一种抑烟沥青复配设计方法

1.本发明涉及道路工程技术领域，尤其涉及一种抑烟沥青复配设计方法，特别是一种实现沥青烟气关键组分减排控制的抑烟沥青复配设计方法。


背景技术：

2.沥青的加热或对其进行高温处理的过程中，会产生大量的沥青烟气。沥青烟气中含有大量的颗粒物、挥发性有机物、二氧化硫、氮氧化物等。这些物质会对周围环境造成不可逆转的伤害，烟气中一部分物质在被人体吸入后会引发咽炎、头疼、恶心干呕、肝脏肿大等一系列疾病，严重的情况可能会引起相应细胞癌变，危害身体健康。近年来，道路工程技术领域尤其是沥青的生产、加工以及施工过程中承受着巨大的环保治理压力。因此，提供一种实现沥青烟气关键组分减排控制的抑烟沥青复配设计方法迫在眉睫。


技术实现要素：

3.有鉴于此，为解决目前道路工程领域沥青的生产、加工以及施工过程中产生大量烟气的技术问题，本发明提供了一种抑烟沥青复配设计方法，通过对沥青烟气关键组分浓度大幅减排、生态环境负面影响的有效控制，提高了沥青烟气抑制减排的实用性。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
5.一种抑烟沥青复配设计方法，包括如下步骤：
6.步骤1：标定普通沥青材料与掺入抑烟剂的改性沥青材料产生沥青烟气的各组分浓度，并确定沥青烟气关键组分；
7.步骤2：根据沥青烟气关键组分的浓度，计算沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标；
8.步骤3：设计和初拟沥青烟气抑制剂的复配组合及各抑制剂掺量；
9.步骤4：验证抑烟沥青材料对沥青烟气关键组分实际抑制效果；
10.步骤5：基于沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标，结合沥青烟气关键组分对生态环境的负面影响，不断反馈优化抑烟沥青复配设计方案；
11.步骤6：确定最优抑烟沥青复配设计方案。
12.优选地，步骤2中，沥青烟气关键组分整体排放浓度指标的计算公式如下：
[0013][0014]
式中，ci为所测第i种关键组分的排放浓度，i＝1,2,3,
…
,n，n为第i种组分，kec为普通沥青材料烟气关键组分整体排放浓度指标；
[0015]
浓度抑制率指标的计算公式如下：
[0016][0017]
式中，cir为浓度抑制率指标，kec＇为抑烟沥青材料烟气关键组分排放浓度。
[0018]
优选地，步骤5中，生态环境的负面影响的评价方法，包括如下步骤：
[0019]
首先，考虑沥青烟气关键组分的排放浓度不超过最高允许排放浓度：
[0020]ct
≤h
[0021]
式中，c
t
是实测的沥青烟气关键组分的浓度，指经过处理设施后排气筒中污染物任何一小时浓度平均值，近似等于沥青烟气各关键组分总浓度；h是沥青烟气的最高允许排放浓度；
[0022]
其次，考虑沥青烟气对施工范围半径r内毒性的危害，半径为r的施工范围内的某种气体的浓度不超过该种气体可引发人体癌变的浓度：
[0023]ci
≤c
i,c
[0024]
式中，ci是第i种关键组分的排放浓度，c
i,c
是第i种气体对应可引发人体癌变的值；
[0025]
最后，考虑沥青烟气的异味贡献度对生态环境的负面影响，异味贡献度按以下公式计算：
[0026][0027]
式中，pi为异味贡献度，oavi为各关键组分的异味活度值，soav为各关键组分异味活度值加和；
[0028]
所述异味活度值按照以下公式计算：
[0029][0030]
式中，ci为第i种关键组分的排放浓度，c
ot,i
为第i种关键组分的异味阈值；
[0031]
所述异味活度值加和按以下公式计算：
[0032][0033]
式中，ci为第i种关键组分的排放浓度，c
ot,i
为第i种关键组分的异味阈值。
[0034]
优选地，步骤3中，抑制剂为单体抑制剂。
[0035]
优选地，所述抑制剂的掺量为3％活性炭和3％镁铝水滑石。
[0036]
本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：
[0037]
1.本发明提供的抑烟沥青复配设计方法，提出了预期实现沥青烟气关键组分减排控制的抑烟沥青材料总体设计原则和目标：沥青烟气关键组分浓度大幅减排、生态环境负面影响有效控制。该设计方法原则目标清晰、考虑因素周全，有助于未来沥青路面高效抑烟目标的实现，有效抑制沥青烟气及减少其生态环境负面影响。
[0038]
2、本发明提供的抑烟沥青复配设计方法，提出了沥青烟气关键组分整体排放浓度(kec)指标与浓度抑制率(cir)指标，同时考虑了沥青烟气对生态环境的负面影响，包括大气污染、施工过程中对人体的毒性危害以及异味贡献度三方面量化沥青烟气关键组分对生态环境的负面影响，提高了沥青烟气抑制减排的实用性。
附图说明
[0039]
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
[0040]
以下将结合图1对本发明的技术方案进一步详细描述具体实施过程。
[0041]
本发明提供的一种抑烟沥青复配设计方法，该设计方法提出沥青关键组分整体排放浓度(key-component emission concentration，简称kec)指标与沥青烟气关键组分排放浓度抑制率(concentration inhibition ratio，简称cir)指标，同时考虑了沥青烟气对生态环境的负面影响，包括大气污染、施工过程中对人体的毒性危害以及异味贡献度三方面量化沥青烟气关键组分对生态环境的负面影响。
[0042]
包括如下步骤：
[0043]
步骤1：标定普通沥青材料与掺入抑烟剂的改性沥青材料产生沥青烟气的各组分浓度，并确定沥青烟气关键组分；
[0044]
步骤2：根据沥青烟气关键组分的浓度，计算沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标，其中，关键组分包括沥青烟内颗粒物、vocs、h2s、no
x
、co等沥青烟气各组分中浓度较高的组分；
[0045]
步骤3：设计和初拟沥青烟气抑制剂的复配组合及各抑制剂掺量，单体抑烟剂种类繁多，且抑制机理、效果差异较大，常见的抑烟剂有镁铝水滑石(ldhs)、活性炭和膨胀石墨。应根据工程项目所在地实际情况与普通沥青烟气排放情况确定抑烟剂及掺量，并充分考虑技术经济性；
[0046]
步骤4：验证抑烟沥青材料对沥青烟气关键组分实际抑制效果，即验证沥青烟气关键组分整体排放浓度(kec)指标与浓度抑制率(cir)；
[0047]
步骤5：基于沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标，结合沥青烟气关键组分对生态环境的负面影响，不断反馈优化抑烟沥青复配设计方案，即，根据步骤4中抑烟沥青材料的实际减排效果优化沥青烟气抑制剂复配组合或掺量，结合沥青烟气关键组分包括大气污染、施工过程中对人体的毒性危害、异味贡献度三方面对生态环境的负面影响，不断反馈优化沥青烟气抑制复配设计方案；
[0048]
步骤6：确定最优抑烟沥青复配设计方案。
[0049]
在本发明中，步骤2中，沥青烟气关键组分整体排放浓度指标的计算公式如下：
[0050][0051]
式中，ci为所测第i种关键组分的排放浓度，i＝1,2,3,
…
,n，n为第i种组分，kec为普通沥青材料烟气关键组分整体排放浓度指标；
[0052]
浓度抑制率指标的计算公式如下：
[0053][0054]
式中，cir为浓度抑制率指标，kec＇为抑烟沥青材料烟气关键组分排放浓度。
[0055]
在本发明中，步骤5中，生态环境的负面影响的评价方法，包括如下步骤：
[0056]
首先，考虑沥青烟气关键组分的排放浓度不超过最高允许排放浓度，即，考虑沥青
烟气关键组分对大气污染的影响，对大气污染的影响综合考虑了沥青烟气的最高允许排放率，烟气经过处理设施后排气筒排放过程中不超过最高允许排放浓度：
[0057]ct
≤h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0058]
式中，c
t
是实测的沥青烟气关键组分的浓度，指经过处理设施后排气筒中污染物任何一小时浓度平均值，近似等于沥青烟气各关键组分总浓度；h是沥青烟气的最高允许排放浓度；
[0059]
原则上，c
t
指标越小越好，该值越小则表明i种气体组分对大气污染的影响也越小；
[0060]
其次，考虑沥青烟气对施工范围半径r内毒性的危害，半径为r的施工范围内的某种气体的浓度不超过该种气体可引发人体癌变的浓度：
[0061]ci
≤c
i,c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0062]
式中，ci是第i种关键组分的排放浓度，c
i,c
是第i种气体对应可引发人体癌变的值；
[0063]
最后，考虑沥青烟气的异味贡献度对生态环境的负面影响，异味贡献(odour contribution，简称pi)与异味活度值(odor activity value，以下简称oav)和异味活度值加权(summation of odor activity values)有关；烟气中某一组分的异味活度值越大，其异味贡献也就越大。因此，根据混合物中各组分异味活度值的大小来判断混合物的异味贡献(pi),从而可以分析混合体系中的主要致臭成分，异味贡献度按以下公式计算：
[0064][0065]
式中，pi为异味贡献度，oavi为各关键组分的异味活度值，soav为各关键组分异味活度值加和；
[0066]
所述异味活度值按照以下公式计算：
[0067][0068]
式中，ci为第i种关键组分的排放浓度，c
ot,i
为第i种关键组分的异味阈值；
[0069]
所述异味活度值加和按以下公式计算：
[0070][0071]
式中，ci为第i种关键组分的排放浓度，c
ot,i
为第i种关键组分的异味阈值。
[0072]
在本发明中，步骤3中，抑制剂为单体抑制剂，其中，沥青烟气抑制剂种类繁多，通过总结国内外学者对沥青烟气抑制剂的研究，同时综合考虑抑烟效果、经济成本等因素，单体抑制剂优选为镁铝水滑石(ldhs)、活性炭和膨胀石墨。
[0073]
在本发明中，所述抑制剂的掺量为3％活性炭和3％镁铝水滑石。
[0074]
下面结合具体应用实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0075]
(1)标定普通沥青材料与掺入抑烟剂的改性沥青材料产生沥青烟气的各组分浓度，并确定沥青烟气关键组分；
[0076]
所选用的普通沥青为河北省常用的邯郸70号(hd-70)基质沥青，该设计的主要目
的是使沥青烟气关键组分浓度大幅减排、生态环境负面影响有效控制。为了标定沥青烟气中各物质的浓度确定沥青烟气的关键组分，首先需要对沥青烟气进行收集，分析沥青烟气组成成分，然后进一步分析沥青烟气中各组分的浓度，将浓度较高的气体组分作为关键组分，结果汇总于表1。
[0077]
表1 70号沥青烟气内各物质的排放情况
[0078]
烟气内各物质conoso2vocsh2sno2co2no
x
pm浓度(mg/m3)6.921.60/72.401.22/0.041.600.126
[0079]
通过对各表1各组分的浓度的观察，确定hd-70沥青烟气的关键组分为沥青烟内颗粒物、vocs、h2s、no
x
、co。
[0080]
(2)根据沥青烟气关键组分的浓度，计算沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标；
[0081]
沥青烟气抑制剂种类繁多，通过总结国内外学者对沥青烟气抑制剂的研究，同时综合考虑抑烟效果、经济成本等因素，最终选择了镁铝水滑石(ldhs)、活性炭和膨胀石墨作为单体抑制剂(分别简称y1、y2、y3)。基于各关键组分的浓度根据公式(1)与公式(2)计算关键组分整体排放浓度(kec)指标与浓度抑制率(cir)指标，将结果汇总与表2。
[0082]
表2不同添加剂不同掺量的kec指标与cir指标
[0083][0084][0085]
(3)设计和初拟沥青烟气抑制剂的复配组合及各抑制剂掺量；
[0086]
从大气污染、施工过程中对人体的毒性危害以及异味贡献度三方面综合评价烟气关键组分对生态环境的负面影响。大气污染评价参照《大气污染物综合排放标准》提供的沥青烟气的最高允许排放浓度限值，即80mg/m3。施工过程中人体毒性危害评价参照《职业性接触毒物危害程度分级》将沥青烟气中关键组分的毒性进行分级，如表3所示。
[0087]
表3沥青烟气毒性分级表
[0088]
[0089]
异味贡献度的评价依据异味贡献(pi)指标，沥青烟气中oavi(其中oav1为vocs的异味活度值，oav2为h2s的异味活度值)，以及pi(其中p1为vocs的异味贡献，p2为h2s的异味贡献)的值如表4、表5所示。
[0090]
表4异味活度值表
[0091][0092]
表5异味贡献表
[0093][0094]
根据沥青烟气关键组分排放浓度抑制率以及综合考虑了生态环境的负面影响，选择活性炭与镁铝水滑石作为沥青烟气抑制剂复配材料，掺量为3％，并制备沥青烟气关键组分抑制型复配沥青材料。
[0095]
(4)验证抑烟沥青材料对沥青烟气关键组分实际抑制效果；
[0096]
检测沥青烟中关键组分排放浓度，进一步地根据公式(1)和公式(2)计算关键组分整体排放浓度(kec)指标与浓度抑制率(cir)指标，关键组分整体排放浓度为50.51mg/m3,浓度抑制率为37.07％。
[0097]
(5)基于沥青烟气关键组分整体排放浓度指标与浓度抑制率指标，结合沥青烟气关键组分对生态环境的负面影响，不断反馈优化抑烟沥青复配设计方案；
[0098]
基于沥青烟气关键组分kec与cir指标，结合包括大气污染、施工过程中对人体的毒性危害以及异味贡献度三方面的生态环境负面影响，不断优化复配设计方案。沥青烟气的总浓度为50.51mg/m3《80mg/m3符合《大气污染综合排放标准》，同时施工过程中有毒气体的浓度低于《职业性接触毒物危害程度分级》的急性中毒浓度，经计算异味贡献p1为58％，p2为42％，异味绝大多数是vocs贡献的。
[0099]
(6)确定最优抑烟沥青材料复配设计方案。
[0100]
确沥青烟气关键组分抑制型材料的道路沥青复配设计方案为：3％活性炭 3％镁铝水滑石。
[0101]
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。