在橡胶轮胎生产过程中,会产生一定量得橡胶轮胎废气。这种废气的污染因子主要为工业粉尘、恶臭等污染物,虽然污染强度不大,但是废气排放量大、污染成分复杂多变,尤其是废气中恶臭成分对周围环境、厂区环境造成一定的污染,扰民现象难以避免。
轮胎生产废气的主要成分:橡胶轮胎废气的臭气成分复杂多变。大致可分成5类:
1)、含硫的化合物:如H2S、SO2、硫醇类、硫醚类;
2)、 粉尘类:如碳黑;
3)、含氯的化合物:如酰胺、吲哚类;
4)、烃类:如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃;
5)、含氧的有机物,如醇、酚、醛、酮、有机酸等。
其中无机物有H2S、SO2、炭黑等,绝大多数恶臭气体产生的原生物质为有机物质。这些物质对人体健康危害较大。
从上述橡胶轮胎制造工艺各道工序中可以了解到橡胶轮胎废气的主要产生环节是炼胶和硫化两个工序。
(一)炼胶工序:炼胶包括塑炼和混炼。
塑炼:是为了满足各种加工工艺过程对胶料可塑度得要求,通常在一定条件下对生胶进行机械加工,使之由强韧的弹性状态转变为柔软而具有可塑性的状态,这个工艺过程称为塑炼。
混炼:是将塑炼胶或者具有一定可塑性的橡胶与配合剂在机械作用下混合均匀,制成胶料,以便制造具有各种性能的橡胶制品。
配合剂与胶料的混炼工艺过程可分为四个阶段:混入、分散、混合和塑化。
橡胶轮胎厂炼胶量大,在炼胶时需要将各种配合剂和生胶加入密炼机的进料口中,因此在此过程中会产生一定量的原料泄露和一定量的粉尘泄露。而在密炼机的出料口也会产生大量废气,除了烟尘和水蒸气外,还含有油类混合物,包括乳化油和乳油。其中乳化油的油珠粒径小于10微米,一般为0.1—2.0微米。气体中含有表面活性剂,使油珠成为稳定的乳化液,停留在管道就会形成油状物,长期积累的油泥状物直接排向大气就会使周围物体表面积附油垢。
炼胶废气中主要污染物含有粉尘、硫化氢、二硫化碳、甲苯、非甲烷总烃。
(二)硫化工序
硫化就是将具有一定塑性和黏性的胶料经过成型工艺后而制成的胶辊半成品在一定外部条件下通过化学因素(如硫化体系)的作用,重新转化为软质弹性橡胶制品或硬质韧性橡胶制品,从而获得使用性能的工艺过程。在硫化过程中,外部的条件使胶料组分中的混炼胶与硫化剂发生化学反应,由线形的橡胶大分子交联成立体网状结构的大分子,从而大大改善了橡胶的各项性能,使橡胶胶辊获得了能满足产品使用需要的硬度、耐热、耐老化、耐酸碱、耐高温、弹性等物理机械性能和其他性能。硫化的实质是交联,即线形的橡胶分子转化为空间网状结构过程。
硫化分为四个阶段:焦烧阶段、热硫化阶段(欠硫期—预硫阶段)、硫化平坦阶段(正硫期—正硫化阶段)、过硫阶段(过硫期)
硫化过程中使用的硫化剂分为无机和有机两大类。前一类有硫磺、一氯化硫、硒、碲等。后一类有含硫的促进剂(如促进剂TMTD)、有机过氧化物(如过氧化苯甲酰)、醌肟化合物、多硫聚合物、氨基甲酸乙酯、马来酰亚胺衍生物等。
橡胶硫化剂包括元素硫、硒、碲,含硫化合物,过氧化物,醌类化合物,胺类化合物,树脂类化合物,金属氧化物以及异氰酸酯等。用得最普遍的是元素硫和含硫化合物。
因此硫化过程中产生的废气主要成分为含硫化合物、含氧有机物、烃类等。
(三)橡胶轮胎废气的危害
1)粉尘危害
粉尘是橡胶制品加工业的主要职业危害因素 之一 ,在生产加工过程中, 各种化学原料的运输、粉碎、干燥 、筛选、配料、塑混炼等岗位中都有大量的粉尘飞扬。众所周知, 橡胶制品加工业所需的粉体助剂 ,其粒子越细,对分散越有利,也易飞扬弥漫, 往往成为防尘工作中难以解决的问题。
粉尘对人体的危害比较大,不仅对上呼吸道有影响,且能引起矽肺、炭黑尘肺、 滑石尘肺等疾病,已成为危害工人健康的重要因素之一。
2)毒物的危害
橡胶厂许多工序工人都接触溶剂,主要有汽油、苯、甲苯、 二甲苯、 醋酸乙酯和氯苯( 某些品牌粘合剂) 等,在半成品或成品干燥过程中产生溶剂挥发气而使工人受到伤害。另外, 许多配合剂含铅、 铬、镍 、砷等重金属 ,以及毒性尚未完全清楚的炼胶、 硫化、 塑化的烟气等,均对人体有不同程度的毒害。
3)噪声
橡胶加工过程中,由于机械摩擦、振动、撞击所 产生的噪声, 使长期处于高噪声环境中操作的工人身体健康受到影响,例如导致耳聋、高血压、中枢神经受损等。另外,橡胶加工生产过程中诸如高温、振动、微波、 X 线和射线等,也是不容忽视的危害因素。
废气排放执行GB16297-96《大气污染物综合排放标准》二级标准,见下表:
| 污染物 | 最高允许排放浓度(mg/m3) | 最高允许排放速率kg/h | 无组织排放监控浓度限值 | 
| 排气筒高度(m) | 二级 | 监控点 | 浓度(mg/m3) | 
| 炭黑尘 | 18 | 15 | 0.51 | 周界外浓度最高点 | 肉眼不可见 | 
| 20 | 0.85 | 
| 30 | 3.4 | 
| 一般颗粒物 | 120 | 15 | 3.5 | 周界外浓度最高点 | 1.0 | 
| 20 | 5.9 | 
| 30 | 23 | 
| 非甲烷总烃 | 120 | 15 | 10 | 周界外浓度最高点 | 4.0 | 
| 20 | 17 | 
| 25 | 35 | 
| 30 | 53 | 
| 40 | 100 | 
恶臭排放标准执行《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93),标准值见下表
| 控制对象 | 标准值 | 
| 有组织排放臭气浓度 | 6000(排气筒高25m) | 
| 15000(排气筒高35m) | 
| 20000(排气筒高40m) | 
| 无组织排放厂界臭气浓度 | 20 | 
橡胶轮胎以橡胶为基本原料,加入炭黑、促进剂、防老剂等配合剂和骨架材料,经过物理和化学加工而成。因此,炭黑等粉体材料带来的粉尘污染、混炼设备产生的机械噪声和伤害,硫化场地出现的烟雾弥漫、成型现场有机溶剂挥发造成的人体中毒等,目前橡胶轮胎废气的污染越来越受到政府、企业以及橡胶制品从业者的高度关注。所以橡胶轮胎废气的治理迫在眉睫。
针对橡胶轮胎废气的产生部位及组分的分析研究后,我们主要提出以下两种可能的解决方案:
由于橡胶轮胎废气的产生部位比较多,并且分散在车间中,因此在处理废气之前必须先把废气收集起来,所以需要集气系统对其进行收集后统一进行处理。
1、集气系统部分:在车间机器产生废气的具体部位加上密闭系统,然后安装相对应的管道,利用风机作用将废气抽出;另外,一方面在车间四周的地面部位安装一定量的鼓风机,将车间内散布的废气由下而上鼓气,另一方面在车间顶部安装抽风机,使抽气量大于鼓风量,从而车间内产生一定的低负压,保证了车间内废气不会像外扩散。抽出的废气统一由管道外送进行处理。
2、催化燃烧法
催化燃烧法主要是在催化燃烧装置中进行的。有机废气先通过热交换器预热到200~400℃,再进入燃烧室,通过催化剂床时,碳氢化合物的分子和混合气体中的氧分子分别被吸附在催化剂的表面而活化。由于表面吸附降低了反应的活化能,碳氢化合物与氧分子在较低的温度下迅速氧化,产生二氧化碳和水。
作催化燃烧用的催化剂可分为:①贵金属类:铂、钯、钌等。②非贵金属类:主要是过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。此外,还有金属硫化物如钍、镍、钼、钴的硫化物。这类催化剂一般只适用于含硫的碳氢化合物的催化燃烧,使用温度限于300~400℃,高温时易分解。
本方案的基本方法就是先利用机器系统将车间内的废气统一收集后,经过管道,利用风机将收集的废气输送到燃烧塔或者厂区附近的热电厂统一燃烧后,废气转化为二氧化碳和水后排入大气。
3、塔式吸收法
此法并非传统意义上的塔式吸收法。本方案是先将集气系统收集的废气输送到碱式吸收塔中,将废气由下而上输入,碱液通过喷淋的方式由上而下喷淋废气,经过吸收塔处理后的气体在经过一层水幕除尘后输入燃烧塔中。此过程去除了废气中含有的部分酸性气体和粉尘。废气仍然由下而上进入燃烧塔,在燃烧塔中燃烧后,除去了废气中含有的有机物,最后再经过一层水幕除尘过程,再去除气体中因燃烧产生的粉尘,燃烧后的二氧化碳和水就排入大气中即可。