|
1 土壤熱修復技術概述 土壤熱修復技術是指通過直接或間接加熱，將污染土壤溫度提高至目標污染物沸點以上，利用控制系統(tǒng)溫度和污染土壤停留時間等手段，以氣化揮發(fā)的方式促使目標污染物有選擇地與土壤顆粒相分離進而被有效去除。熱修復主要包括兩個基本過程：一是對待處理物質進行加熱，使目標污染物揮發(fā)成為氣態(tài)并與土壤相分離；二是將含有目標污染物的尾氣進行冷凝—收集—焚燒等一系列處理，最終達標后完成排放。熱修復技術不適用于有機防腐劑、活性氧化/還原劑等污染物的去除，但是對農藥、石油以及VOCs等有機污染物的去除有較好的效果。 土壤熱修復技術按處置方式可分為異位修復和原位修復。異位熱脫附系統(tǒng)可分為直接熱脫附和間接熱脫附，也可分為高溫熱脫附和低溫熱脫附。異位直接熱脫附系統(tǒng)將污染土壤送入熱轉窯后使其與熱轉窯燃燒器產生的火焰直接接觸，均勻加熱至目標污染物的氣化溫度以上，從而達到污染物與土壤分離的目的。尾氣則通過除塵、冷卻、堿液淋洗等環(huán)節(jié)去除污染物，達標后排放至大氣。異位間接熱脫附系統(tǒng)通過間接加熱，將污染土壤加熱至目標污染物的沸點以上，通過控制系統(tǒng)溫度和物料停留時間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，與土壤顆粒分離。間接熱脫附工藝在處理過程中并不對有機污染物進行破壞，而是進行分離和回收。脫附工藝產生的氣體通過冷凝、超濾等環(huán)節(jié)去除其中的污染物至達標后排放至大氣中，脫附污染物在冷凝器中被濃縮回收。異位熱脫附適用范圍廣泛，對VOCs、SVOCs以及農藥等類型的有機污染處理效率高，對不同質地及含水率的土壤適應性強。 原位熱脫附技術是石油污染土壤原位修復技術中一項重要手段，其技術原理是在污染場地通過直接升高污染物區(qū)域的溫度，改變污染物物理化學性質，促進土壤污染物脫附進入氣相與水相，再被抽提脫離地下環(huán)境，轉移至地上進行處理。原位熱修復主要用于處理一些較難開展異位修復的污染場地。原位熱脫附技術可以相對快速地處理大部分有機污染物，尤其是對油相（非水相的液體) 的污染物處理效果很好，并且還可以在其他技術無法適應的惡劣土壤環(huán)境（淤泥和粘性土）中開展修復工作。 2 全球先進土壤熱修復技術掠影 >>>燃氣熱脫附土壤修復技術(GTR)<<< 大地益源的燃氣熱脫附土壤修復技術（Gas Thermal Remediation）引進于美國，能夠治理所有類型土壤的有機污染物，例如烴類、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、氯代有機物、二噁英、農藥等。該技術以天然氣或燃油為燃料提供熱源，通過熱傳導加熱目標治理區(qū)域和動力控制，形成負壓抽提地下蒸汽。目標治理區(qū)域可以分區(qū)獨立控制，使溫度梯度和能源的消耗量最優(yōu)化。通過模塊化復制，可以無限擴展，對項目規(guī)模和場地具有很強的適應性。 技術特點 設備運行溫度范圍廣（100-400℃），因此對于不同沸點的揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機污染物處理效果好 適用于各類土壤，尤其對粘性土壤等水力滲透系數(shù)較低的修復具有優(yōu)勢 對于污染較深的場地修復更具優(yōu)勢 模塊化工藝，具有可擴展性，適合大規(guī)模場地修復 工程周期短，大部分項目可以在1-6個月內完成修復 設備使用清潔能源，能量利用率高 配備先進的蒸汽處理方案，不造成二次空氣污染 靈活程度高，既可原位實施也可異位實施 應用案例 位于中國寧波某場地土壤和地下水含有高濃度氯乙烯、鄰甲苯胺、 2,6-二硝基甲苯等有機污染物。修復面積600平方米，修復深度為原地面以下約12m，土方量6400m3。該污染場地地質條件為非均質土壤，含有黏土、淤泥，地下水水位為地表以下1米。 解決方案 經過專業(yè)周密的設計施工，場地的目標污染物濃度最終達到驗收要求，以下為主要的修復流程： 安裝阻隔墻 加熱器安裝：加熱井間距為1.8m，在加熱器安裝完畢后，又在地表安裝了絕熱層 多相抽提井與尾氣處理系統(tǒng)的連接：抽提井間距為3.6m，抽提出來的蒸汽經過汽液分離缸和空氣冷凝機的處理后進入水冷系統(tǒng)，最后經過活性炭進行過濾，尾氣將在通過檢測后排放進入大氣 數(shù)值擬合：在每個項目開展前，不同的方案通過數(shù)值擬合來決定項目最終需要采取的實施方案 >>>電熱動力剝離法(ET-DSP)<<< 加拿大McMillan-McGee（MC2）公司開發(fā)的電熱動力剝離法原位修復技術是一種集傳導、對流和電熱三種熱轉換機制于一體的原位熱修復技術。該技術使用三相電源（由精密的計算機控制器調節(jié)），對污染土壤和地下水迅速加熱，且比其他任何加熱技術制熱更均勻，能耗更少。該技術是目前最先進可靠的原位熱修復系統(tǒng)之一，能夠從土壤和地下水中去除有害的有機化學物質和揮發(fā)性有機化合物。在較低的環(huán)境溫度下，使用電阻加熱，能夠去除超過95%的目標污染物，也可處理汽化溫度遠高于水沸點的污染物。該技術擁有靈活的埋入式電極方案，把帶有先進設計工藝的電極安裝在污染區(qū)域的水位線上和線下，然后將電極連接到一個電腦控制的動力傳輸系統(tǒng)和一個水循環(huán)系統(tǒng)。在所有開關和導線連接后，電極將啟動并將污染區(qū)域加熱到指定溫度。當電流通過電極之間，地下溫度逐漸升高，在土壤和地下水的溫度達到水的沸點之前，污染物開始揮發(fā)進入氣相，之后則采用常規(guī)的提取設備去除即可。 技術特點 專有電極的設計比標準電極加熱效率提高了60%，因此可以使用更少的電極來執(zhí)行相同的工作量，降低了項目投入成本 該熱修復過程對生物修復和自然衰減的增強有持續(xù)影響 可有效地將整個修復時間從傳統(tǒng)修復技術的幾年減少到幾個月，清除效率提高到99% 該技術幾乎適用于任何土壤類型，且不受限于污染區(qū)的污染程度和地形，作用深度可達30米 該技術可將地下水位線以上及以下的土壤顆粒與污染物分離，并減少溶于地下水中的污染物含量 其獨特的系統(tǒng)設計使得電極可埋在任何地方，可安裝在建筑物（不論是水平電極還是垂直電極）、高流量交通樞紐、街道以及人口稠密地區(qū)的地下區(qū)域 應用案例 位于美國佛羅里達州西部坦帕灣某垃圾填埋場地含有重質非水相液體（三氯乙烯 、二氯乙烷、氯甲烷、甲苯) 以及油質非水相液體污染物。修復面積3380m2，土方量41,290m3。該污染場地地質條件為非均質土壤，含有黏土、淤泥，并且地下水水位為地表下1米。 解決方案 MC2公司在95個鉆孔中共部署了185個ET-DSP?電極，并在其中29個電極上方設置蒸汽注入點，另外設有6個單獨的蒸汽注入井。該技術還配合使用了模塊化的電力傳輸系統(tǒng)和聯(lián)網功能設備，通過在70個傳感器井中部署超過2000個溫度傳感器，用于控制和輸送電力并對數(shù)據進行采集和監(jiān)控。該電熱動力剝離法具有較高的功率輸入，電極之間的間距更長。所具有的對流加熱能力可以對油性非水相液體實現(xiàn)蒸汽汽提，這是其他技術難以實現(xiàn)的。 通過將重質非水相液體 (DNAPL) 和輕質非水相液體 (LNAPL) 加熱到水的沸點，污染物被加速去除。整個加熱以及污染物去除過程對地面建筑物中的任何居民無任何影響。最終修復了約8.2噸污染物，污染物去除效率達到 99.1%。 >>>陰燃技術(STAR)<<< 源自于加拿大的陰燃技術是一種以多孔介質為熱基體，通過碳氫化合物的自持燃燒技術。自其被江蘇大地益源環(huán)境修復有限公司（以下簡稱“大地益源”）引入中國以來，應用于針對石油類有機液態(tài)污染物的原位/異位土壤修復。 陰燃技術原理是以熱值較高的有機污染物為能源，通過向污染土層中注入空氣，在低能狀態(tài)下點火引起污染物的慢性自持燃燒，利用污染物自身的燃燒熱能引發(fā)周邊污染區(qū)域的持續(xù)燃燒。在保持空氣供給的條件下，燃燒可持續(xù)傳播至整個污染區(qū)域，同時通過調整空氣注入對燃燒速度及溫度進行控制。 技術特點 目標污染物包括石油烴、煤焦油、雜酚油、礦物油和溶劑在內的液體有機污染物 快速、可靠、節(jié)能，環(huán)保、可持續(xù)，安全 處理單元模塊化，移動方便、靈活性高 應用案例 在菲律賓某修復場地，大地益源采用異位陰燃技術，修復被石油類污染物所污染的土壤。經陰燃處理后，石油類污染物均被完全去除，效果非常理想。 解決方案 每個處理單元由六個模塊組成，占地面積約78m2。整套裝置系統(tǒng)包括空氣輸入風機、尾氣收集裝置、加熱運行控制裝置和流量控制裝置等。 >>>移動式間接/直接土壤熱脫附修復技術<<< 加拿大尼爾森（Nelson）公司擁有先進的直接熱脫附工藝和間接熱脫附工藝。兩種工藝對應的設備都是移動式的，土壤修復的方式均為原地異位。 直接熱脫附是通過加熱有機物污染土壤，使土壤中的有機物蒸發(fā)，然后收集蒸發(fā)的有機物氣體，通過熱氧化的方式清除氣態(tài)的有機物。間接熱脫附是通過加熱含高濃度有機物的土壤，使土壤中的有機物蒸發(fā)，然后通過冷凝的方法使有機物氣體變?yōu)橐簯B(tài)。 ▲ 直接熱脫附設備 尼爾森擁有以下五種移動式熱脫附系統(tǒng)，可以以不同的速率對受污染土壤進行處理： RS-945直接熱脫附設備是尼爾森最大的直接加熱系統(tǒng)，其額定生產能力為60-80噸/小時。該系統(tǒng)的主要處理裝置的溫度可高達590°C。 RS-45直接熱脫附設備的額定生產能力為40-50噸/小時。該系統(tǒng)的主要處理裝置的溫度可高達590°C。根據所處理污染物的不同類型，該系統(tǒng)可選擇兩種不同的運行模式。當該系統(tǒng)在以長鏈烴模式運行時，處理氣流在排放到大氣之前將通過旋風分離器、熱氧化器、冷卻室，然后是除塵器。這種模式可確保從灰塵顆粒中除去PAHs和長鏈烴，以達到嚴格的PAHs和BAP的排放控制目標。 RS-40直接熱脫附設備的額定生產能力為30-40噸/小時。該系統(tǒng)的主要處理裝置中的溫度可高達590°C。 RS-20直接熱脫附設備的額定生產能力為15-25噸/小時。該系統(tǒng)的主要處理裝置中的溫度可高達590°C。 間接熱脫附設備的額定生產能力為15-25噸/小時。該系統(tǒng)內配備有一個三筒系統(tǒng)，一個濕式冷卻塔和油水分離器。由于該系統(tǒng)為間接熱脫附，在處理過程中被污染土壤（進料）不需與明火接觸，該系統(tǒng)主要處理裝置中的溫度可高達590°C。 所處理的污染物（如油泥）可以被有效回收并可以出售或通過其他方式處置。 ▲ 間接熱脫附設備 應用案例 艾伯特省埃德森以南偏遠的石油和天然氣作業(yè)現(xiàn)場經過幾十年來的運行，土壤已被碳氫化合物所污染，污染深度超過9米。尼爾森公司作為主承包商負責該修復項目的實施，管理和設備提供。該項目通過熱脫附技術方案成功完成了95000噸被污染土壤的整體修復，這些土壤分別來自四個現(xiàn)場、包括一個主現(xiàn)場和三個附屬現(xiàn)場。 在整個項目過程中，尼爾森公司參與了挖掘設備提供，土壤至熱處理單元的輸送環(huán)節(jié)，土壤的熱修復處理環(huán)節(jié)，土壤運輸回填環(huán)節(jié)，以及現(xiàn)場的最終恢復環(huán)節(jié)。經過8個月的修復處理，尼爾森公司按照CNRL的規(guī)范成功實施并完成了該場地的修復，最終修復效果完全符合艾伯特省環(huán)保局要求的場地恢復和最終關閉標準。 結語 隨著我國城市化進程和產業(yè)升級步伐的不斷加快，城市原有土地利用功能逐步發(fā)生轉變，一些高污染高耗能企業(yè)轉產后遺留的復雜污染場地需要經過專業(yè)修復進而煥發(fā)新的價值。作為常用的一種土壤修復手段，熱修復技術對揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機污染物有著非常好的處理效果，在國內外被廣泛應用于石油化工行業(yè)等有機污染場地的修復。然而，熱修復技術在應用場景上存在一定的局限性，該技術路線并不適用于無機污染物 (汞除外)修復，以及腐蝕性污染物和活性氧化/還原劑含量較高的土壤修復。在下篇文章中，奧科環(huán)境將為您繼續(xù)介紹用于其他類型污染場地的生化修復技術。 來源：奧科環(huán)境ALCLE 公眾號 |
|
|
