漫谈热脱附技术（二）——研究进展与应用案例

       热脱附技术是指在真空条件下或通入载气时，通过直接或间接热交换，将土壤中的有机污染物加热到足够的温度，以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离，进入气体处理系统的过程。

       热脱附技术在国外始于七十年代，广泛应用于工程实践，技术较为成熟。在1982-2004年期间，约有70 个美国超级基金项目采用异位热脱附作为主要的修复技术。自上世纪八十年代以来，包括美国、法国、瑞士、加拿大、阿根廷、韩国、意大利、瑞典等多个国家研究者开展了含挥发性污染物(二甲苯、三氯乙烯等)、PCBs、PAHs(菲、芘等)、二恶英、石油以及十六烷和十碳到二十二碳等多种有机物污染对象进行了热脱附研究。

国外研究的主要结果

1、有机污染物在土壤中的去除过程主要是物理蒸发，脱附分为两个阶段，首先是土壤颗粒表面的快速蒸发，第二阶段蒸发受到颗粒内部扩散的限制;

2、温度是影响热脱附过程最主要的因素，随着温度的升高，污染物的脱附效率和降解效率会显著提高，但温度较高时可能会伴随着其他副产物的生成，如热脱附后多氯联苯降解效率可达48%-70%，但是由于PCDFs的生成，毒性当量反而是原始土壤毒性当量的2.8-6.3倍(固相)以及8.0-10.5倍(气相);

3、土壤中有机污染物蒸发速率比纯物质的蒸发速率小(如在同等条件下芘的蒸发速率比纯芘的蒸发速率小5倍);

4、土壤中的晶间水层对于污染物的脱附有明显的抑制作用，粒子内及粒子间的传质显著影响污染物的去除速率;

5、恰当催化剂的引入可以促进有机污染物的脱附以及降解过程，土壤中本身的矿物质对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矿物质会促进芘的分解以及与土壤中有机物分解产物的反应，飞灰中的C和Cu显著影响二噁英残余浓度;

6、通过对颗粒或者床层建立模型可以较好地模拟污染物在土壤中的脱附过程，为实际应用中运行参数的选择提供指导，如不同条件下土壤中农药的挥发速率可以通过对污染物蒸汽压、水溶性等的计算进行估计;

7、土壤含水率将直接影响到处理运行成本，高粘土含量或湿度会增加处理费用，因此对污染土壤的含水率有着严格的要求，一般要求其含水率不超过20%。

国外热脱附技术应用案例

国内研究的主要结果

       相比于国外，我国热脱附修复污染土壤研究处于起步和逐步推广应用阶段，浙江大学，清华大学，中国科学院，南京农业大学，西北科技农林大学等多家单位在热脱附方面已进行了一系列研究。新的认识主要有：

1、温度和时间是影响热脱附过程最主要的因素，停留时间的影响受温度限制;

2、土壤成分主要是土壤中有机质含量以及二氧化硅和其他矿物质会对热脱附过程的影响，有机质对不同的有机物都有一定的相关性，但是不同的物质之间有一定的差异，二氧化硅和其他矿物质可促进污染物的脱附及降解;

3、土壤颗粒粒径的大小对于不同的物质表现出一定的差异;

4、获得了一些因素如土壤中污染物的初始浓度、土壤的含水率、载气流量、载气的种类、升温速率以及气氛含氧量，对热脱附过程的定量影响规律。

国内热脱附技术应用案例

       我国对异位热脱附技术的应用处于起步阶段，已有少量应用案例。

国内案例介绍

（1）工程背景：某两个退役化工厂曾大规模生产农药、氯碱、精细化工、高分子材料等近百个品种。经场地调查与风险评估发现，两个厂区内土壤及厂区毗邻河道底泥均受到以VOCs 和SVOCs 为主的复合有机污染，开发前需要进行修复。

（2）工程规模：12 万m3

（3）主要污染物及污染程度：主要污染物为卤代VOCs、BTEX、有机磷农药、多环芳烃等。其中二甲苯最高浓度为2344 mg/kg，修复目标值为6.99 mg/kg；毒死蜱最高浓度29600mg/kg，修复目标值为46 mg/kg。

（4）土壤理化特征：现场调查结果显示，污染土壤主要为粉土、淤泥质粉质粘土和粉砂，含水率25%-35%。

（5）技术选择：综合以上污染物特性、污染物浓度、土壤特征以及项目开发建设需求，异位热脱附技术对污染物的去除效率可达99.99%，适合处理本项目中VOCs、SVOCs 的复合污染土壤。

（6）工艺流程和关键设备：其工艺流程如下图所示。

（7）主要工艺及设备参数

1）污染土壤进料阶段：将污染土壤转运至贮存车间内的预处理区域，粒径小于50 mm的土块直接被送入回转窑，超规格的土块经过破碎后再次返回振荡筛进行筛分。

2）回转窑加热阶段：将污染土壤均匀加热到设定的温度（300~500℃），并按照设定速率向窑尾输送，在此期间土壤中的污染物充分气化挥发。

3）尾气处理阶段：尾气处理系统包括二燃室、急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔等。烟囱上装有烟气实时在线监测装置，经过处理后的尾气达标排放。

异位热脱附技术主要设备参数

（8）成本分析：

本项目实际工程中热脱附部分费用包括：人工费、挖运费、设备折旧、设备运输和安装/拆除费、燃料费、动力费、检修及维护费等，约为1000 元/m3。

（9）修复效果：已处理污染土壤10000吨，处理后污染土壤浓度达到修复目标。（国内案例提供单位：未公开）

总结

       热脱附技术近年来正成为一个解决土壤污染的优质方法与研究热点，得到越来越广泛的应用。目前我国在热脱附技术上的研究与应用与欧美发达国家的水平还存在一定的差距。土壤修复是一个复杂的系统工程，在自有技术、装备储备不足的情况下，加强国际合作，积极引进发达国家先进技术，并在此基础上进行消化吸收和自主创新，不失为土壤修复企业建立自己的技术体系、构建核心竞争力的重要且快捷的途径。