一、技术简介
异位热
脱附技术是通过直接或间接加热,将污染土壤中的目标污染物加热至其沸点以上,通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发,使目标污染物与土壤颗粒分离、去除。异位热脱技术主要是针对土壤中的挥发及半挥发性有机污染物(如石油烃、农药、多环 芳烃、多氯联苯)和汞化合物的去除,而不适用于含有无机污染物(汞除外)、腐蚀性有机物以及活性氧化剂和还原剂含量较高的土壤。
二、系统构成
按脱附方式分有
1. 直接热脱附
2. 间接热脱附
按温度分有
1. 高温热脱附
2. 低温热脱附。
A. 直接热脱附
1)进料系统
通过筛分、脱水、破碎、磁选等预处理,将污染土壤从车间运送到脱附系统中。
2)脱附系统和尾气处理系统
污染土壤进入热转窑后,与热转窑燃烧器产生的火焰直接接触,被均匀加热至目标污染物气化的温度以上,达到污染物与土壤分离的目的
3)尾气处理系统
富集气化污染物的尾气通过旋风除尘、焚烧、冷却降温、布袋除尘、碱液淋洗等环节去除尾气中的污染物。
B. 间接热脱附
相比直接热脱附,二者的区别在于脱附系统和尾气处理系统。
1) 进料系统
2) 脱附系统
燃烧器产生的火焰均匀加热转窑外部,污染土壤中的污染物被间接加热至其沸点以上的温度,污染物与土壤分离,废气经燃烧后直排。
3) 尾气处理系统
富集后的含有污染物的尾气,经过滤、冷凝、超滤等环节的操作可去除其中的污染物,再经冷凝器进行油水分离,浓缩、回收有机污染物。
三、主要设备
1)进料系统:如筛分机、破碎机、振动筛、链板输送机、传送带、除铁器等
2)脱附系统:回转干燥设备或热螺旋推进设备
3)尾气处理系统:旋风除尘器、二燃室、 冷却塔、冷凝器、布袋除尘器、淋洗塔、超滤设备等。
四、主要实施过程
异位热脱附技术实施前,还需要开展前期技术应用的基础研究和前期准备工作,包括识别土壤污染物的类型、测定其浓度,了解土壤质地、粒径分布和湿度等参数,同时还需要确定场地信息、待处理土壤体积、项目周期和处理目标等。此外,还需要考虑是否有足够的空间进行土壤预处理,公用设施(燃料、水、电)是否满足要求, 以及管理部门和当地民众对热脱附技术的接受程度等。过程实施的过程大致有以下步骤:
1)土壤挖掘:对地下水位较高的场地,挖掘时需要降水,使土壤湿度符合处理要求;
2)土壤预处理:对挖掘后的土壤进行适当的预处理,例如筛分、调节土壤含水率、磁选等。
3)土壤热脱附处理:根据目标污染物的特性,调节合适的运行参数(脱附温度、停留 时间等),使污染物与土壤分离。
4)收集脱附过程产生的气体,通过尾气处理系统对气体进行处理后达标排放。
五、运行、维护和监测
热脱附装置自动化程度高,在过程实施过程中,一般采用PLC系统(程序逻辑控制系统)对污染土壤进出料和热脱附过程等进行控制,对诸如进料速率、供油速度、加热温度、氧气含量、CO浓度、CO2 浓度及停留时间等重要参数进行监控。
运维期间,要对设备系统建立大修制度,大修周期应按系统设备的实际运行时间确定,一般大修周期不应超过1年。必须根据热脱附装置的工艺流程和设备的运行状况和特点,制定完善的设备维护和保养制度,并编制相应的维修和保养手册,确保装置的稳定和安全运行。
重点监测内容:
1. 系统中热脱附的炉体
2. 燃 烧腔体、烟气管道
3. 急冷和中和装置
4. 布袋除尘器及引风机等
六、关键技术参数或指标
1.土壤特性
(a) 土壤质地:土壤质地一般划分为沙土、壤土、粘土。
沙土:土质疏松,对液体物质的吸附力及保水能力弱,受热易均匀,故易于热脱附
粘土:颗粒细,性质与沙土正好相反,不易热脱附。
(b)水分含量:水分受热挥发会消耗大量的热量。土壤含水率在5 35%间,所需热量约在117 286kcal/kg ,为保证热脱附的效能,进料土壤的含水率宜低于25%。
(c)土壤粒径分布:如果超过50%的土壤粒径小于200目,细颗粒土壤可能会随气流排出,导致气体处理系统超载。最大土壤粒径不应超过5 cm。
2.污染物特性
(a)污染物浓度:有机污染物浓度高会增加土壤热值,可能会导致高温,损害热脱附设备,甚至发生燃烧、爆炸,因此排气中有机物浓度要低于爆炸下限25%。有机物含量高于1% 3% 的土壤不适用于直接热脱附系统,可采用间接热脱附处理。
(b)沸点范围:一般情况下,直接热脱附处理土壤的温度范围为150 650℃,间接热脱附处理土壤温度为120 530℃。
(c)二噁英的形成:多氯联苯及其它含氯化合物在受到低温热破坏时或者高温热破坏后低温过程易生产二噁英。因此在废气燃烧破坏时还需要特别的急冷装置,使高温气体的温度迅速降低至200℃,防止二噁英的生成。
七、修复周期及参考成本
上世纪七十年代,国外开始使用异位热脱附技术,经多年的实践改进,目前已发展成熟,并广泛应用于工程实践。
A)该技术的处理周期可能为几周到几年,取决于以下因素:
(1) 污染土壤的体积
(2) 污染土壤及污染物性质
(3) 设备的处理能力。
B)处置费用的影响因素有
(1) 处置规模
(2) 进料含水率
(3)燃料类 型、土壤性质、污染物浓度等