目前，我國正處于道路交通建設(shè)和發(fā)展的高峰期，瀝青路面以其自身的諸多優(yōu)點成為了高速公路的主要路面形式，此外，在建筑、防水等領(lǐng)域也對瀝青有著巨大需求量。隨著瀝青用量的增大，瀝青煙氣對環(huán)境和人身健康造成的危害也逐漸顯著，瀝青煙氣的產(chǎn)生主要集中在瀝青的生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、拌和、攤鋪等階段，煙氣產(chǎn)生環(huán)境的復(fù)雜性也使得瀝青煙氣的治理難度增大。

　　國家環(huán)境保護(hù)部對瀝青煙氣的定義為：瀝青煙氣是指瀝青及其瀝青制品在生產(chǎn)、加工和使用過程中形成的液固態(tài)烴類顆粒物和少量氣態(tài)烴類物質(zhì)的混合煙霧[1]。我們通常所說的瀝青VOC(volatile organic compounds)是從大氣VOE的定義中延伸出來的，通常是指沸點50~260℃、飽和蒸氣壓(室溫下)超過133.32Pa的有機(jī)化合物，其主要成分為烴類、鹵代經(jīng)、氮烴、含氧烴、硫烴以及低沸點的多環(huán)芳香烴等。瀝青在高溫條件下產(chǎn)生的氣溶膠的沸點遠(yuǎn)超大氣VOE的定義范圍，所以一般將瀝青VOE定義為在高溫條件下能從瀝青表面揮發(fā)出來的氣溶膠(粒徑<10μm)和氣體物質(zhì)[2]。隨著國家對環(huán)保問題的愈發(fā)重視，瀝青煙氣的治理技術(shù)逐漸成熟，對環(huán)境友好型瀝青的開發(fā)與應(yīng)用也成為一個重要的研究方向。

　　瀝青煙氣組成與危害

　　瀝青是原油經(jīng)過常減壓蒸熘后剩下的混合物，成分極其復(fù)雜，目前還無法對其進(jìn)行精細(xì)分離研究，研究者通常根據(jù)瀝青中各成分的相似性將其分為飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)四個組分，四種組分之間可通過締合、裂解反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化，不同油源瀝青性質(zhì)也各不相同。瀝青組成的多樣性直接導(dǎo)致瀝青煙氣成分的復(fù)雜性，表1中列出的是瀝青煙氣中含有的部分有機(jī)物[3]。

　　目前，對于瀝青煙氣產(chǎn)生機(jī)理的研究還不夠深入，研究者普遍認(rèn)為瀝青煙氣的生成包括兩個過程：一是在加熱條件下瀝青中已有輕組分的揮發(fā);二是氧氣與瀝青分子在加熱條件下發(fā)生平行順序反應(yīng)，該反應(yīng)包括裂解和縮合兩個方向，其中的裂解反應(yīng)是瀝青煙氣產(chǎn)生的主要原因[4]。瀝青煙霧中的某些成分會與大氣中的其它成分發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，增加污染煙霧和地表臭氧濃度，導(dǎo)致環(huán)境污染見瀝青煙還會通過呼吸道或皮膚進(jìn)入人體，使人中毒，讓人出現(xiàn)頭痛、心悸、腹痛、胸悶、眼結(jié)膜炎、視力模糊、皮炎等癥狀，煙氣中的一些物質(zhì)甚至?xí)铋L期接觸者致癌。因此，加快瀝青煙氣治理的研究進(jìn)程十分必要，確保排放符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)既可以保護(hù)環(huán)境，又能防止人體健康受到威脅。

　　瀝青煙氣治理技術(shù)

　　瀝青煙氣主要以粒徑為0.1~1.0μm的細(xì)霧粒存在，因此瀝青煙氣治理的關(guān)鍵就是盡可能捕集這些霧粒并確保不造成二次污染。目前瀝青煙氣的治理方法主要借鑒煉廠VOE治理的成熟技術(shù)，但由于瀝青煙氣的生成環(huán)境復(fù)雜，現(xiàn)有技術(shù)并不適用于所有場合。目前比較成熟的治理技術(shù)包括燃燒法、吸收法、吸附法、等離子體法等。

　　燃燒法

　　瀝青煙氣成分雖然復(fù)雜，但基本組成成分還是以碳?xì)浠衔餅橹鳎跍囟群脱鯕鉂舛群线m的條件下就可以燃燒分解，這也是燃燒法在處理有機(jī)廢氣過程中被廣泛使用的原因。將瀝青煙氣引入專用焚燒爐中，保持溫度700°C左右，僅需0.5s左右的高溫焚燒即可將瀝青煙氣完全燃燒[6]。該方法簡單有效，容易實施，但是要維持如此高的溫度需要耗費(fèi)大掀燃料，運(yùn)行成本較高，當(dāng)煙氣量較小時并不合適。氧化瀝青相較直餾瀝青，在一些性質(zhì)上有其不可替代的優(yōu)勢，但氧化工藝生成的瀝青煙氣會導(dǎo)致環(huán)境污染，一般通過在氧化裝置上加裝煙氣焚燒裝置來處理污染煙氣，但是這不可避免地增加了生產(chǎn)成本，這也是目前國內(nèi)氧化瀝青裝置幾乎絕跡的主要原因之一。

　　吸收法

　　吸收法主要利用瀝青煙氣能夠溶于某些溶液的性質(zhì)來將空氣中的瀝青煙氣富集到液體環(huán)境中，不僅解決了污染問題，還實現(xiàn)了對有機(jī)煙氣的回收利用。為了增加溶液與煙氣的接觸面積，提高吸收效率，吸收過程通常在裝有填料的吸收塔中進(jìn)行。該方法可以分為油吸收法和水吸收法，由于煙氣成分主要為有機(jī)物，在油中溶解度較大，因此油吸收法適合高濃度煙氣的治理，而水吸收法適合煙氣濃度小的環(huán)境，吸收效果較油吸收法差[7]。但是由于瀝青加工、儲存、使用都需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行，油吸收法安全性要弱于水吸收法，且運(yùn)行成本相對較高。

　　吸附法

　　該方法主要利用小顆粒或多孔物質(zhì)對氣體的物理吸附作用將瀝青煙氣進(jìn)行濃縮富集，達(dá)到煙氣治理的目的。吸附劑的選擇是該方法的關(guān)鍵，常用的吸附劑主要有活性炭、煅后焦、氧化鋁和白云石粉等，吸附劑的比表面積越大，吸附能力越強(qiáng)。選擇吸附劑時還要考慮脫附難度、是否適用于高溫環(huán)境、重復(fù)利用次數(shù)等因素[8]。

　　等離子體法

　　該方法在常溫常壓下利用陡前沿、窄脈寬的高壓脈沖電暈放電來獲得非平衡態(tài)等離子體，這些等離子體能夠?qū)r青中的相應(yīng)分子進(jìn)行氧化和降解，將瀝青煙氣中的有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害氣體后再進(jìn)行排放，達(dá)到瀝青煙氣治理的目的。等離子體法對廢氣具有較好的凈化效果，但是該方法前期投資大，操作繁瑣，靈活性差，且對高濃度煙氣處理能力不足。

　　綜上可知，單一處理方法在治理瀝青煙氣時都存在不同程度的缺陷，因此在實際處理過程中往往將多種方法聯(lián)合使用，多種方法之間相互協(xié)調(diào)，力求達(dá)到最好的處理效果。中國石化大連石油化工研究院開發(fā)了“低溫柴油吸收-脫硫及經(jīng)濃度均化-蓄熱氧化(Tg-RTO)"工藝技術(shù)，并設(shè)計了專門的治理設(shè)備，該工藝主要用于瀝青儲運(yùn)過程中生成煙氣的治理，實現(xiàn)了瀝青煙氣的近零排放，各項排放指標(biāo)均優(yōu)于國內(nèi)外最嚴(yán)排放標(biāo)準(zhǔn)要求[9]。另外，柴油吸收-催化氧化組合工藝、動力波洗滌-光催化氧化組合工藝、動力波洗滌-電捕油技術(shù)組合工藝等也是比較常用的組合工藝，在瀝青煙氣治理過程中應(yīng)用較多[10]。組合工藝可以有效避免單一工藝技術(shù)固有的缺陷，對污染煙氣進(jìn)行最大程度凈化，但是組合工藝操作更為復(fù)雜，裝置占地面積更大，前期投資更高，需要時刻保持各工藝單元之間良好的連續(xù)性。

　　瀝青煙氣抑制技術(shù)

　　現(xiàn)在瀝青煙氣的治理技術(shù)主要適用于特定場合的瀝青煙后期處理，對瀝青生產(chǎn)和儲運(yùn)階段比較合適，但是對于鋪路、壓實等開放環(huán)境下釋放的瀝青煙氣并不適用，并且現(xiàn)有治理技術(shù)無法在產(chǎn)品源頭處防止煙氣的釋放，不能將污染消滅在源頭。因此，尋找一種能在源頭處抑制瀝青煙氣產(chǎn)生的方法顯得尤為重要，國內(nèi)外研究者針對這一問題進(jìn)行了大量研究，試圖通過瀝青改性、改進(jìn)鋪路工藝等手段抑制煙氣的生成。

　　瀝青改性技術(shù)

　　通過向瀝青中添加抑煙劑等添加劑對基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性，達(dá)到抑制瀝青煙氣的目的，這種改性瀝青通常被稱作凈味瀝青。但是，目前對于凈味瀝青的研究較少，國內(nèi)還沒有開發(fā)出真正環(huán)保型的凈味瀝青。國際上殼牌公司開發(fā)的凈味瀝青最為出名，殼牌自行開發(fā)了Bitufresh瀝青凈味劑，經(jīng)過特殊工藝將該凈味劑與殼牌SBS改性瀝青加工成凈味SBS改性瀝青，取得了較好的凈味抑煙效果。Bitufresh瀝青凈味劑可以與瀝青煙氣中的小分子物質(zhì)，特別是硫化物進(jìn)行反應(yīng)，生成大分子不揮發(fā)性物質(zhì)，進(jìn)而抑制了瀝青氣味[11]。

　　常用的凈味瀝青添加劑主要有聚合物改性劑類、吸附劑類、阻燃劑類等。聚合物改性劑類包括SBS改性劑、聚氯乙烯等[12]，主要作用原理是聚合物吸收瀝青中易揮發(fā)的輕組分發(fā)生溶脹，并形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將小分子物質(zhì)固定，從而達(dá)到抑煙的目的。吸附劑類又分為物理吸附劑和化學(xué)吸附劑，物理吸附劑常為具有巨大比表面積的多孔結(jié)構(gòu)，吸附劑通過物理作用將小分子物質(zhì)吸附在孔結(jié)構(gòu)中防止其揮發(fā);化學(xué)吸附劑主要是一些活性較強(qiáng)的小分子有機(jī)物，能與瀝青中小分子發(fā)生反應(yīng)將其除去，但這種吸附劑往往具有較強(qiáng)的選擇性，不如物理吸附劑實用性強(qiáng)。阻燃劑類改性劑包括中斷熱交換阻燃類和凝聚相阻燃類，前者主要通過自身吸收熱量來降低瀝青溫度，進(jìn)而阻止煙氣生成，常用的中斷熱交換阻燃類改性劑包括氫氧化鎂、氫氧化鋁等;后者的阻燃原理是阻止瀝青熱分解和可燃?xì)怏w的排放。

　　單一種類添加劑的加入會不可避免地對瀝青高低溫性能產(chǎn)生影響，尤其吸附劑類和阻燃劑類添加劑會導(dǎo)致瀝青的低溫延伸性能劣化，且單一種類添加劑難以達(dá)到理想的抑煙效果。因此，往往將不同種類添加劑復(fù)配使用，期望在抑煙的同時不影響瀝青的使用性能。有研究表明，將2.0%的SBS、0.4%的氫氧化鎂、0.2%的除味劑復(fù)配使用時，能將瀝青煙的排放量從0.60g/kg降到0.31g/kg,臭味等級由4級降到0級[13]。而將SBS與納米CaC03復(fù)配使用，當(dāng)達(dá)到最佳復(fù)配比例時，煙氣減少效率能達(dá)到30%左右[14]。大部分添加劑的加入不僅會影響瀝青使用性能，還難以與瀝青相容，極易出現(xiàn)相分離，不利于長期儲存。為了提高SBS與瀝青的相容性，往往需要加入穩(wěn)定劑，而穩(wěn)定劑的加入引入了硫元素，加熱時又會生成SO2,H2S等有毒有害成分。

　　溫拌技術(shù)

　　瀝青中含有易揮發(fā)有毒有害物質(zhì)是瀝青煙氣存在的根源，瀝青使用過程中高溫加熱是煙氣從瀝青中揮發(fā)出來的主要原因。瀝青的本身性質(zhì)決定了有毒有害物質(zhì)存在的必然性，因此研究者開發(fā)了溫拌瀝青技術(shù)，試圖通過降低加熱溫度抑制煙氣揮發(fā)，加熱溫度的降低還節(jié)省了能源，控制了成本。溫拌瀝青混合料的拌和、攤鋪溫度比熱拌瀝青混合料降低30°C左右，各方面性能達(dá)到或接近熱拌瀝青混合料[15]。目前，我國瀝青路面95%以上都是用熱拌瀝青混合料修建，若全部使用溫拌技術(shù)將會節(jié)省巨量燃料油，瀝青煙氣的排放量也會大大減少。

　　但是，溫拌瀝青混合料自身的一些不足導(dǎo)致其并沒有大范圍應(yīng)用。溫拌瀝青混合料沒有專門的設(shè)計規(guī)范，依然沿用熱拌瀝青技術(shù)的設(shè)計方法，不利于溫拌技術(shù)的應(yīng)用與推廣。雖然溫拌技術(shù)減少了加熱成本，但是溫拌瀝青的總體成本依然高于熱拌瀝青，這也抑制了溫拌技術(shù)的應(yīng)用，而且溫拌瀝青的整體性能還比不上熱拌瀝青，路面長期服役性能變化更是未知。因此，溫拌技術(shù)要想全面取代熱拌技術(shù)還有很長的路要走。

　　乳化技術(shù)

　　乳化瀝青就是將瀝青以細(xì)小的微粒狀態(tài)分散于乳化劑的水溶液中，形成水包油的瀝青乳液，在使用過程中不需要加熱，在常溫下即可施工。乳化技術(shù)與溫拌技術(shù)一樣，都是通過降低瀝青使用溫度來抑制煙氣排放。但是，我國對乳化瀝青技術(shù)的開發(fā)較晚，乳化瀝青的整體性能落后于國外，目前乳化瀝青的應(yīng)用量較小，主要集中在路面養(yǎng)護(hù)修補(bǔ)階段，對減小瀝青煙氣排放量的貢獻(xiàn)有限。乳化瀝青與溫拌瀝青一樣，路面使用性能不如熱拌瀝青，且成本較高，難以大范圍推廣。開發(fā)優(yōu)質(zhì)的乳化劑、改性劑，提高乳化瀝青使用性能，降低成本，是現(xiàn)階段研究者面臨的艱巨任務(wù)。

　　總結(jié)與展望

　　a)瀝青在生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸階段生成的瀝青煙氣可以借鑒煉廠VOE治理的方法進(jìn)行處治，工藝技術(shù)相對成熟。但在拌和、攤鋪、壓實階段生成的瀝青煙氣仍沒有較好的治理方式。目前研究主要集中在高溫加熱導(dǎo)致的瀝青煙氣，對于路面服役階段瀝青緩慢產(chǎn)生的有毒有害氣體關(guān)注較少，瀝青煙氣的釋放研究沒有形成相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

　　b)瀝青煙氣排放沒有形成規(guī)范的檢測方法。實驗室一般通過檢測旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗前后的質(zhì)量損失來判斷煙氣生成量，但瀝青在高溫下與氧氣反應(yīng)會使得質(zhì)量增加，煙氣的釋放會使得質(zhì)量減小，用最終質(zhì)量的變化量來評判煙氣生成量并不合理。

　　c)用抑煙劑對瀝青進(jìn)行改性雖然可以一定程度上減少煙氣釋放量，但是加入的大部分添加劑都會影響瀝青的使用性能，尤其會使得低溫延展性降低，以犧牲瀝青質(zhì)量來降低煙氣排放不值得推廣。

　　d)瀝青煙氣的治理成本難以控制。無論是使用廢氣治理技術(shù)對已生成煙氣進(jìn)行治理還是通過添加抑煙劑將煙氣消滅在源頭，都很大程度增加了瀝青成本，而瀝青作為煉廠的末端產(chǎn)品，附加值較低，若再加上環(huán)保成本，瀝青生產(chǎn)廠家難以盈利，這也使得凈味瀝青的推廣變得困難。