污染土壤热脱附技术的应用与发展趋势

本文阐述了污染土壤热脱附技术的原理及特点,对十四个国内外热脱附典型案例进行总结和梳理,并依据原位热脱附技术和异位热脱附技术的优缺点以及在美国超级基金项目中的应用情况,分析了热脱附技术的应用趋势。     

污染物浓度与土壤粒径对热脱附修复DDTs污染土壤的影响

采集2种不同性质的土壤(黑土和棕壤)作为供试土壤,自配不同污染浓度(棕壤)和不同粒径(黑土)的DDT及其同系物(即DDTs,包括p,p′-DDT,o,p′-DDT,p,p′-DDD和p,p′-DDE)污染土壤,采用热脱附方法,分别对300 ℃,5个停留时间(10,20,30,40和50 min)下的DDTs总去除率及热处理前后各组分的脱附情况进行研究.结果表明,不同污染水平〔w(DDTs)分别为290.17,498.69和718.69 mg/kg〕的污染土壤中,DDTs的总去除率差异不显著.此外,在整个热处理过程中,污染水平对4种DDT及其同系物在土壤中的去除率也没有显著影响.而土壤粒径(0.25～0.85 mm,0.15～＜0.25 mm,＜0.15 mm)对DDTs的去除率影响显著,粒径越大的土壤越有利于DDTs脱附.单因素方差结果显示,粒径对土壤中p,p′-DDT和p,p′-DDE的脱附和转化有显著影响.      

热脱附技术在修复石油烃污染土壤中的运用分析

热脱附技术在修复石油烃污染土壤中具有良好的应用效果,能够通过直接或间接加热,排除土壤中的石油烃污染物,并利用回收技术将其中的资源再利用,具有经济性、环保性的特点。加热温度、停留时间是影响热脱附技术修复效果的重要因素,在修复过程中调整热脱附装置的最佳反应时间与反应温度,可以在保证脱附效率最大化的同时,降低热脱附的能耗,减少热脱附过程中的结焦问题,保证污染土壤处理效率。文章主要分析了热脱附技术在石油烃污染土壤中的修复应用以及相关的土壤环保措施,以期提升石油烃污染土壤修复技术及环保整体水平。     

多环芳烃类污染土壤热脱附修复技术应用研究

针对传统热脱附工艺脱附时间长、处理成本高、尾气处理工艺不完善等问题,进行了电加热回转窑热脱附实验。研究发现:随着温度增高、时间增长,总PAHs去除率增加;10 min条件下350℃与500℃时总PAHs的去除率分别为98.83%和98.94%,土壤中PAHs可达到修复目标值;500℃时多环芳烃的去除率表现为低环PAHs>高环PAHs。在此基础上,通过集成形成1套集污染土壤预处理、热脱附、尾气净化、余热利用、自动化控制于一体的工艺技术,并建成年处理有机污染土壤18万t的热脱附生产线。在350和500℃条件下对1万余吨污染土壤进行热脱附处理后(≥10 min),总PAHs去除率分别为98.92%和99.95%,尾气排放指标均低于DB 11/501—2007《大气污染物综合排放标准》。     

异位热脱附土壤修复相关影响因素研究

土壤污染已成为全球环境关注的问题,其中,热脱附修复技术是有机污染土壤常用的修复方法之一,能有效去除不同类型土壤中的有机污染物,且修复彻底,土壤再利用率高,热脱附修复中的异位热脱附技术在实际工程中已得到广泛应用,受到了越来越多的关注.文章介绍了热脱附修复技术原理,并重点介绍了异位热脱附技术特点及其工艺流程,从土壤性质和目...     

热脱附与机械研磨联合作用的污染土壤修复系统

针对现有污染土壤热脱附修复存在效率低、成本高的问题,文章提出了一种热脱附与机械研磨联合作用的改进型污染土壤修复系统。该系统设计了具有独特螺旋结构的双层滚筒作为热脱附器,采用钢质载热球作为辅助载热体和土壤破碎研磨工具,并在滚筒内层与土壤混合,外层为热烟气通道,使土壤受到内外双层介质热作用,从而强化污染物的脱附过程。同时,热烟气与物料在滚筒内逆流,提高了能量利用率且防止了脱附气二次冷凝。此外,系统采用低温、高温两段式热脱附工艺,充分利用余热的同时增加了系统运行的灵活性。对六六六污染土壤的中试试验结果表明,系统运行的最佳球土质量比值为1.5,相较无载热球的热脱附情况,采用本系统天然气消耗量可减少30%,综合运行成本减少15%以上,验证了系统的节能性。     

采用清洗-热脱附工艺修复石蜡基与环烷基原油污染土壤

石油污染土壤修复工艺的选择及其应用效果受原油属性影响明显。选取石蜡基和环烷基2类原油污染土壤,采用清洗预处理-热脱附方法,研究耦合工艺的修复效能,重点比较清洗对土壤粒级的分离效果,表面活性剂对石油污染物的脱附效率,药剂清洗前后的土壤热脱附修复效果等。结果表明:清洗后2种土壤的砂质组分吸附的石油类脱附率约为59.83%和36.42%,远高于黏质组分。阴离子型α-十六烯基磺酸钠脱附能力更强,石蜡基和环烷基2类油源污染土壤的石油类脱附率为46.5%和39.8%。以环烷基土壤为例,将药剂清洗后分离出的黏粒土进行热脱附,与未清洗的原污染土壤相比,前者脱附所用时间更短。400℃下热脱附3 h,石油类含量降至0.26%。采取清洗-热脱附工艺开展现场试验,清洗后粗粒级砂质土壤的石油类含量为1.56%,黏粒土脱水后热脱附,石油类含量可达到0.57%,清洗-热脱附修复污染土壤能耗低于单纯热脱附工艺。     

氯盐对汞化合物污染土壤热脱附过程的影响

对HgCl₂、HgS、Hg(NO₃)₂·H₂O、HgO、HgSO₄ 5种试剂分别添加MgCl₂、CaCl₂和NaCl 3种氯盐,采用热重分析法进行热挥发性对比研究,以期选择对汞化合物热脱附有促进作用的氯盐,并将其添加到内蒙古2块不同污染场地的汞污染土壤样品(A、B)中,进行低温热脱附修复研究. 结果表明:5种汞化合物试剂热脱附温度由低到高依次为HgCl₂＜HgS＜Hg(NO₃)₂·H₂O＜HgO＜HgSO₄. 在汞化合物中加入MgCl₂、CaCl₂和NaCl后的热重分析发现,MgCl₂对HgS、Hg(NO₃)₂·H₂O、HgO、HgSO₄热脱附过程影响最大,降低了汞化合物热脱附的初始温度. A、B 2个污染土壤样品加入MgCl₂热脱附后,汞的去除率分别从无药剂处理的65.67%、70.74%升至81.35%、84.91%. 表明MgCl₂可以促进汞污染土壤中汞化合物的转化,有利于土壤汞污染的热脱附修复,应用前景较好.      

氯代烃污染场地原位热脱附降温阶段土壤气相污染富集与分布特征

原位热脱附是近年来我国兴起和大规模应用的修复技术,为明确修复中不同介质污染物浓度水平,解决原位热脱附修复后全面效果评估问题,以某氯代烃污染场地原位热脱附修复工程为案例,采集修复加热周期结束进入降温阶段时土壤和土壤气体剖面样品进行检测分析,识别修复后期土壤和土壤气中目标污染物的浓度水平、空间分布特征以及影响因素,并提出对于原位热解吸修复后土壤修复效果评估和二次污染防控建议. 结果表明:①案例场地土壤中氯代挥发性有机污染物仅1%痕量检出,所有样品均达到修复目标值. ②土壤气中污染物有不同浓度检出,其中三氯乙烯最大浓度为2 310 μg/m3,有潜在健康风险. ③低渗透层对气相污染物迁移具有阻滞作用,地表的水泥层下积聚了不同浓度的污染物. ④三氯乙烯、四氯乙烯和顺式-1,2-二氯乙烯的沸点低,土壤有机碳分配系数(K_OC)低,垂向迁移效率高,它们在土壤气中的浓度最大值均出现在顶层;六氯丁二烯相对沸点高,K_OC高,其浓度最大值出现在深层粉质黏土低渗透地层处. 研究显示,原位热脱附技术对于土壤中高浓度氯代烃污染具有较好的去除效果,但是研究时段内土壤达到修复标准后土壤气中污染物仍有不同程度检出. 因此,建议原位热脱附修复后,应同时对土壤和土壤气两种介质进行采样评估,同时加强原位热脱附区域低渗透层识别,优化气相抽提方案.      

某退役溶剂厂有机物污染场地燃气热脱附原位修复效果试验

热脱附技术一般用于土壤中有机物的异位修复,然而对于受有机物污染较深土壤的原位修复却鲜有报道.本文以某退役溶剂厂土壤中苯、氯苯和石油类为目标污染物,运用燃气热脱附技术进行原位修复.本文介绍了燃气热脱附技术的工艺设计流程,针对场地目标污染物进行燃气热脱附的工程化试验,结果显示热脱附处理后土壤中苯、氯苯和石油类最高去除率接近100%.本文还探讨了温度、停留时间、土壤含水率和土壤质地对热脱附效率的影响,发现在温度和停留时间相同情况下,含水率较小、孔隙率较大的粉砂土热脱附效果更好.试验表明,燃气热脱附原位修复技术处理场地挥发性有机污染物效果良好,可以进行大规模的实际运用.     

温度和停留时间对DDT污染土壤热脱附效果的影响

采用热处理方法分别对自配DDT及其衍生物(DDTs,包括p,p'-DDT、o,p'-DDT、p,p'-DDD和p,p'-DDE)污染土壤在5个温度(100,200,300,400,500℃),6个停留时间(5,10,20,30,40,50 min)下的DDTs去除率及热处理前后的DDTs残留浓度变化进行了研究。研究结果表明:热脱附对DDTs污染土壤修复效果显著。当温度达到300℃以上时,热脱附技术的优势开始显现。300℃下40 min时的DDTs去除率与400℃及500℃处理10 min时相当,均能达到97%以上。对热处理前后土壤中DDTs的残留浓度进行检测,结果表明:土壤中的主要污染成分p,p'-DDT在200℃以上时大量减少,主要转化为p,p'-DDE。p,p'-DDE在200～300℃时大量生成,400～500℃被去除。根据能耗分析结果得出较佳热处理条件为400℃,10 min。     

苯系物污染土壤热解析实验研究

采用静态实验研究了苯系物(BTEX)污染土壤热解析的影响因素,确定了最优的热解析条件,然后通过动态实验,考察了热解析技术修复苯系物污染土壤的效果。结果表明:在加热温度为120℃、粒径水平≤2.0 mm以及加热时间为45min的条件下,污染土壤中总BTEX去除率达到97.3%,其中苯和甲苯的去除率在99%以上,乙苯、间对二甲苯和邻二甲苯的去除率在95.6%~97.2%,修复效果非常理想。     

热解析技术处理汞污染土壤研究进展

土壤既是大气汞与水体汞的汇,又是汞再次释放的源。土壤汞最终通过迁移等方式进入周边环境,危害人体和动植物的健康。综述了传统的汞污染场地修复技术,总结了热解析技术的影响因素、添加剂的协同处理以及热解前后土壤形态变化等,并对热解析技术处理汞污染土壤所存在的问题以及后续发展进行了展望。     

受污染土壤及地下水修复的新进展

综述了受污染土壤及地下水化学与生物修复技术研究的最新进展。讨论了受污染土壤及地下水化学修复、生物修复、化学与生物相结合修复的具体方法、治理效果及其影响因素。     

我国污染场地土壤修复技术的工程应用与商业模式分析

基于我国土壤污染形势及污染场地的特点,介绍了几种典型的污染场地土壤修复技术在国内的工程应用现状,包括工程技术适用范围、系统构成、主要工程装备、工程案例、参考成本等。并结合当前我国土壤修复行业的特点,系统分析了现阶段国内污染场地土壤修复行业的商业模式及其未来的发展方向。     

间接热解吸工艺用于含汞固废及污染土壤处理工程案例解析

云南某大型汞污染场地修复工程是国内首例采用间接热解吸工艺处理含汞固废及污染土壤的工程。通过工程实践获得了相关施工技术参数,当加热温度为600～750℃,停留时间为40～60 min时,修复后物料中总汞含量可达到修复目标要求,验证了间接热解吸工艺的修复效果。工程实施结果表明:间接热解吸工艺对高浓度含汞固废及污染土壤修复效果明显,修复后物料中污染物含量达到修复目标要求,污染物排放满足GB 16297—1996《大气污染综合排放标准》要求,未对环境产生不良影响。该工艺还可实现汞的资源化回收,具有广阔的应用前景和工程借鉴价值。     

可再生胺法用于烟道气脱硫吸收解吸一体化的研究

以乙二胺-磷酸为吸收脱硫剂,用自制填料塔作为气液相传质设备,对烟道气中的SO2气体进行脱除和再生实验,通过间歇实验和全连续两种操作工艺,研究了一系列单因素实验,考察了乙二胺浓度、液气比、吸收液初始pH、解吸塔底是否通空气以及温度等对实验吸收率和解吸率的影响,最后得到最佳的工艺操作条件:解吸时塔底通空气,乙二胺浓度0.3～0.4 mol/L,吸收液初始pH=7.3～8.0,液气比L/G=1.0,解吸温度为100℃。     

绝缘油污染土壤微波脱附试验

采用微波-热重反应装置,针对绝缘油污染土壤进行微波热脱附试验,考察不同温度下绝缘油脱附效率以及污染土壤失重规律,并在此基础上对土壤中残余绝缘油组分及分布进行分析。结果表明:当温度达到400℃以上时,土壤中绝缘油去除效果较好,绝缘油去除率可达到98.6%,能够满足土壤修复要求。含油土壤随着温度升高主要经历水分挥发、易挥发性有机物析出、难挥发性有机物析出等阶段,在100~200℃阶段,主要是土壤中水分和部分低挥发性有机物析出;在400~500℃阶段,主要是土壤中绝缘油析出。土壤中绝缘油的成分以C12—C21烷烃类化合物和5~6环芳香烃为主,当温度达到400℃以后,绝缘油中各组分逐步被完全脱附,综合考虑脱附效率和经济性原则,绝缘油污染土壤脱附温度以400~450℃为宜。     

间接热解吸工艺对去除污染土壤中PAHs的应用效果研究

为研究间接热解吸工艺设备的工程化应用条件,分析热解吸技术对污染土壤中PAHs的去除率及热解烟气的达标状况,针对工程应用中的不同热解条件,考察其对PAHs的实际去除效果。结果表明:1)在处理温度为350℃、处理时间为40 min时,PAHs去除率R(T)>90%,继续延长停留时间对PAHs的去除率改变不大。2)修复前污染土壤中16种PAHs含量在1~5 mg/kg,经间接热解吸工艺处理后土壤中PAHs去除率超过90%,部分接近100%;3)热解吸设备处理土壤后,产生的烟气中苯并[a]芘(含量水平,δ)的最大值仅为141×10-6mg/m3,实际工程中热解烟气中检测出少量二恶英,其浓度可达到GB 18484—2001《危险废物焚烧污染控制标准》。     

多环芳烃类有机污染土作为水泥生料的热解析实验

采集首钢焦化车间周边土壤,分别进行了TG曲线、素土热处理及生料热处理实验,结果表明:所取土壤中含有多种PAHs类有机污染物,多环芳烃总含量约156.39 mg/kg。PAHs污染土在低于850℃条件下,失重可分为失水、有机物分解及无机碳酸盐分解三个阶段。随着加热温度的增加,素土中的总PAHs去除率升高。将污染土替代水泥硅质原料配制水泥生料,经300℃处理,污染土中PAHs除了萘、苊、二氢苊及蒽外,其他有机物均有残留,说明水泥生料对污染物有一定的吸附作用。600℃处理后,除少量菲残留外,其余有机物基本没有残留。因此,PAHs进入水泥窑协同处置,尤其要考虑生料磨及二级悬浮预热器的烟气中污染物含量。