燃气热脱附技术土壤修复效果及影响因素

燃气热脱附技术土壤修复效果及影响因素

1彭霞,2刘兴胜,3隋会静

 1山东腾辉生态环境工程有限公司

2山东爱亿普环保股份有限公司

3山东润新环境科技有限公司

摘要：近年来，随着城市化进程的加速，坚持人与自然和谐共生、坚持绿色发展已成为普遍共识，大量化工企业被迫搬迁或关停,从而遗留了大量污染地块，大多数遗留地块具有高污染、高风险的特点，对附近环境和人们的生活带来很大风险，因此污染地块修复已经刻不容缓。在有机污染土壤修复技术中,异位热脱附技术由于修复效果良好，在国内工程应用中比例较高，但对于一些建筑物附近或异味较重的污染地块，异位热脱附技术的应用受到很大限制。由于原位热脱附技术具有适用范围广、环境干扰小和可操作性强等优点,该技术近几年受到人们广泛关注。燃气热脱附技术(Gasthermaldesorption，GTD)在原位热脱附技术中表现优异,GTD以天然气或液化石油气为能源,通过热传导方式加热污染地块,结合抽提装置实现降低地块污染物浓度的目的。GTD具有处理污染物种类多、土壤非均质性影响小、修复工艺简单等突出优点,目前GTD已经成为很多科研机构和环保公司重点关注技术。

关键词：燃气热脱附技术；土壤修复；影响因素；

引言

随着城市的快速发展，大量的化工厂和重污染工厂逐渐迁出城市，而原厂区地面的土壤都受到了不同程度的污染，其中以油类有机污染最为突出。但是由于空置的土地在短期内通常会用作房地产开发，因此对土壤修复技术的要求极高，不宜采用修复周期较长的土壤修复技术，比如微生物修复法，应采用修复效率较高、操作简易的修复方法。热脱附修复法作为一种非燃烧技术，其原理是通过高温使有机物挥发，从而对土壤进行修复，可以避免生成二噁英等致癌物质，对工作人员的健康不会造成威胁，也避免了对周围环境造成二次污染。

1燃气热脱附工艺介绍

设备主要由加热系统、抽提系统、温度监测系统、冷却系统和尾气处理系统5部分组成。根据本地块污染物与水的共沸点，设定土壤加热的目标温度为150 ℃。首先，在土壤中安置加热管并通过天然气加热升温，高温气体由加热内管进入，然后通过加热外管后直接外排。加热管通过热传导方式加热周围污染土壤，并逐渐升高至目标温度。随着污染土壤温度的升高，目标污染物逐渐挥发，甚至裂解，含有污染物的蒸汽通过抽提井被抽提至地表，再经冷却系统将高温蒸汽进行降温，汽水分离后的气体通过净化处理后排放，液体暂存至储存罐，最后输送至废水处理系统进行无害化处置。在土壤加热过程中，利用压力监测和温度监测系统实时监控修复区域，并通过智能化、自动化控制系统对加热井温度进行实时调控。

2热脱附技术分类

热脱附技术可分为原位热脱附法和异位热脱附法两种。原位热脱附装置由加热棒、抽提井、尾气排放装置等部分组成。原理是将加热棒插进污染土壤中，利用加热棒加热土体使得污染土升温气化，从而达到净化污染土场地的效果，适用于污染情况较重、污染土难以置换的区域。原位热脱附技术对于挥发性有机化合物（VOCs）、半挥发性有机化合物（SOVCs）、总石油烃等污染物修复效果较好［4］。原位热脱附技术优点在于：对土壤扰动影响小，无需开挖倒运、远距离运输，噪音小等。缺点是污染物清除出土体时机理不明，导致修复过程中效率低，能耗高。我国目前的原位热脱附厂大多采用电阻法、热传导法以及蒸汽热脱附法，而根据热源工作方式的不同又分为电热传热与燃气传热。异位热脱附是将污染土从污染场中挖出，运送到处理厂后进行加热处理使得污染物气化，与土壤分离，达到修复污染土的目的。异位热脱附系统分为直接热脱附与间接热脱附。相比于原位热脱附技术，异位热脱附技术能更好地处理污染场地，其处理效果相比于原位热脱附更好，具有修复周期短、前期投入小等优点。

3影响因素分析

3.1土壤pH值

土壤pH值是影响镉迁移和植物吸收的关键因素之一。El-Naggar等发现土壤中的镉一般以碳酸盐、氢氧化物和磷酸盐的形式存在，在低pH值下它们的溶解度和生物有效性均增加。有报道称，土壤pH值与镉的植物有效性呈负相关性。土壤酸度会增加胶体中镉的解吸，促进其被根部吸收。在土壤pH值较高时，Cd（OH）2的形成会减少镉的迁移转化，导致水稻籽粒中镉的积累降低。稻田土壤中镉的分布形态受土壤pH值的影响，高pH值土壤或磷酸盐配体的增加会导致Cd2+水解，并促进Cd（OH）2和Cd（3PO4）2沉淀的产生。

3.2土壤粒径

发现DDTs污染土在热处理温度300℃、热处理时间为0~50min时，土壤粒径越大，热脱附修复效果越好。在研究有机氯农药污染土的异位热脱附修复过程中发现：同样加热温度和处理时间下，五氯苯酚污染土的土壤粒径越小，则热脱附效果越好，且随着加热温度升高和停留时间延长，差距逐渐增大。研究发现：柴油污染黏土的热脱附修复温度要高于粉土或砂土，当土体偏黏性土时，热处理温度需250℃以上，才能将污染土去除，而粉土或者砂土则只需175℃。测试了两种粒径土样的脱附效果，发现粒径小于250μm的细土的脱附效果明显优于粒径为420~841μm的粗土。由此可见在相同的热脱附条件下，土壤粒径不同，热脱附效果会有明显差异。

3.3土壤有机质

土壤中有机质的含量在一定程度上影响重金属的迁移转化过程，它通过直接吸附或与腐殖质形成稳定化合物降低土壤中生物可利用镉的浓度。发现土壤有机质可以向土壤溶液中释放化合物质，与重金属离子形成螯合物从而降低其生物毒性。发现有机酸和乙二胺四乙酸（EDTA）的存在会显著降低稻谷、稻杆和稻草根中的镉含量。土壤有机酸通常以负离子形式存在，可以与镉离子发生剧烈反应将其固定，从而降低生物利用度。

3.4土壤水分含量

在土壤环境中，土壤成分发生氧化或还原状态的期间，大部分的重金属污染物质的活性都会对土壤造成较大影响，而不同价态的重金属离子物质对土壤环境造成的污染状况也不同，因此，在产生毒性方面也有着较大差异。当处于氧化状态环境下的重金属离子得到了氧离子，其化合价就会升高；反之，当重金属离子处于还原状态下失去了氧离子，其化合价就会降低。而水是将氧气输送至土壤环境中的主要路径，所以，土壤的湿度越大，土壤成分中所包含的氧气含量就越高，当重金属离子处于这种环境中，就充分具备了发生氧化反应的条件；而当土壤中的水分有所下降时，土壤湿度也随之降低，随之氧气在土壤环境中的含量也会逐渐减少，在这种情况下，土壤环境中的重金属离子就具备了发生还原反应的条件。可见，通过改善土壤中的含水量，有助于实现对重金属离子化合价转移的有效控制，从而也减轻了土壤环境中重金属污染程度。

结束语

在使用热脱附技术对土壤进行净化的过程中，通常会遇到具有腐蚀性污染物的土壤，因此，如何提高热脱附设备的抗腐蚀能力也是一个值得研究的方向。除腐蚀问题之外，高黏土含量或湿度会增加处理费用等问题也尚未得到解决。经过几十年的发展，我国的热脱附修复技术及设备虽已有不少成果，但相比欧美国家仍有不小差距，国外设备引进费用较高，因此，我国亟需研发具有独立知识产权的热脱附设备，来提高热脱附效率并避免受制于国外专利技术的垄断。

参考文献

[1]陈俊华,李绍华,刘晋恺,詹明秀,岳勇.燃气热脱附技术土壤修复效果及影响因素[J].环境工程学报,2022,16(05):1610-1619.

[2]肖宇翔.热脱附技术修复污染土壤的前景与应用[J].江西建材,2022(04):319-321+324.

[3]郜涛,骆碧涛,卢海勇.污染场地土壤修复技术研究现状与发展趋势[J].化工设计通讯,2022,48(04):187-190.

[4]张宪芝,何汇洲,刘松,韦丹丰,林军,夏惠承.重金属污染土壤修复后资源化利用制备陶粒[J].砖瓦,2022(04):55-58.