4.2 间接热脱附技术设备应用案例4 B* O7 @6 Y1 K- f+ a5 u
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& R; x7 Z. i2 v4.2.1 云南某含汞盐泥处理工程( @: h& J @1 M" M% [9 e
# I* @1 |. M" f' n& B) v! H: m1) 项目概况。根据政府相关规划,原厂于2011年4月停产关闭,该修复项目总污染治理方量约7.2×104m3,其中含汞盐泥约3.1×104m3,重度污染土壤约2.5×104m3,中轻度污染土壤约1.6×104m3。主要污染物包括Hg、As和Cd。对于重度污染土壤和含汞盐泥采用间接热脱附处理工艺,中轻度污染土壤采取固化稳定化工艺处理,验收合格后进行安全填埋。/ C! R. }6 d( V0 F% F; d
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2) 热脱附设备概况。该套设备为美国进口,由2条平行的处理线组成,单条处理线的设计处置能力为5 t·h?1。含汞盐泥或重度污染土经调节含水率等预处理后,进入间接热脱附设备回转窑内进行加热处理,洁净物料经喷加水降温后进入出料斗。脱附烟气首先经陶瓷过滤器过滤,滤下的粉尘同处理后的物料一起完成出料。后续烟气相继进入急冷塔、填料洗涤塔、冷凝盘管和活性炭罐,最终同天然气燃烧后的尾气一起排空。汞污染物则转移富集到水和污泥中,通过净化处理设备进一步处理。工艺路线如图7所示。) m- {0 ]9 c' E
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3) 设备优缺点分析。①设备优势。整套设备的处理能力较高,单套设备设计处理量达5 t·h?1,且整套设备包含两条平行的处理线,可同时运行,设备的工艺设计较为合理;模块化程度较高,可移动性强,加热单元、尾气处理单元等都设计为单独的集装箱式模块,且箱底配有多组车轮,可实现设备的快速拆卸、组装和运输;设备的集成度高,各处理模块布置紧凑,占地面积小,整套设备的布置安装方式对于国产设备的研发制造具有很好的借鉴、参考价值。②设备缺点。未设置热能回收利用系统,不能充分利用高温烟气等产生的余热;陶瓷过滤器滤下的粉尘直接进入出料系统,可能存在粉尘不达标问题;出料皮带搭建得较高且未封闭,若加水降尘措施不到位,可能会产生扬尘问题。
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: d# B8 [; L9 r0 M4.2.2 上海宝山某化工污染场地修复项目, B1 c$ |* Z! [
/ j4 H3 P( ?9 M1) 项目概况。原厂创建于1958年,主要生产苯甲腈、苯代三聚氰胺、松香树脂等物质。场地污染土方量为9 612.5 m3,土壤主要为黏土,土质松散湿润。主要污染物包括:乙苯、萘等VOCs;苯并(a)蒽、苯并(a)芘、总石油烃类等SVOCs。对于SVOCs、SVOCs+VOCs高风险污染土壤均采用异位间接热脱附工艺,污染土壤修复后合格进行原位回填处置。. b2 r! v" b5 O$ X, x! b2 V
/ I% ~5 G W7 Q5 J2) 热脱附设备概况。本套间接热脱附设备利用生物质作燃料,设备额定处理量为4 t·h?1。主要技术工艺路线为:经过破碎、筛分、调节含水率(≤20%)等预处理后的污染土,由进料设备投入至热脱附回转窑内完成热解脱附过程,清洁土壤经冷却输出装置排出。热解脱附尾气首先进入三相分离系统中,通过喷淋洗涤的方式,对粉尘及有机污染成分进行洗脱,不凝气则通过气液分离器进一步脱水后,进入热解气无害化区。用于加热的烟气经回转窑换热后温度降至200~300 ℃,接下来通过喷淋洗涤塔净化,最终达标排放。喷淋下的污水则排放到循环水处理系统中进行处理。工艺路线如图8所示。经检测,本套间接热脱附设备处理后的有机污染土壤,均达到了修复目标值,且尾气达标排放。& w1 X) T7 E- J- k& [% T
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3) 设备优缺点分析。①设备优势。热能利用效率高,设计安装了无烟化及热能回收利用系统,可充分利用余热,降低了设备整体能耗和运行成本。同时,两段炉的设计可降低燃烧炉热损失,有效提高了热能利用率;设备的中控系统较为完善,自动化程度较高,设置了预警、报警、数据采集等控制系统,可及时了解掌握设备运行状态;采用生物质作燃料,供给系统所需热能的方式比较新颖,符合可持续发展的要求,也给国产设备的研发提供了新的发展思路,可考虑设置多能源的热能供给系统。②设备缺点。设备集约化程度较低,各模板布置较为分散,占地面积大,不利于快速安装、运输;作为国产化设备,连续运行稳定性不足的特点较为突出;生物质燃料燃烧后的尾气是否需要进一处理,例如添加除尘模块等,再经活性炭吸附排放,仍然有待商榷。
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( h) C" F# s2 H* F4.2.3 宁波市江东某污染场地修复项目6 a/ B" \$ u; R: V% \5 f3 n
5 P5 Y0 X* }; L3 H- A1) 项目概况。场地原址为宁波某农药厂,成立于1958年,主要产品有马拉松、杀螟松等有机农药,根据相关规划,于2004年8月全部停产。本项目土壤修复土方量为56 897 m3,间接热脱附处置污染土壤总方量为24 808 m3。场地土壤主要为回填杂土和粉质黏土,主要污染物包括:苯并(a)蒽、苯并(a)芘、苯并(b)荧蒽、联苯胺、六氯苯等。$ n( Y6 d- r$ Y( p
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2) 热脱附设备概况。本项目采用的间接热脱附设备为国内厂商生产制造,由3套热脱附单元并联组成,单套设备设计处理量为5 t·h?1。整套设备组成包括进料单元、出料单元、热脱附单元、冷凝单元、尾气处理排放单元、污水处理单元以及电气控制单元等。* \/ H/ V a' i) X" o
+ D7 b0 K' b* x7 B6 _; Y% ?预处理后的污染土壤先后经一级脱附室、二级脱附室进行间接加热,清洁土壤则经加水降温后出料。高温热脱附气通过喷淋冷却降温,冷凝后的含泥、油及其他沉淀物进行油/水分离,污水经处理洁净后被回用至喷淋冷却装置。不凝气经活性炭过滤后再送燃烧室高温分解,确保排放达标。主要工艺路线如图9所示。* u: ?, i1 A4 c% \
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经现场检测,本套间接热脱附设备处理后的有机污染土壤均达到了修复目标值,且尾气达标排放。
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3) 设备优缺点分析。①设备优势。模块化、集成化程度较高,所有主体单元都集成在相应的框架内,同时设备可拆分成几个集装箱组装运输到特定场地,再组装成一个整体,10 d左右即可完成组装,进行现场调试;热能利用效率较高,采用两级脱附室的设计,加热烟气与污染土壤采用逆向运行的换热方式,都可有效提高热能利用率;设计处理量大,单套热脱附单元处理量为5 t·h?1,3套并联的热脱附单元并联使用,总处理量达15 t·h?1。该套设备也是目前国内应用并联设置套数最多的热脱附设备之一。②设备缺点。作为自主研发设备,连续运行稳定性有待提高;整套设备未设置热能回收利用系统,不能最大程度地利用余热;污水处理模块集约化程度较低,占地积较大;用于加热窑体的烟气未经任何处理直接排放,可能存在不达标问题。; D! Q9 h$ c* D! G+ ]1 Q
- F" C u- O! `9 `- B% ?# X: ]5. 异位热脱附设备应用选择4 ]' M( S `+ G- u$ O X
/ c& \$ x5 Z4 x' g% R) V通过对以上应用案例的处置效果分析可以看出,异位热脱附技术在有机类污染场地土壤修复中应用效果良好。但该技术不适合用于处理无机物污染土壤(Hg除外),也不适合处理腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂,否则会损坏处理单元。另外,在应用该技术时,高黏土含量或湿度会增加处理费用,透气性差或黏性土壤由于会在处理过程中结块而影响处理效果。同时,热脱附技术处置成本较高,且处理温度越高,能耗越大,操作费用也相应提高,并且对土壤粒径分布、含水率也有一定的要求。. l. p4 @% M# B$ N0 @$ M
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尽管如此,热脱附技术对有机类污染土壤的修复效率、安全性、修复成本及工期方面仍具备一定的优势,在未来一段时间内,其应用前景依旧广阔。表3为直接热脱附和间接热脱附的优缺点对比结果,在实际修复施工时,须综合考虑修复项目的施工工期、目标污染物和土壤理化性质以及工艺成熟度等因素选取相应处理方式。
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6. 异位热脱附技术设备理论研究和发展建议
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5 F e% N; e7 F( [6 \目前,国内针对异位热脱附技术开展的研究主要基于小试或中试规模设备,且集中于对热脱附效率的关键影响因素和尾气处理技术的探索研究,但研究的深度和广度不足,虽然对于热脱附技术发展具有一定意义,但对该技术的实际应用及推广作用却有限。同时,通过异位热脱附技术设备在我国的发展概况和应用案例的分析可以看出,国内应用的主流设备,其主要的技术工艺路线大致相同,只是可能会根据具体项目特点、要求增加或减少某一模块,而且经热脱附处理后的土壤、尾气基本都能达到相关标准要求。但是,不同设备之间的运行稳定性、能效水平、模块化程度、集成化程度、可移动性等方面仍差别较大,从而使得设备的实际处理能力、资金成本和适用范围等也不尽相同。我国的相关高校、科研院所及企业须在已有工程实践的基础上,进一步调研、学习、总结国内外热脱附技术应用的丰富经验,深入开展基础理论研究,夯实基础,并积极开展设备自主研发,推动异位热脱附技术在我国污染场地修复中的应用。
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! J, i+ D1 z1 m; s: g针对目前我国在用热脱附技术与装备普遍存在的修复能力不足、能效水平低、二 次污染物生成机制认识不清等问题,结合国内场地修复项目周期短、污染情况复杂、修复土方量大、资金有限等情况,对异位热脱附技术与设备研究发展方向提出以下建议。
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6.1 基础理论研究建议
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1) 深入开展热脱附技术基础性理论研究,如高温条件下土壤有机污染物固-液-气界面行为及关键影响参数研究、典型污染物的迁移转化规律及控制条件研究、黏性土壤调理及其对典型有机污染物热脱附的作用机制研究等,为该技术应用发展夯实理论支撑。% E! ]5 u; d. O# ~5 U; ?5 @; L
& g% P7 E F! ?' b2) 开展直接/间接加热单元中土壤传热传质特性研究,揭示热脱附过程的传热传质机理,得到不同含水量和污染程度的土壤导热系数、水分析出速率及热脱附速率等传热传质参数和关键位置的温度值。同时,针对不同有机污染土壤,通过实验研究和数值模拟等手段研究加热单元关键结构(加热单元直径、长度和布置倾角)设计和运行参数(转速及进出料速度等)与容积利用率的关系,探究加热单元内扬料板等关键部件的结构和布置对土壤传热和污染物脱附效率的影响。6 w u( Q8 g1 P$ ?, H- d
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3) 探索热脱附过程二次污染控制机理,获得直接热脱附关键环节(加热单元、急冷和除尘)有机污染物沿程气-固相分布,研究土壤间接热脱附尾气经喷淋冷却后有机污染物的迁移规律,探明喷淋冷却对不同有机污染物捕集的适用条件,分析喷淋水温、循环水量等因素对尾气中污染物在固-液-气三相间的迁移行为影响,获得有机污染物在直接/间接热脱附尾气净化单元沿程分布特性。同时,对比分析螺旋出料和回转窑出料方式对粉尘的抑制效果,降低出料过程中扬尘的产生量。
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9 J) x) w% w6 B0 }4 ]! j) L% M4) 探索多种修复技术组合的方式,开展多途径耦合联用。例如热脱附耦合化学氧化技术,先通过异位热脱附把污染物由高浓度,降低到低浓度(还没达到修复目标值),再在螺旋出料装置中加入氧化药剂,利用化学氧化技术将污染物彻底降解[60]。$ a. Z/ k( I4 d( H/ ?+ Q
0 V+ [# i) D% d' p/ X# v+ j6.2 设备发展建议
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1) 提高设备的模块化程度。每个处理单元进行模块化设计,便于拆卸组装,并可根据项目实际需求添加或减少某一处理模块,扩大设备实际适用范围。
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2) 提高设备的集成化程度和可移动性。采取紧凑型集成设计,减小设备占地面积,降低基建成本,同时,增加各处理模块的可移动性,缩短建设及运输时间,满足国内快速施工的需求。
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3) 提高设备的智能化程度。完善发展自动控制、监测等智能系统,便于对设备运行情况进行实时监测、控制,提高工作效率,降低人工成本。4 R5 b" P% H' f( r9 B' H5 u" l
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4) 提高设备处理能力和运行稳定性。可采取多套热脱附处理单位并联的设置方式,提高单位时间的处理能力;同时,需在参考借鉴的基础上,研发生产更为专业化的设备、部件,降低故障率,增强运行稳定性。
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5) 发展余热回用技术,提高热能利用率。通过添加热能回收利用模块,对直接热脱附设备的二燃室高温烟气、间接热脱附设备加热烟气等进行余热回用,提高热效率;可发展优化两段窑式设置方式,充分利用热能,降低设备运行成本。5 F0 b2 l, o' i. R. a9 V
- N2 d2 u- O' y& w/ g6) 探索研发多能源供给式设备。探索研发天然气、电、燃油、生物质等多能源供给型热脱附设备,扩大设备对不同场地条件、施工要求的适用性。
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