漫談熱脫附技術（二）——研究進展與應用案例

       熱脫附技術是指在真空條件下或通入載氣時，通過直接或間接熱交換，將土壤中的有機污染物加熱到足夠的溫度，以使有機污染物從污染介質上得以揮發或分離，進入氣體處理系統的過程。

       熱脫附技術在國外始于七十年代，廣泛應用于工程實踐，技術較為成熟。在1982-2004年期間，約有70 個美國超級基金項目采用異位熱脫附作為主要的修復技術。自上世紀八十年代以來，包括美國、法國、瑞士、加拿大、阿根廷、韓國、意大利、瑞典等多個國家研究者開展了含揮發性污染物(二甲苯、三氯乙烯等)、PCBs、PAHs(菲、芘等)、二惡英、石油以及十六烷和十碳到二十二碳等多種有機物污染對象進行了熱脫附研究。

國外研究的主要結果

1、有機污染物在土壤中的去除過程主要是物理蒸發，脫附分為兩個階段，首先是土壤顆粒表面的快速蒸發，第二階段蒸發受到顆粒內部擴散的限制;

2、溫度是影響熱脫附過程最主要的因素，隨著溫度的升高，污染物的脫附效率和降解效率會顯著提高，但溫度較高時可能會伴隨著其他副產物的生成，如熱脫附后多氯聯苯降解效率可達48%-70%，但是由于PCDFs的生成，毒性當量反而是原始土壤毒性當量的2.8-6.3倍(固相)以及8.0-10.5倍(氣相);

3、土壤中有機污染物蒸發速率比純物質的蒸發速率小(如在同等條件下芘的蒸發速率比純芘的蒸發速率小5倍);

4、土壤中的晶間水層對于污染物的脫附有明顯的抑制作用，粒子內及粒子間的傳質顯著影響污染物的去除速率;

5、恰當催化劑的引入可以促進有機污染物的脫附以及降解過程，土壤中本身的礦物質對污染物的去除也有一定的催化作用，土壤中的二氧化硅以及其他礦物質會促進芘的分解以及與土壤中有機物分解產物的反應，飛灰中的C和Cu顯著影響二噁英殘余濃度;

6、通過對顆粒或者床層建立模型可以較好地模擬污染物在土壤中的脫附過程，為實際應用中運行參數的選擇提供指導，如不同條件下土壤中農藥的揮發速率可以通過對污染物蒸汽壓、水溶性等的計算進行估計;

7、土壤含水率將直接影響到處理運行成本，高粘土含量或濕度會增加處理費用，因此對污染土壤的含水率有著嚴格的要求，一般要求其含水率不超過20%。

國外熱脫附技術應用案例

國內研究的主要結果

       相比于國外，我國熱脫附修復污染土壤研究處于起步和逐步推廣應用階段，浙江大學，清華大學，中國科學院，南京農業大學，西北科技農林大學等多家單位在熱脫附方面已進行了一系列研究。新的認識主要有：

1、溫度和時間是影響熱脫附過程最主要的因素，停留時間的影響受溫度限制;

2、土壤成分主要是土壤中有機質含量以及二氧化硅和其他礦物質會對熱脫附過程的影響，有機質對不同的有機物都有一定的相關性，但是不同的物質之間有一定的差異，二氧化硅和其他礦物質可促進污染物的脫附及降解;

3、土壤顆粒粒徑的大小對于不同的物質表現出一定的差異;

4、獲得了一些因素如土壤中污染物的初始濃度、土壤的含水率、載氣流量、載氣的種類、升溫速率以及氣氛含氧量，對熱脫附過程的定量影響規律。

國內熱脫附技術應用案例

       我國對異位熱脫附技術的應用處于起步階段，已有少量應用案例。

國內案例介紹

（1）工程背景：某兩個退役化工廠曾大規模生產農藥、氯堿、精細化工、高分子材料等近百個品種。經場地調查與風險評估發現，兩個廠區內土壤及廠區毗鄰河道底泥均受到以VOCs 和SVOCs 為主的復合有機污染，開發前需要進行修復。

（2）工程規模：12 萬m3

（3）主要污染物及污染程度：主要污染物為鹵代VOCs、BTEX、有機磷農藥、多環芳烴等。其中二甲苯最高濃度為2344 mg/kg，修復目標值為6.99 mg/kg；毒死蜱最高濃度29600mg/kg，修復目標值為46 mg/kg。

（4）土壤理化特征：現場調查結果顯示，污染土壤主要為粉土、淤泥質粉質粘土和粉砂，含水率25%-35%。

（5）技術選擇：綜合以上污染物特性、污染物濃度、土壤特征以及項目開發建設需求，異位熱脫附技術對污染物的去除效率可達99.99%，適合處理本項目中VOCs、SVOCs 的復合污染土壤。

（6）工藝流程和關鍵設備：其工藝流程如下圖所示。

（7）主要工藝及設備參數

1）污染土壤進料階段：將污染土壤轉運至貯存車間內的預處理區域，粒徑小于50 mm的土塊直接被送入回轉窯，超規格的土塊經過破碎后再次返回振蕩篩進行篩分。

2）回轉窯加熱階段：將污染土壤均勻加熱到設定的溫度（300~500℃），并按照設定速率向窯尾輸送，在此期間土壤中的污染物充分氣化揮發。

3）尾氣處理階段：尾氣處理系統包括二燃室、急冷塔、布袋除塵器和酸性氣體洗滌塔等。煙囪上裝有煙氣實時在線監測裝置，經過處理后的尾氣達標排放。

異位熱脫附技術主要設備參數

（8）成本分析：

本項目實際工程中熱脫附部分費用包括：人工費、挖運費、設備折舊、設備運輸和安裝/拆除費、燃料費、動力費、檢修及維護費等，約為1000 元/m3。

（9）修復效果：已處理污染土壤10000噸，處理后污染土壤濃度達到修復目標。（國內案例提供單位：未公開）

總結

       熱脫附技術近年來正成為一個解決土壤污染的優質方法與研究熱點，得到越來越廣泛的應用。目前我國在熱脫附技術上的研究與應用與歐美發達國家的水平還存在一定的差距。土壤修復是一個復雜的系統工程，在自有技術、裝備儲備不足的情況下，加強國際合作，積極引進發達國家先進技術，并在此基礎上進行消化吸收和自主創新，不失為土壤修復企業建立自己的技術體系、構建核心競爭力的重要且快捷的途徑。