热强化气相抽提法在某有机污染场地的中试应用

0 引言

土壤气相抽提 (soil vapor extraction, SVE) 已发展成为一种标准的环境修复技术, 被美国环保局列为“革命性技术”大力倡导应用[1]。据统计, 美国1982-2005年间的977个超级基金场地中, 有248个采用气相抽提技术修复场地, 其数量和土壤体积均列首位[2]。影响SVE技术应用的因素主要包括气相抽提的流量、污染物质饱和蒸气压、土壤渗透率等, 其中, 土壤渗透率是影响气体在土层中迁移的关键性参数, 因此传统的气相抽提技术并不适用于平均孔径和渗透率较低的黏性土壤[3]。近年来, 研究人员不断改进SVE技术, 研究出热强化SVE技术、空气注射SVE技术、SVE-生物通风复合技术等[4,5], 提高了SVE技术的修复效果。其中热处理强化 (thermal enhancement, TE) 是一种被认为具有极高应用潜力的SVE强化技术[6]。但在我国诸多强化SVE的技术研究中, 热强化SVE技术的报道并不多见, 本论文通过某污染场地的中试介绍, 利用热强化SVE, 分析土壤中温度的变化, 探讨热空气注入对SVE的影响, 以期为热强化SVE修复技术的工程应用提供依据。

1 技术概述及部分案例

热强化SVE技术 (Thermal Enhanced SVE) , 即联合使用土壤加热和土壤气提技术, 通过提高半挥发性有机物和挥发性有机物的蒸汽压, 来加强蒸汽抽提效果。其所使用的加热方法包括:电波加热、微波加热、热空气注入、蒸汽注射等等, 可去除常规SVE技术不能清除的低挥发性有机物或半挥发性有机物。

国外研究人员曾进行过试验, 将传统SVE方法和热强化SVE法进行对比。某污染场地使用SVE法处理过一段时间, 效果不佳。随后, 使用加热强化SVE法进行处理。通过两种方法对含氯挥发性有机物 (CVOSs) 的去除速率和去除率数据的对比, 发现热强化SVE法明显优于传统SVE方法。通过加热, 移除了数年SVE处理仍未去除的DNAPL (重质非水相液体) [7]。

2 中试情况

2.1 中试设计

本中试的目标场地为一家搬迁的化工厂, 目标污染物为甲苯和二甲苯, 修复工艺为异位SVE技术, 在修复过程中, 发现对于场地内重污染土壤, 采用常规SVE方式无法达标, 故采用热强化SVE方式处置, 具体施工流程是:重污染土壤共200方, 开挖后送至治理区进行预处理, 然后埋管进行异位处置, 处置方式是将空气经电加热器加热后, 鼓入待治理土堆的同时进行气相抽提, 尾气进入活性炭吸附罐, 处置后的土壤等待检测验收。

2.2 中试设备

2.3 中试流程

2.3.1 土壤预处理

污染土壤进行堆置之前需进行预处理, 将粒径较大的粗颗粒用ALLU斗进行筛分后再混合堆放。

2.3.2 土壤堆置及热处理设备安装

预处理后的污染土被堆成1堆, 按照长20米、宽8米、高约1.5米的规格进行堆放。土壤堆放方式由下至上分别为:混凝土地面、污染土堆、玻璃棉保温层、防雨布。

采用DN50的铁管作为异位热增强SVE的进、出气管, 而进、出气管的总管直径则为DN100。位于土堆内的钢管壁上钻有直径2毫米的气孔, 在钢管四周包裹50目的过滤网。进气管水平铺设于土堆内部0.6米和1.2米高处, 每层平均分布10根, 每两根进气管之间竖直安装两根出气管。进气管裸露端包裹保温材料。

2.3.3 热通风

送风温度将控制在60-120℃之间, 并可调节;系统运行时间为一个月, 控制土堆进气量为250立方米/小时, 系统持续运行, 进气及抽气管道的控制流速为15m/s。空气由鼓风机推动进入最大功率为75KW的空气电加热器进行加热后进入土壤堆, 进气温度最终为120℃, 并用温度检测计对土壤温度进行现场监测。一段时间的运行后, 靠近进气管的土壤温度也接近120℃, 随着与进气管距离的增加, 土壤所能达到的温度在下降, 但最终最低点的温度也达到60℃。

2.3.4 尾气处理

尾气经出气管收集后进入冷却器, 使尾气温度降至30℃以下。冷却器排出的气体依次进入气液分离罐和活性炭吸收塔后排出, 气液分离罐的冷凝液也收集后进入废水处理系统进行处理。

2.3.5 尾气现场监测

处理系统运行过程中, 每天对土堆中挥发性污染物浓度、尾气浓度进行监测。每天采集一个土样, 用PID检测其中的挥发性目标有机物浓度, 根据浓度的变化确定处理的效果。使用在线监测设备对排放的尾气进行监测, 并及时调整运行参数, 以确保尾气达标排放。

3 效果分析

修复过程结束后, 从土堆中取2个土样, 检测其中的目标污染物, 将检测结果与修复标准进行比较, 以评价是否达到修复要求。

修复土壤中污染物类别、最高浓度、平均浓度和修复标准如下表所示:

从表中可以看出, 该场地重污染土壤经过热强化SVE技术治理后, 远远低于规定的修复标准, 达到居住用地的要求。

4 结语

4.1 采用常规气相抽提技术时黏土中挥发性有机污染物扩散缓慢, 辅以热处理强化方法后随着热处理时间的延长, 污染物挥发速率也逐步增大, 有利于难去除有机污染物的去除。

4.2 土壤与固定热源的距离一定程度上影响着受热的温度。接近热源的土壤温度超过水沸点。随着与热源距离的增加, 土壤所能达到的最大温度在下降。

4.3 在工程应用中, 可以根据土壤方量、土壤含水率以及污染物的浓度来选择加热功率。加热时间也可以根据对尾气的检测来控制, 尾气中污染物浓度较低时, 即可停止加热。

摘要：气相抽提 (SVE) 是目前有机污染修复中广泛应用的一种治理技术, 但有其局限性, 我公司在某有机污染场地针对其中的重污染土壤, 开展热强化SVE修复工程, 考察热强化SVE技术对此类污染场地的修复效果。结果表明:经过1个月的修复, 重污染土壤中甲苯、二甲苯两种目标污染物完全达标, 通过加热有效提高了土壤中苯系物的去除效率, 为类似工程的开展提供参考依据。

关键词：挥发性有机污染物,热强化,气相抽提,异位

参考文献

[1] U.S.Environmental Protection Agency (EPA) .1991a.Soil Vapor Extraction Technology:Reference Handbook Cincinnati, OH:Office of Research and Development.EPA/540/2-91/003.

[2] U.S.Environmental Protection Agency (EPA) .Treatment Technologies for Site Cleanup:Annual Status Report (12th) (EPA-542-R-07-012) [R].Washington DC:Office of Solid Waste and Emergency Response, 2007.

[3] 李鹏, 廖晓勇, 阎秀兰, 崔骁勇, 马栋热强化气相抽提对不同质地土壤中苯去除的影响.环境科学, 2014, 35.

[4] 刘少卿, 姜林, 李艳霞等挥发及半挥发有机物污染场地蒸汽抽提修复技术原理与影响因素[J].环境科学, 2011, 32 (3) :824-833.

[5] U.S.Environmental Protection Agency (EPA) .Analysis of Selected Enhancements For Soil Vapor Extraction:office of Solid Waste and Emergency Response (5102G) .EPA-542-R-97-007.

[6] Poppendieck D G, Loehr R C, Webster M T.Predicting hydrocarbon removal from thermally enhanced soil vapor extraction systems 2.Field study[J].Journal of Hazardous Materials, 1999, 69 (1) :95-105.

[7] John M.Bierschenk, John La Chance, Jim Galligan, etc.Thermally Enhanced Soil Vapor Extraction Closing DNAPL Sites–Case Studies.