苯并（a）芘污染土壤间接热脱附设备及其应用研究

摘要：本文介绍了螺旋推进式间接热脱附设备工艺流程及其主要功能单元，并用工程案例验证该套设备对苯并（a）芘污染土壤具有较好的修复效果，还探讨了间接热脱附设备存在的问题和发展方向。

关键词：苯并（a）芘；土壤修复；热脱附

Study on Indirect Thermal Desorption Equipment for Benzo（a）pyrene Contaminated Soil and It’s Application

Abstract：This paper introduces the process flow and main functional units of spiral propulsion indirect thermal desorption equipment. And use engineering case to verify spiral propulsion indirect thermal desorption equipment has a good remediation effect on benzo（a）pyrene contaminated soil. Finally，discussed the problems and development of indirect thermal desorption equipment.

Keywords：benzo（a）pyrene；soil remediation；thermal desorption

1、引言

苯并（a）芘是具有5环结构的世界公认的强致癌性多环芳烃污染物。因此苯并（a）芘被美国环保局列为优先控制有毒有机污染物的黑名单[1-3]。目前，苯并（a）芘的危害问题已引起政府部门的高度重视，如何合理有效地处置苯并（a）芘污染土壤已成为亟需解决的技术难题。

间接热脱附技术是通过间接加热的方式，将土壤中的有机物加热至其沸点，使其挥发成气态并与土壤分离以达到修复目的技术[4，5]，该技术以其处理范围广、处理效果好、修复后土壤可再利用等优点被广泛应用于苯并（a）芘污染土壤修复工程中[6，7]。目前，该技术研究主要集中在运行参数的优化[8，9]，但是，对间接热脱附设备的介绍鲜有报道。

本文介绍了螺旋推进式间接热脱附设备工艺流程及其主要功能单元，提出了当前间接热脱附设备在实际应用中存在的问题及其发展趋势，旨在为间接热脱附技术推广提供设备支持。

2、螺旋推进式间接热脱附设备

2.1 工艺流程

通过RTK（Real-time kinematic）对BTEX污染区域拐点进行放点划线，并在开挖过程中精确把控开挖深度，通过装载车将清挖出来的污染土壤转运至预处理单元；在预处理单元通过投加石灰和振动筛筛分控制进料土壤的粒径和含水率使其达到设备进料要求；进料土壤通过热脱附单元加热至BTEX沸点实现污染物由土相转移至液相和气相；土壤通过热脱附单元经加湿系统后转运至待检区；检测达标后回填；废水通过废水处理单元处理后暂存于清水池，待检测达标后排入市政管网；产生的污泥送至有资质的危废\固废处置公司处置；废气通过废气处理单元处置达标后至二燃室回用。螺旋推进式间接热脱附设备工艺流程见图1。

图1 螺旋推进式间接热脱附设备工艺流程图

2.2 功能单元

螺旋推进式间接热脱附设备主要包括预处理单元、热脱附处理单元、废水处理单元、废气处理单元四大功能单元。

（1）预处理单元

预处理单元主要包括预处理大棚、振动筛和ALLU斗三大设备。

常用的预处理大棚包括钢结构大棚和膜结构大棚，主要为了提供密闭施工环境防止扬尘和气味扩散。同时为了净化大棚内空气质量会配置一台尾气净化设备。

在预处理大棚内会配置振动筛和ALLU斗分别用于进料土壤粒径筛分和土壤含水率降低，进入热脱附设备的土壤要求粒径小于3 mm、含水率在20%~30%范围内。

钢结构大棚

图2 振动筛

（2）热脱附处理单元

热脱附处理单元是螺旋推进式间接热脱附设备的核心单元，直接关系到修复效果的好坏。

预处理后的污染土壤通过进料斗及进料绞龙进入上层预干段，该段温度一般能达到150℃~200℃，主要用于去除土壤的水份。脱水后的土壤进入下层脱附段，是实现污染物与土壤分离的核心段，该段温度最高可达850℃，一般根据所需处理的BETX沸点和中试来确定正常生产时该段的温度。由下层脱附段出来的土壤非常干燥，直接通过出料绞龙出来会造成现场扬尘二次污染，因此通过加湿系统使出料土壤含水率达到20%左右来避免扬尘二次污染问题。

在下层脱附段产生的烟气通过喷淋塔收集，经喷淋塔产生的液体经气液分离器后，液相至废水处理单元处置；气相及喷淋塔中产生的气体一并送至废气处理单元处置，处置达标后至二燃室回用，以降低能耗。热脱附处理单元工艺流程见图3。

图3 热脱附处理单元工艺流程

图4 热脱附处理单元照片

（3）废水处理单元

废水处理单元为了方便运输采用一体化撬装结构；针对BETX污染物，采用化学氧化的方式去除。

废水处理单元主要包括缓冲池、加药反应池、沉淀池、活性炭过滤器、清水池五大部分。

废水先经过缓冲池暂时储存，使废水能稳定的流入加药反应池；在加药反应池中通过加入氧化剂和催化剂将BETX氧化分解达到修复目的；上清液通过溢流的方式进入活性炭过滤器进一步去除废水中的有机物、氯离子使其能达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）三级标准；最后，处理后的废水至清水池等待取样检测。而加药反应池产生的化学污泥则外运至有资质的危险废物处置中心进行处置。废水处理单元工艺流程见图5。

图5 废水处理单元工艺流程图

图6 废水处理单元照片

（4）废气处理单元

废气处理单元主要包括布袋除尘、活性炭吸附室。

含BETX的废气先通过布袋除尘除去废气中的大颗粒（＞1 μm），活性炭吸附室进一步去除废气中的大颗粒。这两个装置是为了使废气满足进入二燃室对颗粒含量的要求。废气处理单元工艺流程见图7。

图7 废气处理单元工艺流程图

图8 废气处理单元照片

3、案例介绍

江苏省某纺织染污染地块土壤修复项目，该纺织染地块早期各车间在生产及运营过程中的原料和产生的污染物存在“跑、冒、滴、漏”现象，厂区内土壤存在不同程度的污染，且该地块未来规划为商业、商务、道路、绿化和广场。

根据前期场地调查和风险评估报告，该项目总修复方量为22860.03m3，其中苯并（a）芘污染土壤7776.13m3。该项目修复区域如图8所示。

该项目苯并（a）芘最大超标浓度为1.9 mg/kg，其修复目标值为0.55 mg/kg。针对苯并（a）芘污染土壤采用螺旋推进式间接热脱附修复技术，该技术工艺如图9所示。

图9 项目修复区域示意图

该项目在业主单位、质控单位、工程监理单位及验收单位的监管下，全场地100%验收通过。施工期间废水、扬尘、噪音等各项指标均达标排放；场地周边大气、地表水、地下水等均满足相应环保要求；施工期间未发生任何环境污染投诉事件。

4、存在的问题及展望

我国正处于间接热脱附修复技术发展的起步阶段，大部分间接热脱附设备仍需要国外进口。国内间接热脱附设备处于第一批试验开发阶段，主要有以下问题：

（1）处理能力较低，产能在3~5 吨/小时；

（2）设备易堵塞，尤其在上下层撬体之间和出料口；

（3）设备耗能大，每吨土需消耗45~50方天然气。

间接热脱附技术能将土壤中的苯并（a）芘完全去除，也是国家“十三五”计划中大力推广的技术，相信在未来越来越多的土壤修复项目将会使用间接热脱附技术，如何研发出产能大、自动化程度高、能耗低的间接热脱附设备将是未来共同努力的方向。