间接热脱附过程质量平衡研究.pdf

中国资源综合利用China Resources Comprehensive UtilizationVol.41 No.82023 年 8 月-52-应用研究间接热脱附过程质量平衡研究张继成（中润万龙（重庆）环保科技有限公司，重庆401121）摘要：回转式间接热脱附是一种高效、快速的污染土壤热修复技术。研究表明，加热温度为 650，停留时间为40min时，污染土壤修复可以达标。热脱附期间，苯并a芘和石油烃在处置前后介质中的质量不平衡。经分析，原因可能是苯并 a 芘和石油烃在处置过程中由于高温发生裂解转化。关键词：间接热脱附；污染土壤；修复；质量不平衡；裂解转化中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1008-9500(2023)08-0052-03DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2023.08.016Study on Mass Balance of indirect Thermal Desorption ProcessZHANG Jicheng(Zhongrun Wanlong(Chongqing)Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Chongqing401121,China)Abstract:Rotary indirect thermal desorption is an efficient and fast thermal remediation technology for contaminated soil.Research has shown that when the heating temperature is 650 and the residence time is 40 min,the remediation of contaminated soil can meet the standards.During thermal desorption,there is an imbalance in the mass of benzo a pyrene and petroleum hydrocarbons in the medium before and after disposal.After analysis,the reason may be that benzo a pyrene and petroleum hydrocarbons undergo pyrolysis and transformation due to high temperature during the disposal process.Keywords:indirect thermal desorption;contaminated soil;remediation;mass imbalance;pyrolysis and transformation热脱附技术是通过直接或间接加热，将污染土壤加热至目标污染物的沸点以上，通过控制系统温度和物料停留时间有选择地促使污染物气化挥发，达到目标污染物与土壤颗粒分离、去除的目的1。回转式间接热脱附是一种高效、快速的污染土壤热修复技 术2-4。黄海5采用四温区回转式间接热脱附设备，研究在加热温度、进料速度、土壤污染程度不同的情况下多环芳烃（PAHs）的去除效果，并对热脱附过程进行质量平衡分析。本文以重庆市某土壤修复项目为例，研究土壤间接热脱附过程中目标污染因子的质量平衡关系。1热脱附工艺概述本项目采用间接热脱附设备处理场地内污染土壤。该设备设计处理量为 10 15 t/h，耐热温度为 1 000，设备包括进料系统、热脱附系统、出料系统、尾气处理系统、水处理系统和电控系统。其工艺流程如图 1 所示。2材料及方法2.1供试土壤该场地原为化工厂，其主要从事炭黑生产活动。根据风险评估报告，场地土壤中苯并a芘、二苯并a,h蒽、苯并 a 蒽、苯并 b 荧蒽、萘、茚并 1,2,3-cd芘及石油烃超标。本研究采集重度污染点位的污染土壤进行试验。2.2试验条件土壤粒径和含水率对热脱附效率有一定的影响。细颗粒土壤的热脱附效率高于大颗粒土壤，当土壤含水量过高时，土壤中结晶水层会影响颗粒内部和颗粒间的传热传质，对污染物的热脱附有抑制作用。研究表明，热脱附时污染土壤含水率最好保持 收稿日期：2023-06-21作者简介：张继成（1988），男，重庆人，硕士，工程师。研究方向：污染场地修复治理。第 8 期-53-张继成：间接热脱附过程质量平衡研究应用研究在 10%20%。温度和停留时间是影响热脱附效率的主要因素，而停留时间对去除效率的影响又取决于加热温度，较低的加热温度需要较长的停留时间才能保证污染物的有效去除。处理时间相同时，随着加热温度的升高，PAHs 去除效率逐渐提高。但温度达到一定程度后，即使进一步提高温度，热脱附效率也不会有显著的提高。为保证污染土壤处置达标，本研究将热脱附的加热温度设置为 650，将污染土壤在热脱附设备窑体内的停留时间设置为40 min，土壤粒径不大于 30 mm，土壤含水率不大 于 20%。2.3样品检测结果根据热脱附工艺流程，污染土壤经热脱附处置后，残留的污染物有多个去向：处置后土、粉尘、废水、尾气和泥饼。各介质中目标污染物检测结果如表 1、进料斗筛分后土壤热脱附设备土壤出料除尘器冷凝系统多级洗涤塔气液分离器活性炭吸附冷却塔达标排放板框压滤机水处理设备达标排放尾气处理系统水处理系统干化图 1热脱附工艺流程表 1固态介质中目标污染物浓度检测结果污染因子目标值试验土处置后土粉尘泥饼污染物去除率苯并 a 芘0.556.700.204.505.9097%二苯并 a,h 蒽0.550.50ND0.80ND80%苯并 a 蒽5.519.20.724.7106.096%苯并 b 荧蒽5.59.41.118.619.788%萘25.001.000.150.4814.5085%茚并 1,2,3-cd 芘5.52.40.33.20.988%石油烃（C10 C40）8261 8101882 02045 80090%水分含量13.3%11.0%5.6%74.1%注：各污染因子的浓度单位均为 mg/kg。表 2废水检测结果污染因子处理前废水含量处理后废水含量修复目标石油类/（mg/L）1.091.0020.00苯并 a 蒽/（g/L）18.401.13萘/（g/L）16.305.54苯并 b 荧蒽/（g/L）4.820.23苯并 a 芘/（g/L）NDND0.03二苯并 a,h 蒽/（g/L）NDND茚并 1,2,3-cd 芘/（g/L）NDND表 3尾气检测结果检测指标非甲烷总烃颗粒物苯并 a 芘臭气浓度标干流量/（m3/h）排放浓度/（mg/m3）排放速率/（kg/h）排放浓度/（mg/m3）排放速率/（kg/h）排放浓度/（mg/m3）排放速率/（kg/h）标准限值120500.310-32 000监测值 114.90.03422.80.052310-6 6.8310-91 5852 277监测值 22.695.8410-313.40.029210-6 4.3410-93702 170中国资源综合利用第 8 期-54-应用研究表 2 和表 3 所示。废水检测中，石油类执行污水排入城镇下水道水质标准（GB/T 319622015）；其他污染因子执行炼焦化学工业污染物排放标准（GB 161712012）。尾气检测位置有两个，一是热脱附活性炭箱前（监测值 1），二是热脱附排放口（监测值 2）。臭气浓度为实测浓度（无量纲）。2.3.1热脱附对土壤中污染物的去除效率由表 1 可知，经过热脱附处置，土壤所有目标污染物都达到修复目标值。其中，苯并 a 芘去除率为 97%，二苯并 a,h 蒽去除率为 80%，苯并 a 蒽去除率为 96%，苯并 b 荧蒽去除率为 88%，萘去除率为 85%，茚并 1,2,3-cd 芘去除率为 88%，石油烃去除率为 90%。这说明热脱附设备能够有效去除本场地污染土壤中的目标污染物，使其达到修复目 标值。2.3.2活性炭吸附对废气中污染物的去除效率经尾气检测，热脱附设备尾气处理系统中，活性炭吸附箱对非甲烷总烃的去除率为 82.9%，对颗粒物的去效率为 44.2%，对苯并 a 芘的去除率为 100%，对臭气的去除率为 76.7%。经过活性炭吸附箱处理，废气能够达标排放。2.4质量平衡分析下面通过检测试验土、处置后土、粉尘、泥饼、废水及尾气等介质中目标污染物残留浓度，探究热脱附过程中污染物的质量平衡问题。试验过程中，热脱附设备产能设置为 13 t/h，经现场测定，粉尘产生量为 0.13 t/h，泥饼产生量为 0.13 t/h，废水产生量为 2 m3/h，处置后土产生量为 10 t/h。不同介质的性质如表 4 所示，苯并 a 芘和石油烃在各介质中的含量分别如表 5、表 6 所示。研究结果显示，废水和尾气中残留的苯并a芘质量几乎可以不计，各介质中苯并a芘的总残留质量占进土中苯并 a 芘质量的 3.35%，剩余 96.65%的苯并 a 芘去向不明，可能发生裂解转化。各介质中石油烃的总残留质量占进土中石油烃质量的 17.16%，剩余 82.85%的石油烃去向不明，可能发生裂解转化。表 4不同介质的性质介质类别湿重/（t/h）水分含量/%干重/（t/h）试验土13.0013.311.271 00粉尘0.135.60.122 72泥饼0.1374.10.033 67废水2.002.000 00处置后土10.0011.08.900 00表 5苯并 a 芘在各介质中的含量介质类别目标因子浓度/（mg/kg）目标因子含量/（mg/h）含量占比/%试验土6.775 515.7100.00粉尘4.5552.240.73泥饼5.9198.6530.26废水0.000 0040.0080.00处置后土0.21 7802.36尾气0.006 7140.00表 6石油烃在各介质中的含量介质类别目标因子浓度/（mg/kg）目标因子含量/（mg/h）含量占比/%试验土1 81020 400 510100.00粉尘2 020247 894.41.22泥饼45 8001 542 0867.56废水1.092 1800.01处置后土1881 673 2008.20尾气33 986.90.173结论在加热温度 650、停留时间 40 min 的条件下，间接热脱附技术能够将本场地污染土壤中的目标污染因子降低至修复目标值以下，且尾气经过活性炭吸附系统处理后能够达标排放。通过对试验土、处置后土、粉尘、废水、尾气以及泥饼检测结果进行分析可知，污染土壤经过热脱附设备处置后，其目标污染因子苯并a芘和石油烃在处置前后介质中的质量并不平衡，这可能是因为苯并 a 芘和石油烃在处置过程中由于高温发生裂解转化。参考文献1 张欣欣，明晓贺.含多环芳烃有机污染土壤热脱附试验 J.统计与管理，2014（3）：183-184.2 杨勇，黄海，陈美平，等.异位热解吸技术在有机污染土壤修复中的应用和发展 J.环境工程技术学报，2016（6）：559-570.3 沈宗泽，陈有鑑，李书鹏，等.异位热脱附技术与设备在我国污染场地修复工程中的应用 J环境工程学报，2019（9）：2060-20734 刘利群，刘春江.间接热解吸技术在含油污泥处理中的应用 J.天然气与石油，2017（2）：117-120.5 黄海.回转式间接热脱附修复多环芳烃污染土壤工程示范 J.环境污染与防治，2021（11）：1432-1438.