关于含油污泥热处理的研究

刘明强 张瑞成

1.热处理

热处理系统分为三类，即热解吸、热解和焚烧。在热解吸中，含油废物在惰性环境中加热，蒸发出的烃和水在油/水分离器中的分离。焚烧是在非常高的度下，有氧消除烃。热处理工艺通常与填埋、土地耕种、土地抛洒等最终处置结合。

1.1水泥窑

是加工水泥熟料采用的主要工艺，根据制备窑炉进料的方式，可以分为湿或干式。在湿式工艺中，进料为浆体，直接进入窑炉。在干式工艺中，窑炉废气用于干燥原材料，同时进行研磨。在水泥窑的非常高的温度下，加上长停留时间，对于危险废物，可实现非常高的消除效率。水泥窑中的强碱性条件非常适合分解氯化有机废物。氯化液体、氯和流转化为氯化物和硫酸鹽。处理废物过程中加入的无机和矿物元素的量受到限制（通常是水泥窑大量进料量的一小部分）。由于所有残余物与产品结合，不产生任何需要后处理或处置的液体或固体残余物。最适合在水泥盐处理的废物是能够提供附加能量作为替代燃料或材料价值部分原料的价值（如钙、硅、硫、铝或铁）。液体废物和低飞灰废物在水泥窑中焚烧比较容易。干燥或浆体形态（专门用于湿式工艺）的进料，或者作为窑炉燃烧区的燃料补充。在这一区域，在1450℃的温度下，在气体通过窑炉时，可实现很高的消除率。在适当运行时，水泥窑中氯化化合物消除可>99.99%，对废气的质量没有任何影响。如果废物只是作为主要能源或原料流动少量补充，废物材料对废气的影响较小。

1.2热解

热解定义为无氧的热降解，将一种材料转化为不同的反应性中间产物：固体（炭）、液体（冷却后冷凝的高分子量化合物）和气相产品（低分子量气体）。由于必须考虑很多复杂因素买，如原材料组分、实验条件，对热解过程的认识非常复杂。通常认可分为任何热解过程有两个步骤：1）初步的热解，包括材料的挥发，不同的反应区域对应主要组分的热分解2）二次热解，包括固体材料的第二次分解反应，一级挥发释放（均匀反应）之间或挥发物和含炭残余物之间的反应（异质反应）。第一阶段主要是脱水、脱氢、脱羧和脱碳反应。第二阶段包括酚裂解（热或催化），重组分进一步分解为气体，或通过与气化剂反应，如部分氧化、聚合和冷凝反应，炭转化为气体，如CO、CO2、CH4 和H2。

热解和气化。美国和加拿大已经可以商业应用，美国不同的场地的PCB和二噁英污染场地已经采用热解，报告的消除和去除率为99.999%。

1.3焚烧

焚烧是处理各种污染物来源的应用最广泛的技术之一，包括一些POP。是一种高温（870～1200℃）、消除（Destroy）处理。废物或污染的土壤在受控的条件下进入焚烧炉。高温和氧气将污染物挥发和燃烧成无害的物质。虽然有各种设计，多数焚烧器设计为旋转窑，燃烧室配有后燃烧器、急冷塔和大气污染控制系统。可达到超过99.99%的去除效率。对于PCB和二噁英，高温焚烧器可实现99.9999%以上的消除和去除率。通常认为现代焚烧炉可非常有效地消除杀虫剂、PCB和类似的化学物质。但是，最近的试验表明，焚烧炉达到的消除效率低于非燃烧技术。另外，一些焚烧POP（如杀虫剂和PCB）和其他废物的焚烧炉会将没有消除或新形成的POP（如二噁英和呋喃）扩散到周围环境，污空气、土壤、植被、野生动物和人类。

在美国65个VOC和SVOC污染的超级基金场地的污染土壤或底物修复行动中，选择了焚烧技术，检测并对比进料的初始PCB浓度与灰分和尾气排放中的PCB浓度，在所有先导规模和现场规模的研究中，去除率超过99.99%。

1.4热解吸

热解吸是一种异位工艺，通过加热到足以挥发污染物的温度（在170～550℃之间），去除吸附在废物上的挥发和半挥发污染物。热解吸并非一种单独的技术，必须有后续的系统处理尾气（通常是由载体气或真空系统收集），去除颗粒物和污染物。湿式除尘器或纤维过滤器是最后的去除颗粒物的装置之一，之后通过去除污染物，再通过活性炭吸附或二次燃烧室或催化氧化器去除，如后燃烧器。热解吸可以是直接/间接换热或空气/惰性气体将挥发处理污染材料汽化出的污染物输送出来。

1.5原位热修复

原位热修复（ISTR）包括蒸汽强化萃取、热传导加热（TCH）和电阻加热，经过50多个场地的验证，是处理有机化学物质污染源区域的有效方案。非常适于进入受限的中小企业场地的再开发和修复，如位于建筑下、非均与土壤，不需要挖掘，可快速完成。2005年，在一个终端场地（Terminal OneSite in Richmond），TerraTherm进行了原位热解吸（ISTD）的全规模应用，处理低渗透土壤（10-9 m/s）中的氯化挥发有机物，在100d内将5，120 m3、6.1m 深目标区域加热到100℃。蒸汽气提是主要的污染物去除机理，大约30%的孔隙水蒸发出来，产生和去除了大约500倍孔隙体积的蒸汽，四氯乙烯的浓度降低99%以上，处理后浓度<100 μg/kg，在9个月内完成修复。

1.6玻璃化

采用高温处理土壤，使之熔化，冷却后形成玻璃。这一技术可原位或异位进行，在封闭的污染区域嵌入石墨电极，通过高电阻加热施加能量（超过1700℃），将土壤熔化为块。用于处理有机物、污泥物和放射性核素。通常是消除有机物，无机物会封闭在玻璃结构中。

加热固体废物有几种方法：电熔化系统、燃料燃烧器和爆炸融化。差异只是能量向固体材料转移的方式不同。热处理设施通常可减量到30～50%的输入体积。熔融通常将产品的密度增加到2.4～2.9t/m3。熔融和玻璃化的产品通常具有很好的持久性，但是，瑞士的研究表明，就持久性而言，烧结产品可达到相同的稳定水平。玻璃化通常产出最稳定、最致密的产品。主要缺点是需要大量的能源输入。

玻璃化和熔融造成挥发性元素在处理过程中的迁移，如Hg、Pb、Zn，在有些工艺中，与其他参数结合，产出重金属含量低回收产品。由于工艺过程蒸发重金属的释放，热处理需要附加的烟气处理系统。废物输入通常符合一定的规定，例如水含量<5 %，非燃烧材料<3 %，金属含量<20 %，灰分尺度<100 mm。采用这一技术的主要原因是最终产品良好的持久性。

玻璃化。原位和异位玻璃化技术已经商业化，在美国、欧洲、澳大利亚处理杀虫剂和PCB污染土壤，声称两种技术对所有POP的消除和去除率为99.999 for all POPs。