關于含油污泥熱脫附的研究

劉明強 張瑞成

1.概述

熱脫附熱處理工藝的一種，主要應用在揮發(fā)、半揮發(fā)有機物污染的土壤修復、含油污泥處理。熱脫附已經(jīng)廣泛用于處理焦油污染土壤、煉廠廢物、木材處理廢物、木榴油污染土壤、烴污染土壤、非氯化VOC、SVOC、PAH、PCB、殺蟲劑、混合（放射性和危險）廢物、合成橡膠處理廢物、油漆廢物。熱脫附系統(tǒng)采用的床溫（170～550℃）和停留時間將選擇的污染物蒸發(fā)出來，去除水分，但是，通常不會氧化或降解有機物。

2.熱脫附

真空蒸餾用于油氣生產(chǎn)行業(yè)含汞污泥、電池、催化劑、活性炭過濾器、溫度計、牙科廢物、熒光燈管、噴砂和土壤。在一個熱土壤修復廠，處理量2t/h，汞的原始蒸汽濃度高達20 mg/Nm3，報告的最大去除率99.9%。經(jīng)過熱處理，土壤中的汞含量（1～300mg/kg）降低到5mg/kg以下。另一個處理報告了結果，汞排放到大氣的百分比為0.0015%。方位范圍0.04～0.2 mg/Nm3。在含汞污泥（1～4%）汞的蒸餾中，汞的回收率達到99.5%。

熱脫附屬于非氧化工藝，通過給污染土壤、沉淀物、漿體、濾餅等材料加熱，去除（蒸發(fā)）揮發(fā)性污染物（如油和溶劑）。熱脫附也會同時蒸發(fā)出材料中的水分，因此，熱脫附也有“干燥器”的功能。熱脫附蒸發(fā)揮發(fā)和半揮發(fā)物。可容易地去除輕質(zhì)烴、芳烴和其他揮發(fā)有機物，但是，不容易去除重質(zhì)量化合物，如多環(huán)芳烴。低溫熱脫附通常的運行溫度250～350° C，足以處理含輕質(zhì)烴、芳烴（BTEX）和其他揮發(fā)性有機物。高溫系統(tǒng)運行溫度可達520° C，可降低廢物的重質(zhì)化合物濃度，如多環(huán)芳烴。

熱脫附工藝采用常規(guī)的Holo-Fliter間接加熱熱脫附裝置，是有效的廢物減量最少化工藝，或者是達到最佳驗證使用技術標準的最終處理方案。干燥器采用一種封閉、非接觸循環(huán)換熱特體，提高處理的固體的溫度。加熱介質(zhì)通過螺旋數(shù)總器的中空漿連續(xù)循環(huán)，通過所有的螺旋長度，通過每個軸的中心回到加熱器。加熱的液體特通過腔的夾套循環(huán)，增加促進揮發(fā)的“傳熱面積”。采用的加熱液體為導熱油，最高溫度650°F。但是，可采用蒸汽替代干燥器中的導熱油，根據(jù)現(xiàn)場的條件做出最后的決定。熱處理器設計接收干燥器的固體殘渣，處理和去除半揮發(fā)性有機物。標準的處理器包括專利改進，提高高沸點有機物的去除率，減少所需的固體停留時間。系統(tǒng)能夠處理與處理后的濾餅，固體出口溫度高達900°F。這一系統(tǒng)的加熱介質(zhì)為采用電或燃料油/氣燃燒加熱器加熱的熔融鹽。

驗證試驗包括質(zhì)處理PAH物質(zhì)污染的土壤。污染土壤代表了焦化爐和制氣廠運行的污染。土壤樣品非常不均勻，總石油烴和PAH濃度變化很大。所有樣品的平均值表明，材料有機物含量較高。

從1995年2月22日到25日，USEPA驗證德國處理前煤氣化廠的土壤熱脫附系統(tǒng)。土壤為粉砂。受到高濃度總可回收石油烴、熒蒽、芘、菲、萘和其他多環(huán)芳烴、苯、甲苯、乙苯、總二甲苯、某些金屬的污染[]。工藝包括三個部分：機械制備、熱脫附和煙氣處理。系統(tǒng)全自動運行，含水20%時的最大處理量6.5t/h。干燥裝置排出的土壤溫度125～131℃。

3.堆內(nèi)熱脫附（IPTD）技術

堆內(nèi)熱脫附（IPTD）技術是原位熱脫附（ISTD）的異位版，同時使用熱傳導加熱和真空，處理污染固體，不需要挖掘。采用IPTD，污染固體放置在覆蓋的堆中，內(nèi)層有加熱器管道和蒸汽提取網(wǎng)。采用電加熱器加熱和處理堆，可在環(huán)境溫度和870℃之間的任何所需溫度運行。根據(jù)污染物的性質(zhì)，將溫度升高到目標值，對于SVOC，通常在330℃左右。

加熱蒸發(fā)土壤/沉淀物中的水和蒸汽，使之進入氣相流，流向真空抽吸井，從土壤/沉淀物中去除，將殘余蒸汽輸送到空氣質(zhì)量控制裝置。根據(jù)8個現(xiàn)場規(guī)模SVOC項目的現(xiàn)場驗證結果，如果需要，可達到很低甚至未檢出的濃度。ISTD/IPTD已經(jīng)成功用于5個現(xiàn)場規(guī)模的項目，處理PCB，其中3個為驗證規(guī)模，其余2個為全規(guī)模。需要注意的是，雖然處理前的PCB濃度上限高達20000mg/kg，處理后的濃度接近檢測限，遠低于修復目標。在原來的木材處理（即木榴油污染）場址，最近完成了全規(guī)模ISTD項目?？傆嬏幚砹?2615m3，主要是粉砂和土壤，深度達32m。希望對未來的土地利用沒有任何限制，采用了以下嚴格的土壤清理目標。

PAH（表示為苯并芘當量）：65 μg/kg。PCDD/F（表示為2，3，7，8-多氯代二苯并二惡英，TEQ苯并芘當量）：1 μg/kg。在整個項目中，濃度分別從30600μg/kg和18μg/kg（處理前）降低到59μg/kg和0.11μg/kg。

4.原位熱修復

原位熱修復（ISTR）包括蒸汽強化萃取、熱傳導加熱（TCH）和電阻加熱，經(jīng)過50多個場地的驗證，是處理有機化學物質(zhì)污染源區(qū)域的有效方案。非常適于進入受限的中小企業(yè)場地的再開發(fā)和修復，如位于建筑下、非均與土壤，不需要挖掘，可快速完成。2005年，在一個終端場地（Terminal OneSite in Richmond），TerraTherm進行了原位熱脫附（ISTD）的全規(guī)模應用，處理低滲透土壤（10-9 m/s）中的氯化揮發(fā)有機物，在100d內(nèi)將5，120 m3、6.1m 深目標區(qū)域加熱到100℃。蒸汽氣提是主要的污染物去除機理，大約30%的孔隙水蒸發(fā)出來，產(chǎn)生和去除了大約500倍孔隙體積的蒸汽，四氯乙烯的濃度降低99%以上，處理后濃度<100 μg/kg，在9個月內(nèi)完成修復。