原位土壤修复 – 热脱附
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土壤热脱附
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)。
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。
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。
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。
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