热脱附技术在化工污染场地中的应用前景与趋势分析

2019-10-17唐嘉阳董余周健南京源博环境科技有限公司

节能与环保 2019年9期

文_唐嘉阳董余周健南京源博环境科技有限公司

近年来，随着国内城市化的建设和工业产业结构的调整，出现了大量的污染场地。这些污染场地可能会被作为其他建设用地和居民住宅地再次利用，因此需要具有较高的修复效率和土壤修复技术进行处理。热脱附技术具有较高的处理效率，而且修复时间短，目前已经广泛应用于化工污染场地的修复中。热修复技术是一种物理分离技术，能够将土壤中的污染物转移到尾气中，如果热脱附产生的尾气无法被完全去除，将会有大量有害气体扩散到外界环境中并会对环境产生二次污染。选择不同的热脱附尾气处理技术其处理效果和成本不同。国外热脱附设备无法完全满足国内污染场地的修复需求，因此国内要在积极引进国外先进的热脱附技术设备的基础上，开发满足国情的热脱附设备。

1 热脱附技术

热脱附技术是通过间接或者直接热交换的方式，将土壤中的污染物加热到一定温度之后，使污染物从土壤中挥发。

热脱附系统是由预处理、热分离和尾气处理3部分构成的。预处理系统是对土壤进行筛分和移除异物，对含水率较大的土壤还要进行干燥处理。热分离系统是通过直接或间接加热的方式实现土壤和污染物的有效分离。尾气处理系统是将气态污染物从土壤中分离，并做好进一步处理工作，实现污染气体的安全排放。

根据热脱附技术的修复地点、加热和进料方式的差异，可将其分为多种类型。根据修复地点的差异，可分为原位和异位热脱附技术；根据热源和土壤接触方式可将其分为直接加热和间接加热的热脱附技术；根据进料方式可将其分为连续式和序批式热脱附技术。

目前国内直接加热热脱附技术已经发展到第三代。第一代产品布袋除尘是与热分离系统直接相连的，如果尾气温度较高时会导致布袋除尘器寿命降低，因此这种热脱附处理系统无法适用于高沸点的化工污染土壤处理。第二代系统将空燃式转移到热分离系统后，并将气体冷却系统安排在布袋陈除尘器之前，使其能够处理高沸点的化工污染土壤。第三代在前者的基础上增加湿式除尘装置，用于处理高沸点且含有大量氟元素的有机物。

热脱附尾气处理是针对含有较高浓度有机物的处理的。布袋除尘器具有较低的温度，内筒排出的烟气需要低于230℃才能被处理。利用冷凝法能够从热脱附尾气中分离化工污染物，对于一部分没有经过冷凝的气体会经过活性炭吸附之后被排入大气中。国外开展工程化热脱附技术应用已经有几十年的时间。根据美国修复报告对污染场地的修复信息统计结果表明，截至目前共有100多个污染场地采用热脱附处理技术完成了土壤修复，其中一部分采用原位热脱附技术，另一部分采用异位热脱附技术。目前热脱附技术适用于处理VOC、SVOCs，沸点为1000℃以下的污染物，以及汞污染等。对于一些含有腐蚀性物质和大部分无机污染物来说，这种热脱附技术是不适用的。由于水蒸发时会吸收大量热能，通常采用热脱附处理技术时，其污染介质含水率应低于20%。对于较粘的土质颗粒很容易出现团聚或者受热结合，从而降低土壤的导热性，修复效果也较差。

2 实现热脱附尾气产业化应用的关键技术

当前，实现热脱附尾气产业化应用所采用的关键技术包括收集法和破坏法，其中收集法能够实现离场处理，而破坏法需要在热脱附尾气产生之后的短时间内迅速处理。直接加热热脱附中，热源与污染有机土壤进行直接接触，具有良好的加热效果。而该技术会产生大量的尾气，因此在热脱附尾气产业化时，通常使用的是破坏法的方式。间接加热脱附技术使热量通过热分离系统传到污染有机物土壤中，因此相比直接加热的方法来说热效率低，但利用该技术所产生的尾气量较小，且尾气中含有的化工污染物浓度高。因此，这种情况下大多采用收集法的方式。

实现热脱附尾气产业化应用时，关键技术的去除机制及适用范围具体如下。

收集法主要运用于直接加热热脱附系统中的污染尾气处理，包括吸附法和冷凝法，可将大量的水蒸气和废气经过冷凝之后形成液体，而没有冷凝的气体会经过活性炭吸附。将冷凝水分为水相及有机相，有机相能够完成废气的处理并回收，用于燃料补充，而水相可用于除尘及作为冷却水。

冷凝法主要是利用热脱附尾气形成不同组份的饱和蒸气压，使用升压或者降温的方式，将气态有机物液化，并从尾气中分离。目前，在热脱附尾气产业化应用过程中，如尾气中的有机物体积分数高于0.5%时，要采用冷凝法，其处理效率可达到60%以上。对于尾气具有较高的净化要求，可以通过降低冷却水的温度和增加压力来实现。这在一定程度上增加了尾气的处理难度和成本。经过冷凝之后污染物排入水中，还需对污水进行再次处理。因此冷凝法也常被用于净化高浓度有机物的前处理，需要与其他净化手段共同使用，进一步降低尾气处理难度，实现有用物质的回收利用。

吸附法主要是利用多孔固体吸附剂，包括活性炭、交换树脂等，对尾气中的有机物进行吸附。当前，国内化工污染土壤尾气净化中，在经过除尘器、喷淋塔和氧化反应池之后，需要采用活性炭的方式去除残留的污染气体。该方法简便操作、净化效率高，但设备投资大，所需要的占地面积大。热吸附尾气中除含有蒸发的化工污染物外，通常还伴随大量的水蒸气，这些水蒸气很容易降低活性剂对于化工污染物的吸附效果，并影响最终尾气处理性能，因此目前需要进一步研究吸附剂改性，提升吸附剂的选择吸附性效果。

破坏法是指通过直接或间接加热热脱附系统的尾气处理方法，常用的技术包括热力燃烧和催化燃烧两种方法。热力燃烧是将废气直接燃烧为二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等，对于含有氯的污染物燃烧时可能会形成二噁英。因此可采用直接加热热脱附设备，使用热力燃烧的方式作为尾气处理系统，将生成的氯化氢气体经过冷却装置减少二噁英的产量，再经过碱性淋洗，和酸性物质生成高浓度盐分物质可用于除尘。

3 热脱附尾气新型处理技术

在滴滴涕、666等化工污染物的固体处理中，利用上述方法处理污染土壤还具有一定的局限性。利用热力燃烧的方式去除污染物需本身具有较高环境温度，以利于化工污染物的分解。此外，强碱性环境有利于含氯有机物的完全降解，处于全负压情况下能够防止产生有害气体及气体的外溢，因此水泥窑共处置技术适用于热脱附尾气处理。处置流程如图1所示。