CN116720652A - 一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于道路环境分析技术领域，特别涉及一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法。该方法包括以下步骤：1)在沥青面路施工过程中的运输阶段进行采样，分析得到运输阶段VOCs排放浓度，计算运输阶段的VOCs排放总量；2)在沥青面路施工过程中的摊铺阶段进行采样，分析得到摊铺阶段VOCs排放浓度，计算摊铺阶段的VOCs排放总量；3)在沥青面路施工过程中的碾压阶段进行采样，分析得到碾压阶段VOCs排放浓度，计算碾压阶段的VOCs排放总量；4)计算沥青路面建设期VOCs排放总量。该方法能够科学直观的反映沥青路面建设期各阶段VOCs排放情况，减少了沥青路面建设期的VOCs污染调查的人力和物力消耗。
Description
技术领域
本发明属于道路环境分析技术领域，特别涉及一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法。
背景技术
沥青是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料，沥青产品已经广泛应用于道路工程、建筑工程、水利水电工程及其他领域，与水泥路面等其他路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨性好、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点，因而获得了越来越广泛的应用。随着经济的高速发展，交通等基建项目的逐年增加，沥青生产量和使用量也呈现大幅增加趋势。
挥发性有机化合物(VOCs)是指沸点在50℃-260℃之间，室温下饱和蒸气压超过133.32Pa，常温下以气体形式存在的有机物。沥青产品中挥发性有机物VOCs成分复杂、种类繁多，主要由烷烃、芳香烃、多环芳烃、含硫化合物、杂环化合物等组分组成，此类组分造成的污染会影响动植物和人体的生长发育，如果长时间身处被沥青VOCs污染的环境，将可能引起皮肤、呼吸道、神经系统方面的急性或慢性伤害，甚至诱发癌症，严重危害人体健康。
在公路沥青路面铺筑过程会产生挥发性有机物，需要对沥青路面铺筑过程进行挥发性有机物检测，量化其排放量，并进一步探究其对环境和人体的危害，若出现异常，提出解决措施。但是，目前尚没有沥青路面建设期VOCs排放量测试与估算的相关标准和规范，相关人员难以在沥青路面施工过程开展科学直观的VOCs排放评价工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，以解决目前沥青路面建设期VOCs污染调查方法不科学的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，包括以下步骤：
在沥青面路施工过程中的运输阶段进行采样，分析得到运输阶段VOCs排放浓度，计算运输阶段的VOCs排放总量Q运输，kg；其中，Q运输的计算公式为：
上式中，l车1为运输阶段采样空间长度，其数值与运输车料仓长度相等，m；l车2为运输阶段采样空间宽度，其数值与运输车料仓宽度相等，m；h运输为运输阶段采样空间高度，m；c运输为运输阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述运输阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t运输为一辆运输车单次运输沥青混合料所用时间，min；M总为沥青路面建设所需沥青混合料总质量，t；M运输为一辆运输车单次运输沥青混合料质量，t；
在沥青面路施工过程中的摊铺阶段进行采样，分析得到摊铺阶段VOCs排放浓度，计算摊铺阶段的VOCs排放总量Q摊铺，kg；其中，Q摊铺的计算公式为：
上式中，l摊铺1为铺摊阶段采样空间长度，其数值与沥青路面摊铺长度相等，m；l摊铺2为铺摊阶段采样空间宽度，其数值与沥青路面摊铺宽度相等，m；h摊铺为铺摊阶段采样空间高度，m；c摊铺为摊铺阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述摊铺阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t摊铺为摊铺机摊铺一层沥青路面所用时间，min；n摊铺层数为沥青路面摊铺层数，无量纲；
在沥青面路施工过程中的碾压阶段进行采样，分析得到碾压阶段VOCs排放浓度，计算碾压阶段的VOCs排放总量Q碾压，kg；其中，Q碾压的计算公式为：
上式中，l碾压1为碾压阶段采样空间长度，其数值与沥青路面碾压长度相等，m；l碾压2为碾压阶段采样空间宽度，其数值与沥青路面碾压宽度相等，m；h碾压为碾压阶段采样空间高度，m；c碾压为碾压阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述碾压阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t摊铺为碾压机碾压一层沥青路面所用时间，min；n碾压层数为沥青路面碾压层数，无量纲；
计算沥青路面建设期VOCs排放总量Q总；其中，
Q总的计算公式为：Q总＝Q运输+Q摊铺+Q碾压。
作为优选，所述在沥青面路施工过程中的运输阶段进行采样，具体为：
以运输阶段运输车料仓内的松散沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在运输车料仓中心处的沥青混合料上方0.1m-0.2m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。本发明发现，在上述高度进行采样，所得运输阶段VOCs排放浓度更稳定，波动小。
进一步优选的，所述运输阶段采样空间高度h运输为0.1m-0.4m，最优选为0.2m。在运输阶段中，所述采样空间指一辆运输车单位时间排放的浓度为c运输的VOCs气体所占用的空间。本发明发现，当把采样点设置在运输车料仓中心处的沥青混合料上方0.1m-0.2m处时，采用上述采样空间高度，计算得到的Q运输最接近实际排放量。
进一步优选的，运输阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，更优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，更优选为6min。
作为优选，所述在沥青面路施工过程中的摊铺阶段进行采样，具体为：
以摊铺阶段摊铺机摊铺后的沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在摊铺机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。本发明发现，在上述高度进行采样，所得摊铺阶段VOCs排放浓度更稳定，波动小。
进一步优选的，摊铺阶段采样空间高度h摊铺为2m-4m，最优选为3m。在摊铺阶段中，所述采样空间指摊铺阶段摊铺一层沥青层单位时间排放的浓度为c摊铺的VOCs气体所占用的空间。本发明发现，当把采样点设置在摊铺机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处时，采用上述采样空间高度，计算得到的Q摊铺最接近实际排放量。
进一步优选的，摊铺阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，更优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，更优选为6min。
作为优选，所述在沥青面路施工过程中的碾压阶段进行采样，具体为：
以碾压阶段碾压机碾压后的沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在碾压机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。本发明发现，在上述高度进行采样，所得碾压阶段VOCs排放浓度更稳定，波动小。
进一步优选的，碾压阶段采样空间高度h摊铺为2m-4m，最优选为3m。在碾压阶段中，所述采样空间指碾压阶段碾压一层沥青层单位时间排放的浓度为c碾压的VOCs气体所占用的空间。本发明发现，当把采样点设置在碾压机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处时，采用上述采样空间高度，计算得到的Q碾压最接近实际排放量。
进一步优选的，碾压阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，更优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，更优选为6min。
在一种优选的实施方式中，所述采样泵内部为经过钝化处理的材料，不与VOCs物质发生反应，对气体的采集不产生影响。
在一种优选的实施方式中，所述采样泵通过特氟龙材质的导气管和所述采样袋相连；所述采样袋的材质同样为特氟龙材质，且采样袋在采样前需用待测点位气体清洗三次。
在一种优选的实施方式中，采样袋中采集到的VOCs气体应及时转移到苏码罐保存待测，若条件不足时，采样袋中的VOCs气体应避光保存不超过8h，若采样袋中VOCs气体保存超过8h则需重新采集。
在一种优选的实施方式中，在所述运输阶段、摊铺阶段或碾压阶段，通过采用气相色谱质谱联用(GC-MS)技术对采样得到的气体进行物质成分和浓度分析，得到所述运输阶段VOCs排放浓度、摊铺阶段VOCs排放浓度或碾压阶段VOCs排放浓度。
在一种优选的实施方式中，在沥青路面建设期的运输阶段、摊铺阶段和碾压阶段，每个阶段进行采样的数量至少为2次，且同一阶段得到的采样结果相对误差不宜超过10％，否则需要增加采样点，直至相对误差满足要求，最终以每阶段满足要求的采样结果的平均值作为该阶段的VOCs排放浓度结果。
本发明的有益效果至少在于：
本发明提供了一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，解决了沥青路面建设期VOCs污染调查方法不科学的问题，为沥青路面施工建设期VOCs采样及排放量的估算提供了详细的方法，提高了沥青路面施工全过程VOCs排放评价工作的可行性和准确性，同时操作简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1中沥青路面建设期运输阶段VOCs采集点位示意图。
图2是实施例1中沥青路面建设期摊铺阶段VOCs采集点位示意图。
图3是实施例1中沥青路面建设期碾压阶段VOCs采集点位示意图。
图4是沥青路面建设期VOCs采集装置与存储装置示意图，其中，1为PTEF滤膜、2为气泵、3为特氟龙气管、4为特氟龙采样袋、5为苏玛罐。
图5是实施例1中沥青路面建设期VOCs采集数据结果图。
具体实施方式
本发明提供了一种沥青路面建设期VOCs排放总量的测试与估算方法，为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步详细描述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
若未特别指明，实施举例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
通过实地调研京津冀地区某一级公路工程建设项目，经前期调研，该项目为双向三车道，每车道宽度为3.75m，沥青路面总厚度为18cm，摊铺及碾压层数为两层，单层摊铺及单层碾压时间所用时间均为9h；运输车辆单次运输沥青混合料40t，运输车料仓长度为5m，宽度为2.4m，高度为1.5m，运输车运距为1h。按照本发明所述的方法对其建设期铺筑一公里沥青路面VOCs排放量进行分析。
1、分别在沥青面路施工过程中的运输阶段、摊铺阶段、碾压阶段进行采样，并分析得到各个阶段VOCs排放浓度
(1)运输阶段
由图1所示，运输阶段采样点设置为运输车料仓中心处的沥青混合料上方0.1m处，采样空间高度为0.2m，采集到的VOCs气体存储在苏码罐中保存并立即送至实验室内用GC-MS对其VOCs成分和浓度进行分析。
(2)摊铺阶段
由图2所示，摊铺阶段采样点设置为摊铺机后方1m，沥青混合料上方1.5m处，采样空间高度为3m，采集到的VOCs气体存储在苏码罐中保存并立即送至实验室内用GC-MS对其成分和浓度进行分析。
(3)碾压阶段
由图3所示，碾压阶段采样点设置为碾压机后方1m，沥青混合料上方1.5m处，采样空间高度为3m，采集到的VOCs气体存储在苏码罐中保存并立即送至实验室内用GC-MS对其成分和浓度进行分析。
其中VOCs气体采集装置和存储装置示意图如图4所示，气体采集装置包括依次相连的PTEF滤膜1、气泵2、特氟龙气管3和特氟龙采样袋4；特氟龙采样袋4采集到的VOCs气体及时转移到存储装置(苏玛罐4)保存待测。
所述气泵2内部为经过钝化处理的材料，不与VOCs物质发生反应，对气体的采集不产生影响；
所述特氟龙采样袋4在采样前需用待测点位气体清洗三次；
采样泵的泵速设置为1.2L/min，每次采样的采样时间为6min；
所述PTFE滤膜1的孔径为0.1μm，用于去除污染气体中颗粒物的干扰；
所述沥青路面建设期的运输阶段、摊铺阶段和碾压阶段采样数量分别为2次，最终以每阶段满足要求的采样结果的平均值作为该阶段的VOCs排放结果。
沥青路面建设期各阶段采集到的沥青VOCs分析结果如表1和表2所示。由表1可以发现，沥青路面建设期的运输阶段VOCs排放浓度最高，烷烃、芳香烃以及醛类是沥青路面建设期各阶段VOCs排放的主要污染组分；并进一步将沥青路面建设期VOCs组分浓度汇总于图5中，由图5和表2可以看出，实施例1中各采样点位置采集到的数据具有较好的稳定性，可以进一步以采样得到结果作为单位时间VOCs排放浓度对VOC排放总量进行估算。
表1实施例1中沥青路面建设期VOCs排放情况
表2实施例1中沥青路面建设期VOCs采样结果平均相对误差
2、沥青路面建设期VOCs排放总量的估算
2.1、铺筑一公里沥青路面建设期的运输阶段VOCs排放总量Q运输的估算：
上式中，l车1为5m；l车2为2.4m；h运输为0.2m；c运输为4949.4ug/(min*m3)；t运输为60min；M总为10125t；M运输为40t；
结果如表3所示。
表3实施例1中铺筑一公里沥青路面建设期的运输阶段VOCs排放总量估算结果。
2.2、铺筑一公里沥青路面建设期的运输阶段VOCs排放总量Q摊铺的估算：
上式中，l摊铺1为1000m；l摊铺2为(3.75*6)m；h摊铺为3m；c摊铺为摊766.5ug/(min*m3)；t摊铺为540min；n摊铺层数为2；
结果如表4所示。
表4实施例1中铺筑一公里沥青路面建设期的摊铺阶段VOCs排放总量估算结果
2.3、铺筑一公里沥青路面建设期的运输阶段VOCs排放总量Q碾压的估算:
上式中，l碾压1为1000m；l碾压2为(3.75*6)m；h碾压为3m；c碾压为1175.1ug/(min*m3)；t摊铺为540min；n碾压层数为2；
结果如表5所示。
表5实施例1中铺筑一公里沥青路面建设期的碾压阶段VOCs排放总量估算结果
结合上述沥青路面建设期运输阶段、摊铺阶段、碾压阶段VOCs排放估算结果，可以计算得到沥青路面建设期VOCs排放估算总量为(0.18+55.88+85.66＝141.64)kg。
由上述结果可知，本发明提供的沥青路面建设期VOCs排放总量的测试与估算方法，可以弥补现有沥青路面建设期VOCs测试方法的空缺，且能够真实的反应沥青路面建设期VOCs排放情况。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在沥青面路施工过程中的运输阶段进行采样，分析得到运输阶段VOCs排放浓度，计算运输阶段的VOCs排放总量Q运输，kg；其中，
Q运输的计算公式为：
上式中，l车1为运输阶段采样空间长度，其数值与运输车料仓长度相等，m；l车2为运输阶段采样空间宽度，其数值与运输车料仓宽度相等，m；h运输为运输阶段采样空间高度，m；c运输为运输阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述运输阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t运输为一辆运输车单次运输沥青混合料所用时间，min；M总为沥青路面建设所需沥青混合料总质量，t；M运输为一辆运输车单次运输沥青混合料质量，t；
2)在沥青面路施工过程中的摊铺阶段进行采样，分析得到摊铺阶段VOCs排放浓度，计算摊铺阶段的VOCs排放总量Q摊铺，kg；其中，
Q摊铺的计算公式为：
上式中，l摊铺1为铺摊阶段采样空间长度，其数值与沥青路面摊铺长度相等，m；l摊铺2为铺摊阶段采样空间宽度，其数值与沥青路面摊铺宽度相等，m；h摊铺为铺摊阶段采样空间高度，m；c摊铺为摊铺阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述摊铺阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t摊铺为摊铺机摊铺一层沥青路面所用时间，min；n摊铺层数为沥青路面摊铺层数，无量纲；
3)在沥青面路施工过程中的碾压阶段进行采样，分析得到碾压阶段VOCs排放浓度，计算碾压阶段的VOCs排放总量Q碾压，kg；其中，
Q碾压的计算公式为：
上式中，l碾压1为碾压阶段采样空间长度，其数值与沥青路面碾压长度相等，m；l碾压2为碾压阶段采样空间宽度，其数值与沥青路面碾压宽度相等，m；h碾压为碾压阶段采样空间高度，m；c碾压为碾压阶段单位时间VOCs排放浓度，其数值与所述碾压阶段VOCs排放浓度相等，ug/(min*m3)；t摊铺为碾压机碾压一层沥青路面所用时间，min；n碾压层数为沥青路面碾压层数，无量纲；
4)计算沥青路面建设期VOCs排放总量Q总；其中，
Q总的计算公式为：Q总＝Q运输+Q摊铺+Q碾压。
2.根据权力要求1所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述在沥青面路施工过程中的运输阶段进行采样，具体为：
以运输阶段运输车料仓内的松散沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在运输车料仓中心处的沥青混合料上方0.1m-0.2m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。
3.根据权力要求2所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述运输阶段采样空间高度h运输为0.1m-0.4m，优选为0.2m。
4.根据权力要求2或3所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，运输阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，优选为6min。
5.根据权力要求1所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述在沥青面路施工过程中的摊铺阶段进行采样，具体为：
以摊铺阶段摊铺机摊铺后的沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在摊铺机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。
6.根据权力要求5所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述摊铺阶段采样空间高度h摊铺为2m-4m，优选为3m。
7.根据权力要求5或6述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，摊铺阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，优选为6min。
8.根据权力要求1所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述在沥青面路施工过程中的碾压阶段进行采样，具体为：
以碾压阶段碾压机碾压后的沥青混合料为VOCs排放源，采样点设置在碾压机后方1.5m-2.0m，且距离沥青混合料上方1.0m-1.5m处，采用采样泵将VOCs气体采集到采样袋中。
9.根据权力要求8所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，所述碾压阶段采样空间高度h摊铺为2m-4m，优选为3m。
10.根据权力要求8或9所述的一种沥青路面建设期VOCs排放量的估算方法，其特征在于，碾压阶段所述采样泵的泵速设置为1.0-1.4L/min，优选为1.2L/min，采样时间为4-8min，优选为6min。
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