沥青拌合站污染问题的产生及对策

2022-04-03 09:34:34 | 浏览次数：

摘要：目前在沥青路面施工中使用的沥青混合料拌合站越来越不能适应现代社会对环保的要求，文章分析了传统沥青拌合站中污染问题的产生根源，提出了对传统沥青拌合设备的改进思路.

关键词：沥青拌合站；环保；能源；土木工程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.232

1 引言

沥青拌合站的污染问题和多数其他机械类似，主要分为噪音污染、粉尘污染、残渣废料污染和地面油水污染等.尽管随着技术的革新与进步，人们在治理拌合站污染问题上已经有了一定进步，甚至产生了能够按比例回收并二次利用沥青混合料废料的再生设备，但是目前在用的沥青拌合站在很多方面仍然需要进一步优化和完善，例如在鼓风机中空气与高速旋转的叶轮摩擦带来噪音污染；骨料提升机中由于结构设计问题造成的石料浪费；振动筛晃动时石子与器械碰撞出现噪音；石料的倾倒、堆放与运输导致粉尘污染；燃烧燃料时排放的有害气体；拌合完成后产生少量固体废料等。本文将从沥青拌合站产生噪声、粉尘及废气排放等问题的原因探讨其治理方法。

2 传统沥青拌合站工作流程[1][2]

3 拌合站工作过程中产生的污染及原因分析

3.1 噪声

传统的沥青拌合站中大量的机械设施采用大功率的设计，以便于带动着整个拌合站的运转；但同时，此类型的大型发动机在运转过程中，极容易产生工业噪声问题，包括空气动力性噪声、机械噪声、电磁噪声以及结构噪声.除此之外，由于部分机械设施的设计存在缺陷，导致原料与器械间发生摩擦和碰撞，更加剧了噪声的严重，不利于周边居民及工人的正常作息。

干燥机滚筒由于干燥滚筒庞大的体积和质量，发动机的运行和滚筒的旋转会因机械摩擦产生一定机械性噪声；此外，在叶片的带动下，砂石料在干燥机滚筒内部做上下往复的机械性运动，石料与金属转筒碰撞产生分贝较高的碰撞声，也是干燥机滚筒的主要噪声来源。

排风机在排风机正常作业时，由于其功率较大（一般为160千瓦，占到整个拌合站工作功率的1/5），也导致了极为严重的噪声问题：在工作叶片旋转时，高功率使叶片以较高频率连续摩擦、撞击周围的空气介质，引起周围气体由于气流不均匀产生压力脉动，从而向四周辐射大量旋转噪音；当气流流经叶片界面产生分裂时，形成附面层及漩涡分裂脱离，而引起叶片上压力的脉动，在动翼的背面产生涡流，辐射出一种非稳定的涡流噪声；空气在负压排风机内部流动时，若遇到较为尖锐的障碍物，其运动模式容易受到影响产生混乱，形成乱流，从而可能带来频率较高的噪声，并造成风机工作效率的损失.除排风机本身设计产生的固定噪音外，其它部件质量，包括轴承的装配与精密度、齿轮与皮带之间的摩擦、马达等结构的共振等也可能带来机械噪声[3].综上所述，排风机也成为整个沥青拌合站中最重要、占比最大的噪声污染源。

斗式提升机常用的提升机为斗式提升机[4]，即由料斗、牵引构件（链条或橡胶带）及链轮构成的将砂石料提升到振动台的机械设施.工作时，在提升机最下方的料斗接收料仓中倒出的物料，随着输送带移动到顶部；绕过顶轮后料斗向下翻转，将物料倾入相应的接受槽内，并再次随输送带降至底部，进行循环作业.以这样的方式，在料斗接受及倾倒石料时，下落的石子必定会与料斗及接受槽的铁质内壁发生碰撞，产生一定的噪声；此外，由于当前提升机内部设计存在一定缺陷，石子在倾倒至提升机时无法完全被料斗接收，因而下落到地面，在产生少量原料浪费、影响提升机正常工作的同时，下落过程中石料与提升机外壳发生的碰撞摩擦同样向外辐射出少量的噪声。

振动筛石料在筛网上不间断的跟随筛箱的振动而上下跳跃，致使石子与石子、石子与筛网间产生持久的摩擦和碰撞，从而造成了少量噪音的出现。

3.2 粉尘

在沥青拌合站的操作过程中的许多环节，包括砂石料的堆放与运输、干燥机滚筒的初期加热运转、废料排放，都有可能产生粉尘，尽管拌合站中集尘器的设计能够在一定程度上起到缓解作用，但效果欠佳，特别是积尘处理较难，粉尘仍然是目前沥青拌合站最显著的污染来源。

集尘器在第一批石料被送入干燥机滚筒进行加热干燥时，由于石料还未能跟上滚筒的转动，筒内尚未形成料帘，因而在沥青拌合站工作的初期，燃烧器所喷出的火焰无法受到料帘的阻挡.此时如果以正常功率打开排风机进行除尘作业，燃烧器的火焰容易受到强大风力而过度拉长，并通过风机产生的吸力将热量传递到上层的除尘布袋中，引发布袋起火，导致机械的损坏.因此在实际操作过程中，当运输集料皮带机将第一批石料送入干燥机滚筒后，需要适当控制风机的功率以防止上述事故的发生；但小功率运作大大降低了集尘器的除尘效率，使大量砂石料中的粉尘无法立刻被处理，只能逸出干燥机滚筒进入空气中[5].尽管这类问题仅在拌合站运作初期较为明显，但其排放的粉尘数量极大，烟雾扩散后在空气中单位体积含量较高，并伴有刺激性气味，严重影响施工环境；同时，大量的集中粉尘堆积可能损坏工业机械设备，缩短拌合站机械部件的使用寿命，造成一定经济损失。

石料的转运工业用车（例如装载机）在转运砂石料时，石料的倾倒由于受到重力的影响，在下落时形成的高度落差打破了原本较为紧密的石料内部结构，导致石料颗粒间的缝隙增加，使原本存在于其中的干燥细沙、泥土等灰尘失去了原本相对稳定的受力坏境，再加上下落过程中受到微小不稳定气流的影响，这部分细小颗粒便会飘散在空气中形成粉尘，覆盖在整个沥青拌合站机械的外层，严重时可能会影响影响拌合站的正常工作与运转，降低生产效率及经济效益，而当石料在拌合站内部被提升时，由于骨料提升机的斗式设计，提升过程也伴随着不间断的石料的倾倒，因此也会由同样的原因而产生少量粉尘。

3.3 工业排放气体

沥青拌合站在利用燃烧特定燃料，例如煤炭、重油等，获得能量进行工作时可能会由于燃料燃烧不够完全及燃料纯净度较低产生少量工业气体，其中包括有毒气体二氧化硫（SO2），一氧化碳（CO），以及温室气体二氧化碳（CO2）.对于二氧化硫而言，这种化合物是最简单也是最常见的硫氧化物及工业排放物，但这种气体却严重危害大气环境，是当下大气主要污染物之一.二氧化硫产生的原因是，在沥青拌合站的主要供能物质煤炭及燃烧器所需要的重油（原油经过提炼的后期所带来的产物，同时也是加热沥青的重要原料）内部，由于纯度问题，存在着一定量的硫元素，且即使经过一定的脱硫技术处理，仍会有少部分留存下来，并在燃烧过程中与氧气发生氧化反应生成了二氧化硫[6]。

其中一氧化碳能够直接对生物生理机能产生危害：该气体是具有无色无味性质的有毒气体，比氧气更容易与血红蛋白相结合生成碳氧血红蛋白[8]，从而导致血红蛋白丧失携氧能力，在浓度较高时会严重影响生物的呼吸系统，造成一系列危险。

不同于其他机械，沥青拌合站在工作过程中还有可能产生沥青烟[9]，一种沥青或沥青混合料在加热时所释放的气溶胶与蒸汽的混合物.由于沥青烟的成分随沥青成分和混合料原料的比例变化而变化，所以沥青烟的组成极为复杂，其内部既存在着沥青挥发再凝结所形成的固体颗粒或液滴，也含有其它气态有机物，且常常混杂着烟尘，呈现黑褐色，并带有刺激性气味；其中沥青烟内部的3-4苯并芘是致癌有机物质，这样导致经常接触沥青拌合站的工作人员有较高的皮肤癌、咽喉癌发病率.在拌合站方面，在沥青混合料的加热制作及成品沥青的装卸过程中，如果不能够妥善处理，便可能会引发沥青烟的排放。

4 改善沥青拌合站环境污染问题的对策

因目前拌合站仍存在以上诸多污染问题，新型的环保型拌合站势必会成为沥青拌合站发展的主流方向；而通过现有技术手段及工业材料，对当前在用的拌合站进行改进也将会成为其发展过程中不可或缺的环节.基于前文对于沥青拌合站污染源的分析，环保型拌合站的构想将会打破传统拌合站中常见机械的束缚，通过引入新型多功能材料、构建新型机械设施等方式，对原有拌合站中相对落后的部件进行改造，在理论上能够起到较为显著治理效果。

4.1 噪声问题的治理

根据前期对于沥青拌合站噪声来源的分析，可大体将其噪声源分为两类，即石料与机械间由摩擦碰撞产生的噪声以及排风机大功率工作时产生的噪声.针对此二类噪声问题，在新型拌合站的设计过程中也将采用三种不同的方式进行处理，即（1）在原有工业机械中引入并应用质地较为柔软的耐高温吸音材料；（2）对传统拌合站中的部分器械设计进行小幅度改进；（3）摒弃传统拌合站中存在设计缺陷的”干燥机滚筒-排风机-集尘器”系统，并利用全新的机械装置对沥青拌合站中干燥除尘系统进行优化升级的处理。

4.1.1 耐热型吸音材料的使用

矿渣吸音棉矿渣棉[10]是矿物棉的一种，是用石英砂、石灰石和玄武岩为主要原料，加入钛、铅、铜、铬、铁、镍、磷、锰、锌等工业废渣，经过熔化离心等工艺制成的人造棉丝状无机纤维；该材料具有吸音能力强、导热系数低、质轻、强度大、化学性质稳定、经济成本低、弹性丰富且质地较为柔软等优良特点.当物体大幅度振动产生噪声时，声波经过矿渣棉的纤维结构，并在其内部不间断地反复干涉、叠加和反射，从而将大量的声能转化成其他形式的能量（如热能），起到减弱噪声强度的效果；此外，该材料具备柔软的质地，能够较好的缓冲与物料撞击时带来的震动，减弱声音幅度；其耐高温的特性也让之非常适合承受经加热的高温石料.因此，如果将矿渣棉材薄层料覆盖在沥青拌合站中振动箱和斗式提升机料斗的箱体内壁，理论上将会起到显著的降噪作用，解决由于物料和机械间摩擦而产生的碰撞性噪声。

泡沫铝泡沫铝[11]是一种在铝合金或纯铝中加入特定添加剂后，经过发泡工艺，使其内部形成大量均匀分布的孔洞制成的多功能复合材料，具有可回收、密度小、耐高温、吸收冲击能力强、吸音和抗腐蚀效果好且易于安装加工等性能.当声波在空气中传播时，泡沫铝内部空洞结构会使其发生干涉、散射及漫反射，将声音聚集在气孔，通过孔壁骨架的震动吸收并消耗声音的能量，起到消音除噪的作用，其吸声峰值可达到0.95以上，属于高阻尼材料[14].此外，泡沫铝没有方向性和反弹能力，所以能够高效的吸收冲击力，有着较强的减震性能，能够缓解机械部件与物料之间碰撞产生的声音；而且泡沫铝的软化点大约为500℃，且加热至1400℃也不会熔化，高于铝合金融化点840℃，有良好的耐热性，非常适合与高温石料进行接触，因此，若将此材料覆盖在沥青拌合站部分机械设施的内壁上，运用其吸音及耐热能力，将有效的规避拌合站中常见的机械噪声问题。

4.1.2 干燥-排风系统的优化升级

在传统沥青拌合站的设计中，排风机和干燥机滚筒的运转是整个拌合站最主要的噪声源.因此，在新式拌合站的设计过程中，原始的排风机系统将被淘汰，采用全新的机械装置取代其功能.同时，干燥机滚筒也必须进行全面的优化升级以配合排风机的革新（参见4.2.3）.

4.2 粉尘问题的治理

4.2.1 石料堆积方式的改进

在冷骨料斗附近的空旷地带建立容量较大的封闭式料仓进行石料的存储.在料仓的投料口加入水汽除尘的技术，即在料仓的料口设置水雾喷吐装置，在运输车辆装卸石料时，喷水装置随着投料口自动打开，对石料进行水雾喷洒的处理，使得石料内的粉尘以及细小颗粒在水雾作用下沉降在料仓内，大幅度减少石料倾倒过程中扬尘的产生.同时，在料仓与冷骨料斗之间建立一条连接通道，使石料直接经电脑操控从料仓进入冷骨料斗进行下一环节的加工，省去用装载机搬运的过程，减少导致粉尘产生的工序.该类型料仓的建设相比建筑用防尘网，能够更加全面地达到环保目的.虽然前期建设投入较高，但在后期能够大幅度减少场内转运成本，并且使整个拌合站区保持干净整洁。

4.2.2 干燥-排风体系的改进构想

排风机与集尘器传统沥青拌合站中，排风机是整个机械设备中由于功率过大和物理设计缺陷产生噪声最为严重的部分；因此，考虑到其设计不符合环保型拌合站理念且能源消耗占比过大，在新式拌合站中将去处该设备，并直接将干燥机滚筒后段于提升机相连接.同时，虽然布袋式集尘器能够起到较好的除尘效果，但是由于其在拌合站工作开始阶段不能够以最佳功效工作，仍然产生较为严重的粉尘问题，因此在新式拌合站的设计中也需将之去除，并采用全新且更高效的除尘系统，比如静电除尘模式等，将传统干燥-排风体系全面升级。

干燥机滚筒设计改进传统的干燥机滚筒设计，由于转动过程中料帘的存在，石料与其内壁不可避免发生碰撞，产生碰撞性噪声；对此，应在滚筒的内壁和外壁之间设计一夹层，并在该层中填入耐热性隔音保温材料（如前文所述的矿渣棉、泡沫铝等），既可以节能，也能削弱碰撞过程中所造成的噪声强度，防止过量的噪声穿过滚筒外壳传播到外界，达到减弱噪声的目的。

4.3 工业排放有害气体的处理

对于环保型沥青拌合站，新式燃烧器燃烧管中加入的空洞设计有效的提高了火焰与空气的接触，保证燃烧的充分，从而能够在一定程度上减少一氧化碳的产生.同时，对整个拌合站的加热能源，条件允许的情况下可改为天然气等环保型能源，减少有害气体的排放.除此之外，在沥青拌合站的烟囱通路中设置气体过滤装置，比如石灰石（CaO）或碱式硫酸铝吸收法，用于吸附去除二氧化硫等有害气体，达到清洁排放的目的。

环保型拌合站的设计中对沥青烟的治理可采用如下方法.（1）电捕法[12]，即建立极板并使之产生电场；沥青烟内部的颗粒以及大分子进入电场后在静电力的作用下倾向于向一极移动，以达到捕捉有害物质的目的；但此类方法单次投资较大，且对沥青烟温度有较高要求.（2）吸附法[13]，即在形成沥青烟的位置（如出料口）安置炉渣、滑石粉等疏松多孔且比表面积较大的物质对烟雾进行物理性吸附；具体吸附材料的采用需根据沥青烟内部成分的组成以及吸附时的温度来决定.此方法相比而言二次污染产生可能性较低，且过程中所使用的吸附物质大都可直接再次用于生产，符合环保型拌合站的理念。

5 结语

传统沥青拌合站产生的噪声、粉尘和工业排放气体问题的有效解决符合环境友好的目标和可持续发展理念，进一步探讨对传统沥青拌合站的升级改造，对促进公路建设的健康发展具有重要意义。

参考文献：

[1]化学化工大辞典[M].化学工业出版社，7-5025-2611-0/TQ.62.2013.

[2]金国淼.除尘设备[M].化学工业出版社，2002：124-173.

[3]伍先俊.风机叶片噪声机理及降噪[J].风机技术，2001（04）.

[4]纪宏源.斗式提升机的原理及设计[J].现代日用科学，2003：29.

[5]陈杰，潘志刚，张格，单淑梅，徐振国，赵学笃.旋风集尘器外旋流区粉尘分离过程与浓度场分布[J].农业机械学报，1999，30（03）.

[6]陈杰.燃煤二氧化硫的产生和防治[J].宁夏电力，2006（02）：58-62.

[7]汪家权，吴劲兵，李如忠，钱家忠，潘天声.酸雨研究进展与问题探讨[J].水科学进展，2004，15（04）.

[8]刘鹏，何跃忠，张锡刚，孟庆义.碳氧血红蛋白与一氧化碳中毒的相关性研究[J].军事医学，2011，35（02）.

[9]史宝成，刘景泰.沥青烟化学组分的气相色谱-质谱联机分析[J].环境化学，2001，20（02）：200-201.