关于含油污泥热脱附的研究

刘明强 张瑞成

1.概述

热脱附热处理工艺的一种，主要应用在挥发、半挥发有机物污染的土壤修复、含油污泥处理。热脱附已经广泛用于处理焦油污染土壤、炼厂废物、木材处理废物、木榴油污染土壤、烃污染土壤、非氯化VOC、SVOC、PAH、PCB、杀虫剂、混合（放射性和危险）废物、合成橡胶处理废物、油漆废物。热脱附系统采用的床温（170～550℃）和停留时间将选择的污染物蒸发出来，去除水分，但是，通常不会氧化或降解有机物。

2.热脱附

真空蒸馏用于油气生产行业含汞污泥、电池、催化剂、活性炭过滤器、温度计、牙科废物、荧光灯管、喷砂和土壤。在一个热土壤修复厂，处理量2t/h，汞的原始蒸汽浓度高达20 mg/Nm3，报告的最大去除率99.9%。经过热处理，土壤中的汞含量（1～300mg/kg）降低到5mg/kg以下。另一个处理报告了结果，汞排放到大气的百分比为0.0015%。方位范围0.04～0.2 mg/Nm3。在含汞污泥（1～4%）汞的蒸馏中，汞的回收率达到99.5%。

热脱附属于非氧化工艺，通过给污染土壤、沉淀物、浆体、滤饼等材料加热，去除（蒸发）挥发性污染物（如油和溶剂）。热脱附也会同时蒸发出材料中的水分，因此，热脱附也有“干燥器”的功能。热脱附蒸发挥发和半挥发物。可容易地去除轻质烃、芳烃和其他挥发有机物，但是，不容易去除重质量化合物，如多环芳烃。低温热脱附通常的运行温度250～350° C，足以处理含轻质烃、芳烃（BTEX）和其他挥发性有机物。高温系统运行温度可达520° C，可降低废物的重质化合物浓度，如多环芳烃。

热脱附工艺采用常规的Holo-Fliter间接加热热脱附装置，是有效的废物减量最少化工艺，或者是达到最佳验证使用技术标准的最终处理方案。干燥器采用一种封闭、非接触循环换热特体，提高处理的固体的温度。加热介质通过螺旋数总器的中空浆连续循环，通过所有的螺旋长度，通过每个轴的中心回到加热器。加热的液体特通过腔的夹套循环，增加促进挥发的“传热面积”。采用的加热液体为导热油，最高温度650°F。但是，可采用蒸汽替代干燥器中的导热油，根据现场的条件做出最后的决定。热处理器设计接收干燥器的固体残渣，处理和去除半挥发性有机物。标准的处理器包括专利改进，提高高沸点有机物的去除率，减少所需的固体停留时间。系统能够处理与处理后的滤饼，固体出口温度高达900°F。这一系统的加热介质为采用电或燃料油/气燃烧加热器加热的熔融盐。

验证试验包括质处理PAH物质污染的土壤。污染土壤代表了焦化炉和制气厂运行的污染。土壤样品非常不均匀，总石油烃和PAH浓度变化很大。所有样品的平均值表明，材料有机物含量较高。

从1995年2月22日到25日，USEPA验证德国处理前煤气化厂的土壤热脱附系统。土壤为粉砂。受到高浓度总可回收石油烃、荧蒽、芘、菲、萘和其他多环芳烃、苯、甲苯、乙苯、总二甲苯、某些金属的污染[]。工艺包括三个部分：机械制备、热脱附和烟气处理。系统全自动运行，含水20%时的最大处理量6.5t/h。干燥装置排出的土壤温度125～131℃。

3.堆内热脱附（IPTD）技术

堆内热脱附（IPTD）技术是原位热脱附（ISTD）的异位版，同时使用热传导加热和真空，处理污染固体，不需要挖掘。采用IPTD，污染固体放置在覆盖的堆中，内层有加热器管道和蒸汽提取网。采用电加热器加热和处理堆，可在环境温度和870℃之间的任何所需温度运行。根据污染物的性质，将温度升高到目标值，对于SVOC，通常在330℃左右。

加热蒸发土壤/沉淀物中的水和蒸汽，使之进入气相流，流向真空抽吸井，从土壤/沉淀物中去除，将残余蒸汽输送到空气质量控制装置。根据8个现场规模SVOC项目的现场验证结果，如果需要，可达到很低甚至未检出的浓度。ISTD/IPTD已经成功用于5个现场规模的项目，处理PCB，其中3个为验证规模，其余2个为全规模。需要注意的是，虽然处理前的PCB浓度上限高达20000mg/kg，处理后的浓度接近检测限，远低于修复目标。在原来的木材处理（即木榴油污染）场址，最近完成了全規模ISTD项目。总计处理了12615m3，主要是粉砂和土壤，深度达32m。希望对未来的土地利用没有任何限制，采用了以下严格的土壤清理目标。

PAH（表示为苯并芘当量）：65 μg/kg。PCDD/F（表示为2，3，7，8-多氯代二苯并二恶英，TEQ苯并芘当量）：1 μg/kg。在整个项目中，浓度分别从30600μg/kg和18μg/kg（处理前）降低到59μg/kg和0.11μg/kg。

4.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进行了原位热脱附（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。