4月13日,上海功佳信息咨詢有限公司(簡稱“ACI環(huán)保”)聯(lián)合環(huán)保在線于線上舉辦油泥治理技術(shù)節(jié)能環(huán)保及運(yùn)營安全性研討會。美國GEO公司副總裁及工程技術(shù)總監(jiān)兼潔易奧環(huán)境修復(fù)(江蘇)有限公司CEO陳曉松博士,應(yīng)邀出席并針對含油污泥熱脫附工藝無害化、資源化道路探索及案例分析這一話題作技術(shù)分享。
1 常見異位熱修復(fù)技術(shù)
根據(jù)需要達(dá)到的溫度不同,熱處理技術(shù)可以大致分為熱解和熱脫附兩種。熱解和熱脫附的區(qū)別在于一個“解”字,熱解是受熱分解的意思。因此熱解過程存在熱分解反應(yīng);而熱脫附,是通過加熱來解除油在土上的吸附狀態(tài),并形成流動相被去除的過程。可以那么說,熱解反應(yīng)更像是涉及到了化學(xué)反應(yīng)的過程,而熱脫附更像是物理過程。
這里發(fā)生了熱解的方法有焚燒,熱解碳化,還有陰燃等技術(shù)。而主要依靠熱脫附的有直接熱脫附和間接熱脫附。當(dāng)然,還有更低溫度下的依靠蒸汽和熱水或加入溶劑來對油進(jìn)行熱洗的技術(shù),這也主要是依靠物理的手段來進(jìn)行。
各種技術(shù)的比較如下:
水泥協(xié)同處置法是前幾年最常見的對含油土壤的異位修復(fù),因?yàn)樗哂锌焖俣姨幚韽氐椎奶攸c(diǎn)。它利用水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)超過1000度的高溫,在生產(chǎn)水泥熟料的同時,焚燒固化處理污染土壤。但由于水泥生產(chǎn)對進(jìn)料中污染物含量有很高要求,在使用該技術(shù)時需慎重確定摻燒量。由于一個水泥廠的產(chǎn)量有一定限制,因此目前該技術(shù)在各地已經(jīng)達(dá)到比較飽和的程度。
另外,水泥窯并不適用于含油率高的油泥,它要求含油率低于5%。同時,如果污染土壤里含有較多的氯化物,也會有二次污染的風(fēng)險。
直接焚燒是比較簡單粗暴的方法,它需要的溫度也比較高,一般在800到1000度之間。它的優(yōu)缺點(diǎn)和水泥窯類似,能快速徹底地實(shí)現(xiàn)無害化,但它能接受的含油率也需要在5%以下,含水率需要在25%以下,也可能產(chǎn)生二次污染。另外,它還有成本高,能耗大,無法實(shí)現(xiàn)資源化和運(yùn)行穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。
熱解和碳化技術(shù)比直接焚燒等技術(shù)溫度稍低,在400-800度之間的有。和直接焚燒不同,熱解的過程一般是在絕氧的條件下進(jìn)行,而焚燒是在耗氧情況下進(jìn)行。焚燒過程能釋放出熱量,而熱解是需要靠吸熱來進(jìn)行。焚燒的終產(chǎn)物是二氧化碳和水,而熱解的產(chǎn)物的小碳鏈的油和氣,剩余的會碳化成焦黑物質(zhì)。由于產(chǎn)生的油和氣可以回收,因此熱解具有資源化利用的效果。
熱解對污染的處理也比較徹底,可部分實(shí)現(xiàn)資源化,尾氣量比直接焚燒小。但它的缺點(diǎn)也比較明顯,由于是在絕氧條件下進(jìn)行,因此對于操作的要求就比較高,設(shè)備投入大,而且需要的安全系數(shù)也比較嚴(yán)。這次河南的無氧熱解爐閃爆就是這個技術(shù)在操作中,因?yàn)楣ぷ魅藛T不慎,維修人孔沒有關(guān)閉導(dǎo)致氧氣進(jìn)入而造成的安全事故。其它缺點(diǎn)還有能耗高,容易造成二次污染,設(shè)備投資高,設(shè)備運(yùn)行中地結(jié)焦和密封等問題比較常見。
目前市面上還有正處于研發(fā)階段的一些技術(shù),比如陰燃技術(shù)。它的原理是利用加熱裝置,點(diǎn)燃地下的油相,形成連鎖燃燒氧化反應(yīng)。它地缺點(diǎn)是能耗小,可以處理濃度很高的油泥。但它的缺點(diǎn)在于對場地和油渣油泥的含油率,含水率等反應(yīng)條件要求苛刻,目前的尾氣處理技術(shù)尚不完善,容易造成二次污染。該技術(shù)目前還處于研發(fā)階段,污染實(shí)現(xiàn)資源化。
利用物理手段的熱脫附技術(shù)也分為直接熱脫附和間接熱脫附。它們的區(qū)別就在于污染土是否和熱源直接接觸。為了實(shí)現(xiàn)熱脫附的目的,它們的溫度一般在300到600度之間。
直接熱脫附的污染土壤會進(jìn)料到反應(yīng)爐里, 這個反應(yīng)爐可以是回轉(zhuǎn)窯形式。直接熱脫附設(shè)備就是把土送到熱轉(zhuǎn)窯后,與火焰直接接觸,被均勻加熱到目標(biāo)污染物氣化的溫度以上,達(dá)到污染物與土壤的分離。這個技術(shù)的目標(biāo)溫度比污染物的沸點(diǎn)還高。直接熱脫附的處理量比較大,傳熱效率相對較高,設(shè)備的成本相對較低。它的缺點(diǎn)在于燃燒的煙氣直接和土壤接觸,因此會產(chǎn)生大量的粉塵和煙氣,就需要進(jìn)入旋風(fēng)除塵設(shè)備,再進(jìn)入二燃室對油氣進(jìn)行進(jìn)一步去除。當(dāng)它在處理高濃度油泥時存在爆炸的風(fēng)險,因此需要將油泥進(jìn)行預(yù)處理到5%以下的含油率,含水率需要到25%以下。直接熱脫附無法實(shí)現(xiàn)資源化。另外,當(dāng)尾氣處理不當(dāng)?shù)臅r候可能造成二次污染。
間接熱脫附的設(shè)備是污染物不直接和火焰接觸。間接燃燒器產(chǎn)生的火焰均勻加熱回轉(zhuǎn)窯外部,污染土壤被間接加熱到沸點(diǎn)后,和土壤分離,廢氣經(jīng)過燃燒直排。間接熱脫附設(shè)備既有回轉(zhuǎn)窯,也有流化床等形式。由于燃?xì)夂臀廴就翛]有直接接觸,也就不需要處理因?yàn)槿紵a(chǎn)生的有害煙氣。由于煙氣和污染尾氣分離,尾氣量比較小,部分油可以回收實(shí)現(xiàn)資源化。它的缺點(diǎn)是處理的規(guī)模不如其它幾種方法大。目前尾氣處理的技術(shù)還不完善,容易造成二次污染。
最后,常見的方法還有利用蒸汽或熱水來對油泥和油土進(jìn)行洗滌。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于成本比較低,可以實(shí)現(xiàn)資源化。它的缺點(diǎn)在于需要大量水和水處理,由于油在土里的持留性,它最終能達(dá)到的含油率目前大概是在6%左右,達(dá)不到農(nóng)用土的標(biāo)準(zhǔn)。另外還需要解決清洗藥劑普適性,對乳化嚴(yán)重的油水處理效果差,需要預(yù)處理降低粘度,回收的油品質(zhì)量等問題。
這幾種方法存在的一些共同的痛點(diǎn):
堆土式的異位熱脫附技術(shù)的一些特點(diǎn)正是針對這些問題開發(fā)的技術(shù),它的一些特點(diǎn)是:
2 原位熱脫附技術(shù)
堆土式異位熱脫附其實(shí)是從原位熱脫附發(fā)展而來的,相比較于剛才提到的那些異位熱處理技術(shù),堆土技術(shù)在原理上和原位熱脫附更接近。
GEO公司是1989年成立于美國加州,主要采用尾氣處理和熱脫附技術(shù)進(jìn)行土壤修復(fù)。目前已經(jīng)在世界各地5大洲超過12個國家完成過上百個項(xiàng)目,包括在新加坡和澳大利亞進(jìn)行的唯一的原位熱脫附項(xiàng)目。從2013年起,GEO就將原位燃?xì)鉄崦摳郊夹g(shù)首次引進(jìn)中國,是迄今為止在中國完成原位熱脫附項(xiàng)目最多的公司。
這是一些項(xiàng)目的現(xiàn)場照片:
原位熱脫附技術(shù)簡單來說,就是通過打到地下的加熱井,把土壤和地下水的溫度加熱到100甚至300度,就像一個蒸籠一樣把地下的有機(jī)污染物蒸發(fā)出來,然后通過地下抽提井將揮發(fā)的污染蒸汽抽到地面的尾氣處理設(shè)備,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才排放。整個系統(tǒng)有三個部分,一個是通過打到地下的加熱井的加熱系統(tǒng),大的紅色井就是加熱井。另一個是通過打到地下的抽提井來實(shí)現(xiàn)的尾氣抽提系統(tǒng),小的綠色井是抽提井。加熱井和抽提井在整個場地內(nèi)以一定的規(guī)律排放。第三個就是在地面的尾氣和尾水處理系統(tǒng)。
加熱井分為內(nèi)管和外管兩個部分,燃?xì)鈴牡乇淼娜紵鬟M(jìn)入,空氣從閥門入口進(jìn)入,在內(nèi)管混合燃燒,形成熱空氣在內(nèi)管向下流動,之后在外管向上流動,經(jīng)抽風(fēng)機(jī)抽取后排入大氣。請注意加熱的過程是一個閉路系統(tǒng),也就是加熱井不注入任何燃?xì)饣蚩諝獾酵寥乐腥,唯一進(jìn)入土壤中的是熱量。熱以熱傳導(dǎo)的方式擴(kuò)散到土壤和地下水,并使它們的溫度升高,污染物逐漸揮發(fā)出來,被真空抽提井提取到地表的尾氣處理系統(tǒng)。在這里,所有的污染物都是被收集或處理的,不會隨著燃燒的空氣排放。整個過程就像是你在后院的bbq,唯一排放到大氣中的只有CO2, CO和空氣。
加熱井實(shí)際上就是碳鋼管。在加熱井上裝有燃燒器,天然氣可以從這里通入。燃燒器上有壓力監(jiān)測點(diǎn),如果沒有足夠的空氣引入,或者點(diǎn)火裝置沒有檢測到點(diǎn)火成功,天然氣就會自動切斷,防止出現(xiàn)燃?xì)庑孤┑娘L(fēng)險。
燃?xì)饪梢允翘烊粴,丙烷,煤制氣,柴油等。在國?nèi)有些項(xiàng)目采用的是天然氣,由燃?xì)夤咎峁┤細(xì)夤艿赖綀龅;有些?xiàng)目采用的是煤制氣,由廠家每天運(yùn)來一批煤氣罐進(jìn)行替換,不需要安裝較長的管道;在美國,有些沙漠地帶不方便引入各種管道或電線,就采用了丙烷罐車。
最常見的一個問題就是使用燃?xì),是否安全?/span>實(shí)際上,燃?xì)鈮毫χ恍枰?.5到2kpa, 也就是家用爐灶的燃?xì)鈮毫。到場地燃(xì)饪偣艿膲毫κ?0kpa左右,這是很小的用氣壓力。一般中國的城鎮(zhèn)居民用氣管道也需要200kpa。燃燒器本身的需要的電壓很小,只有74w。整個場地不會有明火,火焰只在燃燒井內(nèi)管進(jìn)行,沒有任何爆炸或起火的風(fēng)險,我們已經(jīng)做過上百個項(xiàng)目,達(dá)到了0事故率。
接下來是一個具體的原位熱脫附案例介紹。這個項(xiàng)目需要對土壤和地下水同時治理。這個場地面臨的幾個主要挑戰(zhàn)有地質(zhì)條件復(fù)雜,多為粘性土,滲透性很差,污染從地表到地下20幾米。粘性土場地是一個巨大的挑戰(zhàn),因?yàn)槌R姷幕瘜W(xué)注射法,注入的藥劑要和污染物接觸,就必須在土里擴(kuò)散,而這個擴(kuò)散系數(shù),不同的土相差上億倍,結(jié)果是藥劑在粘土里不擴(kuò)散,而任何薄薄的一個流沙層,都會讓藥劑形成一個優(yōu)先通道,快速流失。而熱脫附依靠的是熱擴(kuò)散系數(shù),不同的土只相差兩三倍,所以熱在地下是均勻擴(kuò)散;這個場地的污染物種類多, 濃度高,有純油相存在。
原位熱脫附實(shí)際上包含了加熱和抽提及尾氣處理幾個部分。多相抽提的意思就是,抽的不僅是污染物蒸氣,還抽地下水和油相。實(shí)際上,原位熱脫附更像是多相抽提或真空抽提的衍生技術(shù)?梢阅敲凑f,熱脫附技術(shù),加熱的技術(shù)含量只占20%,更多的技術(shù)難點(diǎn)在于抽提和抽出的尾氣處理上。目前國內(nèi)其它單位的一些設(shè)計,在加熱上花了很大功夫,但沒有設(shè)計好抽提的部分,這就造成了只是把深層的污染物轉(zhuǎn)移到地下淺層,或者直接泄漏到大氣中,造成嚴(yán)重的污染遷移。這個原則也會同樣被運(yùn)用到稍后要討論的異位熱脫附上,對抽提和尾氣收集處理的重視,也是堆土式異位熱脫附有別于其它異位熱處理技術(shù)的重要區(qū)別。
這個場地的施工首先需要在場地四周打止水帷幕,目的是防止地下水不斷涌入,帶走熱量。接下來打入各種井,包含了加熱井,多相抽提井,真空抽提井,還有溫度檢測井。然后在地表鋪設(shè)絕熱層和水泥層。真空抽提管道會匯集到地表的尾氣處理系統(tǒng)。項(xiàng)目開始,會進(jìn)行升溫數(shù)值擬合。
大家看到這個場地垂直破面的升溫擬合圖。
一開始溫度很快上升,在第15天的左右,大部分地區(qū)都已經(jīng)達(dá)到100度,也就是紅色區(qū)域。在100度會持續(xù)相當(dāng)長時間,你看到30天的時候,還是基本保持在100度,因?yàn)樾枰黄扑姆悬c(diǎn),把水蒸干才能突破100度。45天的時候,在淺層靠近加熱井的地方開始突破100度。60天時,淺層相當(dāng)大區(qū)域出現(xiàn)200度以上溫度。項(xiàng)目在66天的時候結(jié)束。在無水區(qū)域,溫度才能快速突破100度。100度左右對于原位熱脫附是一個很重要的臨界點(diǎn),因?yàn)橐黄七@個溫度就需要把所有水都蒸干,這個過程消耗的能量是從室溫升到100度的5-6倍。對于沸點(diǎn)是500度的污染物,要到突破100度后才會開始消失。對于沸點(diǎn)是250度的場地,場地平衡在100度左右就開始部分消失。而對于沸點(diǎn)低于100度的污染物加熱不久就已經(jīng)大部分消失。最后,各個污染物都達(dá)到了超過99%的去除率,地下水也都達(dá)到了未檢出。
可能有人會問,為什么有的污染物沸點(diǎn)是500度,在200度也能去除呢?打個比方,放在室外的一碗水,幾天后也會消失,室外溫度最高也只有45度,重要的是有氣流不斷通過,而且持續(xù)上超過幾天的時間。所以原位熱脫附的目標(biāo)溫度是不需要達(dá)到沸點(diǎn)的。在原理上解釋是,有機(jī)物在不同溫度下都有一定的飽和蒸汽壓,如果周邊的土壤氣體被及時抽提走,污染就會從土壤或液相里再進(jìn)入氣相,達(dá)到飽和蒸汽壓的平衡。
所以,原位熱脫附和堆土式異位熱脫附在目標(biāo)溫度的要求上比其它異位熱處理低很多,因?yàn)橥寥涝诩訜嵯到y(tǒng)里的停留時間是以幾周到兩個月來計算,而其它異位熱處理的停留時間只有幾分鐘,時間上有三到四個數(shù)量級,對需要達(dá)到的飽和蒸汽壓也就同樣有幾個數(shù)量級上的差別。
個人選擇目標(biāo)溫度的一些經(jīng)驗(yàn)是將有機(jī)污染物根據(jù)沸點(diǎn)分為三個組別,第一組,沸點(diǎn)低于150度的VOCs為主,目標(biāo)溫度設(shè)定在100度。另外一組,一些半揮發(fā)性有機(jī)物,沸點(diǎn)高于250度,比如苯并吡,pcb,農(nóng)藥等多環(huán)芳烴,就需要突破100度。而對于沸點(diǎn)在150到250度之間的這個組別的污染物,比如柴油,萘,鄰甲苯胺等就需要更多考慮修復(fù)目標(biāo)來決定是否選擇100度或以上的溫度。
因?yàn)闃I(yè)主要在修復(fù)后的場地建高樓,所以他們很關(guān)心一個問題就是熱脫附后,會不會改變土壤性質(zhì),影響用途。在處理前后對土樣進(jìn)行了地基土承載力檢測,證明了土壤性質(zhì)不會受到影響。這也是堆土式和其它異位熱脫附的一個區(qū)別,由于目標(biāo)溫度較低,所以土壤的物理化學(xué)性質(zhì)不受影響,包括微生物在熱脫附后還是持續(xù)存在。
3堆土式異位間接熱脫附技術(shù)
堆土型的間接熱脫附就是原熱熱脫附的翻版,把挖出來的土堆成一個土堆,把之前打到地下的加熱井橫放插進(jìn)土堆里,在土堆外圍鋪設(shè)隔熱板,這樣就形成了一個異位的間接熱脫附反應(yīng)堆。它是間接熱脫附的一種,因?yàn)榛鹧婧蜔煔獠缓臀廴就寥阑驓怏w直接接觸,因此大部分間接熱脫附的優(yōu)點(diǎn),比如安全性能高,尾氣量少,能耗少等,在堆土型熱脫附里也都擁有。
和原位類似,土堆里一樣埋有加熱井,抽提井,和溫度監(jiān)測井。
堆土的過程把各種管道一起埋入其中。對于油泥油渣等污染土,由于較難形成土堆,也采用在地下挖坑的方法來進(jìn)行。在地下挖出6米深的基坑,寬度在10米左右,長度可以根據(jù)需要處理的土方量來決定。坑的底部及四周鋪上水泥層和隔熱層,起到隔絕熱和防止液體擴(kuò)散的作用。從油田出來的油渣可以直接堆放到基坑內(nèi)。當(dāng)然,在不適合挖基坑的場地,也可以在地表建水泥墻,來起到同樣的作用。
堆土型和其它間接熱脫附在原理上有很大不同。首先加熱是依靠熱傳導(dǎo),對于土壤顆粒大小沒有太多要求,因此不需要對土壤進(jìn)行篩分、脫水、破碎、磁選等預(yù)處理。同時,因?yàn)檫M(jìn)料是直接用挖土機(jī)進(jìn)行填埋,不需要有進(jìn)料和出料的管道,大家也知道,其它異位熱脫附的進(jìn)出料系統(tǒng)是經(jīng)常出問題的部件。另外,由于有抽提作用的存在,不需要事先進(jìn)行干化和減量化的步驟,可以在土堆里同時實(shí)現(xiàn)減量化,無害化和資源化的目標(biāo)。
堆土完成后,將加熱井和抽提管插到土堆里,這樣就形成了一個和原位熱脫附很類似的修復(fù)地塊。加熱井連接地表的抽提風(fēng)機(jī),抽提管連接地表的尾氣處理系統(tǒng)。這個場地假定需要處理很高含油率和含水率的油泥,含油率和含水率分別都達(dá)到了45%。
土堆需要在1-2個月內(nèi)進(jìn)行加熱,升溫的過程和原位熱脫附基本類似。
這個曲線圖顯示了在不同的加熱時間里,溫度,含油率,和含水率的變化,分成6個階段加熱到不同溫度。
(1)首先第一步是加熱之前,先對土堆進(jìn)行大概2周的真空抽提,對于含油率超過30%的純油相,由于有較高的流動性,就能以液體形式被真空抽走。和剛才介紹的原位系統(tǒng)類似,土堆里有網(wǎng)絡(luò)狀分布的抽提管,它們連接到了負(fù)壓超過30kpa的真空泵上,這樣整個土堆內(nèi)部就處于負(fù)壓狀態(tài)。就好像一個吸塵器一樣在不斷的對整個土堆進(jìn)行抽提。在基坑的底部,還有一個油相的收集槽,抽提管也連接到這個槽里,這樣如果有液相形成,匯集到底部的槽里,也會被一起抽走。因?yàn)槎淹列偷呢?fù)壓有嚴(yán)格控制,尾氣能被完全控制處理,減少了很多二次污染。采用的抽提管有較細(xì)的花管,同時用較密的鐵絲網(wǎng)進(jìn)行包裹,這樣,泥渣等固體物質(zhì)就不會被吸到尾氣系統(tǒng),只有液相會被吸入。油相如果超過一定的濃度,比如超過30%,就會以純液相存在,具有一定的流動性,對于這部分可流動的液體,就可以用高負(fù)壓直接抽提。
(2)經(jīng)過了一段時間不加熱的抽提后,會開始對土堆進(jìn)行加熱,這個時候會控制加熱的速度,讓溫度緩慢上升到60度左右?梢钥吹,隨著溫度的上升,油類的粘度系數(shù)快速下降,也就意味著油的流動性大為增強(qiáng)。油類的粘度系數(shù)也和含水率有關(guān)系,當(dāng)含水率超過20%后原油乳液由油包水型轉(zhuǎn)變?yōu)樗托。這兩個視頻顯示了油相在不同溫度下的流動性增強(qiáng)。持續(xù)的多相抽提,除了抽提油,也在同時抽提水。這就和熱水沖洗的方法一樣,依靠抽提作用,一方面把流動的油類快速抽走,同時抽提出來的熱水也可能處于水包油的狀態(tài),就像這個視頻一樣,油包水或水包油的狀態(tài)也讓流動性加強(qiáng),升溫讓抽提系統(tǒng)的效率大為增強(qiáng)。在這個階段的末期,土堆溫度達(dá)到60度左右,真空抽提可以將含油率進(jìn)一步降低到20%左右。因此,這就體現(xiàn)了堆土式熱脫附的一個巨大的優(yōu)勢,對需要處理的泥渣沒有含油率上限的限制,在加熱前或低溫加熱階段,就可以把含油率從任意高濃度降低到20%左右的含油率。這部分油相被直接抽提到油水分離系統(tǒng)。
(3)隨著溫度從60度逐漸上升到100度左右,也就是水的沸點(diǎn),含油率可以進(jìn)一步下降到15%左右,它的除油機(jī)理主要還是在液相抽提,同時一部分碳鏈低的飽和烴在這個階段也會開始揮發(fā)。同樣的,水的流動性和揮發(fā)性也會在這個階段增加,能直接以抽提的形式降低含油率。
(4)接下來,由于水的存在,土壤溫度會維持在100度左右相當(dāng)長一段時間。這個階段主要是去除土里的水含量,只有當(dāng)水含量降到5%左右的土壤持水飽和度,溫度才會突破平衡值開始上升。大量水蒸汽的產(chǎn)生也會對油類的去除率起到一個水蒸汽沖提的作用。這個過程就類似于水蒸汽對油泥的蒸汽洗滌技術(shù),不同的蒸汽洗滌是靠外源蒸汽,而熱脫附的蒸汽沖提是靠土壤里的水分揮發(fā)來進(jìn)入抽提系統(tǒng)。這個水蒸汽沖提的效果可以將土壤的含油率進(jìn)一步降低到6%左右。這個過程有大量的水蒸汽和含油尾氣蒸發(fā)和抽提出來。和直接熱脫附相比,由于污染尾氣和燃燒煙氣進(jìn)入不同的系統(tǒng),因此污染尾氣量相對少很多。同時,不同于其它異位熱脫附是在對一個空腔里抽提,堆土式有插入到土壤里的抽提網(wǎng)狀系統(tǒng),尾氣的抽提更加直接而且充分。
(5)和(6)在這個階段溫度被加熱到目標(biāo)溫度。剛才已經(jīng)介紹過,堆土式相對于其它異位熱脫附的最主要不同在于反應(yīng)的停留時間上。就像之前舉的水的例子,一碗水放室外幾天也就蒸發(fā)了,所以也不需要達(dá)到污染物沸點(diǎn),哪怕對付多環(huán)芳烴,PCB,或部分沸點(diǎn)在600度以下的重油類,也只需要200-350度就可以達(dá)標(biāo)。目標(biāo)溫度的下降讓燃?xì)獾睦眯室泊蠓岣,相對于其它異位熱脫附設(shè)備,可以減少碳排放。最后可以達(dá)到0.1%以下的目標(biāo)。當(dāng)然,如果油泥里含有大量的沸點(diǎn)超過600度的重油,這部分污染就比較難去除。
處理結(jié)束后,就可以把加熱管和抽提管拔出,將修復(fù)完成的土壤挖出。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是不同于傳統(tǒng)的直接熱脫附技術(shù)或其它間接熱脫附技術(shù)的既進(jìn)既出處理方法,堆土的運(yùn)行一次需要大概3個月的時間來完成從安裝到加熱的修復(fù),因此需要較大的處理面積。
以一次性修復(fù)1萬噸油泥為例,大概需要1000平方米的地塊來進(jìn)行修復(fù)。這樣,相當(dāng)于就是一個1000平方米的基坑可以實(shí)現(xiàn)4萬噸油泥的年處理量。修復(fù)的面積和處理量成正比。在具體場地實(shí)施中,可以做成兩個土堆,這樣一個土堆在運(yùn)行,另一個土堆就可以開始進(jìn)行堆土。
4堆土式熱脫附的尾氣處理方案
尾氣處理系統(tǒng)分為三級處理。
第一級是冷凝和油氣水分離系統(tǒng)。在這級處理系統(tǒng),通過對蒸汽進(jìn)行熱交換降溫,讓溫度降到室溫左右,這時大部分水蒸汽和一部分油氣將重新變成液相,在氣液分離罐里實(shí)現(xiàn)分離,液體由于重力作用,沉淀到罐底,氣相繼續(xù)留到下一級系統(tǒng)。對于從土堆里直接抽提出來的液相也會在分離罐里沉降到罐底。同時,由于抽提管的構(gòu)造,被抽提到系統(tǒng)中的泥渣等固體物質(zhì)很少,不需要旋風(fēng)除塵等設(shè)備。沉淀到分離罐的液相就可以被泵到油水分離和水處理系統(tǒng)。
油水分離的系統(tǒng)主要也就是簡單的沉淀池,對液相進(jìn)行1-2天的靜置,油相就會在沉淀池里和水分離出來。這時就可以對油相進(jìn)行收集。這里的油可以進(jìn)行回收。當(dāng)然,各種油會混在一起,需要交由油廠進(jìn)行進(jìn)一步精分。剩下的水相會經(jīng)過活性炭吸附,達(dá)標(biāo)后才進(jìn)行排放。
在室溫下還保持氣相的尾氣就會進(jìn)入二級處理系統(tǒng),主要也就是熱氧化系統(tǒng)。常見的一些熱氧化設(shè)備主要有直燃熱氧化爐,或者有配備熱交換的RTO系統(tǒng),當(dāng)然如果尾氣含氯或硫比較少的,也可以直接進(jìn)入類似火炬的直接燃燒系統(tǒng)或者二燃室。
當(dāng)然,在進(jìn)行尾氣熱氧化時,特別要注意幾點(diǎn),首先是尾氣里的含油率不能過高,以防止出現(xiàn)爆燃的現(xiàn)象。另外如果燃燒不完全,也會出現(xiàn)二噁英等二次污染。如果尾氣里有氯化物和硫化物等,就需要配套淋洗塔等設(shè)備來中和。熱氧化設(shè)備的運(yùn)營維護(hù)要求也比較高。國內(nèi)目前配套的尾氣處理,特別是熱氧化設(shè)備,還存在這樣或那樣的問題。
為了解決這些問題,GEO公司及其中國分公司潔易奧(江蘇)環(huán)境修復(fù)有限公司也研發(fā)了自己的熱氧化處理系統(tǒng)GTRO系統(tǒng)。
它的原理很簡單,既然加熱器利用了燃?xì),那污染物本身也是一種燃料,完全可以把它引入加熱井中燒掉。它的好處是不需要有很大型的一個設(shè)備,由于分流到各個燃燒井中,每個井處理一小部分,不需要引入大量的空氣,也就使用了更少的能源,而且由于燃燒的氣體要在管道內(nèi)流動,停留時間比一般的熱氧化爐長,可以達(dá)到3秒以上,能減少二惡英等物質(zhì)的產(chǎn)生。
同時,因?yàn)檎麄加熱管是處于負(fù)壓引風(fēng)狀態(tài),爆炸的風(fēng)險也相較于其它熱氧化爐小,在一些原位的項(xiàng)目里也有把污染其它重新引入地下的加熱井來實(shí)現(xiàn)對污染物的能源化利用,有點(diǎn)類似煮豆燃豆萁的原理。具體到堆土系統(tǒng)里,就是利用加熱井來作為尾氣熱氧化設(shè)備。當(dāng)然,具體是否采用還需要看土壤里含氯和含硫物質(zhì)的濃度高低,是否會對管道形成腐蝕作用。
最后是第三級系統(tǒng),利用活性炭吸附達(dá)標(biāo)后才排放。
5 總結(jié)
總體上說,堆土式在安全性上有較高的優(yōu)勢,因?yàn)椋?/strong>
總的來說,堆土式異位熱脫附有如下核心優(yōu)勢:
1) 減量化/無害化/資源化同步進(jìn)行;
2) 無需預(yù)處理;
3) 對含油率/含水率無上限要求;
4) 尾氣處理系統(tǒng)完善,無二次污染;
5) 無需進(jìn)出料等易損設(shè)備;
6) 系統(tǒng)安全性高;
7) 可達(dá)到<0.1%含油率的修復(fù)目標(biāo)(部分重質(zhì)油除外);
8) 可回收油,實(shí)現(xiàn)資源化
現(xiàn)階段,ESTD技術(shù)尚有如下限制:
1) 占地面積大。由于堆土高度或基坑的安全限制,以處理1萬土為例,需要占地1000平方米;
2) 處理周期相對較長。不同于傳統(tǒng)的直接熱脫附技術(shù)或其它間接熱脫附技術(shù)的既進(jìn)既出處理方法(處理時間幾分鐘到半個小時),修復(fù)時長將達(dá)到幾周至2個月。假定每批次含安裝時間為3個月,1000平米的占地面積可以處理4萬噸每年的處理量;
3) 處理單價相對較高。由于堆土式能到達(dá)更嚴(yán)格的修復(fù)目標(biāo)和尾氣排放要求,總體能耗、處理設(shè)備、施工費(fèi)用也會相應(yīng)較高。目前市場單價在500到1000元每噸不等,受到污染物種類、初始濃度、修復(fù)目標(biāo)、土壤性質(zhì)和含水率等因素影響。
QUESTION
問答環(huán)節(jié)
ANSWER
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特別致謝:
遠(yuǎn)在GEO公司總部美國的陳曉松博士,在4月13日凌晨2點(diǎn)多高質(zhì)量完成線上演講,會后將口頭演講整理成一份文字資料交給了我們的工作人員,由此此篇文章才能得以順利完成。感謝陳博士的付出與貢獻(xiàn)!