土壤熱脫附技術

1、所屬頻道：環(huán)境修復關鍵詞:土壤修復技術熱脫附技術污染土壤北極星節(jié)能環(huán)保網訊:土壤修復技術中的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(fā)或分離，進入氣體處理系統(tǒng)的過程。熱脫附可通過調節(jié)加熱溫度和停留時間等方式有選擇地將污染物從一相轉化為另一相，在修復過程中并不出現(xiàn)對有機污染物的破壞作用。通過控制熱脫附系統(tǒng)的溫度和污染土壤停留時間有選擇的使污染物得以揮發(fā)，并不發(fā)生氧化、分解等化學反應。熱脫附主要包含兩個基本過程：一是加熱待處理物質，將目標污染物揮發(fā)成氣態(tài)分離；二是將含有污染物的尾氣進行冷凝、收集以及焚燒等處

2、理至達標后排放至大氣中。熱脫附技術具有污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)點，特別對PCBs這類含氯有機物，非氧化燃燒的處理方式可以顯著減少二惡英生成。不過，熱脫附技術并不適于有機防腐劑以及活性氧化劑還原劑污染土壤、污泥、沉淀物、濾渣的修復。一般來說熱脫附技術可以分類為原位熱脫附技術和異位熱脫附技術兩大類。RiwISM«U<,叫cfa：.*4總型觥師天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，主要用于處理一些比較難開展異位環(huán)境修復的區(qū)域，例如，深層土壤以及建筑物下面的污染修復。原位熱脫附技術是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

3、物料停留時間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，使目標污染物與土壤顆粒分離、去除。熱脫附過程可以使土壤中的有機化合物揮發(fā)和裂解等物理化學變化。當污染物轉化為氣態(tài)之后，其流動性將大大提高，揮發(fā)出來的氣態(tài)產物通過收集和捕獲后進行凈化處理。EiecncdiCurrent：原位熱脫附技術特別適合重污染的土壤區(qū)域，包括高濃度、非水相的、游離的以及源頭的有機污染物。目前，原位熱脫附技術可用于處理的?染物主要為含氯有機物(CVOCs),半揮發(fā)性有機物(SVOCs),石油燒類(TPH),多環(huán)芳煌(PAHs),多氯聯(lián)苯(PCBs)以及農藥目前，熱脫附技術在石化工廠、地下油庫、木料加工廠和農藥庫房等區(qū)域以及在一些污染物源

4、頭修復治理工作中廣泛應用，原位熱脫附技術可以修復地下距離為30多米。原位熱脫附技術不僅可以用修復大型石化廠，針對一些小的區(qū)域污染也可以進行修復，例如干洗店甚至有居民居住的建筑物等，但是在修復過程必須要對室內的空氣質量進行全程的監(jiān)控，防止污染物超標。異位熱脫附技術異位熱脫附技術則用來處理一些適于開展異位環(huán)境修復的區(qū)域，將污染土壤提取出來并通過專門的熱脫附系統(tǒng)裝置處理。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。的削飛(1)直接熱脫附由進料系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成。進料系統(tǒng)：通過篩分、脫水、破碎、磁選等預處理，將污染土壤從車間運送到脫附系統(tǒng)中。脫附系統(tǒng)：污染

5、土壤進入熱轉窯后，與熱轉窯燃燒器產生的火焰直接接觸，被均勻加熱至目標污染物氣化的溫度以上，達到污染物與土壤分離的目的。尾氣處理系統(tǒng)：富集氣化污染物的尾氣通過旋風除塵、焚燒、冷卻降溫、布袋除塵、堿液淋洗等環(huán)節(jié)去除尾氣中的污染物。(2)間接熱脫附由進料系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成。與直接熱脫附的區(qū)別在于脫附系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)。脫附系統(tǒng)：燃燒器產生的火焰均勻加熱轉窯外部，污染土壤被間接加熱至污染物的沸點后，污染物與土壤分離，廢氣經燃燒直排。尾氣處理系統(tǒng)：富集氣化污染物的尾氣通過過濾器、冷凝器、超濾設備等環(huán)節(jié)去除尾氣中的污染物。氣體通過冷凝器后可進行油水分離，濃縮、回收有機污染物。主要設備包括進料

6、系統(tǒng)：如篩分機、破碎機、振動篩、鏈板輸送機、傳送帶、除鐵器等;脫附系統(tǒng)：回轉干燥設備或是熱螺旋推進設備；尾氣處理系統(tǒng)：旋風除塵器、二燃室、冷卻塔、冷凝器、布袋除塵器、淋洗塔、超濾設備等。異位熱脫附技術的處理周期可能為幾周到幾年，實際周期取決于以下因素：（1）污染土壤的體積；（2）污染土壤及污染物性質；（3）設備的處理能力。一般單臺處理設備的能力在3200噸/小時之間，直接熱脫附設備的處理能力較大，一般20160噸/小時；間接熱脫附的處理能力相對較小，一般320噸/小時。影響異位熱脫附技術處置費用的因素有：（1）處置規(guī)模；（2）進料含水率;（3）燃料類型、土壤性質、污染物濃度等。國外對于中小型場

7、地（2萬噸以下，約合26800m3）處理成本約為100-300美元/m3,對于大型場地（大于2萬噸，約合26800m3）處理成本約為50美元/m3。根據國內生產運行統(tǒng)計數(shù)據，污染土壤熱脫附處置費用約為600-2000元/噸。總結作為一種物理修復方法，熱脫附技術具有污染物處理范圍寬、處理速率高、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)點，特別是對于PCBs這類含氯有機物，非氧化燃燒的處理方式可以顯著減少二嗯英的生成。自1985年美國EPA首次將該技術采納為一項可行的土壤環(huán)境修復技術起即被廣泛應用于國外處理揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物的土壤、污泥、沉淀物、濾渣等污染場地的修復。另外，熱脫附技術對于處理一些

8、突發(fā)性的有機污染環(huán)境事故，如由于意外泄露、傾倒而發(fā)生的突發(fā)性土壤污染事故的應急修復也是一種不錯的技術方案。目前我國熱脫附修復污染土壤應用近年來得到了快速發(fā)展，但尚存在著以下問題：設備投資成本高、設備適用性不強、運行費用昂貴等問題；對不同污染物的認識不夠，不當?shù)膮?shù)組合會導致其他副產物的產生，特別是含氯有機物的處理過程中會產生二嗯英；土壤修復工程的噪音和揚塵、粉塵污染等新污染源控制難。上述問題需要國內產學研團隊加強多學科交叉融合，團結協(xié)作以共同解決。原標題：漫談熱脫附技術（一）一一何為熱脫附技術漫談熱脫附技術研究進展與應用案例北極星節(jié)能環(huán)保網來源：中國生態(tài)修復網2016/6/2113:10:47

9、我要投稿所屬頻道：環(huán)境修復關鍵詞：土壤修復技術熱脫附技術有機污染物北極星節(jié)能環(huán)保網訊：土壤修復技術中的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(fā)或分離，進入氣體處理系統(tǒng)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(fā)性污染物（二甲苯、三氯乙烯等卜PCBs、PAHs（菲、花等）、二惡英、石油

10、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(fā)，脫附分為兩個階段，首先是土壤顆粒表面的快速蒸發(fā)，第二階段蒸發(fā)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(lián)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(fā)速率比純物質的蒸發(fā)速率小（如在同等條件下花的蒸發(fā)速率比純花的蒸發(fā)速率

11、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花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顯著影響二嗯英殘余濃度；為實際6、通過對顆?；蛘叽矊咏⒛Ｐ涂梢暂^好地模擬污染物在土壤中的脫附過程,應用中運行參數(shù)的選擇提供指導，如不同條件下土壤中農藥的揮發(fā)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

12、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%。序號場地名稱工業(yè)乳膠超級基金場地美國新澤兩州：FCX華威帆超級某企場地,為軍航空站塞西基地美國福羅唯達州美國某雜粉油生產廠路與斯安那州5美國西部某農藥廠國外熱脫附技術應用案例目標污染物規(guī)模有機氯農藥、PCE=PAHs4104511?農藥，溫丹.DDT,DDE,109Inf石油燃和就代溶劑1176sl名環(huán)若燒類污染物129000I，求26000噸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(yè)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

13、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(xiàn)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(guī)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(guī)模生產

14、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(fā)現(xiàn)，兩個廠區(qū)內土壤及廠區(qū)毗鄰河道底泥均受到以VOCs和SVOCs為主的復合有機污染，開發(fā)前需要進行修復。(2)工程規(guī)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(huán)芳燒等。其中二甲苯最高濃度為2344mg/kg，修復目標值為6.99mg/kg;毒死蟀最高濃度29600mg/kg,修復目標值為46mg/kg。(4) 土壤理化特征：現(xiàn)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(fā)建設需

15、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(shù)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(qū)域，粒徑小于50mm的土塊直接被送入回轉窯，超規(guī)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(300500C),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(fā)。3)尾氣處理階段：尾氣處理系統(tǒng)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(jiān)測裝置，經過處理后的尾氣達標排放。異位

16、熱脫附技術主要設備參數(shù)指標說明指標說明平均處理能力30噸，小時占地面積1,900r12回轉窯工度30050012氧化焚燒室工作溫度1200t氧化燃燒室氣體停留時間>2弁氧化焚燒室污染物去除率99.99999%(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(yōu)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

17、發(fā)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(tǒng)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(fā)達國家先進技術，并在此基礎上進行消化吸收和自主創(chuàng)新，不失為土壤修復企業(yè)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。【技術盤點】有機污染土壤熱脫附技術：傳統(tǒng)與新興技術盤點北極星節(jié)能環(huán)保網來源：環(huán)境工程作者:高國龍2016/8/513:24:44我要投稿所屬頻道：環(huán)境修復關鍵詞:熱脫附技術異位修復技術場地修復北極星節(jié)能環(huán)保網訊:隨著經濟結構的調整，大量的化工廠地遷出城區(qū)，遺留的污染場地往往用做房地產開發(fā)，任務重，周期短，不宜采用修復時間較長的原位修復技術，需要快速高效的

18、異位修復技術。熱脫附作為一種非燃燒技術，污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用，特別是對含氯有機物，非氧化燃燒的處理方式可以避免二嗯英的生成，廣泛用于有機污染物污染土壤的修復。目前，污染土壤傳統(tǒng)熱脫附技術為滾筒式熱脫附。新興熱脫附技術包括流化床式熱脫附、微波熱脫附技術和遠紅外線熱脫附。到目前為止，歐美等國家有關熱脫附修復污染土壤的研究較為深入，國內處于起步階段。因此，有必要對國內外學者所做的熱脫附技術修復污染土壤工作進行總結，以便為我國污染土壤修復領域的工作者提供一定的參考依據，以期推動熱脫附技術修復污染土壤的工程化應用。1熱脫附技術特點熱脫附是將污染物從一相轉化為另一相的物理分離過

19、程，在修復過程中并不出現(xiàn)對有機污染物的破壞作用。通過控制熱脫附系統(tǒng)的溫度和污染土壤停留時間有選擇的使污染物得以揮發(fā)，并不發(fā)生氧化、分解等化學反應。熱脫附技術具有污染物處理范圍寬、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)點，特別對PCBs這類含氯有機物,非氧化燃燒的處理方式可以顯著減少二英生成。2熱脫附技術適用性與適用范圍美國環(huán)保署（EPA）最新發(fā)布的場地清理處理技術：年度狀態(tài)報告（第12版）中，給出了在19822005年美國超級基金所開展的場地修復項目中技術的采用情況,如圖1所示。界位土垠修以技51499)58%原位土堆修且技術(364)42%物理分離20)2%唄地焚燒435%乍物修復(54)6%熱

20、腔的技術69)8%化學處理(10)1%異地焚燒(104)12%固化;糖定化技術(157J18%卜帽道汽抽提技術1213)25%生物修復148)6%I出匕口定化技術(48)6%土土淋淋技術16)2%乩曲（42J5%化學，一1211%其他(2九3%圖1超級基金場地修復項目中的技術采用情況從圖1中可以看出，共有69個項目采用了熱脫附技術，占到了8%的比例。該報告中還指出了熱脫附技術已被成功用于下列污染物相關的污染場地修復項目中：多環(huán)芳燒、其它非鹵代半揮發(fā)性有機物、苯系物、其它非鹵代揮發(fā)性有機物、有機農藥和除草劑、其它鹵代半揮發(fā)性有機物、鹵代揮發(fā)性有機物、多氯聯(lián)苯?？梢郧宄乜吹?，熱脫附技術的主要適用

21、范圍是半揮發(fā)性和揮發(fā)性的有機污染物，包括多環(huán)芳燒、有機農藥和殺蟲劑、多環(huán)芳煌等。3熱脫附技術研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)上采用滾筒式熱脫附技術。近年來，興起了微波熱脫附和遠紅外線熱脫附。4.1 滾筒式熱脫附技術Chern等研究表明，滾筒式熱脫附技術對于去除土壤中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機污染物非常有效。溫度、停留時間、揮發(fā)性、載流氣體流速是影響解吸效果的主要參數(shù)，溫度越高、停留時間越長，則污染物的去除效率越高。加熱時間20分鐘，溫度分別為100、200、150和250c時，1-十二烷、1-十六烷、蔡、慈的去除效率達到98%。北京建工修復、杭州大地等兩家污染土壤修復企業(yè)引進了兩臺國外熱脫附設備。清華大學蔣建國教授課

22、題組在國內率先研發(fā)出了滾筒式逆向熱脫附技術，開發(fā)了國內第一臺具有自主知識產權的逆向熱脫附系統(tǒng)(專利申請?zhí)?01010598161.7.)。4.2 流化床式熱脫附技術流化床技術具有優(yōu)點：1）污染土壤在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流-固相界面積大，利于非均相反應。2）土壤顆粒在流化床內混合激烈，顆粒在全床內的溫度和濃度均勻一致，床層與內浸換熱表面間的傳熱系數(shù)很高，全床熱容量大，熱穩(wěn)定性高。3）氣體與土壤顆粒之間傳熱、傳質速率也較其他接觸方式為高。4）操作彈性范圍高，單位設備生產能力大，設備結構簡單、造價低，符合工程化需要。JoongKeeLee等采用流化床熱脫附技術修復石油污染土壤。分別考察了間歇式進料

23、和連續(xù)進料情況下石油污染土壤的熱脫附效率。研究表明，間歇式進料情況下，溫度300C,時間30min,熱脫附效率達到99%以上;連續(xù)式進料情況下，300c以上，進氣量與進料量的比值對于熱脫附效率影響不大。4.3 微波熱脫附技術微波熱脫附是最近興起的一種熱脫附技術。不同于一般的常規(guī)加熱方式，微波輻射能穿透土壤、加熱水和有機污染物使其變成蒸汽從土壤中排出，其能量以電磁波的形式傳遞，具有高效的轉換效率。此法適用于清除揮發(fā)和半揮發(fā)性成分，并且對極性化合物特別有效。目前僅處于實驗室研究階段。利用微波能量不僅能使反應時間大為減少，在某些情況下，還能促進一些具體反應。在短短幾分鐘之內，無機氧化物與其它一些物質

24、的混合物可以迅速達到1200-1300C。因此，可以在一密封系統(tǒng)內利用微波迅速升至高溫，將土壤中的多氯聯(lián)苯之類的氯代有機芳煌分解。利用微波能量熱解六氯苯、五氯苯酚、2,2,5,5-四氯聯(lián)苯的2,2,4,4,5,5一六氯聯(lián)苯的實驗結果表明，在向土壤中加入Cu2O或Al粉末，并加入濃度為10mol/L的NaOH溶液后，芳煌分解速率更快。從微波修復污染土壤的機理來看，現(xiàn)存的土壤污染物都能夠經微薄加熱而得以去除，只是去除高低的問題。關鍵是如何發(fā)揮微波德最大功效將其用于治理和修復污染土壤。這就需要研究其主要影響因素：污染物的介電常數(shù)、土壤的理化特性和吸波介質。3.4真空強化遠紅線熱脫附技術隨著對熱脫附技

25、術研究和應用的不斷深入，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)熱脫附技術能耗較高，并且土壤顆粒內部的有機污染物不易脫附出來。這些不足是由于傳統(tǒng)熱脫附技術均是通過熱風直接和污染接觸，熱量從外到內傳遞所致。而遠紅外線加熱是從土壤顆粒內部向外加熱，直接結果就是顆粒內部的污染物容易脫附，整體熱脫附效率較高，同時耗能較低。從物理學角度，在密閉空間內抽真空，可以降低密閉空間體系中土壤有機污染物的沸點，在較低的溫度下，就可以實現(xiàn)有機物的脫附。圖2為遠紅外線熱脫附機制示意圖。圖2熱風與紅外線熱脫附傳熱傳質情況對比美國、臺灣等地研究人員曾利用該技術處理有機物污染土壤，脫附效率在99.99%以上,但多是針對汽油、苯等低沸點、揮發(fā)性有機物污染土壤的修復，對沸點高、揮發(fā)性低的有機物污染土壤遠紅外熱脫附修復研究甚少。清華大學蔣建國教授課題組在國內率先開展了該方面的研