Luftforurenende stoffer: Hvad er de, hvorfor skal vi nedbringe dem, hvor findes de, og hvordan håndterer vi dem?

Luftforurenende stoffer, som også almindeligvis kaldes farlige luftforurenende stoffer, HAP’er og luftgifte, er forurenende stoffer, som er kendt for at forårsage alvorlige sundhedsvirkninger eller negative miljøvirkninger. I henhold til Clean Air Act skal EPA regulere giftige luftforurenende stoffer fra kategorier af industrianlæg. Dette sker i to faser, hvoraf den første er teknologibaseret, hvor der udarbejdes standarder for kontrol med emissioner af luftgiftige stoffer fra industrien. Den øverste del af disse standarder kaldes BACT (Best Available Control Technologies), og det er her, GCES udmærker sig som leverandør af løsninger til forureningskontrol.

Med EPA’s fokus på at reducere 187 giftige luftforurenende stoffer fra at blive udledt er der en uendelig liste over farlige luftforurenende stoffer, som vi har til opgave at reducere for vores kunder, miljøet og fremtiden. I vores serie om luftforurenende stoffer vil vi gennemgå, hvad luftforurenende stoffer er, hvorfor vi fjerner dem, hvor de findes, og hvordan de destrueres.

Del 1 af “Bekæmpelse af farlige luftforurenende stoffer”: BTEX

BTEX: BTEX er et akronym, der står for benzen, toluen, ethylbenzen og xylener. Disse forbindelser er flygtige organiske forbindelser (VOC’er), der findes i olie og olieprodukter som f.eks. benzin. Lad os gennemgå hver enkelt af disse VOC’er og undersøge, hvorfor vi reducerer dem.

Hvad er benzen? Benzen, C6H6, betragtes som en af de elementære petrokemiske stoffer med en molekylkombination af seks kulstofatomer og et hydrogenatom. Fordi dets indhold kun består af kulstof- og brintatomer, klassificeres det som et kulbrinte. Benzen er farveløs og letantændelig med en sødlig lugt.

Hvor findes benzen? Benzen anvendes primært til fremstilling af andre kemikalier, herunder ethylbenzen, cumen, cyclohexan, nitrobenzen og alkylbenzen, hvor ethylbenzen er den mest almindelige. Ethylbenzen bruges til at fremstille polymerer og plast som f.eks. polystyren og EPS. Benzen kan også findes i phenol, acetoner til harpikser og klæbemidler, nylon, gummi, smøremidler, farvestoffer, vaske- og rengøringsmidler, lægemidler, sprængstoffer og pesticider. Med alle disse anvendelser må vi yderligere undersøge behovet for reduktion.

Hvorfor reducerer vi benzen? Vi ødelægger benzen, inden det udledes i luften, fordi det trods sine mange anvendelsesmuligheder er et kræftfremkaldende stof for mennesker. Kræftfremkaldende stoffer er defineret som ethvert stof, der er et middel, der er direkte involveret i at forårsage kræft. Benzen er også blevet forbundet med knoglemarvssvigt, aplastisk anæmi, akut leukæmi, myelodysplastisk syndrom, akut lymfoblastisk leukæmi og kronisk myeloid leukæmi. I 1948 erklærede American Petroleum Institute, at “det anses generelt for, at den eneste absolut sikre koncentration for benzen er nul”. Da benzen findes i benzin og kulbrintebrændstoffer, der anvendes stort set overalt, er eksponering for det blevet et globalt sundhedsproblem, og hos GCES er vi forpligtet til at være en del af løsningen.

Toluen er også en del af BTEX. Toluen, også kendt som Toluol, er en VOC, der er i kategorien aromatiske kulbrinter.

Hvad er Toluen? Toluen, CH3, er en vanduopløselig væske, der er farveløs og har en lugt, der forbindes med lugt af fortynder til maling. Et mono-substitueret derivat af benzen, som har et verdensomspændende salg på over 25 mia. i US dollars.

Hvor findes toluen? Toluen anvendes i vid udstrækning som et industrielt råmateriale samt som opløsningsmiddel Toluen er et meget brandfarligt kemikalie. Toluen findes naturligt i lave mængder i råolie og er et biprodukt ved fremstilling af benzin og ved fremstilling af koks af kul. Rensning sker under en endelig adskillelse ved en destillations- eller opløsningsmiddelekstraktionsproces, der anvendes til BTEX-aromatiske stoffer. Toluen, der anvendes til fremstilling af polyurethanskum, trinitrontoluen alias TNT og en række syntetiske lægemidler, er råmateriale til toluendiisocyanat og et forstadie til andre kemikalier. Anvendes også som opløsningsmiddel til maling, malingfortyndere, silikoneforseglingsmidler, gummi, trykfarve, klæbemidler, lim, lak, lædergarvning og desinfektionsmidler. Som brændstof Toluen anvendes som oktanforstærker i benzin til forbrændingsmotorer, som brændstof til to- og firetaktsmotorer, som brændstofsurrogatblandinger til jetbrændstof og måske mest kendt i Hondas Formel 1-biler. Alternative anvendelser spænder fra at bryde røde blodlegemer op for at udvinde hæmoglobin i biokemiske eksperimenter og som cement i polystyren-sæt, da det kan påføres med præcision ved hjælp af en pensel uden brug af klæbemidler, for blot at nævne nogle få.

Hvorfor skal vi nedbringe toluen? Toluen forårsager ved indånding træthed, svaghed, forvirring, hukommelsestab, appetitløshed, kvalme, hørenedsættelse, synstab, herunder tab af farver, og beruselseslignende adfærd og handlinger. Når eksponeringen ophører, forsvinder disse symptomer ofte, selv om høje inhalationsniveauer forårsager svimmelhed, kvalme, søvnighed, bevidstløshed og endog død. Eksponering kan være rekreativ som et inhalationsmiddel og har været kendt for at forårsage alvorlige neurologiske skader, og i 2007 var det ulovligt at bruge, besidde og distribuere det i 24 stater til sådanne formål. I modsætning til lignende VOC’er som f.eks. benzen anfører EPA, at toluens kræftfremkaldende potentiale ikke kan vurderes på grund af utilstrækkelige oplysninger.

Ethylbenzen, den tredje del af BTEX, er også kendt som phenylethan og methyltoluen. Det er en letantændelig væske, der er farveløs og har en benzinlignende lugt, der ofte beskrives som let sødlig.

Hvor findes ethylbenzen? Ethylbenzen er en vigtig komponent i den petrokemiske industri og er et mellemprodukt i produktionen af styren, som er et af de mest almindelige plastmaterialer. Selv om 99 % af ethylbenzen anvendes til fremstilling af plast, er der andre anvendelsesmuligheder for det monocykliske aromatiske kulbrinte C6H5CH2CH3, bl.a. brændstof, opløsningsmiddel i blæk, gummiklæb, lak og maling. Andre anvendelser er bl.a. som et antiklokkemiddel i benzin for at reducere motorens bankning og øge oktanværdien.

Hvorfor skal vi nedbringe ethylbenzen? For at besvare dette spørgsmål må vi se på både virkningerne for menneskers sundhed og for miljøet. Lad os starte med menneskers sundhed og slutte med miljøbeskyttelse, som er det område, hvor GCES’ eksperter har udviklet løsninger. Selv om langvarig eksponering ikke forventes at have en negativ virkning, begrænser den amerikanske Occupation Safety and Health Administration (OSHA) eksponeringen af arbejdstagere til et gennemsnit på 100 ppm for en 8-timers arbejdsdag med en 40-timers arbejdsuge. Det Internationale Agentur for Kræftforskning har klassificeret ethylbenzen som et muligt kræftfremkaldende stof. Nogle undersøgelser har vist, at eksponering for ethylbenzen hos rotter og mus resulterede i en øget forekomst af tumorer. Kortvarige virkninger hos mennesker omfatter følsomhed i hals og øjne samt svimmelhed.

I miljøet Ethylbenzen kan let bevæge sig fra vand til jord og findes for det meste som damp i luften. Ethylbenzen frigives ofte i luften ved afbrænding af kul, gas og olie og reagerer på sollys og bidrager til dannelsen af smog. Da det ikke ivrigt binder sig til jorden, bevæger det sig hurtigt over i grundvandet og kan ofte findes i vandboringer, der ligger i nærheden af affaldspladser eller underjordiske brændstoflagertanke, der har vist sig at have lækager, og lossepladser.

Hvad er Xylen? Xylen er måske den sikreste af de fire dele af BTEX og er et petrokemisk stof, der fremstilles ved katalytisk reforming samt kulforkarbonisering under fremstillingen af brændstof, specielt koksbrændsel. Xylen findes i små mængder i benzin og flybrændstof og produceres med en hastighed på flere millioner tons om året med de største produktionsanlæg i Singapore.

Hvor findes Xylen? Xylen er den vigtigste kilde til terephthalsyre og dimethylterephthalat, som begge er monomerer, der anvendes i produktionen af polyethylenterephthalat-plastflasker og polyesterbeklædning. 98 % af produktionen af xylen går til ovennævnte produkter, men der findes også andre anvendelser, bl.a. som opløsningsmiddel i trykkeri-, gummi- og læderindustrien. Xylen indgår ofte i blæk, gummi, klæbemidler, malingfortyndere, lakker, som rengøringsmiddel og endda som rodbehandling i tandplejen eller som aktiv ingrediens i produkter til rensning af ørevoks. Historisk set blev Xylen brugt som en kemisk forløber for den tåregas, der blev brugt under Første Verdenskrig.

Hvorfor er Xylen reduceret? Xylen er akut giftigt, men en af de mere foruroligende faktorer er, at det er meget letantændeligt. De vigtigste fysiske virkninger af eksponering for Xylendamp er dens virkning på centralnervesystemet. Kortvarige symptomer omfatter hovedpine, svimmelhed, kvalme, opkastninger, svaghed, irritabilitet og nedsat reaktionstid. Eksponering i lave koncentrationer er reversibel og er ikke kendt for at forårsage permanente skader. Langvarig eksponering for lave koncentrationer af Xylen har imidlertid ført til nedsat balance, koordination og reaktionstid. Langvarig eksponering kan også føre til hovedpine, irritabilitet, søvnløshed, uro, depression, træthed, nedsat koncentrationsevne, rystelser og endda korttidshukommelsestab. Det er også kendt for at påvirke huden som et irritationsmiddel, der fjerner hudens olier, og derfor anbefales det, at personer, der udsættes for Xylen på arbejdspladsen, skal bære handsker ud over maske. Når Xylen kommer ud i miljøet er det normalt gennem fordampning, som ofte siver ud i jord, overfladevand og grundvand.

Hvordan fjerner Gulf Coast Environmental Systems BTEX? Da strukturen af BTEX-forbindelser kun består af kulstof- og hydrogenatomer, vil en simpel forbrændingsreaktion fjerne BTEX-forbindelser ved hjælp af en simpel forbrændingsreaktion. Termisk oxidation er den primære metode, som GCES vil anbefale til at fjerne BTEX-forbindelser. Hvis der er behov for en højere destruktionseffektivitet og lavere ejeromkostninger, kan regenerativ termisk oxidation også være et alternativ til reduktion af BTEX. Yderligere muligheder kan omfatte et scrubber-system.

DRIFTSTEORI

Termisk oxidation

Metoden til reduktion af flygtige organiske forbindelser (VOC’er) i en termisk oxidator drejer sig om termisk destruktion. Den kemiske proces ved termisk oxidation er ganske enkel; temperaturen i udstødningsstrømmen hæves til et punkt, hvor de kemiske bindinger, der holder molekylerne sammen, brydes. VOC’erne i procesudstødningsstrømmen omdannes til forskellige kombinationer af kuldioxid (CO2), vand (H2O) og termisk energi ved hjælp af forbrændingskammerets høje temperatur. En standard Direct Fire Thermal Oxidizer er effektiv i scenarier med høj destruktion.

I situationer, der kræver lavere destruktionseffektivitet og lavere ejeromkostninger, kan regenerativ termisk oxidation også være et bekæmpelsesvalg. I denne situation er destruktionsmetoden stadig termiske oxidationer, men med en regenerativ termisk oxidator (RTO) indgår der to energigenvindingsbeholdere i systemet, som anvendes som huse til keramiske varmegenvindingsmedier. Det keramiske varmegenvindingsmedie fungerer som en varmeveksler for systemet. De to beholdere fungerer efter et “swing bed”-absorptionsprincip, som er princippet om overførsel gennem to senge ved hjælp af omvendt strømning. Ved anvendelse af dette princip med keramisk stentøj kaldes processen for regenerering.

Der findes yderligere artikler i GCES-serien “Abating Hazardous Air Pollutants”:

Del 1: BTEX er et akronym, der står for benzen, toluen, ethylbenzen og xylener.

Del 2: Nedbringelse af klor

Del 3: NOx er en familie af luftforurenende kemiske forbindelser, kvælstofoxider.

Del 4: Bly er også kendt (fejlagtigt) som kviksølv, fordi de ofte findes sammen

Del 5: Industrielle luftvaskere til behandling af ammoniak

Del 6: SOx, forbindelser af svovl- og iltmolekyler, herunder svovlmonoxid, svovldioxid og svovltrioxid

Del 7: Kulbrinter – metan, ethan, propan, butan, pentan, hexan

Del 8: Kulbrinter – metan, ethan, propan, butan, pentan, hexan

Del 8: Methylmercaptan – Methylmercaptan, også kendt som methanethiol

Del 9: H2S – Stærkt ætsende svovlbrinte

Del 10: H2S – Stærkt ætsende svovlbrinte

Del 10: Dimethylsulfid – Methylthiomethan

Del 11: Svovlsyre – H2SO4

Del 12: Ethylenoxid – EtO

Del 13: PFAS som nye forurenende stoffer

Del 12: Ethylenoxid – EtO

Del 13: PFAS som nye forurenende stoffer