燃气热脱附技术在某有机污染场地的中试应用

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DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2015.01.038

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燃气热脱附技术在某有机污染场地的中试应用

梅志华刘志阳王从利臧常娟

（江苏大地益源环境修复有限公司江苏南京２１０００２）

摘

针对某化工厂原址的有机污染场地，我公司要：

采用新型的燃气热脱附技术对有机污染土壤进行修复。中试结果表明：系统运行1个月后，主要污染物的去除率达到99%。该中试的实施证明了燃气热脱附技术是一项效果较好的修复技术，为今后类似有机污染场地的修复提供了工程和技术经验。

燃气热脱附；粘性土；有机污染物；原位修复关键词：

近年来，因产业结构调整造成污染企业搬迁，大量的污染场

地被遗留在城区，带来严重的环境风险，同时也制约了城市建设和发展。与其他类型的土壤污染相比，城市工业场地具有污染物浓度高、污染深、空间变异大、土壤和地下水可能同时存在污染等特点［１］。在中国江南地区，经济条件发达，使得城市建设和污染场地之间的矛盾尤为突出，但江南以粘性土为主，土壤的低渗透性和复杂性制约了一些修复技术的应用。

针对上述情况，我公司从美国ＧＥＯ公司引进了其公司专有的燃气热脱附技术，并成功应用于苏州某有机污染场地。

加热目标修复区域，使得土壤温度升高到目标温度；在加热过程

中，土壤中的污染物从土壤中解吸出来，形成含污染物的蒸汽，此时用双相抽提将含有污染物的地下水和蒸汽提取至地表，然后进入后续的尾气治理设备，并对分离出来的水和气做进一步处理，达标排放。

ＧＴＲ技术采用间接加热方式加热土壤，利用热传导使修复区域土壤升温到目标值。对于任何土壤类型，土壤热导率仅仅在一个很窄的范围内变化，所以ＧＴＲ技术能适用于任何土壤。在国际上，ＧＴＲ技术已被广泛地成功应用于各种场地去除各种有机污染物。

2场地情况

修复深度达到１８ｍ，污染因子本中试场地修复面积为１００ｍ２，

为苯和氯苯，苯的最大污染浓度达到４２．６９ｍｇ／ｋｇ、氯苯的最大污染浓度为８９７ｍｇ／ｋｇ。

根据地质资料和污染数据，并结合目标污染物的理化性质，分析本次中试具有以下特点：（１）本场地地下水埋藏很浅（地表以下１．０ｍ￣１．５ｍ），地下水丰富；污染深度１８ｍ内自上而下分布有填土、粘土、粉质粘土、粉土、粉质粘土五个工程地质层，土层分布较为复杂。（２）表层土壤中局部分布有残留建筑基础，对原位修复工程实施造成了一定难度。（３）本场地土壤污染程度较为复杂，目标污染物包含了ＶＯＣｓ（苯和氯苯）以及ＮＡＰＬ，而且分布不均匀。

1燃气热脱附技术简介

热脱附是通过直接或者间接的热交换，加热土壤中有机污染

物组分到足够高的温度，使其蒸发并与土壤介质相分离的过程。热脱附技术适用于处理土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药和高沸点氯代化合物，具有能应用于各种类型的土壤且修复后土壤性质不改变等优点，特别适用于存在ＮＡＰＬ（Ｎｏｎ－Ａｑｕｅｏｕｓ

［２－４］

ＰｈａｓｅＬｉｑｕｉｄ）或重度有机物污染场地。热脱附技术实现工程化应用主要有三种方式：异位炉式热脱附技术，热传导加热（ＴＣＨ）和原位电阻加热（ＥＲＨ）。而燃气热脱附（ＧＴＲ）技术属于热传导加热的一种，包括原位（Ｉｎ－ｓｉｔｕ）和异位（Ｅｘ－ｓｉｔｕ）两种方式。

原位燃气热脱附技术可分为两个过程：热解吸过程和抽提过程。其整个工艺过程描述如下：在燃烧器中通入天然气或液化石油气，同时通过抽风机产生的负压吸入清洁空气，二者在燃烧器内混合后点火燃烧，产生高温气体；将高温气体注入加热井中，并使其在井内往返流动；高温气体间接加热土壤，通过热传导方式

3工艺设计

分布及场地水文地质条件，并通过综合考虑污染物的特性、

计算机模拟来辅助设计。最终确定的工艺参数如下：（１）目标温度为１００℃；（２）加热井的间距为２ｍ，井的深度为１８ｍ。（３）每个燃烧器控制一个加热井。

另外，ＧＴＲ还有抽提系统，包括ＳＶＥ井，水平ＳＶＥ管道和双相抽提井。通过在土壤中形成的真空来抽提产生的土壤蒸汽和地下水。其中ＳＶＥ井邻近加热井，并共用一个钻井井位，用于系统运行早期抽提加热井周围的污染蒸汽，待双相抽提井发挥作用后就关闭；水平ＳＶＥ管位于地下０．５ｍ，在系统运行的中后期开启，用于抽提逃逸上来的土壤蒸汽，避免其进入大气。

温度测点位于冷点位置，定时监测，以确保整个修复区域的整体加热。压力监测点将测量和监控地面下的压力状况，以保证地面以下处于负压状态，避免土壤蒸汽逃逸到大气中。

科

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4修复工程实施

修复工期为６０天，自２０１３年１０月８日正式开工，１１月４日所有设备安装结束并进行调试，１１月５日系统正式运行，１２月８日系统停止，并提出验收申请。业主和环境监理于１２月１２日进行土壤验收取样。

图1原位燃气热脱附技术原理图2原位燃气热脱附系统运行

《资源节约与环保》２０１５年第１期

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表1

修复前后土壤中污染物浓度对比

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5数据监测与结果分析

5.1温度数据监测

中试的关键参数为温度，故本系统建立一套监测体系来对温度进行监测。

在修复过程中，对土壤的冷点位置进行温度测量。冷点位于三口加热井所形成的三角形的中心位置。土壤中温度利用监测井中的Ｋ型温度线测量。系统运行时，热量通过传导方式从加热井传出，这样，温度在不同的地点以不同的速度升高。靠近加热井的温度升高最快，而三口井之间的冷点位置则升温最慢。系统运行时间是由冷点位置达到目标温度及保持该温度所需的时间决定的。当冷点温度达到目标温度时，修复区域内大部分土壤已在目标温度下加热了更长的时间，可以确保修复效果。

每口温度监测井中放置４根Ｋ型温度线，深度分别为１ｍ，６ｍ，１２ｍ和１８ｍ，用来检测不同深度的土壤温度。5.2土壤温度变化及分析

ＧＴＲ技术主要通过升高土壤温度以提高污染物的挥发率来达到土壤修复效果，因此，土壤温度是处理效果的一个重要指标。在中试过程中，土壤的温度变化通过４口分布在场地四角的温度监测井来测量，４个温度点升温曲线见图３。

４个温度监控点在不同深度的温度监测值随时间变化曲线和模型曲线对照分析可见：在４个温度测点，所有深度都显示了和模型大致相同的温度趋势。在多数的温度读数中，土壤升温速率随深度增加而降低。这是由于１ｍ的含水率比６ｍ低，较低的含水率有助于提高温度，减少能耗。１２ｍ和１８ｍ都处于地下水位以下，因而升温速率相对较慢。而且地下水的流动也可能增加能量被带走的损耗。在１８ｍ的深度里，热量还会因为向更深的土壤扩散而损耗。

修复前，土壤中含有大量ＮＡＰＬ，属于重度污染。而在修复后的土壤中看不到该类污染物，且无异味。修复后的土壤和地下水污染程度都明显减轻。

6结语

６．１本次中试证明ＧＴＲ技术能有效的原位修复中试区域内苯和氯苯污染的深部粘性土壤。根据业主提供的验收结果可知：经ＧＴＲ技术修复后，－３ｍ处的采样点苯浓度＜０．０５ｍｇ／ｋｇ（未检出），氯苯浓度０．１４ｍｇ／ｋｇ；－９ｍ处的采样点苯浓度＜０．０５ｍｇ／ｋｇ（未检出），氯苯浓度０．１５ｍｇ／ｋｇ，均远低于修复目标值，苯和氯苯的去除率在９９％以上。

６．２本次中试证明ＧＴＲ修复技术可以在短期内达到修复目标，能满足客户对项目的时间要求。

６．３本次中试证明ＧＴＲ技术具有良好的性价比。大部分设备和管道都可以重复利用，而且通过在系统运行过程中对系统参数的检测和不断的优化，可以在确保达到修复目标的前提下，尽可能降低成本。

６．４修复工程不影响后期开发建设。通过中试项目的撤场后情况可以看出，我方的中试区域基本保持原有状态。原位燃气热脱附技术没有向土壤中加入药剂，对土壤性质没有太大改变，不影响土壤的承载力，对后续的开发建设不会造成影响。参考文献

［１］李玉双，胡晓钧，等，城市工业污染场地土壤修复技术研究进展，安徽农业科学，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｈｕｉＡｇｒｉ．Ｓｃｉ．２０１２，４０（１０）：６１１９－６１２２．

［２］ＥＰＡ，ＡＣｉｔｉｚｅｎ＇ｓＧｕｉｄｅｔｏｉｎＳｉｔｕＴｈｅｒｍａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔ，５４２－Ｆ－１２－０１３，２０１２．

［３］ＥＰＡ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰａｐｅｒ：ＩｎＳｉｔｕＴｈｅｒｍａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：ＬｅｓｓｏｎｓＬｅａｒｎｅｄ，２０１４．

［４］ＧｅｏｒｇｅＬ．ＳｔｅｇｅｍｅｉｅｒａｎｄＨａｒｏｌｄＪ．Ｖｉｎｅｇａｒ，ＴＨＥＲＭＡＬＣＯＮ－

工

业节能技术

图3温度监测点升温曲线

5.3修复效果

经过第三方检测，修复后土壤中苯和氯苯的检出值均远低于修复目标值，达标率１００％，去除效果显著。对比业主提供的修复前土壤污染物数值和验收采样的土壤污染物数值可知：在－３ｍ深度，苯的去除率为１００％，氯苯的去除率为９９．５％；在－９ｍ深度，苯的去除率为１００％，氯苯的去除率为９９．９％见表１。

ＤＵＣＴＩＯＮＨＥＡＴＩＮＧＦＯＲＩＮ－ＳＩＴＵＴＨＥＲＭＡＬＤＥＳＯＲＰＴＩＯＮＯＦＳＯＩＬＳ，ＲｅｐｒｉｎｔｅｄｗｉｔｈｐｅｒｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍＨａｚａｒｄｏｕｓ＆ＲａｄｉｏａｃｔｉｖｅＷａｓｔｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＨａｎｄｂｏｏｋ，Ｃｈ．４．６－１，Ｏｈ，ＣｈａｎｇＨ．（Ｅｄ．）Ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ２００１．作者简介

梅志华（１９７８—），男，江苏南京人，从事污染场地调查与修复工程工作。

《资源节约与环保》２０１５年第１期

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