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1 土壤热修复技术概述 土壤热修复技术是指通过直接或间接加热，将污染土壤温度提高至目标污染物沸点以上，利用控制系统温度和污染土壤停留时间等手段，以气化挥发的方式促使目标污染物有选择地与土壤颗粒相分离进而被有效去除。热修复主要包括两个基本过程：一是对待处理物质进行加热，使目标污染物挥发成为气态并与土壤相分离；二是将含有目标污染物的尾气进行冷凝—收集—焚烧等一系列处理，最终达标后完成排放。热修复技术不适用于有机防腐剂、活性氧化/还原剂等污染物的去除，但是对农药、石油以及VOCs等有机污染物的去除有较好的效果。 土壤热修复技术按处置方式可分为异位修复和原位修复。异位热脱附系统可分为直接热脱附和间接热脱附，也可分为高温热脱附和低温热脱附。异位直接热脱附系统将污染土壤送入热转窑后使其与热转窑燃烧器产生的火焰直接接触，均匀加热至目标污染物的气化温度以上，从而达到污染物与土壤分离的目的。尾气则通过除尘、冷却、碱液淋洗等环节去除污染物，达标后排放至大气。异位间接热脱附系统通过间接加热，将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，与土壤颗粒分离。间接热脱附工艺在处理过程中并不对有机污染物进行破坏，而是进行分离和回收。脱附工艺产生的气体通过冷凝、超滤等环节去除其中的污染物至达标后排放至大气中，脱附污染物在冷凝器中被浓缩回收。异位热脱附适用范围广泛，对VOCs、SVOCs以及农药等类型的有机污染处理效率高，对不同质地及含水率的土壤适应性强。 原位热脱附技术是石油污染土壤原位修复技术中一项重要手段，其技术原理是在污染场地通过直接升高污染物区域的温度，改变污染物物理化学性质，促进土壤污染物脱附进入气相与水相，再被抽提脱离地下环境，转移至地上进行处理。原位热修复主要用于处理一些较难开展异位修复的污染场地。原位热脱附技术可以相对快速地处理大部分有机污染物，尤其是对油相（非水相的液体) 的污染物处理效果很好，并且还可以在其他技术无法适应的恶劣土壤环境（淤泥和粘性土）中开展修复工作。 2 全球先进土壤热修复技术掠影 >>>燃气热脱附土壤修复技术(GTR)<<< 大地益源的燃气热脱附土壤修复技术（Gas Thermal Remediation）引进于美国，能够治理所有类型土壤的有机污染物，例如烃类、多环芳烃、多氯联苯、氯代有机物、二噁英、农药等。该技术以天然气或燃油为燃料提供热源，通过热传导加热目标治理区域和动力控制，形成负压抽提地下蒸汽。目标治理区域可以分区独立控制，使温度梯度和能源的消耗量最优化。通过模块化复制，可以无限扩展，对项目规模和场地具有很强的适应性。 技术特点 设备运行温度范围广（100-400℃），因此对于不同沸点的挥发性、半挥发性有机污染物处理效果好 适用于各类土壤，尤其对粘性土壤等水力渗透系数较低的修复具有优势 对于污染较深的场地修复更具优势 模块化工艺，具有可扩展性，适合大规模场地修复 工程周期短，大部分项目可以在1-6个月内完成修复 设备使用清洁能源，能量利用率高 配备先进的蒸汽处理方案，不造成二次空气污染 灵活程度高，既可原位实施也可异位实施 应用案例 位于中国宁波某场地土壤和地下水含有高浓度氯乙烯、邻甲苯胺、 2,6-二硝基甲苯等有机污染物。修复面积600平方米，修复深度为原地面以下约12m，土方量6400m³。该污染场地地质条件为非均质土壤，含有黏土、淤泥，地下水水位为地表以下1米。 解决方案 经过专业周密的设计施工，场地的目标污染物浓度最终达到验收要求，以下为主要的修复流程： 安装阻隔墙 加热器安装：加热井间距为1.8m，在加热器安装完毕后，又在地表安装了绝热层 多相抽提井与尾气处理系统的连接：抽提井间距为3.6m，抽提出来的蒸汽经过汽液分离缸和空气冷凝机的处理后进入水冷系统，最后经过活性炭进行过滤，尾气将在通过检测后排放进入大气 数值拟合：在每个项目开展前，不同的方案通过数值拟合来决定项目最终需要采取的实施方案 >>>电热动力剥离法(ET-DSP)<<< 加拿大McMillan-McGee（MC2）公司开发的电热动力剥离法原位修复技术是一种集传导、对流和电热三种热转换机制于一体的原位热修复技术。该技术使用三相电源（由精密的计算机控制器调节），对污染土壤和地下水迅速加热，且比其他任何加热技术制热更均匀，能耗更少。该技术是目前最先进可靠的原位热修复系统之一，能够从土壤和地下水中去除有害的有机化学物质和挥发性有机化合物。在较低的环境温度下，使用电阻加热，能够去除超过95%的目标污染物，也可处理汽化温度远高于水沸点的污染物。该技术拥有灵活的埋入式电极方案，把带有先进设计工艺的电极安装在污染区域的水位线上和线下，然后将电极连接到一个电脑控制的动力传输系统和一个水循环系统。在所有开关和导线连接后，电极将启动并将污染区域加热到指定温度。当电流通过电极之间，地下温度逐渐升高，在土壤和地下水的温度达到水的沸点之前，污染物开始挥发进入气相，之后则采用常规的提取设备去除即可。 技术特点 专有电极的设计比标准电极加热效率提高了60%，因此可以使用更少的电极来执行相同的工作量，降低了项目投入成本 该热修复过程对生物修复和自然衰减的增强有持续影响 可有效地将整个修复时间从传统修复技术的几年减少到几个月，清除效率提高到99% 该技术几乎适用于任何土壤类型，且不受限于污染区的污染程度和地形，作用深度可达30米 该技术可将地下水位线以上及以下的土壤颗粒与污染物分离，并减少溶于地下水中的污染物含量 其独特的系统设计使得电极可埋在任何地方，可安装在建筑物（不论是水平电极还是垂直电极）、高流量交通枢纽、街道以及人口稠密地区的地下区域 应用案例 位于美国佛罗里达州西部坦帕湾某垃圾填埋场地含有重质非水相液体（三氯乙烯 、二氯乙烷、氯甲烷、甲苯) 以及油质非水相液体污染物。修复面积3380m²，土方量41,290m³。该污染场地地质条件为非均质土壤，含有黏土、淤泥，并且地下水水位为地表下1米。 解决方案 MC2公司在95个钻孔中共部署了185个ET-DSP™电极，并在其中29个电极上方设置蒸汽注入点，另外设有6个单独的蒸汽注入井。该技术还配合使用了模块化的电力传输系统和联网功能设备，通过在70个传感器井中部署超过2000个温度传感器，用于控制和输送电力并对数据进行采集和监控。该电热动力剥离法具有较高的功率输入，电极之间的间距更长。所具有的对流加热能力可以对油性非水相液体实现蒸汽汽提，这是其他技术难以实现的。 通过将重质非水相液体 (DNAPL) 和轻质非水相液体 (LNAPL) 加热到水的沸点，污染物被加速去除。整个加热以及污染物去除过程对地面建筑物中的任何居民无任何影响。最终修复了约8.2吨污染物，污染物去除效率达到 99.1%。 >>>阴燃技术(STAR)<<< 源自于加拿大的阴燃技术是一种以多孔介质为热基体，通过碳氢化合物的自持燃烧技术。自其被江苏大地益源环境修复有限公司（以下简称“大地益源”）引入中国以来，应用于针对石油类有机液态污染物的原位/异位土壤修复。 阴燃技术原理是以热值较高的有机污染物为能源，通过向污染土层中注入空气，在低能状态下点火引起污染物的慢性自持燃烧，利用污染物自身的燃烧热能引发周边污染区域的持续燃烧。在保持空气供给的条件下，燃烧可持续传播至整个污染区域，同时通过调整空气注入对燃烧速度及温度进行控制。 技术特点 目标污染物包括石油烃、煤焦油、杂酚油、矿物油和溶剂在内的液体有机污染物 快速、可靠、节能，环保、可持续，安全 处理单元模块化，移动方便、灵活性高 应用案例 在菲律宾某修复场地，大地益源采用异位阴燃技术，修复被石油类污染物所污染的土壤。经阴燃处理后，石油类污染物均被完全去除，效果非常理想。 解决方案 每个处理单元由六个模块组成，占地面积约78m²。整套装置系统包括空气输入风机、尾气收集装置、加热运行控制装置和流量控制装置等。 >>>移动式间接/直接土壤热脱附修复技术<<< 加拿大尼尔森（Nelson）公司拥有先进的直接热脱附工艺和间接热脱附工艺。两种工艺对应的设备都是移动式的，土壤修复的方式均为原地异位。 直接热脱附是通过加热有机物污染土壤，使土壤中的有机物蒸发，然后收集蒸发的有机物气体，通过热氧化的方式清除气态的有机物。间接热脱附是通过加热含高浓度有机物的土壤，使土壤中的有机物蒸发，然后通过冷凝的方法使有机物气体变为液态。 ▲ 直接热脱附设备 尼尔森拥有以下五种移动式热脱附系统，可以以不同的速率对受污染土壤进行处理： RS-945直接热脱附设备是尼尔森最大的直接加热系统，其额定生产能力为60-80吨/小时。该系统的主要处理装置的温度可高达590°C。 RS-45直接热脱附设备的额定生产能力为40-50吨/小时。该系统的主要处理装置的温度可高达590°C。根据所处理污染物的不同类型，该系统可选择两种不同的运行模式。当该系统在以长链烃模式运行时，处理气流在排放到大气之前将通过旋风分离器、热氧化器、冷却室，然后是除尘器。这种模式可确保从灰尘颗粒中除去PAHs和长链烃，以达到严格的PAHs和BAP的排放控制目标。 RS-40直接热脱附设备的额定生产能力为30-40吨/小时。该系统的主要处理装置中的温度可高达590°C。 RS-20直接热脱附设备的额定生产能力为15-25吨/小时。该系统的主要处理装置中的温度可高达590°C。 间接热脱附设备的额定生产能力为15-25吨/小时。该系统内配备有一个三筒系统，一个湿式冷却塔和油水分离器。由于该系统为间接热脱附，在处理过程中被污染土壤（进料）不需与明火接触，该系统主要处理装置中的温度可高达590°C。 所处理的污染物（如油泥）可以被有效回收并可以出售或通过其他方式处置。 ▲ 间接热脱附设备 应用案例 艾伯特省埃德森以南偏远的石油和天然气作业现场经过几十年来的运行，土壤已被碳氢化合物所污染，污染深度超过9米。尼尔森公司作为主承包商负责该修复项目的实施，管理和设备提供。该项目通过热脱附技术方案成功完成了95000吨被污染土壤的整体修复，这些土壤分别来自四个现场、包括一个主现场和三个附属现场。 在整个项目过程中，尼尔森公司参与了挖掘设备提供，土壤至热处理单元的输送环节，土壤的热修复处理环节，土壤运输回填环节，以及现场的最终恢复环节。经过8个月的修复处理，尼尔森公司按照CNRL的规范成功实施并完成了该场地的修复，最终修复效果完全符合艾伯特省环保局要求的场地恢复和最终关闭标准。 结语 随着我国城市化进程和产业升级步伐的不断加快，城市原有土地利用功能逐步发生转变，一些高污染高耗能企业转产后遗留的复杂污染场地需要经过专业修复进而焕发新的价值。作为常用的一种土壤修复手段，热修复技术对挥发性与半挥发性有机污染物有着非常好的处理效果，在国内外被广泛应用于石油化工行业等有机污染场地的修复。然而，热修复技术在应用场景上存在一定的局限性，该技术路线并不适用于无机污染物 (汞除外)修复，以及腐蚀性污染物和活性氧化/还原剂含量较高的土壤修复。在下篇文章中，奥科环境将为您继续介绍用于其他类型污染场地的生化修复技术。 来源：奥科环境ALCLE 公众号 |
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