文_李陽 裴曉輝 龍智勇 周洋 王妙 中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司

土壤是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，關(guān)系人民群眾身體健康，關(guān)系美麗中國建設(shè)，保護好土壤環(huán)境是推進生態(tài)文明建設(shè)和維護國家生態(tài)安全的重要內(nèi)容。土壤污染修復(fù)技術(shù)的研究起步于20世紀70年代后期，中國的土壤污染修復(fù)技術(shù)研究起步較晚，“十五”期間被列入了高技術(shù)研究規(guī)劃發(fā)展計劃，但是目前研發(fā)水平和應(yīng)用經(jīng)驗都與美、英、德、荷等發(fā)達國家存在相當(dāng)大的差距。

2016年5月28日，《土壤污染防治行動計劃》由國務(wù)院印發(fā)并開始實施，要求通過開展土壤污染治理與修復(fù)試點示范，在土壤污染源頭預(yù)防、風(fēng)險管控、治理與修復(fù)、監(jiān)管能力建設(shè)等方面探索土壤污染綜合防治模式，逐步建立我國土壤污染防治技術(shù)體系。

1 土壤熱脫附技術(shù)簡介

土壤污染的主要來源為重金屬污染和有機物污染，相關(guān)治理與修復(fù)技術(shù)包括：植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、穩(wěn)定化固化技術(shù)、淋洗技術(shù)、氧化—還原技術(shù)、熱脫附技術(shù)、氣相抽提技術(shù)、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)、阻隔填埋處理技術(shù)、可滲透性反應(yīng)墻處理技術(shù)等。

熱脫附技術(shù)是通過直接或間接熱交換，將污染介質(zhì)及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度，以使有機污染物從污染介質(zhì)上得以揮發(fā)或分離的過程。根據(jù)加熱所達到的溫度可分為低溫?zé)崦摳郊夹g(shù)(90～320℃)和高溫?zé)崦摳郊夹g(shù)(320～560℃)。

熱脫附可通過調(diào)節(jié)加熱溫度和停留時間等方式有選擇地將污染物從一相轉(zhuǎn)化為另一相，在修復(fù)過程中一般并不出現(xiàn)對有機污染物的破壞作用。通過控制熱脫附系統(tǒng)的溫度和污染土壤停留時間有選擇地使污染物得以揮發(fā)，并不發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)。

熱脫附技術(shù)的顯著優(yōu)點是操作處理效果好、管理方便，其修復(fù)費用受溫度和土壤滲透性等因素的影響。熱脫附技術(shù)可以處理那些受揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機污染物（如石油烴、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯）和汞污染的土壤，不適用于無機物污染土壤（汞除外），也不適用于腐蝕性有機物、活性氧化劑和還原劑含量較高的土壤。

熱脫附技術(shù)處理周期為幾周到幾年，國外對于中小型場地（2萬t以下，約合26800m3）處理成本約為100～300美元/m3，對于大型場地（大于2萬t，約合26800m3）處理成本約為50美元/m3。國內(nèi)處理成本約為600～2000元/t，目前國內(nèi)已有少量工程應(yīng)用，但是處理技術(shù)有待成熟。

2 技術(shù)應(yīng)用案例

2.1 場地土壤污染情況

澧縣原青云香料廠于1996年開始生產(chǎn)，主要產(chǎn)品為水楊醛，副產(chǎn)品為鹽酸，生產(chǎn)工藝為鄰甲酚、三氯氧磷、氯氣合成。該項目生產(chǎn)過程中未采取有效的環(huán)境保護措施，生產(chǎn)產(chǎn)品和原料直接堆放在廠區(qū)，大量有毒有害的有機生產(chǎn)廢渣和有機化學(xué)衍生品直接傾倒進入廠區(qū)前面池塘中，對當(dāng)?shù)赝寥涝斐蓢乐匚廴荆⑶椅廴镜叵滤?006年，澧縣原香料廠被當(dāng)?shù)貓?zhí)法部門依法關(guān)停。澧縣原香料廠雖被關(guān)停，但是場地廢渣和污染土壤一直存在，項目規(guī)劃用地類型為商業(yè)與綠化用地。

根據(jù)場地內(nèi)土壤檢測結(jié)果顯示：場地內(nèi)土壤中2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚、苯并（a）芘、茚并[1,2,3-cd]芘最大含量分別達285.26mg/kg、54.78 mg/kg、3.06mg/kg、10.19mg/kg；最大超標倍數(shù)分別為7.13倍、13.70倍、15.30倍、16.98倍。同時檢測顯示，場地污染中心處地下水五氯酚超標3.37倍，以上超標物質(zhì)均屬于半揮發(fā)性有機物。場地環(huán)境污染污染的風(fēng)險評估結(jié)果顯示2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚、苯并（a）芘、茚并（1,2,3-cd）芘四種物質(zhì)在土壤中致癌風(fēng)險值分別為：1.28×10-5、9.29×10-6、9.53×10-6、3.17×10-6、3.48×10-6均超過了10-6，存在致癌風(fēng)險。

廠區(qū)污染土壤0～2m、2～4m、4～6m各層次污染土壤面積，自上而下分別為2339m2、1971m2、1734m2，根據(jù)厚度計算得廢渣與污染土壤總體積為12088m3。

參考通過風(fēng)險評價計算，在滿足法律法規(guī)要求下，充分考慮經(jīng)濟和技術(shù)的可行性，最終確定該場地污染修復(fù)目標建議值為：2,4,6-三氯苯酚62mg/kg、五氯苯酚12.46mg/kg、苯并（a）芘0.3mg/kg、茚并[1,2,3-cd]芘0.9mg/kg。

2.2 熱脫附處理工藝設(shè)計

澧縣原青云香料廠土壤污染治理工程設(shè)計污染土壤處理能力為10m3/h，污染土壤經(jīng)過預(yù)熱處理、粉碎/過篩、回轉(zhuǎn)窯熱脫附處理檢測達標后回填。過程中產(chǎn)生的有機廢氣，經(jīng)過廢氣處理設(shè)備處理后達標排放。整個熱脫附流程均處于密閉環(huán)境，防止有機廢氣泄漏熱。項目熱脫附工藝流程圖具體如圖1所示，熱脫附主要設(shè)備與參數(shù)如表1所示。

圖1 熱脫附流程圖

2.2.1 污染土壤的預(yù)熱處理

本項目部分污染土壤含水率較高，不便于破碎和篩選，因此首先進行預(yù)熱處理，除去水分和部分有機物質(zhì)，溫度≥120℃，停留時間大于10min，含水率小于10%，預(yù)熱過程產(chǎn)生的廢氣進入廢氣處理設(shè)備處理后達標排放。

2.2.2 污染土壤的粉碎/過篩

污染土壤預(yù)熱處理后的干燥土壤經(jīng)過錘式破碎機進行破碎，經(jīng)過粉碎后的污染土壤進行振蕩過篩，過篩直徑為2.0cm。篩中土塊、石塊和樹枝等雜物，超規(guī)格的經(jīng)過破碎后再次返回振蕩篩進行篩分。

2.2.3 回轉(zhuǎn)窯熱脫附

本項目熱脫附采用改進后的回轉(zhuǎn)窯進行熱脫附，在熱解吸過程中，對污染土壤進行不斷翻動，以便于有機物充分解吸出來。本項目主要污染物沸點最大值為茚并[1,2,3-cd]芘，溫度為497℃，設(shè)定解吸溫度大于或等于520℃，具體需根據(jù)現(xiàn)場實驗進行調(diào)整，以保證熱脫附后的土壤達到本項目修復(fù)目標。本地區(qū)已通天然氣，因此熱脫附供熱采用天然氣。即2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚、苯并（a）芘、茚并[1,2,3-cd]芘含量分別小于62mg/kg、12.46mg/kg、0.3mg/kg、0.9mg/kg。熱脫附停留時間10min左右，具體可根據(jù)現(xiàn)場實驗進行調(diào)整，處理能力為10m3/d。處理后土壤進行抽樣檢測，檢測達標后回填原場地，不達標則重新進出回轉(zhuǎn)窯處理。

表1 熱脫附主要設(shè)備與參數(shù)

2.3 廢氣處理工藝設(shè)計

本項目有機廢氣處理工藝采用“光催化氧化+活性炭吸附”的處理技術(shù)，廢氣處理工程如圖2所示。廢氣先由風(fēng)機管道收集后，送入堿洗滌塔內(nèi)將大部分氯化物氣體進行化學(xué)降解→PATTiO2設(shè)備分解氧化治理→活性炭吸附→風(fēng)機→經(jīng)15m煙囪達標排放。

圖2 廢氣處理工程示意圖

3 處理效果評估

2017年10月～2018年12月，澧縣原青云香料廠采用熱脫附技術(shù)對污染場地進行了治理。2018年12月18日，澧縣人民政府在澧縣主持召開了澧縣原青云香料廠廢渣及土壤修復(fù)工程效果評估報告專家評審會，對土壤修復(fù)工程進行全面評估，項目工程效果評估結(jié)果如下。

(1)熱脫附修復(fù)后不同區(qū)域不同深度土壤的2,4,6-三氯苯酚檢出最大值為0.21mg/kg，均小于修復(fù)目標值62mg/kg；不同區(qū)域不同深度土壤的五氯苯酚檢出最大值為0.13mg/kg，均小于修復(fù)目標值12.6mg/kg；不同區(qū)域不同深度土壤的苯并（a）芘均未檢出，均小于修復(fù)目標值12.6mg/kg；不同區(qū)域不同深度的茚并（1,2,3-cd）均未檢出，均小于修復(fù)目標值1.36mg/kg。

(2)場調(diào)階段污染最嚴重的地下水監(jiān)測點位監(jiān)測時段內(nèi)，各檢測因子均能滿足《地下水質(zhì)量標準》（GB/T14848-2017）Ⅲ類標準要求，特征污染物五氯酚在監(jiān)測時段內(nèi)未檢出，較場調(diào)階段的0.0394mg/L，大幅下降。因此，本工程對于該場地內(nèi)地下水環(huán)境改善有明顯的效果。

(3)本項目采用熱脫附處理技術(shù)對污染地塊土壤進行異位修復(fù)治理，通過清挖、熱脫附、回填、黏土壓實等工程措施，有效減少了污染土壤目標污染物，使其滿足審查意見所提出的修復(fù)治理目標，通過修復(fù)后的土壤可作為商業(yè)和綠化用地。

4 治理經(jīng)驗

本項目熱脫附技術(shù)對2,4,6-三氯苯酚、五氯苯酚、苯并（a）芘、茚并[1,2,3-cd]芘四種目標污染物有較好的去除效果，去除率均在95%以上；對污染土壤中基本所有揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機污染物均具有良好的處理效果，經(jīng)處理后大部分有機污染物已低于檢出限。受污染土壤經(jīng)過熱脫附設(shè)備處理后，從進料到出料只有約20min，處理速度快，處理完后土壤監(jiān)測即可達標。由于本項目熱脫附技術(shù)采用的是物理處理技術(shù)，無化學(xué)添加劑，無二次污染，處理后土壤除含水率降低外，無其他影響，可作為一般土壤利用。

本項目土壤含水率較高，余熱回用少，能耗總體較高，本項目有機物污染土壤熱脫附處理綜合單價在1000元/m3，處理成本中能耗費用占50%左右，因此有必要進一步提高熱量利用效率，從而降低單位處理成本。

根據(jù)本項目經(jīng)驗，采用異位熱脫附技術(shù)對受有機物污染的土壤進行處理，處理效果好、去除率高、處理周期短、對土壤性質(zhì)影響小，優(yōu)勢比較明顯。在優(yōu)化處理工藝，提高熱量利用效率后，可作為異位熱脫附技術(shù)案例進行的利用和推廣。