CN105080321A - 一种新型“绿色”高速公路收费站的尾气处理工艺 - Google Patents

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许岩
蔡宴朋
孙涛
袁王婷
徐文
尚刚
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北京师范大学
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一种新型“绿色”高速公路收费站的尾气处理工艺,包含气体检测系统、气体收集系统、气体处理系统、后期维护系统,其中的主要流程为:A)车道岗亭周围安装红外线探测器,连接汽车尾气分析仪,当超过阈值范围将自动开启尾气处理设备;B)在车道下方加装离心式鼓风机,并将后续处理系统安装于地下空间;C)与风机联通的是导气管;D)气体进入尾气收集除尘室并加装喷淋设备,排至沉淀池,进入城市污水厂;E)在喷淋过程中的部分难溶性酸性气体,需要通过碱液脱硫池加以处理并排出;F)将喷淋过后废气一并在远离收费站人员密集的下风向区域排出。

Description

一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺
技术领域
[0001] 本发明属于大气污染控制工程与环境科学与工程应用领域,具体涉及一种通过吸 收车辆尾气并加以处理净化的工艺方法,以达到降低收费站工作人员因吸入过量有毒尾气 导致患病的风险。
背景技术
[0002] 高速公路收费站是链接高速公路地域之间的纽带,是高速公路的门户,它是高速 公路景观的重要来源,起到了收费管理、安全维护等职能作用,是我国高速公路系统不可分 割的一部分。然而,车辆进入收费区域时,会经历减速-停车-启动-加速的过程,当停靠 在收费区域并不熄火的条件下,会产生大量有毒有害的汽车尾气,并对人体健康造成威胁。 尤其对于在收费站岗亭工作的基层员工与交警来说,长期吸入大量尾气会严重影响身体健 康;经有关人员测定京石、京津塘和首都机场高速公路两侧植物枝叶和路边土壤铅、钙、铜、 铬含量,研究4种重金属元素在高速公路两侧的扩散特征以及车流量大小与重金属含量间 的相关关系,结果表明,高速公路沿线的重金属污染程度与车流量大小密切相关,尤其对于 车流量大的高速公路收费站污染情况更为严重,一些收费员不时反映有头昏、喉痛、噪音性 听力损失、记忆力衰退、有肌肉骨骼疾患等症状;另外意大利那不勒斯大学的专家对85名 在高速公路收费站工作的男性进行的调研表明,已婚的71人中有7人婚后没能生育后代, 尽管他们的精子数量与同一地区其他中青年男性没有差别,但精子的活力普遍较弱,产生 严重的汽车尾气污染问题。
[0003] 对于高速收费站尾气的控制常是基于长时间序列的参数监测,或者利用新型光催 化材料与活性炭吸附作用吸收尾气,还没有完善的一体化工艺解决收费站汽车尾气问题; 另外由于资金等原因,大多数收费站对于尾气控制的工作并未开展,相应技术无法得到广 泛普及。
[0004] 对于汽车尾气的控制主要有三类指标:
[0005] 第一类是SO2,这类气体是由石油类能源燃烧产生的,也是汽车尾气排放产 生的重要污染物,他们与有机物的结合往往产生很强的致癌作用,对人类健康产生危害。
[0006] 第二类是重金属物质,这类物质虽然含量较小,但是毒性巨大。
[0007] 第三类是汽车产生的黑烟、油污等颗粒悬浮物质,这类物质我们仅利用肉眼就可 以观察,若长期吸入,会对人体呼吸道造成严重危害。
[0008] 在实际工作中,对于收费站区域这三种指标的监测与治理工作尚未完全开展,很 多收费站条件简陋,对于企业精神倡导的基层收费员微笑服务,往往导致带口罩等简单保 护措施不被允许,使得收费人员与执勤交警在工作中受到尾气污染的严重危害。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于提供一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺,并在收 费站等汽车尾气浓度密集区域建立完善的尾气收集与处理设备,以保护与保障基层工作人 员的人身安全。
[0010] 为了实现上述目标,本发明提出的"绿色"收费站汽车尾气处理工艺,包含气体检 测系统、气体收集系统、气体处理系统、后期维护系统,其中的主要流程为:
[0011] A)在车道岗亭周围紧贴地面的位置安装2~3个红外线探测器,并连接与HPC501 型(推荐配置)汽车尾气分析仪,将仪器分析数据连接到PC终端,并设定适宜当地环境条 件的污染参数阈值,超过阈值范围将自动开启尾气处理设备;
[0012] B)在车道下方加装约5. 5KW (排气面积5m2)的离心式鼓风机,鼓风机紧贴地面,并 为了收费站美观设计,将后续处理系统安装于地下空间;
[0013] C)与风机联通的是导气管,采用PVC材料或钢制管道以防止有毒气体腐蚀管壁;
[0014] D)气体进入尾气收集除尘室,并将该室加装喷淋设备(根据当地站点实际情况, 可以将收集室与喷淋室分开,起到降解重金属与颗粒物质的作用),使得部分可溶性气体溶 解于水体,并排至沉淀水池,并将沉淀池水体输送至中水管道用于景观建设,对于无中水 管道的收费站,可以直接排入污水管道流入市政污水官网,进入城市污水厂;
[0015] E)另外,在喷淋过程中的部分难溶性酸性气体,需要通过碱液脱硫池,利用酸碱中 和加以处理并排出;
[0016] F)将喷淋过后的轻质气体与经过碱液池处理的酸性气体一并在远离收费站人员 密集的下风向区域排出。
[0017] 根据综合处理工艺,步骤A采用FCS自动控制方法,利用计算机自动监测的实时数 据,判断是否需要开启尾气处理设备,这样的设计使得尾气处理设备可以在最合适的时段 工作,而当车辆较少的时段连续开启系统将会大量消耗电力,这也避免了能源的浪费现象。
[0018] 根据综合处理工艺,步骤B中的鼓风机需要安装降噪、消噪装置,避免噪音过大影 响收费人员与司机的交流。
[0019] 根据综合处理工艺,步骤C采用管径大致范围约为DN100~DN200mm,并根据当地 实际情况酌情变化。
[0020] 根据综合处理工艺,步骤D中的处理设备数量将根据站点大小设计,若收费站为 6~8车道的大站,则至少需要三个收集除尘室。
[0021] 根据综合处理工艺,步骤E中的碱液脱硫池将引入工业烟气脱硫机理,采用CaO、 Na2CO3为原料,将其溶解于水中,并利用导管将反应液与气体充分接触,以降解污染气体中 的含硫物质,其主要化学反应如下:
Figure CN105080321AD00051
其中,反应生成的NaOH与Na2SO3可以循环使用,降低了原料的使用成本。
[0022] 本发明提供了一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺,操作简单,成本 低廉,产生效果速度快,考虑到了尾气污染物中的含硫气体,氮氧化物,重金属以及其他颗 粒物质浓度等指标,汽车尾气中污染气体去除明显,可以有效控制由汽车尾气引起的高速 公路收费人员的健康风险,创造了新型绿色高速公路收费站效益。
附图说明
[0023] 图1为本发明的技术路线示意图;图2为本发明的工艺流程示意图;图3分别为各 装置的设计祥图;其中图3(a)为气体检测系统平面示意图,图3(b)为鼓风机立面示意图, 图3(c)为气体处理装置剖面示意图。
具体实施方式
[0024] 本发明提供了一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺,其主要实施方法 如下:
[0025] A)在原有4mX 3m的车道下方开挖余留尾气处理室空间,安装红外探测仪约2~3 个于每个车道周边,建立中控室位于车道附近监控机房,以监测尾气实时状况,具体位置如 图3(a)所示。
[0026] B)在下方安装鼓风机,直径d约为I. 5m,功率约为5. 5kW,并在风机上部安装降噪 装置,但需要注意风机上部高度不得高于车道地面高程,以防止行车不便等问题,具体装置 图样如图3(b)。
[0027] C)车道下部需要余留约为5mX 5mX 7m的空间,尾气收集室尺寸约为 2mX2mX 2. 5m,喷淋设备需要长度较长,以使得水分与气体充分接触。
[0028] D)尾气经过碱液池,注入CaO、Na2COj^混合反应液与来流其他反应,剩余气体排 放至大气中,见图3(c)所示。
[0029] 具体装置设计见附图。
[0030] 由于施工强度较大,此设计通过计算机模型的建立得以验证,通过在陕西某高速 公路收费站检测到的气体样品并在实验室里监测所得运行前浓度数据,导入计算机运行, 计算运行后浓度期望值。将排气出口(outlet)处的气体组分进行检验,发现气体中有毒物 质的含暈明显降低,如下表结果所示:
Figure CN105080321AD00061
表1设备运行污染物浓度比对
[0031] 可见,收费站在不安装气体处理设施前,空气质量均超过国家《环境空气质量标 准》(GB3095-2012),经过安装设备,可以降低污染物含量,二氧化硫去除率较高,约达到 77%,另外,收费站岗亭的红外探测仪可以实时监测出岗亭附近污染物浓度值,均呈下降走 势,因此装置的去除效果显著。

Claims (1)

1. 一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺,包含气体检测系统、气体收集系 统、气体处理系统、后期维护系统,其主要步骤是: A) 在车道岗亭周围紧贴地面的位置安装2~3个红外线探测器,并连接与HPC501型 (推荐配置)汽车尾气分析仪,将仪器分析数据连接到PC终端,并设定适宜当地环境条件的 污染参数阈值,超过阈值范围将自动开启尾气处理设备; B) 在车道下方加装约5. 5KW(排气面积5m2)的离心式鼓风机,鼓风机紧贴地面,并为了 收费站美观设计,将后续处理系统安装于地下空间; C) 与风机联通的是导气管,采用PVC材料或钢制管道以防止有毒气体腐蚀管壁; D) 气体进入尾气收集除尘室,并将该室加装喷淋设备(根据当地站点实际情况,可以 将收集室与喷淋室分开,起到降解重金属与颗粒物质的作用),使得部分可溶性气体溶解于 水体,并排至沉淀水池,并将沉淀池水体输送至中水管道用于景观建设,对于无中水管道的 收费站,可以直接排入污水管道流入市政污水官网,进入城市污水厂; E) 另外,在喷淋过程中的部分难溶性酸性气体,需要通过碱液脱硫池,利用酸碱中和加 以处理并排出; F) 将喷淋过后的轻质气体与经过碱液池处理的酸性气体一并在远离收费站人员密集 的下风向区域排出。 根据综合处理工艺,步骤A采用FCS自动控制方法,利用计算机自动监测的实时数据, 判断是否需要开启尾气处理设备,这样的设计使得尾气处理设备可以在最合适的时段工 作,而当车辆较少的时段连续开启系统将会大量消耗电力,这也避免了能源的浪费现象。 根据综合处理工艺,步骤B中的鼓风机需要安装降噪、消噪装置,避免噪音过大影响收 费人员与司机的交流。 根据综合处理工艺,步骤C采用管径大致范围约为DNlOO~DN200mm,并根据当地实际 情况酌情变化。 根据综合处理工艺,步骤D中的处理设备数量将根据站点大小设计,若收费站为6~8 车道的大站,则至少需要三个收集除尘室。 根据综合处理工艺,步骤E中的碱液脱硫池将引入工业烟气脱硫机理,采用Ca0、Na2C0 3 为原料,将其溶解于水中,并利用导管将反应液与气体充分接触,以降解污染气体中的含硫 物质,其主要化学反应如下: 2Na0H+S02- Na 2S03+H20, Na2S03+S02+H20 - 2NaHS03 Na2C03+S02- Na 2S03+C02, CaOH2O - Ca(OH)2 Ca (OH) 2+Na2S03- 2Na0H+CaS0 3, Ca(0H)2+2NaHS03- Na2S03+CaS03 • 0• 5H20+1. 5H20 Na2S03+0. 502- Na 2S04 Ca(0H)2+Na2S04+2H20 - 2Na0H+CaS04 • 2H20 CaSO3 • 0. 5H20+0. 502+l. 5H20 - CaSO4 • 2H20 其中,反应生成的NaOH与Na2SO3可以循环使用,降低了原料的使用成本。 本发明提供了一种新型"绿色"高速公路收费站的尾气处理工艺,操作简单,成本低廉, 产生效果速度快,考虑到了尾气污染物中的含硫气体,氮氧化物,重金属以及其他颗粒物质 浓度等指标,汽车尾气中污染气体去除明显,可以有效控制由汽车尾气引起的高速公路收 费人员的健康风险,创造了新型绿色高速公路收费站效益。
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