史福生(中科檢測(cè)技術(shù)服務(wù)(廣州)股份有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

原位熱脫附由于修復(fù)成本低、無(wú)二次污染，同時(shí)對(duì)于一些不均質(zhì)污染區(qū)域和低滲透污染區(qū)域具有較高的修復(fù)效率，在化工污染場(chǎng)地修復(fù)中逐漸得到應(yīng)用和推廣。但我國(guó)對(duì)于原位熱脫附技術(shù)應(yīng)用起步較晚，對(duì)于大面積的工程應(yīng)用及工藝路線的分析較少。本研究在系統(tǒng)梳理熱脫附技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目給出修復(fù)工藝技術(shù)路線和修復(fù)意見，以期為熱脫附修復(fù)技術(shù)在化工污染場(chǎng)地工程應(yīng)用提供借鑒。

1 熱脫附技術(shù)分類及應(yīng)用

按照處理場(chǎng)所的不同，熱脫附技術(shù)主要分為原位熱脫附技術(shù)和異位熱脫附技術(shù)，通過(guò)加熱方式將污染土壤的污染物加熱至佛點(diǎn)，進(jìn)行物料停留時(shí)間和系統(tǒng)溫度控制污染物的氣化和揮發(fā)，以實(shí)現(xiàn)土壤中污染物的去除與分離，最終達(dá)到土壤修復(fù)目標(biāo)[1]。

1.1 原位熱脫附技術(shù)

結(jié)合能量轉(zhuǎn)換和傳熱方式的不同，原位熱脫附技術(shù)主要為熱傳導(dǎo)加熱、蒸汽/熱氣注入、射頻加熱、電阻加熱和玻璃化等5種技術(shù)，主要適用于多環(huán)芳烴、揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機(jī)物、多氯聯(lián)苯、農(nóng)藥等污染土壤。下面將各原位熱脫附技術(shù)特點(diǎn)概括如表1所示。目前我國(guó)原位熱脫附技術(shù)研究尚處于中試階段，技術(shù)修復(fù)設(shè)備大多還是需要從國(guó)外購(gòu)買。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)原位熱脫附案例分析總結(jié)，如果污染地土壤含水量低，采用原位熱脫附技術(shù)所需修復(fù)成本約為1 000元/m3，如果污染地土壤含水量高，所需修復(fù)成本約為到2 000元/m3。

表1 原位熱脫附技術(shù)特點(diǎn)

1.2 異位熱脫附技術(shù)

結(jié)合加熱方式的不同，異位熱脫附技術(shù)主要分為直接熱脫附和間接熱脫附2種技術(shù)，主要適用于有機(jī)污染土壤和Hg污染土壤等污染土壤。

國(guó)內(nèi)直接熱脫附技術(shù)已經(jīng)發(fā)展至第三代，適用于大型污染場(chǎng)地，具有效率高、可處理污染物類型多、技術(shù)較成熟等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重、易產(chǎn)生二噁英等污染物、尾氣處理成本高和處理高濃度污染物有爆炸風(fēng)險(xiǎn)等缺點(diǎn)。目前我國(guó)一些企業(yè)均有自主研發(fā)直接熱脫附設(shè)備，所需修復(fù)運(yùn)行成本在150～800元/m3之間。間接熱脫附技術(shù)通過(guò)中間媒介實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的熱量轉(zhuǎn)換，主要有導(dǎo)熱介質(zhì)間接接觸加熱、熱氣接觸加熱和夾套式燃燒幾種加熱方式。間接熱脫技術(shù)具有對(duì)土壤結(jié)構(gòu)破壞小、能夠處理高濃度污染物、尾氣量相對(duì)少、較易處理等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在單套設(shè)備處理規(guī)模較小和溫度受限，處理污染物種類有限的缺陷，難以在大型修復(fù)項(xiàng)目中應(yīng)用，在日后的技術(shù)突破中要重視其設(shè)備處理能力[2]。

2 熱脫附技術(shù)在化工污染場(chǎng)地應(yīng)用

2.1 工程概況

某化工污染土壤場(chǎng)地面積為5 001 m2，污染總土方量為29 981 m3，污染深度為6 m。經(jīng)過(guò)對(duì)污染地土壤進(jìn)行調(diào)查分析顯示，該場(chǎng)地的污染物主要為苯并[a]蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、二苯并[a, h]蒽、菲、萘等。其中苯并[a]蒽最大含量為363.0 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)573，沸點(diǎn)為438 ℃；苯并[a]芘最大含量為73.2 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)157，沸點(diǎn)為475 ℃；苯并[b]熒蒽最大含量為598.0 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)940，沸點(diǎn)為468 ℃；二苯并[a, h]蒽最大含量為57.2 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)260，沸點(diǎn)為524 ℃；萘最大含量為4 480.0 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)90，沸點(diǎn)為218 ℃；菲最大含量為3 700.0 mg/kg、最大超標(biāo)倍數(shù)10，沸點(diǎn)為340 ℃。場(chǎng)地的污染物都是難降解的有機(jī)污染物，污染物含量高，且具有高沸點(diǎn)特征，難以揮發(fā)。

2.2 修復(fù)技術(shù)的選定

結(jié)合本場(chǎng)地的污染物特征和修復(fù)目標(biāo)值(苯并[a]蒽為0.634 mg/kg、苯并[a]芘為0.466 mg/kg、苯并[b]熒蒽為0.636 mg/kg、二苯并[a, h]蒽為0.220 mg/kg、萘為50.000 mg/kg、菲為366.000 mg/kg)，綜合以上熱脫附技術(shù)分類及應(yīng)用特點(diǎn)，確定采用原位電熱脫附技術(shù)對(duì)本污染場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)。

原位電熱脫附屬于熱傳導(dǎo)的一種，系統(tǒng)主要由加熱-抽提、尾氣處理、廢水處理和電力分配系統(tǒng)等組成，結(jié)合污染場(chǎng)地污染物分布，在場(chǎng)地中建設(shè)一定間距的豎直加熱井，同時(shí)在加熱井中布置電加熱棒，加熱溫度保持在600～700 ℃之間。在熱傳導(dǎo)的作用下，同時(shí)與真空抽提配合，通過(guò)蒸發(fā)、蒸餾、沸騰、氧化和高溫分解等作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染場(chǎng)地中的有機(jī)污染物降解和去除。

2.3 修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目的加熱井由電加熱棒和無(wú)縫碳素鋼管組成，加熱溫度為700 ℃。為了確保加熱井均勻覆蓋污染區(qū)，加熱井進(jìn)行間距為2.5 m的等邊三角形布設(shè)，本污染場(chǎng)地的加熱井和抽提井的數(shù)量比值約為4∶1。本污染場(chǎng)地原位電熱脫附技術(shù)的廢氣處理系統(tǒng)選用“噴淋除塵+氣體冷凝+活性炭吸附”處理工藝，進(jìn)口溫度為90～120 ℃，能處理2 000～4 000 Nm3/h廢氣。廢氣首先通過(guò)噴淋塔以實(shí)現(xiàn)氣體中的顆粒物的去除，然后再進(jìn)入氣水換熱器，借助冷卻塔的冷卻水將廢氣進(jìn)行降溫，降溫后的廢氣經(jīng)過(guò)氣水分離器，其中廢液排至污水處理單元，廢氣通過(guò)真空風(fēng)機(jī)進(jìn)入活性炭吸附器進(jìn)行凈化，凈化后的氣體經(jīng)過(guò)排氣筒排入大氣。

廢水處理系統(tǒng)廢水處理能力為10 t/h，本項(xiàng)目的廢水進(jìn)行統(tǒng)一收集至集水池，然后轉(zhuǎn)入酸調(diào)節(jié)池進(jìn)行pH的調(diào)整，廢水pH調(diào)至2～3后進(jìn)入化學(xué)氧化池，在雙氧水和硫酸亞鐵的作用下實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解，降解后進(jìn)入堿調(diào)節(jié)池調(diào)整廢水pH為7～8，然后進(jìn)入混凝沉淀池，在PAC和PAM的作用下沉

淀污泥，上清液經(jīng)過(guò)石英砂過(guò)濾器和活性炭吸附器的過(guò)濾后排入清水池，并進(jìn)行污水檢測(cè)，符合標(biāo)準(zhǔn)后最終排入市政污水管網(wǎng)。

場(chǎng)地土壤溫度監(jiān)測(cè)。原位電熱脫附技術(shù)應(yīng)用的重要運(yùn)行參數(shù)是土壤溫度，因此要特別加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)地土壤溫度的監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目的加熱井為等邊三角形布設(shè)，因此三角形中心位置為土壤的最低溫度，因此將測(cè)溫井設(shè)計(jì)在中心位置，同時(shí)設(shè)計(jì)K型熱電偶于測(cè)溫井內(nèi)測(cè)量溫度。當(dāng)高溫下混凝土表面出現(xiàn)裂縫而影響電加熱的保溫效果，導(dǎo)致能量損失，這也是原位電熱脫附技術(shù)能否持續(xù)用于項(xiàng)目土壤修復(fù)的重要需要克服的技術(shù)難點(diǎn)。本項(xiàng)目在原位電熱脫附技術(shù)過(guò)程中，在表層混凝土澆筑時(shí)加入鋼筋網(wǎng)以提高表層混凝土的抗裂能力。同時(shí)，一旦混凝土出現(xiàn)裂縫，及時(shí)用耐高溫密封膠填充裂縫，避免出現(xiàn)能耗損耗。另外，在氣體抽提流量也是影響原位電熱脫附熱脫附的效果的關(guān)鍵因素，所以，在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，要時(shí)刻關(guān)注氣體流量的變化，確保風(fēng)機(jī)正常運(yùn)作。污染土壤各PAHs的沸點(diǎn)大部分是在400 ℃以上，但土壤加熱溫度滿足300 ℃時(shí)，土壤中的PAHs能得到有效去除，主要是由于共沸現(xiàn)象的影響。因此在進(jìn)行原位電熱脫附技術(shù)應(yīng)該過(guò)程中，需要把污染物共沸現(xiàn)象考慮進(jìn)去，進(jìn)行合理目標(biāo)加熱溫度的設(shè)計(jì)，避免因?yàn)檫^(guò)高溫度加大技術(shù)應(yīng)用難度、能耗的損耗和提高運(yùn)行成本[3]。

2.4 修復(fù)效果

電熱脫附修復(fù)工程運(yùn)行約250 d后，對(duì)修復(fù)后土壤主要PAHs進(jìn)行測(cè)量，修復(fù)后的苯并[a]蒽未檢出、苯并[a]芘實(shí)測(cè)值為0.200 mg/kg、苯并[b]熒蒽為0.400 mg/kg、二苯并蒽未檢出、萘實(shí)測(cè)值為0.480 mg/kg、菲未檢出。各PAHs的去除率均達(dá)到99.99%以上，滿足修復(fù)目標(biāo)值要求。另外，污染項(xiàng)目場(chǎng)地周邊有居民小區(qū)，周邊環(huán)境敏感點(diǎn)多，如出現(xiàn)二次污染存在的負(fù)面效應(yīng)會(huì)高于污染場(chǎng)地本身的正面效應(yīng)，本項(xiàng)目通過(guò)應(yīng)用電熱脫附修復(fù)技術(shù)，高效去除污染物，運(yùn)行期間場(chǎng)地?zé)o明顯異味，具有較好社會(huì)效應(yīng)。

3 結(jié)語(yǔ)

污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)應(yīng)用是進(jìn)行污染場(chǎng)地整個(gè)修復(fù)方案制定的重點(diǎn)，是決定化工污染場(chǎng)地修復(fù)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近幾十年的應(yīng)用探索研究中，包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)及聯(lián)合修復(fù)等典型技術(shù)已在化工污染場(chǎng)地土壤修復(fù)中逐漸應(yīng)用，并逐漸積累一些單一或復(fù)合污染化工類型場(chǎng)地土壤的工程修復(fù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)目在參考相關(guān)學(xué)者研究和借鑒國(guó)內(nèi)外實(shí)踐項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從項(xiàng)目實(shí)際現(xiàn)狀出發(fā)，選用原位電熱脫附技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染場(chǎng)地高沸點(diǎn)、難降解的PAHs污染物高效去除，滿足于修復(fù)目標(biāo)值，且運(yùn)行成本可控。