低温热解去除土壤汞污染的条件优化研究

廖银锋

(贵州省环境科学研究设计院，贵州 贵阳　550081)

低温热解去除土壤汞污染的条件优化研究

廖银锋

(贵州省环境科学研究设计院，贵州 贵阳550081)

摘要：低温热解法去除土壤汞污染利用低温(<600℃)加热土壤，使土壤中汞及其化合物转化为气态进行收集处理，处理后的土壤可继续用于耕作。热解温度、加热时间、土壤含水量是影响低温热解法去除土壤汞污染的关键因素。通过实验研究不同热解温度、热解时间、土壤含水量与土壤汞去除率之间的关系，优化低温热解法脱汞效率的影响因素，以期达到最好的处理效果。

关键词：低温热解；汞

重金属汞是常温下唯一一种呈液态的金属元素，广泛的分布在地壳表层[1]。低温热解法去除土壤汞污染利用汞具有较低的汽化热、受热易于形成汞蒸气的特点，通过向土壤中通入热蒸汽或用射频加热等方法把已经污染的土壤加热升高温度(200 ℃～600 ℃)，使汞及其化合物转化为气态并收集起来进行处理，从而达到去除土壤中汞污染的效果[2,3]。低温热解法的优点是节能，同时由于温度低于600 ℃时土壤的部分理化性质尚未破坏，处理后的土壤回填到原位置，辅以一定的有机肥料可继续用于耕作，这种方法对于汞污染严重同时土壤资源匮乏的地区来说，是较实用的处理技术之一。

热解温度、加热时间、土壤含水量是影响低温热解法脱汞效率的重要因素之一，[4]随着热解温度的升高、加热时间的延长，汞的去除率总体呈上升趋势，但同时也要消耗更多的电能，对土壤的肥力破坏也更大。因此，如何在保持相对较高的汞去除率(90%)的条件下，研究较低的热解温度及合适的土壤水分含量、热解时间，优化低温热解法脱汞效率的影响因素，是本研究的目的。

1实验设计

1)汞污染土壤样品的采集：土壤样品按照土壤环境监测技术规范(国家环保总局，2004)要求，分别采自贵州省清镇市东门桥(26°21′00″～26°29′09″N，106°02′06″～106°33′00″E)附近3块汞污染农田(图1)，编号1号、2号、3号，采样点距离某有机化工厂排污口约300 m。样品采集后，经风干、压碎、除杂、研磨过100目筛后备用。

2)含汞土壤低温热解

实验热解装置使用山东淄博圣元窑炉工程有限公司生产的φ0.21×2000型电热实验回转炉，

图1　采样点分布示意图Fig.1　The sketch Map of Sampling point distribution

该装置由滚筒、传动及支撑机构、电加热炉、控制柜、排废气装置、加料机构及出料装置等部分组成。装置采用人工智能温控和晶匣管模块调控，控温精度为±2 ℃。

每组实验依次将处理后的3个点位土壤样品进行低温热解，实验条件设置如表1所示。

表1　不同影响因素对土壤汞污染去除率影响实验条件设置

实验结果分别如图2、图3、图4所示，其中表2为不同风干天数土壤测得的含水率及汞去除率结果。

图2　热解温度对汞去除率的影响Fig.2　 Effect of temperature on mercury removal rate

图3　处理时间对土壤汞去除率的影响Fig.3　Effect of treatment time on mercury removal rate

2实验结果分析

2.1热解温度对土壤汞去除率的影响

从图2可以看出：

1)热解温度越高土壤汞的去除率越高，这是

图4　土壤含水率对土壤汞去除率的影响Fig.4　Effect of water content on mercury removal rate

由汞本身特殊的理化性质所决定的，同时随着温度的升高，部分难降解形态的汞也被转化为气态汞，从土壤中分离出来；

表2　土壤风干天数、含水率及汞去除率

2)当温度从250 ℃上升到300 ℃时，3组土壤样品汞去除率上升很快，土样1在300 ℃时汞去除率约为250 ℃时的2.57倍，2号和3号土样相应约为2.63和2.16倍；从300 ℃到350 ℃汞去除率的变化量虽然也比较大，但较之300 ℃以前已经明显趋缓，约上升了10%～15%；当温度超过350 ℃以后，土壤汞去除率随温度变化趋于平稳。

3)当温度为350 ℃时，3组土壤样品汞去除率均达到了90%以上。此时持续升温汞去除率随温度变化已经不明显，且会消耗更多的电能，同时根据陈满怀[4]等人的研究成果，350 ℃可以保留土壤大部分的原有性质，若辅以适当的肥水管理和种植措施，可以使污染土壤逐步恢复生产力。因此350 ℃是该地区土壤汞污染低温热解处理的最适宜温度。

2.2热解时间对土壤汞去除率的影响

从图3可以看出：低温热解处理汞污染土壤，处理时间越长汞的去除率越高。三组土壤样品的处理时间在10～40 min之间时，汞去除率的变化呈现出快速上升的趋势，从40%上升到80%左右；40～90 min处于一个缓慢上升期，90 min时，去除率已经达到90%以上；90 min之后，去除率变化不大，120 min与90 min处理效果相比，仅上升了不到两个百分点。故可将90 min作为热解的最适时间。

2.3土壤水分对汞去除率的影响

从表2及图4可以看出：

1)3组土壤样品随着土壤含水率的升高，土壤汞的去除效率越来越低。如土壤样品2含水率从5%升至13.8%、24.6%时，土壤汞的去除率分别从90.63%降低为85.32%、73.5%；之后汞去除率随着土壤含水率的变化趋缓，但总体趋势不变。

2)从图3还可以看出，若直接使用新鲜的土壤，其处理效率也达到60%以上，效果也比较明显。说明在实际应用时，新鲜土壤先采用自然风干或者动力烘干等方式去除一定含水量后再进行热解处理有助于提高土壤汞的去除率，但也无需处理得特别干燥，这有助于节约时间和成本。

3结论

1)处理时间与土壤含水率相同时，处理温度越高，土壤汞的去除率也越大。土壤含汞量越高，处理效果越明显。当温度达到350 ℃时，去除率已经达到90%以上，此后增长趋势缓慢。综合考虑耗能与土壤肥力保持方面因素，选择350 ℃作为低温热解法的最适温度。

2)处理温度与土壤水分保持不变，处理时间越长，土壤汞的去除率越大。在整个处理过程中，汞的去除率随时间变化明显。当处理持续时间达到90 min时，土壤汞的去除率已经达到90%以上，之后趋于平缓，故将90 min作为热解的最适时间。

3)控制热解温度与处理时间，土壤含水率越低，土壤汞的去除效率越高。当土壤含水率降至13.8%时，即风干天数为10天左右，土壤汞的去除率开始下降不明显。说明采集回来的新鲜土壤需要稍作风干处理，再进行热解脱汞会相应提高去除效率。

参考文献：

[1] 李成剑.汞污染危害分析与防范措施探讨[J].长江大学学报(自然科学版)，2010,7(2)：151-152.

[2] Rafal Kucharski.A Method of mercury removal from topsoil using low-thermal application[J].Environmental Monitoring and Assessment,2005,104:341-351.

[3] CHANG T C, YEN J H.On-site mercury-contaminated soils remediation by using thermal desorption technology [J].Journal of Hazardous Materials,2006,128:208-217.

[4] 陈怀满.土壤植物系统中的重金属污染[M].北京：科学技术出版社,1994：5-7.

Study on the optimization of low-temperature pyrolysis conditions for removal of mercury from soil

LIAO Yinfeng

(Guizhou Institute of Environmental Science and Designing, Guiyang，Guizhou 550081,China)

Abstract:The low-temperature pyrolysis method was used to remove the soil mercury pollution by heating the soil with low temperature (<600 ℃). The mercury and its compounds in the soil could be converted into gas and the soil could be collected and used for cultivation. The temperature, heating time and water content in soil were the key factors affecting the removal of mercury from soil by low-temperature pyrolysis. This experimental studying on the relationship between the soil mercury removal rate with pyrolysis temperature, heating time, water content in soil, and optimize the influential factors to reach the best treatment effect.

Key words:Low-temperature pyrolysis Mercury

文章编号：1004—5570(2016)02-0043-03

收稿日期：2015-03-03

作者简介：廖银锋(1980-)，男，硕士研究生，工程师，研究方向：环境污染防治，E-mail：liaoyf2007@126.com.

中图分类号：X131.3

文献标识码：A