污染场地修复技术：异位热脱附技术

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污染场地修复技术：异位热脱附技术

时间:2014-12-21 18:17来源:北京建工环境修复作者:信息发布点击: 次

污染场地修复技术：异位热脱附技术Ex-Situ Thermal Desorption

1 技术名称

技术名称：异位热脱附，英文名称：Ex-Situ Thermal Desorption

2 技术适用性

2.1 适用的介质：污染土壤

2.2 可处理的污染物类型：挥发及半挥发性有机污染物（如石油烃、农药、多环芳烃、多氯联苯）和汞。

2.3 应用限制条件：不适用于无机物污染土壤（汞除外），也不适用于腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂含量较高的土壤。

3 技术介绍

3.1 原理：通过直接或间接加热，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，使目标污染物与土壤颗粒分离，去除。

3.2 系统构成和主要设备：

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。

（1）直接热脱附由进料系统、脱附系统和尾气处理系统组成。进料系统：通过筛分、脱水、破碎、磁选等预处理，将污染土壤从车间运送到脱附系统中。脱附系统：污染土壤进入热转窑后，与热转窑燃烧器产生的火焰直接接触，被均匀加热至目标污染物气化的温度以上，达到污染物与土壤分离的目的。尾气处理系统：富集气化污染物的尾气通过旋风除尘、焚烧、冷却降温、布袋除尘、碱液淋洗等环节去除尾气中的污染物。

（2）间接热脱附由进料系统、脱附系统和尾气处理系统组成。与直接热脱附的区别在于脱附系统和尾气处理系统。脱附系统：燃烧器产生的火焰均匀加热转窑外部，污染土壤被间接加热至污染物的沸点后，污染物与土壤分离，废气经燃烧直排。尾气处理系统：富集气化污染物的尾气通过过滤器、冷凝器、超滤设备等环节去除尾气中的污染物。气体通过冷凝器后可进行油水分离，浓缩、回收有机污染物。

主要设备包括进料系统：如筛分机、破碎机、振动筛、链板输送机、传送带、除铁器等；脱附系统：回转干燥设备或是热螺旋推进设备；尾气处理系统：旋风除尘器、二燃室、冷却塔、冷凝器、布袋除尘器、淋洗塔、超滤设备等。

3.3 关键技术参数或指标

热脱附技术关键参数或指标主要包括土壤特性和污染物特性两类。

（1）土壤特性

（a）土壤质地：土壤质地一般划分为沙土、壤土、粘土。沙土质疏松，对液体物质的吸附力及保水能力弱，受热易均匀，故易热脱附；粘土颗粒细，性质正好相反，不易热脱附。

（b）水分含量：水分受热挥发会消耗大量的热量。土壤含水率在5-35%间，所需热量约在117-286 kcal/kg。为保证热脱附的效能，进料土壤的含水率宜低于25%。

（c）土壤粒径分布：如果超过50%的土壤粒径小于200 目，细颗粒土壤可能会随气流排出，导致气体处理系统超载。最大土壤粒径不应超过5 cm。

（2）污染物特性

（a）污染物浓度：有机污染物浓度高会增加土壤热值，可能会导致高温损害热脱附设备，甚至发生燃烧爆炸，故排气中有机物浓度要低于爆炸下限25%。有机物含量高于1%-3%的土壤不适用于直接热脱附系统，可采用间接热脱附处理。

（b）沸点范围：一般情况下，直接热脱附处理土壤的温度范围为150-650℃，间接热脱附处理土壤温度为120-530℃。

（c）二噁英的形成：多氯联苯及其它含氯化合物在受到低温热破坏时或者高温热破坏后低温过程易生产二噁英。故在废气燃烧破坏时还需要特别的急冷装置，使高温气体的温度迅速降低至200℃，防止二噁英的生成。

4 技术应用基础和前期准备

异位热脱附技术应用前，需要识别土壤污染物的类型及其浓度，了解土壤质地、粒径分布和湿度等参数，同时还需要确定场地信息、处理土壤体积、项目周期和处理目标等。此外，还需要考虑是否有足够的空间进行土壤预处理，公用设施（燃料、水、电）是否满足要求，以及管理部门和当地群众对热脱附技术的接受程度等。

5 主要实施过程

（1）土壤挖掘：对地下水位较高的场地，挖掘时需要降水使土壤湿度符合处理要求；

（2）土壤预处理：对挖掘后的土壤进行适当的预处理，例如筛分、调节土壤含水率、磁选等。（3）土壤热脱附处理：根据目标污染物的特性，调节合适的运行参数（脱附温度、停留时间等），使污染物与土壤分离。（4）收集脱附过程产生的气体，通过尾气处理系统对气体进行处理后达标排放。

6 运行维护和监测

根据热脱附装置的工艺流程和设备的运行状况和特点，制定完善的设备维护和保养制度，并编制相应的维修和保养手册，确保装置的稳定和安全运行。系统中热脱附的炉体、燃烧腔体、烟气管道、急冷和中和装置、布袋除尘器及引风机等主要设备应作为维护的重点部位。设备系统应建立大修制度，大修周期应按系统设备的实际运行时间确定，一般大修周期不应超过1 年。

热脱附装置自动化程度高，一般采用PLC 系统（程序逻辑控制系统）对污染土壤进出料和热脱附过程等进行控制，对如进料速率、供油速度、加热温度、氧气含量、CO 浓度、

CO2 浓度及停留时间等重要参数进行监控。

7 修复周期及参考成本

异位热脱附技术的处理周期可能为几周到几年，实际周期取决于以下因素：（1）污染土壤的体积；（2）污染土壤及污染物性质；（3）设备的处理能力。一般单台处理设备的能力在3~200 吨/小时之间，直接热脱附设备的处理能力较大，一般20~160 吨/小时；间接热脱附的处理能力相对较小，一般3~20 吨/小时。

影响异位热脱附技术处置费用的因素有：（1）处置规模；（2）进料含水率；（3）燃料类型、土壤性质、污染物浓度等。国外对于中小型场地（2 万吨以下，约合26800m3）处理成本约为100-300 美元/ m3，对于大型场地（大于2 万吨，约合26800m3）处理成本约为50 美元/ m3。根据国内生产运行统计数据，污染土壤热脱附处置费用约为600-2000 元/吨。

8 国外应用情况

热脱附技术在国外始于七十年代，广泛应用于工程实践，技术较为成熟。在1982~2004年期间，约有70 个美国超级基金项目采用异位热脱附作为主要的修复技术。部分国外应用案例信息见表3-1。

表3-1 异位热脱附技术应用案例

序号	场地名称	目标污染物	规模
1	工业乳胶超级基金场地美国新泽西州	有机氯农药、PCBs、PAHs	41045 m3
2	FCX 华盛顿超级基金场地	农药，氯丹，DDT，DDE	10391m3
3	海军航空站塞西基地美国福罗里达州	石油烃和氯代溶剂	11768t
4	美国某杂酚油生产厂路易斯安那州	多环芳烃类污染物	129000 m3
5	美国西部某农药厂	汞	26000 吨

9 国内应用分析

9.1 国内应用情况

我国对异位热脱附技术的应用处于起步阶段，已有少量应用案例。

9.2 国内案例介绍

（1）工程背景：某两个退役化工厂曾大规模生产农药、氯碱、精细化工、高分子材料等近百个品种。经场地调查与风险评估发现，两个厂区内土壤及厂区毗邻河道底泥均受到以VOCs 和SVOCs 为主的复合有机污染，开发前需要进行修复。

（2）工程规模：12 万m3

（3）主要污染物及污染程度：主要污染物为卤代VOCs、BTEX、有机磷农药、多环芳烃等。其中二甲苯最高浓度为2344 mg/kg，修复目标值为6.99 mg/kg；毒死蜱最高浓度29600mg/kg，修复目标值为46 mg/kg。

（4）土壤理化特征：现场调查结果显示，污染土壤主要为粉土、淤泥质粉质粘土和粉砂，含水率25%-35%。

（5）技术选择：综合以上污染物特性、污染物浓度、土壤特征以及项目开发建设需求，异位热脱附技术对污染物的去除效率可达99.99%，适合处理本项目中VOCs、SVOCs 的复

合污染土壤。

（6）工艺流程和关键设备：其工艺流程如图3-1 所示。

图3-1 热脱附技术工艺流程

（7）主要工艺及设备参数：

1）污染土壤进料阶段：将污染土壤转运至贮存车间内的预处理区域，粒径小于50 mm的土块直接被送入回转窑，超规格的土块经过破碎后再次返回振荡筛进行筛分。

2）回转窑加热阶段：将污染土壤均匀加热到设定的温度（300~500℃），并按照设定速率向窑尾输送，在此期间土壤中的污染物充分气化挥发。

3）尾气处理阶段：尾气处理系统包括二燃室、急冷塔、布袋除尘器和酸性气体洗涤塔等。烟囱上装有烟气实时在线监测装置，经过处理后的尾气达标排放。

表3-2 异位热脱附技术主要设备参数

指标	说明	指标	说明
平均处理能力	30 吨/小时	占地面积	1,900 m2
回转窑工作温度	300~500℃	氧化焚烧室工作温度	1200 ℃
氧化燃烧室气体停留时间	> 2 秒	氧化焚烧室污染物去除率	99.99999%

（8）成本分析：

本项目实际工程中热脱附部分费用包括：人工费、挖运费、设备折旧、设备运输和安装/拆除费、燃料费、动力费、检修及维护费等，约为1000 元/m3。

（9）修复效果：已处理污染土壤10000 吨，处理后污染土壤浓度达到修复目标。

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