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土壤修复技术:原位热脱附技术介绍

北极星环境修复网  来源:上格瑞迈  作者:庄建鸿  2019/8/20 10:45:03  我要投稿  

北极星环境修复网讯:原位热脱附技术介绍

原位热脱附技术(In-Situ Thermal Desorption/Destruction, ISTD)自20世纪70年代开始应用于污染地块修复,其原理是通过加热升高污染区域的温度,改变污染物的物化性质(蒸汽压及溶解度增加,粘度、表面张力、亨利系数及土水分配系数减小),增加气相或者液相中污染物的浓度,提高液相抽出或土壤气相抽提对污染物的去除率。土壤被加热后,土壤中的VOCs和SVOCs会汽化或通过以下多种机制被降解:1)蒸发;2)蒸汽蒸馏(随水蒸气一并蒸馏出来);3)沸腾;4)氧化;5)高温分解。

热脱附技术可以有效降解、去除含氯有机物(CVOCs)、苯系物(BTEX)、石油烃类(TPH)、汞(Hg)、农药、多氯联苯(PCBs)、二噁英等污染物,也可处理自由相污染物(NAPL),适用于焦化厂、钢铁厂、煤制气厂、石油化工厂、地下油库、农药厂等有机污染场地。相比异位热脱附(Ex-Situ Thermal Desorption, ESTD),原位热脱附具有以下优点:1)无需开挖,适合无法实施开挖工程的建筑物或污染深度较大的场地;2)使绝大多数污染物在地下环境就被降解,只有一小部分被抽出,而可有效避免二次污染。目前国内异位热脱附修复案例相对较多,原位热脱附的应用案例仍比较少。

01原位热脱附技术分类

按照不同的加热方式,原位热脱附技术主要分为电阻加热(Electrical resistive heating, ERH)、热传导加热(Thermal conduction heating, TCH)和蒸汽加热(Steam enhanced extraction, SEE)3种类型。根据能源形式不同,TCH技术又分为燃气加热和电加热两种。

电阻加热(ERH)

ERH技术是在土壤中直接安装由多个电极组成的电极网络形成电流回路(图1),具有导电性的土壤将电能转换成热能升温,土壤中水分逐渐转化成热蒸汽,驱使易挥发性有机污染物从土壤中脱附进入更易渗透的蒸汽流动区域,汽水混合有机污染物经多相抽提井进行真空抽提、收集和无害化处理。电阻热脱附处理系统整体主要包括电力控制设施、电极、蒸气(废气)回收设施和回收处理系统等。电极的横向和纵向定位、电极之间的电压差以及土壤电阻决定了电流的强度和路径,最终决定了地下的能量传递和加热模式。电极通常是呈六角形或三角形的阵列分布,一般采用六相或三相电极加热。

ERH产生的热量能对土壤相对均匀升温,对整个目标区域加热效果一致。但ERH升温最高只能达到水的沸点(100℃,1atm),一般不适用于沸点较高的PAHs、农药等。

图1 典型的电阻热脱附(ERH)处理系统示意图

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热传导加热(TCH)

TCH技术是指在土壤中安置热处理井(thermal well),或者在土壤表面铺设热处理毯(thermal blanket),使得土壤中的有机污染物发生挥发和裂解反应。一般而言,对于污染物埋藏较深,浓度较大的污染场地,常使用热处理井,反之,使用热处理毯。使用热处理井时,电加热器将热量传递到安装在地下与土壤接触的金属套管中,通过热辐射的形式对周围土壤进行热传导升温,挥发性和半挥发性有机污染物从土壤中脱附下来,通过配套的蒸汽抽提技术进行收集处理。

TCH技术能够对土壤升温至500~800℃,但由于是辐射热传导,因此对加热井附近的区域加热效果较好,对距离较远的土壤升温速度较慢。此外,当地下水流速较快时,加热效果不佳。

图2 典型热传导热脱附(TCH)系统示意图

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蒸汽加热(SEE)

SEE技术是依靠注入土壤的高温蒸汽经液化放热的物理反应实现土壤中有机污染物的脱附。SEE一般由蒸汽注入井和抽提井组成,注入的蒸汽先对注入井周边土壤进行加热,随着蒸汽的冷凝,热量以辐射状向四周扩散,脱附下来的挥发性有机污染物与热蒸汽和地下水构成气水混合物由抽提井收集处理,系统运行的中后期,为了防止部分土壤蒸汽逸出地表,一般在地下0.5m处安置水平抽提装置。

SEE技术一般适用于渗透系数K>10-4m·s-1的土壤,其最大的优势在于能够治理处于存在地下水且渗流速度较快的土壤环境,但最大加热温度只能达到100℃。

原位热脱附修复系统主要包括供能系统、加热系统、抽提系统、废水尾气处理系统和监控系统等,本文暂不具体介绍。

图3 典型蒸汽加热热脱附(SEE)系统示意图

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