馮 凱

（上海格林曼環(huán)境技術(shù)有限公司， 上海 200001）

0 引言

對(duì)于有機(jī)物污染的土壤而言，在單純采用氣相抽提（SVE）方法進(jìn)行修復(fù)時(shí)，往往難以實(shí)現(xiàn)理想的去除率，特別是針對(duì)半揮發(fā)性和難揮發(fā)性有機(jī)物。近年來，熱強(qiáng)化的SVE（或熱脫附）技術(shù)在國內(nèi)外得以越來越多的應(yīng)用和研究[1-7]。一般而言，原位熱脫附中較為成熟的主要有GTR技術(shù)，系采用天然氣作為燃料，引入國內(nèi)后曾在浙江寧波等有機(jī)污染場(chǎng)地得以應(yīng)用[8]。異位熱脫附，則不局限于天然氣等化石能源，電能作為能源的加熱方法亦越來越多的采用，一般是通過大功率電阻絲實(shí)現(xiàn)電能到熱能的轉(zhuǎn)換[9-10]。

通過在華東某2,4-二氯苯酚污染土壤的熱修復(fù)實(shí)例，介紹了其主要設(shè)備、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)果，以期為國內(nèi)類似的工程應(yīng)用提供參考。本案例的特殊之處在于：①獨(dú)創(chuàng)地采用了熱風(fēng)機(jī)作為主要熱源，避免了采用燃燒器的尾氣排放；②獨(dú)創(chuàng)地采用了三防布可伸縮風(fēng)管作為通氣管道，相對(duì)于傳統(tǒng)的鐵管更便于加工和布置；③獨(dú)創(chuàng)地在土堆內(nèi)設(shè)置了高精度的溫度探頭，并能通過集成的顯示裝置在線監(jiān)測(cè)各個(gè)部位的溫度變化情況。

1 背景概況

本場(chǎng)地位于華東某搬遷化工廠，場(chǎng)地內(nèi)局部土壤受2,4-二氯苯酚污染，最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)120.6 mg/kg，超過荷蘭干預(yù)值（22 mg/kg）5.5倍。污染土壤為粉質(zhì)黏土，平均含水率為25%。由于2,4-二氯苯酚是一種半揮發(fā)性有機(jī)物，沸點(diǎn)為210℃，若采用常規(guī)的SVE技術(shù)，預(yù)計(jì)難以獲得理想的污染物去除效率。因此設(shè)計(jì)采用大功率的電加熱器，形成出風(fēng)溫度達(dá)350℃的熱風(fēng)通入土壤中，預(yù)期使土堆內(nèi)溫度達(dá)到180℃或以上，從而促進(jìn)目標(biāo)污染物的快速揮發(fā)，從而在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值（23 mg/kg，系采用HJ 350—2007展覽會(huì)用地土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（暫行）土壤環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)值）。

2 修復(fù)設(shè)備

本項(xiàng)目主要涉及熱風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、噴淋塔、纖維過濾器、活性炭罐，以及在線溫度探測(cè)儀等設(shè)備。設(shè)備材料清單見表1。設(shè)備的組織形式見圖1。

表1 修復(fù)主要設(shè)備材料清單

圖1 修復(fù)設(shè)備組織形式

3 修復(fù)流程

3.1 場(chǎng)地準(zhǔn)備

所選修復(fù)場(chǎng)地為一塊長(zhǎng)30 m、寬20 m的矩形平坦地面。場(chǎng)地四周開挖排水溝，用于收集可能的滲濾液，并可導(dǎo)排雨水。首先進(jìn)行場(chǎng)地平整，并將場(chǎng)地內(nèi)的碎石等雜物清理干凈。為防止修復(fù)過程對(duì)下墊土壤造成污染，在修復(fù)場(chǎng)地范圍內(nèi)滿鋪600 g土工布，上覆1.5 mm厚的HDPE防滲膜。隨后，在防滲膜上方鋪設(shè)約30 cm厚度的潔凈土壤，并壓實(shí)作為緩沖層，防止上部的高溫氣體造成下部防滲膜的變形甚至燃燒。

3.2 土壤堆置

在緩沖墊層上每隔1 m鋪設(shè)一根Φ 180三防布通風(fēng)管，通風(fēng)管設(shè)置密布出風(fēng)孔。通風(fēng)管為三防布外包、螺旋鋼夾內(nèi)襯材質(zhì)，可以拉伸和彎折，并能夠耐受1 m的土堆高度的重量。采用挖掘機(jī)鋪設(shè)約0.6 m的污染土，在其上間隔1 m鋪設(shè)Φ 180抽氣管，并與下部的通氣管平面上錯(cuò)開布置。最后，上覆0.2 m的潔凈土壤，用于密封抽氣管道，防止形成優(yōu)先氣流通道。通風(fēng)管道的一端，則采用白鐵皮三通、90°彎頭與Φ 220總管連接，使用抱箍包扎密實(shí)防止漏氣，修復(fù)土堆內(nèi)管道平面布置見圖2。土堆外滿覆耐350℃高溫的防火棚布，其邊沿覆土固定。

圖2 修復(fù)土堆內(nèi)管道平面布置

3.3 設(shè)備安裝

本項(xiàng)目所使用的熱風(fēng)機(jī)是在普通離心風(fēng)機(jī)上加設(shè)電阻加熱組件，并在出風(fēng)口配有熱電偶，能夠?qū)崿F(xiàn)常溫至350℃連續(xù)可調(diào)的溫度輸出。熱風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)量為2 500 m3/h。在系統(tǒng)的末端，配置了1臺(tái)額定風(fēng)量達(dá)4 000 m3/h、風(fēng)壓2 kPa的離心風(fēng)機(jī)，用于抽出修復(fù)土堆內(nèi)的滯留氣體。通過通風(fēng)和抽風(fēng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)土堆內(nèi)氣體的快速流動(dòng)。

同時(shí)，配備了一套尾氣處理設(shè)備，包括1臺(tái)噴淋塔，通過冷水的循環(huán)流動(dòng)將高溫的尾氣降溫；1臺(tái)纖維過濾器，用于去除尾氣中殘留的粉塵等顆粒物；1臺(tái)抽屜式活性炭箱，內(nèi)裝500 kg柱狀活性炭。尾氣經(jīng)凈化后，通過連接于離心風(fēng)機(jī)出口的3 m高煙囪排出。所有用電設(shè)備均為三級(jí)配電，即工地總配電箱、熱修復(fù)配電箱、各設(shè)備配電箱。

此外，在土堆的不同位置和深度處埋置了共計(jì)10只溫度探頭，通過熱電偶測(cè)溫線補(bǔ)償線將土堆內(nèi)的溫度信息傳送至土堆外的16通道顯示器，可以對(duì)10個(gè)探頭溫度信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，以便研究加熱對(duì)土堆內(nèi)不同位置和深度處溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)影響。

3.4 設(shè)備運(yùn)行

將熱風(fēng)機(jī)出風(fēng)溫度調(diào)至最高的350℃，風(fēng)量相應(yīng)調(diào)低至800 m3/h，持續(xù)作業(yè)了72 h。此時(shí)，土堆內(nèi)各區(qū)域溫度在160～200℃之間。經(jīng)在土堆內(nèi)采樣檢測(cè)，修復(fù)后土壤含水率均不高于15%，最低處含水率僅8%，土壤已經(jīng)非常干燥（外表為淡黃色，手感堅(jiān)硬，結(jié)塊狀）；修復(fù)后2,4-二氯苯酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2.6 mg/kg，即已達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。

3.5 尾氣處理

如前所述，本項(xiàng)目中產(chǎn)生的尾氣通過冷凝、過濾和活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排放。此外，冷凝水循環(huán)使用后，通過現(xiàn)場(chǎng)的廢水處理設(shè)施處理達(dá)標(biāo)排放?，F(xiàn)場(chǎng)處置期間，使用光離子化檢測(cè)儀PID定期檢測(cè)排放口的尾氣濃度。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，排氣口處尾氣PID最高讀數(shù)折算為15.3 mg/m3，小于上海市的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)（20 mg/m3）；以 PID 的平均讀數(shù)（折算為 8.7 mg/m3）計(jì)，在平均通風(fēng)量（800 m3/h）的情況下，2,4-二氯苯酚的排放速率不超過7 g/h，遠(yuǎn)低于其最高允許排放速率（360 g/h），從而保證了尾氣達(dá)標(biāo)排放。

3.6 土堆溫度和污染物濃度監(jiān)測(cè)

通過埋置于土堆內(nèi)部不同位置的溫度探頭實(shí)測(cè)，在土壤自由水基本蒸發(fā)后繼續(xù)加熱36 h，靠近加熱管的部分區(qū)域溫度達(dá)到了200℃左右，隨著與熱風(fēng)管的距離增加而溫度降低，但均不低于160℃。溫度上升的速率上，以埋置于土堆中部的某監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，土壤的溫度加熱后迅速上升，但速率逐漸變緩，在持續(xù)加熱56 h左右達(dá)到穩(wěn)定，而土壤2,4-二氯苯酚的濃度（通過持續(xù)采樣監(jiān)測(cè)獲得）亦于加熱56 h左右達(dá)到穩(wěn)定，詳見圖3。

圖3 土堆中部溫度及2,4-二氯苯酚濃度隨加熱時(shí)間的變化規(guī)律

4 修復(fù)效果

在3 d的修復(fù)周期結(jié)束后，從土壤內(nèi)不同位置和深度采集了3個(gè)代表性的土壤樣品，經(jīng)有資質(zhì)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，其2,4-二氯苯酚濃度均低于修復(fù)目標(biāo)值，具體見表2。

表2 修復(fù)結(jié)束后代表性土壤樣品中2,4-二氯苯酚的濃度

所參考的標(biāo)準(zhǔn)值為展會(huì)用地土壤環(huán)境A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，代表了土壤未受污染的環(huán)境水平，可適用于各類土地利用類型。結(jié)果表明，通過本次電熱脫附修復(fù)施工，土壤中目標(biāo)污染物的去除率達(dá)97%以上，且修復(fù)后的土壤質(zhì)量能夠滿足相當(dāng)于背景值的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

基于本次2,4-二氯苯酚污染土壤的電熱脫附修復(fù)試驗(yàn)，得到以下主要結(jié)論。

（1）電熱脫附修復(fù)技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)（數(shù)小時(shí)至數(shù)天），有效提高沸點(diǎn)較高的半揮發(fā)性有機(jī)物的去除率和脫附效率，特別是針對(duì)含水率較高、土質(zhì)偏黏土的情況。

（2）目前普遍采用的通過通風(fēng)管道配送熱能的方式存在一定局限性，即靠近熱風(fēng)管道處溫度提升較高較快，而遠(yuǎn)離熱風(fēng)出口的區(qū)域則溫度上升較慢，在一定程度上存在冷熱不均的現(xiàn)象，從而影響了修復(fù)效果的均勻性。

（3）在選擇修復(fù)設(shè)備時(shí)，需注意送風(fēng)機(jī)、抽風(fēng)機(jī)、管道、尾氣處理設(shè)備的配套。例如，送風(fēng)量、抽風(fēng)量和尾氣處理設(shè)備的處理能力應(yīng)匹配，以保證尾氣能夠達(dá)標(biāo)排放。