Badania emisji lotnych związków organicznych podczas nalewu asfaltu do autocystern oraz budowy dróg asfaltowych

• Autorzy: Boczkaj G. , Kamiński M.

Warianty tytułu

EN

Emission of volatile organic compounds from road bitumen during tank filling and road paving

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ostatnio ma miejsce dyskusja poświęcona emisji lotnych związków organicznych towarzyszącej „niehermetycznemu” nalewowi asfaltów oraz budowie dróg asfaltowych. Asfalt naftowy wytwarzany jest poprzez utlenianie pozostałości z destylacji próżniowej. Zarówno na etapie destylacji próżniowej ropy naftowej, jak również w reaktorach utleniania asfaltu może dochodzić do przegrzewania wsadu na elementach grzejnych instalacji, a w wyniku zachodzi kraking termiczny i powstają związki o charakterze nienasyconym (głównie olefin i związków aromatycznych). Dalsze reakcje, głównie utleniania, prowadzą do powstawania szerokiego spektrum lotnych związków organicznych, często złowonnych, a niekiedy toksycznych. Znaczna część powstałych związków jest odprowadzana z reaktora w gazach odlotowych, oczyszczanych w skruberach, a następnie spalanych. Część lotnych związków pozostaje jednak rozpuszczona w asfalcie i może być uwalniana podczas nalewu asfaltu do autocystern lub w trakcie budowy dróg, gdzie asfalt jest podgrzewany i stosowany jako lepiszcze. W pracy przedstawiono wyniki badań porównawczych emisji lotnych związków organicznych, w tym m.in. lotnych związków siarki, w warunkach rzeczywistych podczas nalewu asfaltu do autocystern oraz z wykorzystaniem techniki analizy fazy nadpowierzchniowej. Badania prowadzono z wykorzystaniem desorpcji termicznej oraz chromatografii gazowej (GC) z detektorami płomieniowo-jonizacyjnym (FID) oraz pulsacyjnym detektorem płomieniowo-fotometrycznym (PFPD). Zbadano korelację wyników ilościowych i jakościowych uzyskanych w obu warunkach prowadzenia analiz. Wykazano możliwość stosunkowo dokładnego oszacowania emisji podczas nalewu asfaltu za pomocą techniki analizy fazy nadpowierzchniowej próbek asfaltów. Otrzymane rezultaty porównano z wynikami badań emisji lotnych związków organicznych (LZO-VOC) podczas budowy dróg. Otrzymane wyniki mogą być podstawą do oceny przez toksykologów i ekotoksykologów stopnia toksyczności powietrza podczas niehermetycznego nalewu asfaltu, a także podczas budowy dróg asfaltowych.

EN

Problems with emission of volatile organic compounds (VOC) during asphalt expedition and asphalt road paving are recently widely discussed. Petroleum bitumen is produced by oxidation of vacuum distillation residuum. In both processes - vacuum distillation of crude oil and the bitumen oxidation, some overheating of the primary material on the surface of heating elements is observed. A partial thermal cracking takes place, which results in formation of unsaturated hydrocarbons - olefins and aromatic compounds at first. Further conversions of olefins includes oxidation, condensation and addition to double bonds reactions, which results in wide variety of volatile organic compounds - many of them have unpleasant smell and some of them are toxic. Most of volatile compounds formed in this stage is removed from the bitumen with waste gases. The off-gas from reactor is injected to scrubber, where most of the compounds is removed from gas, and secondly waste gases are burned. However, some part of volatiles remains dissolved in bitumen, and can be emitted to atmosphere during asphalt expedition using trucks filled in hermetic or close to hermetic conditions, otherwise during a road paving process, where bitumen is heated before its using. In the work, results of comparative research of emission of volatile organic compounds, including volatile sulfur compounds, are presented. Investigations were performed during a real-time bitumen tank-up to trucks and for the same bitumen samples with utilization of the headspace analysis technique. A thermal desorption system and capillary gas chromatography with flame ionization detector (FID) and pulsed flame photometric detector (PFPD) were used. Dependences between qualitative and quantitative results for both conditions were examined, and a good correlation and precision of emission prediction using the headspace analysis technique were achieved. Quantitative results of VOC emission during real-time bitumen expedition were compared with emission profiles of VOC during road paving.

Słowa kluczowe

PL

asfalt; lotne związki organiczne; złowonność; chromatografia gazowa; analiza fazy nadpowierzchniowej; termiczna desorpcja

EN

gas chromatography; asphalt; bitumen; odours; volatile organic compounds; VOC; headspace analysis; thermal desorption

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 5, No. 1
• Strony: 183--189
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Boczkaj G.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, tel. [phone], fax [phone]

autor

Kamiński M.

• Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, tel. [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Kośmider J., Mazur-Chrzanowska B. i Wyszyński B.: Odory. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa 2002.
• [2] Kolb C., Herndon S., Barrymcmanus J., Shorter J., Zahniser M., Nelson D., Jayne J., Canagaratna M. i Worsnop D.: Environ. Sci. Technol., 2004, 38(21), 5694-5703.
• [3] Villberg K. i Veijanen A.: Anal. Chem., 2001, 73(5), 971-977.
• [4] Chauhan S.K., Sharma S., Shukla A. i Gangopadhyay S.: Environ. Sci. Pollut. Res., 2010, 17(9), 1493-1501.
• [5] Wang J., Lewis D.M., Castranova V., Frazer D.G., Goldsmith T., Tomblyn S., Simpson J., Stone S., Afshari A. i Siegel P.D.: Anal. Chem., 2001, 73(15), 3691-3700.
• [6] Mickelsen R.L., Shulman S.A., Kriech A.J., Osborn L.V. i Redman A.P.: Environ. Sci. Technol., 2006, 40 (18), 5661-5667.
• [7] Jullien A., Moneron P., Quaranta G. i Gaillard D.: Resourc., Conservat. Recycl., 2006, 47(4), 356-374.
• [8] Franzenand M. i Trumbore D.: Environ. Sci. Technol., 2000, 34(12), 2582-2586.
• [9] Rogge W.F., Hildemann L.M., Mazurek M.A. i Cass G.: Environ. Sci. Technol., 1997, 31(10), 2726-2730.
• [10] Binet S., Pfohl-Leszkowicz A., Brandt H., Lafontaine M. i Castegnaro M.: Sci. Total Environ., 2002, 300(1-3), 37-49.
• [11] Reinke G., Swanson M., Paustenbach D. i Beach J.: Mutation Res., 2000, 469(1), 41-50.
• [12] Burgaz S., Erdem O., Karahalil B. i Karakaya A.E.: Mutation Res., 1998, 419(1-3), 123-130.
• [13] Karakaya A., Yucesoy B., Turhan A., Erdem O., Burgaz S. i Karakaya A.E.: Toxicology, 1999, 135(1), 43-47.
• [14] Heikkila P.R., Vaananen V., Hameila M. i Linnainmaa K.: Toxicol. in Vitro, 2003, 17(4), 403-412.
• [15] de Vocht F., Burstyn I., Ferro G., Olsson A., Hashibe M., Kromhout H. i Boffetta P.: Int. Arch. Occup. Environ. Health, 2009, 82(6), 723-733.
• [16] Blomberg J., de Groot P.C., Brandt H.C.A., van der Does J.J.B. i Schoenmakers P.J.: J. Chromatogr. A, 1999, 849(2), 483-494.
• [17] Pośniak M.: Polish J. Environ. Stud., 2005, 14(6), 809-815.
• [18] Munoz R., Sivret E.C., Parcsi G., Lebrero R., Wang X., Suffet I.H. i Stuetz R. M.: Water Res., 2010, 44(18), 5129-5149.
• [19] Bitter F., Muller B. i Muller D.: Build. Environ., 2010, 45(1), 197-204.
• [20] Capelli L., Sironi S., Del Rosso R., Centola P. i Grande M.: Atmos. Environ., 2008, 42(30), 7050-7058.
• [21] Sironi S., Capelli L., Centola P., Del Rosso R. i Pierucci S.: Atmos. Environ., 2010, 44(3), 354-360.
• [22] Orzi V., Cadena E., D’Imporzano G., Artola A., Davoli E., Crivelli M. i Adani F.: Bioresour. Technol., 2010, 101(19), 7330-7337.
• [23] Laska M. i Hudson R.: Chem. Sens., 1991, 16(6), 651-662.
• [24] Kośmider J.: Sensoryczne metody oceny zapachowej jakości powietrza i skutecznej dezodoryzacji. Wyd. Polit. Szczecińskiej, Szczecin 1991.
• [25] Sówka I., Nych A., Zwoździak J. i Szklarczyk M.: Zastosowanie badań ankietowych do oceny zapachowej jakości powietrza. IIOŚ, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2007.
• [26] Hobbs P.J., Misselbrook T.H. i Pain B.F.: J. Agr. Eng. Res., 1995, 60(2), 137-144.
• [27] d’Acampora Zellner B., Casilli A., Dugo P., Dugo G. i Mondello L.: J. Chromatogr. A, 2007, 1141(2), 279-286.
• [28] Röck F., Barsan N. i Weimar U.: Chem. Rev., 2008, 108(2), 705-725.
• [29] Feilberg A., Liu D., Adamsen A.P.S., Hansen M.J. i Jonassen K.E.N.: Environ. Sci. Technol., 2010, 44(15), 5894-5900.
• [30] Haas T., Lammers P.S., Diekmann B., Horner G. i Boeker P.: Sens. Actuat. B, 2008, 132(2), 545-550.
• [31] Gasthauer E., Maze M., Marchand J.P. i Amouroux J.: Fuel, 2008, 87(7), 1428-1434.
• [32] Fabrie J.F., Wrobel R., Gorner P., Bemer D., Bonnet P., Nunge H., Lafontaine M. i Binet S.: J. Aerosol Sci., 2000, 31(1), 1011-1012.
• [33] Roskam G.D. i Comans R.N.J.: Waste Manage., 2009, 29(1), 136-142.
• [34] Stroup-Gardiner M. i Lange C. R.: Int. J. Pavem. Eng., 2005, 6(4), 257-263.
• [35] Boczkaj G., Kamiński M. i Przyjazny A.: Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49(24), 12654-12662.