前沿动态热脱附原位土壤修复

查看全部 · 发表于 2021-4-6 13:44:41

很多污染场地存在大量的有机污染物，这些污染物包括了氯化溶剂，石油污染，聚氯联苯，木材防腐剂等，以各种形式存在于地下水层。在这些数以千计的以非融水相液体(NAPL)为主要污染物的污染场地中，污染物可能会继续迁移，也可能以顽固的不混溶液体残留在土壤，也有些污染物挥发性和溶解性极低。这些污染物类型中，尤其以地下水位以下的DNAPL相难以清理，很多包括泵出治理，生物修复，土壤气相抽提在内的技术难以有效达到修复目标。NAPL相可以在地下水中残留，并以几十年甚至百年的时间内，持续向地下水中释放溶水污染物。因此，一些具有强力特性的修复方式往往采纳，用于高污染量，难降解污染场地的修复工作，其中包括热脱附。

根据不同的场地情况，污染物种类，加热温度以及其它项目需求，热脱附修复大致可以分为三类：热传导式（thermal conduction heating），蒸汽强化式（Steam Enhanced Extraction），电阻加热式(Electrical Resistance Heating)。

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图：热脱附修复方式的适用性

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图：热脱附场地及地面处理设施

热传导式原位热脱附

热传导式原位热脱附（TCH/In Situ Thermal Desorption）是一种高效的通过热力进行环境修复的技术，通过土层中热的传导修复污染场地。原位热脱附对土壤加热可达到的温度分为低（<100℃），中（≈100℃），和高（>100℃），根据不同的污染物和场地条件，选择合适的方式与运行温度，对包气带和饱和水层中的污染均起到修复作用。热传导式热脱附也是所有热力修复方法，唯一可以使地下水达到沸点的工艺，基本可以胜任在任何土质特点，任何深度的修复需求。热传导式热脱附可以在非均质、低渗透性的土质，如黏土、粉土，基岩，对各种挥发性和半挥发性有机物进行处理。

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图：加热器

该工艺包含一系列排列在污染场地的加热井，井中装有电加热的加热棒，加热棒的温度根据项目需求可以调节，最高可达800℃。针对一些难挥发的污染物时，土壤中的加热目标温度可达150-325℃之间。而当地下水中污染物与水成混合物时，所产生的共沸现象使得一般场地在100℃条件下，可以蒸发绝大部分污染物。加热棒热量通过加热井向周围以土壤和水为介质扩散，使挥发性和半挥发性污染物蒸发。在加热同时，抽提井通过抽真空的方式，将气体抽至处理设备，经过冷凝，油水分离等手段，完成最终的处理，达到排放标准。去除土壤中污染物的机制除了加速蒸发以外，蒸馏、沸腾、氧化和高温热解现象也会产生，加快污染量的去除，碳氢化合物的黏度降低，有利于总液抽提。

通常适用于处理的场地污染物类型包括了：DNAPL，LNAPL，煤焦油，PCB, 农药，多环芳烃，爆炸物残余，汞，二噁英，氯化物溶剂，重质碳氢化合物等。

热传导式热脱附系统可以通过原位和异位两种方式进行修复。原位热脱附是通过竖直建造的加热井对污染热区加热，而异位修复是将污染土壤挖掘并堆土后，通过横纵排列的加热井进行加热和抽提。地面处理装置来将所收集的热蒸汽冷凝、分离成气、液和油并分别进行处理。一些项目为了节约能源和项目时间，可以考虑使用总液回收泵，控制地下水位，使土层能够尽快达到目标温度，并减少地面处理装备的污染量处理量需求。

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图：原位热传导式热脱附

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图：异位堆土热传导式热脱附

蒸汽强化式热脱附

蒸汽强化式热脱附（SEE）是一种基于原位热脱附 – 蒸汽抽提的修复工艺。通过将热蒸汽注入井中对土壤加热，加强污染物的挥发和流动性，并在同时将过热液体从土层中抽提。蒸汽在土层中的流动是稳定且可以预测的，土层中热的传导通过了大量的研究证明其规律，因此可以应用于多种污染物的修复与回收。

蒸汽强化式热脱附对土层的加热通常≤100℃。注射井将热蒸汽注入土层，抽提井为多相抽提，将余热蒸汽，挥发污染物气体，流动的NAPL态污染物和地下水抽提至地面。注入的热蒸汽用来将目标污染物加热到使其蒸发的温度，一般为该污染物的沸点温度。（由于污染物与水成混合物，因此他们拥有共沸点，在100℃以下就可以挥发）。

蒸汽强化式热脱附通过以下机制达到对污染物的移除：

热蒸汽使NAPL态污染物的黏度降低，可以通过总液抽提进行回收
蒸汽加热区域的污染物挥发
蒸汽注射过程中的加压-减压-加压周期，使得污染物的挥发速率加快
污染物的热解、溶解现象以及随液态水一起被抽提至处理设施
该技术适合引用于含有挥发性有机物的场地，且场地面积大，处理区域深，地下水含量多。SEE使带压的热蒸汽通过土层，将大量地下水排开至抽提井。因此，更多的热量用来加热土层，而不是土层中的地下水。地下水向抽提井方向的集中，好比对地下水流向的一种控制，使得NAPL态污染物不会随地下水扩散，方便了对NAPL，溶解态污染物，以及挥发污染物的抽提。

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图：蒸汽强化式热脱附

电阻加热修复（ERH）

电阻加热式修复主要用于碳氢化合物回收以及强化蒸汽抽提修复，对土壤的加热温度可以达到最高100℃，主要应用于挥发性有机物和NAPL。

当电流通过土壤，电流所遇到的电阻将产生热，使土壤与地下水的温度升高。当水蒸发后，电导性大幅度降低，电流将消失，因此需要不断地在每个电极处往土层中加水，保持加热的持续。电极通过竖井安装在受污染的土壤区域。供电系统提供三相电，使电极产生电流，通过土层并开始加热。复杂的电脑控制系统将用来调节与优化目标区域的供热。

电阻加热修复的主要特点有：

极强的能量输送与控制
可对热量输送与温度加热进行实时监控（需要电阻等实时监测设备）
在渗透性较高的情况下，可以加入热蒸汽来加强修复效率
更高的安全性

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