热脱附技术在修复石油烃污染土壤中的应用研究

  热脱附技术在修复石油烃污染土壤中的应用研究  中科华鲁土壤修复工程有限公司 山东德州 253034Summary：石油在人类生活和社会发展中扮演着越来越重要的角色，然而石油在开采、冶炼、运输和储存等过程中经常发生泄漏事故，导致土壤和地下水污染。据统计，全球每年生产的石油及相关产品中７％（质量分数）以上会泄漏进入土壤，由于石油烃具有疏水性和难生物降解等特征，进入土壤后很难被快速清除，将长期存在于土壤与地下水中，对微生物、动物、植物构成危害，并随着食物链进入人体，损害人类健康，进而对经济、社会造成严重危害。因此，开展石油烃污染场地修复治理十分重要。Keys：热脱附技术；石油烃污染；修复引言热脱附技术是一种常见的处理有机污染的技术，该技术为通过原位加热的方式实现污染物两相分离的物理过程，不破坏污染物结构，最终可将蒸出的污染物进行收集分离，对气态的污染物进行集中处理，安全且无二次污染，修复较为彻底，是一种具有较为广阔前景的修复技术。热脱附技术的关键在于识别污染物的沸点，通过加热设备将污染物加热至一定温度后，蒸提设备将蒸发的污染物收集处理。1热脱附工艺将污染土壤清运至密闭大棚暂存和破碎、筛分、降低含水率预处理，通过密闭输送带进入土壤料仓，逆向进入热脱附滚筒，通过逆向式热交换将污染土壤及其所含的有机污染物加热到３００℃以上，停留时间约３０ｍｉｎ，高温烟气在引风机作用下进入后续烃污染处理系统，净化后的土壤通过输送带输出，然后运至临时堆放场，待检测、验收合格后现场回填。热脱附设备拟采用天然气作为燃料，具有热值高、燃烧充分、环保无毒性特点，利用热脱附设备的余热加热大棚中的空气，用于常温热解析，可以充分利用热能，节省１０％～２０％的燃料。污染土壤与热气流逆向接触，介质传热均匀，污染物去除效率高；该热脱附系统采用的设备集成了破碎、筛分、热脱附、烟气处理等装置，各装置可以根据需要分开及组装，实现现场快速拆装。热脱附设备包括供料系统、回转窑系统、烃污染处理系统、燃烧系统、出料系统和配电系统。2影响热脱附效率停留时间是影响热脱附效率的重要因素，为研究停留时间对不同石油烃组分热脱附效率的影响，称取１ｋｇ土壤通过加料斗投入到回转炉中，设定加热温度为１５０℃，停留时间分别控制在１０、１５、２０ｍｉｎ，待土壤全部从出料口出来后测定不同组分石油烃含量。随着停留时间的延长，不同石油烃组分的热脱附效率各有增减，总体变化不大。了热脱附停留时间对油机钻屑处理效果的影响，发现当超过一定的停留时间后，处理效果变化趋于平缓。然而，停留时间过长会造成能源的过量消耗，增加处理成本。因此，采用热脱附技术处理石油烃污染土壤时，应在保证热脱附效率的前提下，尽量减少停留时间，提高处理经济性。加热温度是影响实验结果的关键因素，为考察加热温度对不同组分石油烃热脱附效率的影响，称取１ｋｇ土壤通过加料斗投入到回转炉中，固定热脱附停留时间为１０ｍｉｎ，控制加热温度分别为１５０、２００、２５０、３００、３５０℃，分析热脱附处理前后土壤中各石油烃组分含量变化，计算热脱附效率。加热温度对各石油烃组分的热脱附效率有较大影响，加热温度为１５０～３００℃时，各石油烃组分的热脱附效率均随加热温度的升高而增大。其中，Ｃ６～Ｃ９、Ｃ１０～Ｃ１４组分在２５０℃时的热脱附效率分别超过９０％、８０％，当加热温度达到３００℃及以上时，各石油烃组分的含量均低于检出限。环境温度对有机物饱和蒸气压的影响，发现饱和蒸气压会随环境温度的升高而增大。土壤环境温度越高，越有助于加速挥发性有机物蒸气态的形成，对土壤颗粒中吸附态有机物的脱附越有利。当热脱附处理温度略低于污染物沸点时，有机物的热脱附效率即可达到较好水平，继续提高加热温度，污染物的热脱附效率无显著变化。加热温度过高不仅会耗费更多能量，同时会对土壤肥力产生更大破坏。因此，采用热脱附修复技术时，加热温度不宜过高，需要综合考虑停留时间、热脱附效率等因素，确定经济有效的运行参数。3修复工艺3.1场地井位布置与加热系统加热与抽提系统包括加热井、多相抽提井、温度监测井和地下水监测井4种井布设及连接运行。加热井的主要作用是将污染场地加热至设定温度，根据前期小试及中试经验，随着温度不断升高至100~110℃时，石油烃的饱和蒸汽压满足气态化条件并溶于蒸汽中抽提至地。区域Ⅰ设置加热井221口，井深为7.5m；区域Ⅱ设置加热井49口，井深为5.5m。温度监测井和地下水监测井用于监测加热温度和地下水位，区域I安装深度、温度监测井17口，井深为7m；区域II安装深度、温度监测井2个，井深为5m，以对热修复区域的温度进行监测跟踪。监测井内，每2m深度设置1个温度监测点，区域Ⅰ中各温度监测井设置3个地下监测点（深度分别为2,4,6m），区域Ⅱ设置2个地下监测点（深度分别为2,4m）。加热系统采用电阻加热，对加热电阻棒通电，通过电阻棒引入电流通过土壤，土壤作为导体的焦耳效应产生的热能进行加热升温。场内布设的加热棒保证了整个场地内的升温效果，温度监测井对其范围内的温度进行监测并反馈到主控室，大型控电箱根据反馈的温度变化对加热井进行相应的电压调控，以保障整个场地加热均匀。3.2处理工艺原位热脱附工艺产生的烃污染主要包括土壤中的挥发性污染物、水蒸气和土壤中的其他正常气体。异位间接热脱附工艺产生的烃污染除以上组分外，还包括少量用于将污染物带出热脱附设备的载气和由于受到扰动而产生的土壤颗粒。原位热脱附与异位间接热脱附都是热源不与污染土壤直接接触的工艺，因此产生的废气量较少，只需要较小的烃污染处理系统。当热源使用的易燃气体是相对清洁的燃料，如天然气或丙烷时，燃烧后的特征烃污染甚至可以直接排放到大气中，不需要进入烃污染处理系统。　　而在异位直接热脱附工艺中，污染土壤直接与热源接触，因此热传递效率更高。然而，异位直接热脱附工艺产生的废气量大，可以达到异位间接热脱附工艺的１０倍。一般异位直接热脱附特征烃污染先采用燃烧模块进行处理，而后混有有机污染物的高温烟气经过预除尘后再进入二燃室焚烧净化，然后进行降温和进一步除尘处理。由于高温烟气热量高，还可以把余热回用模块设计进去。热脱附温度与热脱附时间也是处理工艺中影响污染物降解和气固分配的重要因素。通常，提高热脱附温度和延长热脱附时间可以提高污染物的去除率，但同时会增大能源消耗量和废气产生量。结束语为了进一步提升热脱附烃污染处理系统的适应性和经济性，在热脱附烃污染处理系统设计时针对特征烃污染进行模块化设计，可减少设计时间、降低成本并提升烃污染处理效果。Reference[1]陈果,殷钟意,刘安平,郑旭煦.针对混合石油烃污染土壤快速修复方法的比较研究与应用[J].应用化工,2019,48(11):2605-2610.[2]杨振,靳青青,衣桂米,刘亮亮,柳林杉,刘明杰,鲁永蒲,岳勇.原地异位建堆热脱附技术和设备在石油污染土壤修复中的应用[J].环境工程学报,2019,13(09):2083-2091.[3]耿坤宇,孟敏,丁焱梁,许萧,杨强.石油烃污染土壤颗粒运动状态与脱附关系数值模拟[J].环境工程学报,2019,13(08):1940-1948.[4]李援,王亭,王岽,郦和生.石油烃污染土壤微生物修复促进技术[J].化工环保,2018,38(03):349-352. -全文完-