量為0.01%。

（2）采用色譜試驗測試添加凈味劑前后VOCS、苯酚、硫醇、硫化物和苯并芘的含量，分析凈味劑對這些氣體的凈味效果，試驗溫度為175 ℃，檢測時間為30 min。其中VOCS、苯酚和硫醇等硫化物采用氣相色譜法進行測試，苯并芘采用液相色譜法，利用吸附劑富集，然后洗脫濃縮再用液相色譜檢測。

（3）采用環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法測試瀝青混合料煙氣中SO2、H2S和NH3的含量，測試過程中確保溫度控制在175±2 ℃。

3 試驗結(jié)果

3.1 凈味劑對VOCs的凈味效果

SBS瀝青及SBS凈味改性瀝青的氣相色譜圖如圖1所示。

本文氣相色譜圖的縱坐標(biāo)為VOCS在不同時刻出峰的峰面積，橫坐標(biāo)為保留時間。VOCS的種類繁多，不同VOCS達到峰值含量所需的時間不同，出峰時間越早說明沸點越低，越容易揮發(fā)。峰面積越大，說明該化合物含量越高，濃度越大，需要重點治理。

由圖1（a）可知，含量最高的兩種揮發(fā)性有機物集中在加熱5 min內(nèi)，這兩種化合物的含量遠高于其他化合物，說明其濃度較大，是重點治理對象。

由圖1（b）可明顯發(fā)現(xiàn)，峰面積較大的幾種化合物其含量顯著下降，尤其是出峰時間較早的兩種化合物，其含量下降約47%，所有化合物的總含量下降約39%。說明凈味劑可有效降低VOCS的排放，且對出峰時間早的VOCS改善效果更顯著，這表明越容易揮發(fā)的VOCS氣體凈味效果越顯著。

3.2 凈味劑對苯酚的凈味效果

在世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)公布的致癌物清單中，苯酚屬于3類致癌物。因此，本文在瀝青樣品中加入苯酚標(biāo)品對苯酚進行標(biāo)定，研究凈味劑對苯酚的凈味效果。色譜圖如圖2所示，峰值圖包括苯酚及其他VOCS。由樣品加標(biāo)品色譜圖可知，苯酚在20.175 min時出峰。把不同色譜圖中保留時間差別0.005 min的化合物標(biāo)定位同一種化合物，提取SBS改性瀝青及SBS凈味改性瀝青色譜圖中苯酚的峰面積。試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知，加入凈味劑后，瀝青煙氣中的苯酚含量下降了20.1%，這說明凈味劑可顯著降低苯酚的濃度，減少對人類和環(huán)境的危害。

3.3 凈味劑對硫醇的凈味效果

在瀝青樣品中加入乙硫醇、丁硫醇和芐硫醇三種標(biāo)品，樣品加標(biāo)品峰譜圖如下頁圖3所示，峰值圖中包括硫醇及其他硫化物。由樣品加標(biāo)品色譜圖可知乙硫醇、丁硫醇和芐硫醇分別在2.187 min、4.667 min和24.083 min時出峰。提取SBS改性瀝青及SBS凈味改性瀝青色譜圖中20.175±0.005 min時的峰面積。試驗結(jié)果如表3所示。

由圖3與表3可知，乙硫醇含量最高，是瀝青煙氣的主要來源之一，需重點治理。添加凈味劑后，乙硫醇下降79.9%，可顯著凈化瀝青煙氣中的乙硫醇。凈味劑對丁硫醇和芐硫醇的凈味效果也同樣顯著，三種硫醇的總凈味率達59.5%。因試驗條件限制，本文只選取了乙硫醇、丁硫醇和芐硫醇三種硫醇類物質(zhì)進行研究，以代表凈味劑對硫化物的凈味效果。從其試驗結(jié)果可以看出，凈味劑可有效凈化瀝青煙氣中的硫化物。

3.4 凈味劑對苯并芘的凈味效果

苯并芘采用液相色譜法測定，用外標(biāo)法定量，試驗前先進行樣品處理，紫外檢測器測定波長為254 nm。因為苯并芘的含量非常低，采用此方法在SBS改性瀝青中未檢測到苯并芘。后分別采用分子篩、Porapak高分子小球和Tenax吸附柱吸附富集氣體，再洗脫濃縮，然后采用液相色譜測試，但濃度仍低于檢測濃度，均未檢測到含量。也可以這樣理解，瀝青煙中苯并芘的含量非常低，基本上可以忽略。

4 環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法

本文采用環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法研究凈味劑對瀝青混合料中SO2、H2S和NH3的凈味效果，因試驗條件限制，因此測試的氣體種類與色譜試驗未統(tǒng)一。以AC-13為研究對象，集料為輝綠巖，級配曲線如圖4所示，相應(yīng)的最佳油石比為4.9%。先制備凈味瀝青，再按照規(guī)范方法拌和瀝青混合料，拌和時間為20 min，凈味瀝青混合料與未加凈味劑的瀝青混合料試驗條件完全一樣。煙氣采集如圖5所示，氣體含量如表4所示。

由表4可知，凈味劑對三種氣體均有一定的凈味效果，其中對H2S的凈味效果尤為顯著，達86.7%；SBS凈味改性瀝青混合料中的SO2未檢測出，是因為其含量很低，低于儀器識別值，所以近似認為其含量為0，凈味率為100%；對NH3的凈味效果略低，僅為8.1%。從試驗結(jié)果可知，凈味劑對硫化物的凈化效果較顯著，這也與前面的色譜試驗結(jié)果相吻合。

5 結(jié)語

本文研究了SBS改性瀝青添加凈味劑前后瀝青煙氣的含量，主要結(jié)論如下：

色譜試驗結(jié)果表明：凈味劑可有效減少瀝青煙氣中VOCS、苯酚和硫化物的排放，改善空氣環(huán)境。VOCS的排放量減少了39%，且對沸點越低、越易揮發(fā)的VOCS凈味效果越顯著；苯酚排放量減少了20.1%；乙硫醇、丁硫醇和芐硫醇的總排放量減少了59.5%，其中含量最高的乙硫醇減少排放79.9%。瀝青煙中苯并芘的含量非常低，低于儀器檢測值，基本上可以忽略。

環(huán)保部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢測方法試驗結(jié)果表明：凈味劑可有效減少瀝青混合料煙氣中的SO2、H2S和NH3的排放，其中對硫化物的凈味效果尤為顯著。

參考文獻

［1］肖 月，常郗文，董前坤，等.道路瀝青材料VOCs的指紋組分及其定量分析［J］.中國公路學(xué)報，2020（10）：276-287.

［2］

KHARE P，MACHESKY J，SOTO R，et al. Asphalt-related emissions are a major missing source of secondary organic aerosol precursors［J］.Science Advances，2020（6）：2 375-2 548.

［3］WANG M，LI P，NIAN T F，et al.An overview of studies on the hazards，component analysis and suppression of fumes in asphalt and asphalt mixtures［J］.Construction and Building Materials，2021（289）：123185.

［4］YANG X L，WANG G C，RONG H L，et al.Review of fume-generation mechanism，test methods，and fume suppressants of asphalt materials［J］.Journal of Cleaner Production，2022（347）：131240.

［5］CUI A P，SCHITO G，CUI Q.Voc Emissions from asphalt pavement and health risks to construction workers［J］.Journal of Cleaner Production，2019（26）：1-11.

［6］孫吉書，李文霞，李寧利，等.可膨脹石墨/氫氧化鋁復(fù)合抑煙瀝青制備及機理分析［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報，2022（4）：386-393.

［7］史泉福.環(huán)保橡膠改性瀝青及其瀝青混凝土的制備與性能研究［D］.濟南：山東建筑大學(xué)，2020.

［8］李威翰，周波超，吳鴻飛，等.抑煙阻燃微膠囊開發(fā)與性能驗證［J］.市政技術(shù)，2024（5）：8-16.

［9］楊松翰.凈味抑煙瀝青的制備及性能研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2022.

［10］徐世法，房 聰，劉鐘達，等.瀝青凈味劑對不同瀝青及瀝青混合料性能影響的對比評價分析［J］.北京建筑大學(xué)學(xué)報，2022（4）：16-23.

［11］楊 威，李博楠.不同除味劑對橡膠改性瀝青性能與凈味效果影響分析［J］.交通節(jié)能與環(huán)保，2021（5）：79-82，108.

［12］黃 剛，何兆益，周 超，等.膨脹石墨抑制瀝青煙機理與抑煙瀝青混合料動態(tài)性能［J］.中國公路學(xué)報，2015（10）：1-10.

［13］吳曉穎，劉樹華，張建峰，等．瀝青煙氣治理技術(shù)研究現(xiàn)狀與進展［J］.石油瀝青，2021，35（1）：1-5.