国内外环保沥青搅拌设备及政策研究.docx

国内外环保沥青搅拌设备及政策研究导语沥青搅拌设备在生产过程中产生的烟气、粉尘、噪声和高能耗等问题历来饱受诟病，污染大、能耗高、环保不达标的沥青搅拌设备在我国被勒令关停。从2016年起，沥青搅拌设备生产企业纷纷推出了各具特色的环保沥青搅拌站，但沥青搅拌站如何才能达到真正意义上的环保，有关部门尚未出台一个明确的定义。1 污染物的产生沥青搅拌站在运行过程中产生的污染物主要包括以下几个方面，见图1。（1）有害气体。滚筒燃烧器产生的烟气，成品卸料口、沥青罐、重油罐加热保温产生的沥青烟，以及烟囱排出的SOx、NOx、CO、CO2等。（2）粉尘。上料过程及搅拌主楼和集料场地产生的烟尘、粉尘。（3）气味。沥青在储存、卸油、加热升温过程产生的气味，以及燃烧器工作时的气味和运输车上的沥青混合料产生的气味。（4）噪声。装载机上料、引风机运转、烘干筒转动、骨料提升机提升、振动筛筛分时产生的噪音。（5）废水、废液。废水和废液主要来源于冷骨料储存（渗透或与天然土壤混合）、燃料油罐、导热油、油气储罐、管道和加油站、溶剂、添加剂等。（6）废料。废料来源于袋式除尘器的二次回收粉、实验室分析溶剂等。（7）视觉方面。主要是搅拌站主楼或烟囱的视觉影响，也与搅拌站油漆的颜色有关；其他还包括烟囱排放出的湿骨料中的蒸汽，冷料的堆放场地以及厂区照明。2 污染物的危害这些污染物会对环境及人体造成以下危害。（1）沥青烟。沥青烟中含有数千种物质，对人体有害的主要有吖啶类、酚类、吡啶类、蒽萘类及苯并芘类等物质。沥青烟气中的苯并芘具有强致癌性和毒性，会引起头疼、眩晕、恶心呕吐、咽炎、鼻炎、肝脏肿大等病症。（2）粉尘。粉尘主要损害人体的呼吸系统。空气中的可吸入性颗粒物被吸入人体后，途经鼻、咽、支气管进入肺部，一部分刺激性气体颗粒可吸附于鼻咽处造成鼻炎、咽炎，进入肺部的细小颗粒对肺局部组织有阻塞作用，容易引起支气管炎、肺纤维化及肺气肿。（3）二氧化硫。二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的黏膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。二氧化硫和飘尘的联合作用可促使肺泡纤维增生，使肺部组织受损，发展下去可形成肺气肿。（4）一氧化碳。一氧化碳对机体的危害程度主要取决于浓度和机体吸收时间的长短。一氧化碳中毒会导致机体组织缺氧，对心脏和大脑的影响最为显著，常常导致脑组织软化、坏死。（5）氮氧化物。氮氧化物对眼睛和上呼吸道黏膜刺激较轻，主要侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡，会引起肺水肿。（6）噪声。噪声不仅会严重影响听觉器官，甚至会使人丧失听力，还会影响睡眠和神经系统，使人感到急躁、容易动怒。由于噪音会刺激神经系统，使之产生抑制，所以长期在噪音环境下工作的人，容易神经衰弱。（7）气味。沥青烟产生的气味严重影响人、动物、植物的生长和发育，如果人长期在这样的气味环境中，可引起呼吸道疾病和皮肤疾病等，而且会诱发癌症。3 国外环保沥青搅拌设备研究美国大约有3 600套沥青搅拌设备，由美国环境保护署（EPA）和其他州及联邦监管机构负责对其进行环保监管。EPA针对大气环境制定了6种污染物的排放标准，它们是：小于10 m的颗粒物（PM-10）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）和铅（Pb）。在美国，沥青搅拌站的气体排放必须获得许可证。许可证是根据估算年度污染物排放率而颁发，大多数热拌合设备的排放明显低于联邦气体排放限值。即便如此，一些州仍要求通过排放模型来确定其对场地的影响；有些州执行限制沥青搅拌站行业排放的法规。限制方面包括对年产量、燃料使用量或污染物浓度等的控制。美国联邦法规目前不限制热拌沥青设备的无组织排放；但是，由于沥青烟排放的预测和建模的局限性，今后的条例可能会限制搅拌站的使用。EPA已经对沥青混合料的生产进行了广泛的测试、监督。在排放评估报告中，EPA的结论是：只要配备了标准的污染物控制设备，即使是最大产量的沥青搅拌站，所产生的污染也不是最主要的污染物来源。2002年，EPA正式宣布将沥青搅拌站从空气污染物的主要来源名单中摘除。美国北卡罗莱纳州环境和自然资源部（NCDENR）研究了该州沥青厂对周围空气的影响（包括北卡罗莱纳州西部的丘陵地带）。1998年，由于一些居民对空气污染物排放的担忧，NCDENR暂时停止建造新的沥青厂。经过广泛的测试和建模，NCDENR重新建造沥青厂，并在使用过程中发现通过适当控制搅拌站可以不降低空气质量或危害公众健康。EPA对搅拌站排出的气体进行了试验，结果如表1所示。由表1可知，超过99%的废气由氮气、水蒸气、氧气和二氧化碳组成，预计这4种化合物的排放量不会影响公众环境。EPA从1972年开始每年发布大气污染物排放因子报告，2004年发布了沥青搅拌站AP-42研究报告，此报告成为沥青搅拌站排放研究的一个重要依据。在AP-42排放因子数据库中，每个计算所得的排放因子都根据其可信度分为A、B、C、D、E、U六个质量等级，见表2。排放因子的确定有助于估算各种空气污染源的排放量，美国AP-42排放系数手册总结了沥青搅拌站的主要污染物排放因子。（1）可过滤性PM。通过89次测试数据得出，数据范围为0.001 20.09 0 kgt1，平均值为0.013 kgt1。（2）可凝性有机颗粒物。通过24次测试数据得出，数据范围为5.91060.009 1 kgt1，平均值为0.002 1 kgt1。（3）PM10。数据范围为0.0130.004 9 kgt1。（4）CO。由12次测试数据得出，包括天然气、丙烷、重油等燃料无组织排放CO，数据范围为0.0170.65 kgt1，平均值为0.20 kgt1，数据可信度为C级。（5）CO2。115次测试数据得出，包括重油等无组织排放CO2，测试数据范围为3.478 kgt1，平均值为18 kgt1，数据可信度为A级。（6）SO2。使用燃气燃烧器时，利用2个A级测试得出数据，范围为0.001 70.002 9 kgt1，平均值为0.002 3 kgt1；使用燃油燃烧器时，数据为0.044 kgt1。（7）NOx。使用燃气燃烧器时，用3个A级测试和1个B级测试得出数据，范围为0.007 10.020 kgt1，平均值为0.013 kgt1；使用燃油燃烧器时，用1个A级测试和1个B级测试得出数据，范围为0.0310.084 kgt1，平均值为0.058 kgt1。（8）沥青烟（苯并芘）。测试值的A级排放因子为0.130.18 kgt1。在加拿大，大概有520台沥青搅拌站，主要由国家环保基金会对其进行环保和污染物排放研究，得出了许多重要结论，如：热沥青混合料产生的污染物分别占整个加拿大工业PM、PM10、PM2.5总数的2.2%、1.6%、0.5%。相比2000年来说，采取有效的控制技术和尘埃管理条例，悬浮微粒排放物可能降低81%。表3和表4列出了加拿大热拌沥青站污染物的排放。在英国，为了确定使用EPA的排放因子是否合适，比较了2个不同位置搅拌站沥青烟的估计值与测量值，并用分布模型分析，研究了苯并芘在每个地点对周围空气的影响。测量得出的结论是：使用EPA发表的沥青烟排放因子需要谨慎，尤其是当沥青烟的来源与温度有关时。尽管在研究地点测量的沥青烟排放量与使用EPA方法估计的值基本相同，但EPA方法中的局限意味着排放量可能超过或低于估计值。总体上，这些沥青厂的排放量对环境影响较低，厂区边界平均值是0.05 mgm3，低于沥青烟评估临界值0.25 mgm3。因此，沥青厂作业产生的沥青烟浓度和多环芳烃浓度不太可能显著影响当地的空气质量。4 搅拌站环保相关的法律、法规与排放指标4.1 大气污染物综合排放标准（GB 162971996 ）该标准规定了有组织排放烟囱的高度最低不得小于15 m，与搅拌设备有关的污染物排放指标见表5。4.2 工业窑炉烟尘排放标准 （GB 90781996）该标准规定了有组织排放烟尘浓度不得超过150 mgm3，无组织排放烟尘浓度不得超过5 mgm3。国家卫生部发布的工作场所有害因素职业接触限值（GB Z2.12007）中明确规定工作场所空气中粉尘容许浓度最大不能超过8 mgm3。4.3 工业企业厂界环境噪声排放标准（GB 123482008）厂界噪声是指在工业生产活动中使用固定设备等产生的在厂界处进行测量干扰周围生活环境的声音。沥青搅拌设备噪声限值见表6。沥青搅拌设备属于3类或4类功能区。4.4 地方标准上海、北京出台的与沥青搅拌设备有关的指标见表7、8。4.5 国外沥青搅拌设备污染物排放指标（1）烟尘。大多数国家使用17%的O2为参考水平。当基于固定源排放、尘埃低倍率物质浓度测定标准BS EN 13284-551-202使用17%的O2作为参考水平时，烟囱中排放的烟尘量在100 mgNm3以下通常是不可见的。（2）粉尘。不可能给出该指标的限值。（3）SOx和NOx。具体的极限值在350500 mgNm3之间，取决于使用的参数和测量标准。（4）CO、CO2。CO的极限值在350 1 000 mgNm3之间，许多情况下取决于使用的燃料或使用的RAP。欧洲国家对CO2排放量没有限制，但在一些国家，沥青搅拌设备是CO2排放的重要一部分。CO2的排放取决于所使用的燃料，每生产1 t沥青混凝土产生的CO2约为1420 kg。（5）TOC。具体的极限值在50150 mgNm3之间，取决于使用的参数和测量标准。如果使用RAP可能会发生变化。（6）噪音。有些国家在白天、夜间和周末对沥青搅拌设备进行限制。有些国家对工业区和居民区进行限制。（7）气味。气味用所谓的“愉悦级别”来量化，就是气味给人以愉快或不愉快的感觉。级别在-4（非常不愉快）与+4（非常愉快）之间变化。（8）废物。必须按照国家或地方立法进行分类并回收和处置，所有附带的废物都应回收利用，或在不可避免的情况下尽量减少，按规定的方法予以保存和处理。（9）视觉方面。应适当的美化景观，如种植植物、封闭搅拌站，使视觉美感最大化，良好的厂务管理也能降低成本，鼓励与周边邻居沟通。5 沥青搅拌设备污染物的防治措施5.1 粉尘（烟尘）的防治（1）场区管理。良好的搅拌设备厂区管理可减少粉尘排放，改善厂区的舒适度。在厂区内的尘道洒水，在干燥的天气下，尽量减少由装载机和卡车出入引起的扬尘。良好的厂区管理还包括及时清理撒落物或碎片。卸料产生的扬尘见图2。（2）冷料仓除尘系统工作流程。沥青搅拌设备的粉尘主要由冷料上料和加热产生，冷骨料上料皮带配备单独的除尘系统，生产时风机开启，脉冲除尘器进入工作模式。装载机上料时，除尘检测装置检测到装载机到位信号，相应料仓风门阀自动开启，料仓除尘装置对装载机卸料产生的扬尘进行捕集。装载机离开后相应料仓风门阀延时关闭，见图3。除尘密封装置对给料机皮带和转接头处产生的扬尘进行捕集，见图4、5。（3）搅拌主楼除尘系统。在主楼筛分、计量、搅拌、热料仓等扬尘部位配有负压装置，见图6、7。除尘系统采用大气反吹除尘，两级除尘，离线清灰，有效地阻止了粉尘外溢的现象。（4）封闭的搅拌站主楼。为从根源控制主楼粉尘无序排放问题，搅拌站主楼全封闭，负压处理。特别设计的溢料暂存仓，可做到溢料、超限料囤积处理，仓满时集中处理，有效防止持续溢料引起的扬尘，见图8。（5）冷料封闭储存。冷骨料采用厂房或筒仓封闭储存，见图9、10。料场全封闭式设计，阻挡粉尘向外飘逸，还可避免骨料露天堆放受雨淋而增加骨料含水率，减少烘干骨料而产生的额外能源消耗。5.2 沥青烟的防治（1）焚烧处理方法。沥青烟的最主要处理方法是焚烧或收集，沥青烟处理系统今后可能成为搅拌站的标准配置。沥青烟处理系统要保证搅拌站相应的各收集装置必须同时工作，这包括：沥青烟的收集、管道输送、风量调节系统及处理装置。沥青烟由成品仓引向燃烧器，见图11，引风系统将沥青烟吸入燃烧器的火焰中，收集的烟气从燃烧器的环形风道喷出，见图12；在烘干筒内火焰处均匀分布的沥青烟进风管，见图13。在卸料口安装控制机构，通过挡风板的调节控制收集沥青烟气的多少，卸料口沥青烟最有效的收集方法是在卸料口设置具有卷帘门的通道，见图14、15。（2）吸附收集方法。ASTEC公司在每个成品料卸料口处设有集装箱式的除尘“隧道”，见图16，利用静电除去沥青烟。烟气通过一级通道，被高压直流电极电离而携带负电荷，进入二级通道后，烃类颗粒被正电极吸附从气流中分离，处理后的气流直接排入大气。静电除尘器电极要定期清洁，以去除堆积的颗粒。介质过滤是常用的沥青烟处理方法，见图17。沥青烟被吸入过滤系统后，一部分烟气首先被冷凝流入贮槽中，剩余的烟气进入二级过滤器。第一级初步过滤冷凝液滴，第二级油雾过滤器起沥青烟过滤作用，过滤的烟气由风机排入大气。此设备仅用于收集烟雾颗粒，不适用于高浓度的细小颗粒。为了保证吸附装置的正常工作，需要经常更换过滤器芯。沥青烟的另一种处理装置是粉裹烟过滤装置，它的原理与袋式除尘器类似，在沥青烟的管路中加入纤维材料，使它与沥青烟充分混合，然后由布袋除尘器清除，见图18。引风机风门和变频器用于调节布袋除尘器气体流量和风速的大小，负压计监测布袋的压降，过滤布袋一般为510组。粉裹烟过滤装置采用3种过滤方法：撞击、拦截和布朗扩散。撞击是指沥青烟颗粒与过滤网碰撞，这种方法对大于3 m的颗粒有效；拦截是用来收集13 m范围内的小颗粒；布朗扩散用于收集亚微米颗粒，其原理是，亚微米颗粒在气流作用下沿弧形轨迹产生回旋、平移等布朗运动，与过滤网纤维碰撞而被收集，从而从气流中清除。粉裹烟方法需要定期更换过滤网，以满足除尘器压差要求。（3）低温等离子体烟气净化法。在低温等离子体沥青烟气净化技术中，主要有高压脉冲高能电子辐射、紫外光分解和臭氧氧化3个原理和功能。该技术能很好地破坏沥青烟气中的大分子结构，生成小分子物质。在臭氧的作用下与沥青烟气中的分子碰撞，使得等离子结构中产生的高能电子激发到更高能级状态，接着会形成激发态分子，使烃类物质内部结构的化学键断裂，形成活性物，最终产物是CO2和H2O。（4）UV光催化氧化净化法。UV光催化氧化净化法对沥青烟气分子分解能力较强，能高效去除挥发性有机物（VOCs），特别是对一些恶臭气体，脱臭效率最高可达99%以上。UV光催化氧化净化法的原理是在UV紫外光照射下使VOCs类以及苯、甲苯、二甲苯等有机物或无机高分子恶臭化合物的分子链结构裂解，分解成小分子结构、原子和中间体等，然后在纳米催化剂作用下转变成低分子化合物，如CO2和H2O等。（5）冷凝法。处理沥青罐产生的沥青烟的方法有2种：一是采用蒸汽回收装置，该装置将来自罐内的沥青烟通过冷凝排到沥青管道内，图19是将沥青烟蒸汽回收到连接器；二是用冷凝器处理沥青罐中沥青烟，排气冷凝器本身由若干个圆形翅管组成，沥青烟经过冷凝浓缩并排放回罐中，净化后的空气由通风口排放到大气中，见图20。抑制运料车上沥青烟的方法是装料后立即覆盖，覆盖的另一个优点是在运输过程中防止沥青混合物温度下降过快。5.3 噪声处理大功率引风机是搅拌站噪音的主要来源，常用的方法是将引风机设为变频控制，该方法可在实现降低噪音的同时，节约用电；或在引风机出风口与烟囱连接处安装消音器；或采取引风机隔音房的方法，将引风机整体包封。振动筛、溢料管、骨料提升机在运转中也会产生噪音，可在其外部增设保温棉，以实现保温降噪并节约能源。此外，对主楼实行全封闭式设计，既可抑制扬尘，也可降低整机设备运行时的噪音。5.4 SO2的防治SO2的主要来源是燃烧器使用的燃料，简单的办法是在沥青中加入2%4%的石灰，或在烟囱处增加石灰水喷雾装置，对SO2进行中和。5.5 NOx的防治NOx主要来源于燃烧器，NOx的排放量取决于燃料的氮含量、空气过剩系数、火焰温度和燃烧器类型。解决方法有以下几种。（1）采用低NOx燃烧器，其缺点是会降低产量。（2）采用清洁燃料，如天燃气等。（3）减少骨料含水量，如覆盖堆料，在堆料下铺设防水或防湿装置。（4）降低沥青混合料温度。（5）燃烧器调节。通过调整燃烧器可将NOx排放量减少10%，同时有助于降低燃料消耗。（6）其他维护和操作。定期对设备维护，优化生产和运营，如定期检查烘干筒混合叶片。（7）烟气再循环。将部分烟气和空气混合后再进行燃烧，降低最高火焰温度和氧的浓度。（8）催化还原