燃氣熱脫附技術修復有機污染場地研究與應用進展

摘要: 原位燃氣熱(re)(re)(re)脫(tuo)附是目(mu)前修(xiu)復(fu)(fu)有(you)機(ji)(ji)污染土壤最(zui)具(ju)潛(qian)力的(de)技(ji)術(shu)之一。在查閱文獻的(de)基礎上，結合國內外實際(ji)案例，系統(tong)梳理(li)了有(you)機(ji)(ji)污染土壤原位燃氣熱(re)(re)(re)脫(tuo)附修(xiu)復(fu)(fu)技(ji)術(shu)的(de)原理(li)、適用(yong)范圍、優缺點(dian)以及工藝施工流程(cheng)，對國內外燃氣熱(re)(re)(re)脫(tuo)附技(ji)術(shu)的(de)研究現狀和(he)工程(cheng)應用(yong)情況進行了對比分析，并對該技(ji)術(shu)的(de)發展趨勢和(he)應用(yong)前景進行了展望，以期為(wei)我國有(you)機(ji)(ji)污染土壤原位熱(re)(re)(re)修(xiu)復(fu)(fu)技(ji)術(shu)的(de)推(tui)廣和(he)應用(yong)提供參考(kao)。

附近年(nian)來，隨著(zhu)我國“退二進(jin)三”和“退城(cheng)進(jin)園”政策的(de)進(jin)一(yi)步落實(shi)，大批化工企業(ye)被迫搬(ban)遷、改造或(huo)關閉停產，導致大量有機污染場(chang)(chang)地(di)被遺留在(zai)城(cheng)市(shi)及其周邊地(di)區(qu)。這些污染場(chang)(chang)地(di)將(jiang)對(dui)人體健(jian) 康(kang)和生態環(huan)境造成嚴重危害，從(cong)而制約城(cheng)市(shi)的(de)建設與發展(zhan)。

 

原位熱脫附技術自 20 世紀 70 年代開始應用于有機污染場地的修復，其基本原理是通過加熱 提高污染區域的溫度，改變污染物的物化性質，增加氣相或者液相中污染物的濃度，從而提高液 相抽出或土壤氣相抽提對污染物的去除率。根據加熱方式不同，原位熱脫附技術可分為蒸汽強化 提取技術、電阻加熱技術和熱傳導技術等。其中，熱傳導技術因熱源不同又可分為電加熱和燃 氣熱脫附。原位熱脫附技術的優點在于無須挖掘和運輸污染土壤，二次污染相對可控，對低滲 透污染區、非均質污染區域具有較強的適用性和較好的修復效果。但原位熱脫附技術的修復周期 和修復效果具有一定的不確定性，主要取決于以下幾個因素：

1) 場地污染物類型和濃度、污染 面積或深度等；

2) 土壤中有機質的含量 ( 土壤有機質會使污染物吸附在土壤上，從而限制其蒸 發 )；

3) 場地水文地質條件 ( 如土壤含水率、滲透性、導熱性等 )；

4) 修復標準的選定 ( 某些地方標準會比國家標準的要求更為嚴格，如北京市規定氯苯在居住用地的篩選值為41 mg·kg − 1，而國家在 第一類建設用地規定的篩選值為68 mg·kg − 1)。 

燃氣熱脫附(fu) (gas thermal desorption, GTD) 是利用燃氣燃燒為熱源，通過熱傳導方式使(shi)得土壤溫 度(du)升(sheng)高，再將有(you)(you)機污(wu)染(ran)物(wu)解吸處理，以(yi)(yi)進一步(bu)處理廢水(shui)和廢氣。其(qi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)優勢(shi)在于燃氣便(bian)于運(yun)輸、 輸送方便(bian)；相比電加熱方式，對(dui)(dui)于場地基礎條件要求較低、啟動(dong)快速、運(yun)行靈(ling)活。歐美等發(fa)達 國家針對(dui)(dui) GTD 技(ji)(ji)術(shu)(shu)已有(you)(you)初步(bu)研究(jiu)和應(ying)用，而(er)國內(nei)仍處于起步(bu)階段。因此(ci)，有(you)(you)必要對(dui)(dui)國內(nei)外有(you)(you)關 GTD 技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)研究(jiu)現狀和工程(cheng)(cheng)(cheng)案例進行總(zong)結和分析，以(yi)(yi)期為我國污(wu)染(ran)土壤原位修(xiu)復領(ling)域的(de)科(ke)研及工 程(cheng)(cheng)(cheng)應(ying)用提供(gong)參考(kao)，推動(dong)我國 GTD 技(ji)(ji)術(shu)(shu)的(de)工程(cheng)(cheng)(cheng)化應(ying)用進程(cheng)(cheng)(cheng)。

 

1  燃氣熱脫附技術(shu)原理及工藝

 

1.1    基本(ben)原理

GTD 技術的原理如圖 1 所示。在燃燒器中，通入天然氣或液化石油氣，同時通過抽風機產生 的負壓將清潔空氣吸入，在燃燒器內混合，點火燃燒，產生高溫氣體。高溫氣體注入加熱井中， 通過熱傳導方式加熱目標修復區域，使得土壤溫度升高至修復目標溫度。在加熱過程中，污染物 從土壤中解吸出來或者發生裂解反應，此時借助氣相抽提 (soil vapor extraction，SVE) 將含有污染物 的蒸汽提取至地表，然后進入后續的尾氣治理系統，達到污染物去除的目的，最終實現達標排放。

1.2    系統組成

根據(ju)上述工藝原理(li)，整套 GTD 工藝主要(yao)包括(kuo) 4 個部分(fen)：燃料供應系(xi)(xi)統(tong)、加熱和抽提(ti)系(xi)(xi)統(tong)、輔 助(zhu)配套系(xi)(xi)統(tong) ( 包括(kuo)地(di)面保溫(wen)系(xi)(xi)統(tong)、監測系(xi)(xi)統(tong)、數據(ju)傳(chuan)輸系(xi)(xi)統(tong)、控制系(xi)(xi)統(tong)等 )、尾水尾氣(qi)處(chu)理(li)系(xi)(xi)統(tong)。

 

1) 燃(ran)(ran)(ran)料(liao)系統。GTD 技術采(cai)用管(guan)道輸送燃(ran)(ran)(ran)氣，燃(ran)(ran)(ran)氣管(guan)道上安裝有(you)調壓閥，確保進入燃(ran)(ran)(ran)燒器的燃(ran)(ran)(ran) 氣壓力滿足設備要求。

 

2) 加熱系統(tong)。加熱系統(tong)的設計關鍵是加熱井點(dian)布置(zhi)，須(xu)綜(zong)合(he)考慮污染(ran)物(wu)的濃度(du)、工(gong)期要求及(ji) 現(xian)場(chang)的平(ping)面(mian)布置(zhi)等(deng)因(yin)素。

 

3) 抽提系統。整個原位修復區域外設有防滲阻隔墻，確保區域外的地下水不會流入。抽提 系統一般設計為豎向 SVE 井和水平 SVE 管，通過在土壤中形成負壓來抽提加熱產生的污染氣體。抽提管的長度與加熱管一致，同時確保抽提范圍能覆蓋到整個修復區域。

4) 地面保溫系統。井管系統安裝完畢后，一般在表面覆蓋一層 25 mm 厚的隔熱材料和 25 mm 厚的混凝土用作隔熱層，然后再安裝燃燒器和地面管道等。設置混凝土隔熱層一方面可減少熱量 散失，并確保現場操作的安全；另一方面還可防止污染物擴散，避免運行時造成二次污染。

5) 溫度監測和傳輸系統。該系統在整個加熱過程中，對單個燃燒器的燃燒狀況、壓力以及土 壤中關鍵位置的溫度、壓力等參數進行實時監測和數據傳輸，從而實現對整個過程的實時監控。修復區域中的單個燃燒器可以單獨控制，也可以組合控制，以達到溫度梯度和能量消耗最優化。

6) 尾水尾氣處理系統。在加熱過程中，土壤中的污染物從土壤中解吸出來，形成含污染物的 蒸汽。含污染物的蒸汽被抽提井抽取至地表，然后進入后續的尾水及尾氣系統處理。尾水統一收 集輸送至現場污水處理站進行處理；尾氣統一收集輸送至現場尾氣處理站，經過一級氣水分離、 冷凝、二級氣水分離后，少量不凝氣體進入到蓄熱式氧化爐或燃燒室中完成徹底處理，最終達標排放。

1.3    施(shi)工(gong)流程

 

GTD 工藝施(shi)工流程主要包括：測量放線，施(shi)工現場(chang)準備(bei)及(ji)場(chang)地(di)平整，場(chang)地(di)封閉阻隔及(ji)降水， 加熱(re)和(he)抽提井建設(she)，設(she)備(bei)連接和(he)整裝調試，加熱(re)修復(fu)和(he)尾氣治(zhi)理；修復(fu)治(zhi)理驗收完(wan)成后，進行管 道和(he)燃(ran)燒器(qi)等的拆除(chu)，最終完(wan)成修復(fu)施(shi)工。施(shi)工過程特別(bie)注意以(yi)下 4 點。 

 

1) 加(jia)熱(re)井(jing)的(de)(de)間(jian)(jian)隔距(ju)離(li)(li)會直接影響污(wu)染物的(de)(de)去除效果，因此，加(jia)熱(re)井(jing)的(de)(de)間(jian)(jian)隔距(ju)離(li)(li)應合理經濟(ji)。根據已有工程經驗，一(yi)(yi)般(ban)設置為 1.5~4 m。確定(ding)加(jia)熱(re)井(jing)的(de)(de)間(jian)(jian)隔距(ju)離(li)(li)后(hou)，可(ke)根據污(wu)染區(qu)域(yu)的(de)(de)面積及 范圍進行(xing)加(jia)熱(re)井(jing)的(de)(de)布置。為抵消圍繞目(mu)標處理區(qu)周邊的(de)(de)邊緣(yuan)效應，加(jia)熱(re)井(jing)通常要沿著劃定(ding)的(de)(de)目(mu)標 處理區(qu)的(de)(de)極限橫向延伸(shen)一(yi)(yi)定(ding)距(ju)離(li)(li)。

 

2) 為保(bao)證燃氣熱(re)脫附的(de)(de)效果和降低熱(re)損失，在 GTD 原位修(xiu)復(fu)區(qu)周邊(bian)設(she)置閉合的(de)(de)防(fang)(fang)滲(shen)墻，以防(fang)(fang) 止外界地下水(shui)進入 GTD修(xiu)復(fu)區(qu)；同(tong)時，為減少來自處(chu)理區(qu)頂部的(de)(de)熱(re)量損失，需要以表面覆蓋物的(de)(de) 形式進行保(bao)溫，如輕(qing)質(zhi)混凝土等。 

 

3) 地(di)面(mian)硬化阻隔完成(cheng)后(hou)，進(jin)行設(she)備(bei)(bei)及管線(xian)連(lian)(lian)接(jie) ( 主要(yao)包括(kuo)加熱井(jing)上部燃燒器連(lian)(lian)接(jie)、天然氣管線(xian) 連(lian)(lian)接(jie)、抽提井(jing)管線(xian)與設(she)23-24備(bei)(bei)連(lian)(lian)接(jie)等 ) 時(shi)，宜做(zuo)到設(she)備(bei)(bei)管線(xian)的連(lian)(lian)接(jie)布局盡量合理整齊，避免相互交(jiao)叉(cha)。

 

4) 尾(wei)水(shui)(shui)尾(wei)氣(qi)處理系統須定期(qi)檢查尾(wei)氣(qi)處理設備(bei)的運行(xing)，防(fang)止(zhi)管道漏氣(qi)，以保障(zhang)處理設備(bei)末端 排氣(qi)口的氣(qi)體(ti)質量達(da)標(biao)。同(tong)時(shi)，尾(wei)水(shui)(shui)應(ying)及時(shi)收(shou)集、妥(tuo)善輸(shu)送、及時(shi)處置，以保證出水(shui)(shui)達(da)標(biao)。 

 

1.4    技術(shu)優勢

 

原位 GTD 技術(shu)主(zhu)要優勢包括 3 個方(fang)面。 

 

1) GTD 最高(gao)(gao)加(jia)熱溫度可達到 500 °C，可原位達標去除幾乎(hu)所(suo)有(you)(you)有(you)(you)機(ji)(ji)污染物(wu)和部分揮(hui)發性(xing)的(de)無 機(ji)(ji)污染物(wu)。因整(zheng)個污染區域處于高(gao)(gao)溫負壓環境(jing)，故會增加(jia)有(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)的(de)流動性(xing)并降低(di)其汽化所(suo)需的(de)蒸(zheng) 發溫度，使(shi)其迅速從土壤中解吸并進入蒸(zheng)汽。綜合(he)上述 2 點，該技(ji)術綜合(he)性(xing)價比很(hen)高(gao)(gao)。 

 

2) GTD 技(ji)術(shu)不受復雜地質及水文地質條件等因(yin)素(su)限制，對低(di)滲(shen)透性污染場地修(xiu)復具有很強(qiang)的(de) 適宜(yi)性。同(tong)時，GTD 的(de)加(jia)熱(re)深度大，最大加(jia)熱(re)深度目前可達 18 m，并可根據實(shi)際工程(cheng)需要(yao)再加(jia)大 深度。 

 

3) GTD 技(ji)術使用天然氣和石(shi)油氣等一次(ci)能源，單位加(jia)熱長度(du)內輸(shu)入(ru)功(gong)率比電加(jia)熱過(guo)程更(geng)(geng)高， 可加(jia)速土(tu)壤升溫效果，縮短修復(fu)工期。同時，該技(ji)術系(xi)統安裝便(bian)(bian)捷，設備重復(fu)利(li)用率高。另外(wai)，當修復(fu)現場電力供給緊張時，燃氣運(yun)輸(shu)的便(bian)(bian)利(li)性(xing)更(geng)(geng)能保證修復(fu)項目的順(shun)利(li)實施。 

 

1.5    技術(shu)缺陷

 

相比其他原位熱修復技術，GTD 技術的主要缺陷包(bao)括 3 個方面。

 

1) 加熱(re)系統出口(kou)的排煙溫度一般為 200~400 °C，燃氣加熱(re)能(neng)源利用率僅為 30%~60%，其熱(re)量(liang) 損失達 40%~70%，因而造成大量(liang)的能(neng)量(liang)浪費。此外，在(zai)燃氣加熱(re)土(tu)壤的過程中，能(neng)量(liang)損耗更高。 

 

2) 電(dian)加熱(re)可以輕易控制不同深度(du)的(de)電(dian)能(neng)輸出，實現(xian)定深加熱(re)，能(neng)量損(sun)失可以達到補(bu)償，加熱(re) 也(ye)就更均(jun)勻；而用燃氣加熱(re)時，其(qi)底部加熱(re)溫(wen)度(du)最高，由于在淺層能(neng)量輸入很低，達到目標溫(wen)度(du) 會比較困(kun)難(nan)，故(gu)會產生(sheng)受熱(re)不均(jun)勻的(de)現(xian)象。 

 

3) 電加(jia)熱(re)(re)技術(shu)的安全(quan)保(bao)護措(cuo)施 ( 如漏(lou)電保(bao)護等 ) 及(ji)安全(quan)操作規程非常完備，而燃氣(qi)加(jia)熱(re)(re)需要管(guan) 道供應(ying)燃氣(qi)，現場管(guan)道及(ji)管(guan)線(xian)設計尤為關(guan)鍵，會受施工現場的封閉性條件限制，存在(zai)較大的安全(quan)隱患。

 

2    研究進展(zhan)

 

在(zai)原位(wei)熱(re)(re)脫附技術中(zhong)(zhong)，熱(re)(re)量可通過(guo)熱(re)(re)輻射(she)、熱(re)(re)傳導和熱(re)(re)對流(liu)等方(fang)式(shi)在(zai)土壤(rang)(rang)和地下水(shui)中(zhong)(zhong)進行傳 遞，使水(shui)和有機污(wu)染物受熱(re)(re)蒸發(fa)，并(bing)通過(guo)抽(chou)提工藝進行捕集。究其本質，可將土壤(rang)(rang)視為多孔介(jie) 質，而原位(wei)熱(re)(re)脫附過(guo)程(cheng)可看成是多孔介(jie)質內多組(zu)分多相流(liu)傳熱(re)(re)傳質過(guo)程(cheng) [25]。然而，由(you)于(yu)土壤(rang)(rang)特(te)性 及(ji)污(wu)染物類型復雜(za)多變，目前對其內在(zai)熱(re)(re)質傳遞過(guo)程(cheng)的(de)認識尚(shang)不(bu)充分。

 

影響(xiang)(xiang)原位熱(re)(re)脫(tuo)附(fu)中熱(re)(re)質(zhi)(zhi)傳(chuan)(chuan)遞過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)因(yin)素很(hen)多。從傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)來看，其傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)效率主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)取(qu)決于(yu)(yu)(yu)污(wu)(wu)染(ran)(ran) 區域(yu)內(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)梯度(du)(du)、土壤(rang)(rang)及地下(xia)(xia)水(shui)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)熱(re)(re)導率和保溫(wen)隔(ge)熱(re)(re)性能。其中，熱(re)(re)傳(chuan)(chuan)導主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)發(fa)生(sheng)于(yu)(yu)(yu)固(gu) 體之間(jian)，適合(he)于(yu)(yu)(yu)低滲透率場地；熱(re)(re)對流則(ze)依(yi)賴(lai)于(yu)(yu)(yu)流體間(jian)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)對運動，適合(he)于(yu)(yu)(yu)高滲透率場地；而(er)熱(re)(re) 輻射主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)存(cun)在(zai)(zai)于(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)源與周邊土壤(rang)(rang)之間(jian)的(de)(de)(de)熱(re)(re)交換，距離熱(re)(re)源較(jiao)(jiao)遠處則(ze)因(yin)溫(wen)差較(jiao)(jiao)小(xiao)基本可(ke)以忽(hu)略(lve)。由(you)此可(ke)見，土壤(rang)(rang)內(nei)(nei)(nei)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)過(guo)程(cheng)也(ye)受諸多因(yin)素影響(xiang)(xiang)。而(er)相(xiang)(xiang)對于(yu)(yu)(yu)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)，傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)過(guo)程(cheng)則(ze)更(geng)為復雜(za)，各相(xiang)(xiang)間(jian) 的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)(zhi)輸運相(xiang)(xiang)互牽連(lian)。圖 2 為有機(ji)污(wu)(wu)染(ran)(ran)土壤(rang)(rang)內(nei)(nei)(nei)典型(xing)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)質(zhi)(zhi)過(guo)程(cheng)示意圖。在(zai)(zai)典型(xing)有機(ji)污(wu)(wu)染(ran)(ran)場地中， 大多數有機(ji)污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)在(zai)(zai)水(shui)相(xiang)(xiang)中的(de)(de)(de)溶解性較(jiao)(jiao)差，其 主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)吸附(fu)于(yu)(yu)(yu)土壤(rang)(rang)顆粒表面(mian)或以獨立自由(you)相(xiang)(xiang)存(cun) 在(zai)(zai)；而(er)某(mou)些(xie)難溶性有機(ji)污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)往往又具有較(jiao)(jiao)強 的(de)(de)(de)遷(qian)移性 ( 如(ru)三(san)氯乙烯、二(er)氯甲烷(wan)和石油烴 等(deng)(deng) )，可(ke)以穿過(guo)低滲透性土層(ceng)至(zhi)深層(ceng)地下(xia)(xia)環境 。并且，熱(re)(re)脫(tuo)附(fu)過(guo)程(cheng)中土壤(rang)(rang)溫(wen)度(du)(du)隨時(shi)間(jian)不斷 變(bian)化，因(yin)此，有機(ji)污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu)在(zai)(zai)地下(xia)(xia)水(shui)中的(de)(de)(de)溶解 度(du)(du)、在(zai)(zai)土壤(rang)(rang)表面(mian)的(de)(de)(de)吸附(fu)性以及地下(xia)(xia)水(shui)和污(wu)(wu)染(ran)(ran)物(wu)(wu)(wu) 的(de)(de)(de)物(wu)(wu)(wu)性均會(hui)發(fa)生(sheng)動態變(bian)化。POLING 等(deng)(deng)發(fa) 現，當(dang)(dang)溫(wen)度(du)(du)由(you) 25 °C升(sheng)至(zhi) 140 °C時(shi)，萘在(zai)(zai)水(shui)中 溶解度(du)(du)增加 45 倍。HERON 等(deng)(deng) [29] 發(fa)現，當(dang)(dang)溫(wen)度(du)(du)由(you) 23 °C升(sheng)至(zhi) 99 °C后(hou)，三(san)氯乙烯亨利常(chang)數增加了 8 倍；同時(shi)，他們還(huan)發(fa)現，當(dang)(dang)有機(ji)物(wu)(wu)(wu)和地下(xia)(xia)水(shui) 處于(yu)(yu)(yu)混(hun)合(he)狀態時(shi)，混(hun)合(he)物(wu)(wu)(wu)沸(fei)點往往會(hui)低于(yu)(yu)(yu) 100 °C。
 

 

對(dui)于(yu)土壤(rang)污染物(wu)(wu)遷移(yi)(yi)機(ji)理的(de)研(yan)究(jiu)，已有研(yan)究(jiu)者從污染物(wu)(wu)遷移(yi)(yi)角度(du)出發建立了(le)關于(yu)非水相(xiang)(xiang) 液體(ti)在地下運移(yi)(yi)的(de)多(duo)相(xiang)(xiang)流(liu)模(mo)(mo)型。這些模(mo)(mo)型分(fen)(fen)為 3 類(lei)。第 1 類(lei)是(shi)解(jie)(jie)析和(he)(he)(he)半解(jie)(jie)析模(mo)(mo)型。該類(lei)模(mo)(mo)型將(jiang)(jiang)污 染物(wu)(wu)的(de)不(bu)混(hun)溶流(liu)動(dong)(dong)當作(zuo)活塞流(liu)處理，將(jiang)(jiang)多(duo)相(xiang)(xiang)流(liu)概化(hua)為單相(xiang)(xiang)流(liu)動(dong)(dong)，不(bu)考慮各相(xiang)(xiang)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)相(xiang)(xiang)互影響，也 未引入毛細(xi)壓力(li)和(he)(he)(he)飽(bao)和(he)(he)(he)度(du)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)函(han)數(shu)關系。第 2 類(lei)模(mo)(mo)型假設多(duo)相(xiang)(xiang)流(liu)體(ti)是(shi)同時(shi)流(liu)動(dong)(dong)的(de)，有機(ji)物(wu)(wu)是(shi)不(bu) 混(hun)溶流(liu)動(dong)(dong)的(de)，并考慮了(le)各相(xiang)(xiang)間(jian)(jian)毛細(xi)壓力(li)隨飽(bao)和(he)(he)(he)度(du)的(de)變化(hua)。第 3 類(lei)模(mo)(mo)型考慮各相(xiang)(xiang)各組(zu)分(fen)(fen)間(jian)(jian)的(de)傳輸和(he)(he)(he) 分(fen)(fen)配。

 

此外，QUINTARD 等(deng)在多(duo)孔(kong)(kong)介質(zhi)(zhi)的(de)(de)宏觀尺度(du)(du)下提出了(le)基(ji)(ji)于(yu)體積平均方(fang)法的(de)(de)兩相非平衡理 論(lun)模(mo)(mo)型(xing)。而 BAHAR 等(deng)在此基(ji)(ji)礎上(shang)發(fa)(fa)(fa)展了(le)基(ji)(ji)于(yu)多(duo)孔(kong)(kong)介質(zhi)(zhi)微觀尺度(du)(du)的(de)(de)污(wu)染物遷移模(mo)(mo)型(xing)，能(neng)夠獲得更真實(shi)的(de)(de)結(jie)果。這些模(mo)(mo)型(xing)理論(lun)上(shang)支持污(wu)染物遷移的(de)(de)預測，但(dan)由于(yu)各自假定條件不同(tong)，導致(zhi)模(mo)(mo)型(xing)使 用(yong)受(shou)(shou)限。尤其在考慮溫度(du)(du)影(ying)(ying)響時(shi)(shi)，污(wu)染物受(shou)(shou)熱蒸發(fa)(fa)(fa)，其輸運(yun)方(fang)式將會發(fa)(fa)(fa)生很大(da)變化。由于(yu)原(yuan)位(wei)(wei)熱 脫(tuo)附(fu)過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)(de)傳熱傳質(zhi)(zhi)是一個多(duo)物理場動態(tai)耦合問(wen)題(ti)，目(mu)前尚未有(you)合適的(de)(de)模(mo)(mo)型(xing)能(neng)涵蓋所有(you)問(wen)題(ti)， 因(yin)此，有(you)必(bi)要(yao)對其理論(lun)模(mo)(mo)型(xing)開展更為(wei)深入的(de)(de)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)。 此外，現(xian)有(you)原(yuan)位(wei)(wei)熱脫(tuo)附(fu)技術(shu)在應用(yong)時(shi)(shi)存(cun)在一個很大(da)問(wen)題(ti)——成(cheng)本(ben)(ben)較高(gao)(gao)，因(yin)此，如何提高(gao)(gao)修(xiu)復(fu) 效率、降(jiang)低能(neng)耗成(cheng)為(wei)推動該(gai)技術(shu)發(fa)(fa)(fa)展的(de)(de)關鍵因(yin)素(su)(su)。為(wei)提高(gao)(gao)修(xiu)復(fu)效率，部(bu)分研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)者采用(yong)熱活化耦合 化學氧(yang)(yang)化的(de)(de)工藝進行(xing)聯合修(xiu)復(fu)。KORDKANDI 等(deng)利用(yong)熱活化過(guo)(guo)硫酸鹽氧(yang)(yang)化亞(ya)甲基(ji)(ji)藍(lan)以(yi)達到 99.5% 的(de)(de)降(jiang)解率；NIE 等(deng)利用(yong)熱活化過(guo)(guo)硫酸鹽氧(yang)(yang)化氯霉素(su)(su)以(yi)達到 96.3% 的(de)(de)降(jiang)解率。以(yi)上(shang)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)均在水溶液中(zhong)進行(xing)。而徐開泰等(deng)發(fa)(fa)(fa)現(xian)，熱活化 Na2S2O8 降(jiang)解土(tu)壤中(zhong)菲 (PHE) 的(de)(de)過(guo)(guo)程符合準(zhun)一級動力 學，且受(shou)(shou)水浴、反應溫度(du)(du)、Na2S2O8 濃(nong)度(du)(du)、菲初始濃(nong)度(du)(du)、水土(tu)比和(he)共存(cun)離子(zi)等(deng)因(yin)素(su)(su)的(de)(de)影(ying)(ying)響。一般而 言，溫度(du)(du)越高(gao)(gao)，PHE 降(jiang)解率越高(gao)(gao)；313 K 時(shi)(shi)，PHE 基(ji)(ji)本(ben)(ben)無降(jiang)解；333 K 時(shi)(shi)，PHE 開始緩慢(man)降(jiang)解；363 K 時(shi)(shi)，10 min 內 PHE 的(de)(de)降(jiang)解率可達 65%。

 

杜玉吉等發明(ming)了一(yi)(yi)種利用分布式(shi)(shi)能(neng)源的(de)(de)污染土(tu)壤原(yuan)位(wei)熱(re)修(xiu)復系統(tong)(tong)和(he)方法，通過使(shi)用燃(ran)氣(qi)內 燃(ran)機(ji)所產生的(de)(de)高(gao)溫(wen)煙(yan)氣(qi)和(he)電(dian)力(li)對污染土(tu)壤進(jin)行原(yuan)位(wei)加(jia)熱(re)修(xiu)復。其中(zhong)，高(gao)溫(wen)煙(yan)氣(qi)和(he)電(dian)阻(zu)加(jia)熱(re)的(de)(de)結(jie)合 使(shi)用可(ke)同時進(jin)行煙(yan)氣(qi)熱(re)修(xiu)復和(he)電(dian)阻(zu)熱(re)修(xiu)復，形(xing)成多(duo)能(neng)互補(bu)機(ji)制，具有(you)(you)雙重(zhong)保障(zhang)。但(dan)該系統(tong)(tong)須同時 配備發電(dian)系統(tong)(tong)等附(fu)屬(shu)設備，從而使(shi)系統(tong)(tong)變得非常復雜。此外(wai)，程(cheng)功弼(bi)等發明(ming)了一(yi)(yi)種異位(wei)燃(ran)氣(qi)加(jia) 熱(re)抽(chou)(chou)提(ti)(ti)一(yi)(yi)體(ti)式(shi)(shi)熱(re)脫附(fu)裝(zhuang)置，包(bao)括燃(ran)氣(qi)加(jia)熱(re)裝(zhuang)置、多(duo)個(ge)加(jia)熱(re)抽(chou)(chou)提(ti)(ti)一(yi)(yi)體(ti)化井、尾氣(qi)處(chu)理裝(zhuang)置、電(dian)控裝(zhuang) 置，多(duo)個(ge)加(jia)熱(re)抽(chou)(chou)提(ti)(ti)一(yi)(yi)體(ti)化井水平平行排(pai)列。多(duo)個(ge)加(jia)熱(re)抽(chou)(chou)提(ti)(ti)一(yi)(yi)體(ti)化井修(xiu)復土(tu)壤區域(yu)的(de)(de)外(wai)周(zhou)設有(you)(you)多(duo)個(ge) 隔熱(re)板，隔熱(re)板上設有(you)(you)用于感應土(tu)壤溫(wen)度的(de)(de)溫(wen)度傳(chuan)感器。此工藝的(de)(de)熱(re)脫附(fu)效率高(gao)、可(ke)靈活應用， 便于土(tu)壤污染處(chu)理的(de)(de)工程(cheng)操作(zuo)和(he)使(shi)用。

 

除(chu)上述理(li)論研究(jiu)外(wai)，不(bu)少學者針對原位熱修(xiu)復技術(shu)(shu)進(jin)行了(le)不(bu)同規模的中(zhong)試(shi)(shi)實驗(yan)，為(wei)該(gai)技術(shu)(shu)的 實際應用奠定了(le)基(ji)礎。HERON 等(deng)(deng)先(xian)后利(li)用熱傳導式原位熱脫(tuo)(tuo)附技術(shu)(shu)對有(you)機污染(ran)場地進(jin)行了(le)中(zhong) 試(shi)(shi)實驗(yan)研究(jiu)，并對修(xiu)復周期和 1 m3 的綜合修(xiu)復成本進(jin)行了(le)詳細分析。梅(mei)志華等(deng)(deng)在(zai)面積為(wei) 100 m2、 深度(du)為(wei) 18 m位熱脫(tuo)(tuo)附過程(cheng)(cheng)中(zhong)熱質(zhi)傳遞的各種(zhong)因素，深入研究(jiu)其熱質(zhi)傳遞規律，通過 數值(zhi)方(fang)法實現對熱脫(tuo)(tuo)附過程(cheng)(cheng)的有(you)效預(yu)測來優化布置以降低修(xiu)復成本，從而推(tui)動(dong)該(gai)技術(shu)(shu)的發展和應用，為(wei)工程(cheng)(cheng)實際方(fang)案設計提(ti)供理(li)論基(ji)礎和技術(shu)(shu)參考。

 

3    工程應用案(an)例分(fen)析

 

GTD 是一種相對高效、成熟的(de)污(wu)染土(tu)壤修復(fu)技(ji)(ji)術(shu)，在(zai)全球已有很多成功應(ying)用案例，但(dan)多靠經 驗(yan)操作。許多國家(jia)自(zi) 20 世紀 80 年代即開始將原(yuan)位熱處理(li)修復(fu)技(ji)(ji)術(shu)應(ying)用于(yu)污(wu)染地塊的(de)修復(fu)中(zhong)，已在(zai) 上百項污(wu)染地塊修復(fu)工程中(zhong)使用了原(yuan)位熱處理(li)技(ji)(ji)術(shu)。KINGSTON 等統計了 1982—2007 年的(de) 182 個原(yuan)位修復(fu)項目，其(qi)中(zhong)以(yi)熱傳導加熱形成的(de)項目數量占 14.3%。在(zai)我國，原(yuan)位熱處理(li)修復(fu)技(ji)(ji)術(shu) 應(ying)用起步較晚，但(dan)也積累了幾個工程案例。下(xia)面對國內外有關燃氣(qi)熱脫附修復(fu)污(wu)染土(tu)壤典型案例 進行匯總和分析。

 

調(diao)研發現，在國外(wai)，使用 GTD 技(ji)術的公(gong)司(si)主要(yao)包(bao)括(kuo)：美(mei)國Georemco 環境修復(fu)公(gong)司(si)、德(de)國旭(xu) 普林(lin)環境工程有限公(gong)司(si)、比(bi)利(li)時哈默斯以及法國威立雅等。表 1 總結了國外(wai)若干燃(ran)氣熱脫附修復(fu)實例。29-30

GTD 技(ji)(ji)術具有(you)修復期間(jian)對場地(di)周邊居民生活(huo)影(ying)響(xiang)小、污(wu)(wu)染(ran)物處(chu)理(li)范圍寬、設備可(ke)移動、處(chu)理(li) 速率快(kuai)、修復后土壤(rang)可(ke)再利用等(deng)(deng)優點(dian)。因此，GTD 技(ji)(ji)術在國(guo)內(nei)的應用案例(li)也在逐(zhu)漸增多，如廣(guang)州 油制(zhi)氣廠地(di)塊土壤(rang)修復、寧波江(jiang)東甬江(jiang)東南岸區(qu)域 JD01-01-10 地(di)塊、首鋼園區(qu)焦化廠 ( 綠(lv)軸 ) 地(di)塊 污(wu)(wu)染(ran)治理(li)等(deng)(deng)修復項目。目前(qian)國(guo)內(nei) GTD 技(ji)(ji)術仍(reng)處(chu)于引進消化吸收和(he)自主(zhu)研發階段，少數企業依靠引 進國(guo)外先進技(ji)(ji)術初步(bu)掌(zhang)握(wo)了核心技(ji)(ji)術，如江(jiang)蘇大(da)地(di)益源(yuan)環境(jing)修復有(you)限公司、森(sen)特士興集團股份有(you) 限公司等(deng)(deng)，他們相應地(di)占據了一定(ding)的市場份額。目前(qian)，GTD 技(ji)(ji)術仍(reng)然屬于“黑箱操作”，加(jia)熱溫度 的確(que)定(ding)和(he)修復終點(dian)的確(que)定(ding)基本靠經(jing)驗(yan)，加(jia)熱的精(jing)準(zhun)(zhun)性及污(wu)(wu)染(ran)物去除的精(jing)準(zhun)(zhun)性難以(yi)控制(zhi)，造成修復 不(bu)足或過(guo)度修復。表 2 總結了國(guo)內(nei)公司采用 GTD 修復技(ji)(ji)術的實(shi)例(li)。

 

由表(biao) 1 和(he)表(biao) 2 可知，適(shi)用場景、加熱溫度(du)、修復深度(du)、加熱周(zhou)期(qi)和(he)降低能耗(hao)是在污染場地(di)實 際修復中必須要(yao)考(kao)慮的(de)關鍵問題。 

 

3.1    適(shi)用(yong)場景

 

在國外，GTD 技術更多(duo)地應用在污(wu)染(ran)(ran)濃度較(jiao)高(gao)的(de)污(wu)染(ran)(ran)源區域，處理的(de)污(wu)染(ran)(ran)物主要包(bao)括(kuo)總石油(you) 烴(jing)、苯系(xi)物和氯代(dai)烴(jing)。該類項目(mu)具備 4 個(ge)特點(dian)：污(wu)染(ran)(ran)土(tu)(tu)方量(liang)較(jiao)小(xiao) ( 單批次 <3 000 m3)，修復(fu)(fu)面積較(jiao) 小(xiao) (<300 m2)，污(wu)染(ran)(ran)濃度較(jiao)高(gao) ( 最高(gao) 150 000 mg·kg − 1，平均(jun)濃度約 15 000 mg·kg − 1)，修復(fu)(fu)目(mu)標低 (<300 mg·kg − 1)。實(shi)施(shi)形式(shi)多(duo)數采(cai)用原位修復(fu)(fu)的(de)方式(shi)，個(ge)別案(an)例如(ru)案(an)例 4( 見表 1) 采(cai)用異(yi)位建堆的(de)形式(shi)實(shi)施(shi)加(jia)熱過(guo)程(cheng)，分 6 個(ge)批次完成了 12000 t 石油(you)烴(jing)污(wu)染(ran)(ran)土(tu)(tu)壤的(de)修復(fu)(fu)工作。 

 

在我(wo)國，實際修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)工程(cheng)大多以工業(ye)污(wu)染(ran)場(chang)地(di)(di)為(wei)(wei)主，如焦(jiao)化廠(chang)、農(nong)藥(yao)廠(chang)和(he)(he)化工廠(chang)等(deng)。處(chu)理的(de)污(wu) 染(ran)物以苯(ben)系物、多環芳烴(jing)和(he)(he)石(shi)油烴(jing)等(deng)為(wei)(wei)主。同時，國內修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)項目(mu)(mu)處(chu)置土方量和(he)(he)修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)面積一(yi)般(ban)都很 大，導致修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)工期(qi)較(jiao)長，因此，對(dui) GTD 裝置的(de)工業(ye)化程(cheng)度要求也更高。另外(wai)，修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)過程(cheng)的(de)能(neng)耗(hao)(hao)取(qu) 決(jue)于(yu)土壤含水(shui)量、孔隙度、受污(wu)染(ran)情(qing)況以及(ji)目(mu)(mu)標加(jia)熱溫度等(deng)。UDELL[48]認為(wei)(wei)，至(zhi)少有(you) 10%~30% 的(de) 水(shui)分(fen)會被加(jia)熱至(zhi)沸騰；HERON等(deng) [40-42] 進一(yi)步計(ji)算得出，修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)的(de)耗(hao)(hao)能(neng)大體是(shi) 200~400 kWh·m − 3，并在一(yi)塊(kuai)污(wu)染(ran)面積達(da) 1.3×104 m2 的(de)原(yuan)(yuan)位(wei)(wei)熱脫附修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)項目(mu)(mu)中(zhong)，計(ji)算得出平(ping)均能(neng)耗(hao)(hao)為(wei)(wei) 249 kWh·m − 3。因此，針對(dui)國內大型原(yuan)(yuan)位(wei)(wei)修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)場(chang)地(di)(di)，降低系統(tong)能(neng)耗(hao)(hao)，保證(zheng)裝置的(de)運行穩(wen)定性，以及(ji)研發配套的(de)安(an)全、高效、集成化的(de)尾水(shui)尾氣(qi)處(chu)理系統(tong)，是(shi)國內原(yuan)(yuan)位(wei)(wei)修復(fu)(fu)(fu)(fu)(fu)項目(mu)(mu)中(zhong)迫切(qie)需要解決(jue)的(de)實際問題。

 

3.2    加熱溫度(du)

 

對比國(guo)外工程案例(li)可發(fa)現(xian)，目標(biao)(biao)污染物(wu)基本涵蓋(gai)了(le)所有典型有機污染物(wu)，且目標(biao)(biao)加(jia)熱溫(wen)度(du)(du)均在(zai) 220 °C以下(xia)。這可能(neng)是由于共沸(fei)現(xian)象的(de)存在(zai) ( 共沸(fei)是指 2 個組分(fen)或多組分(fen)的(de)液(ye)體混(hun)合物(wu)以特(te)定比例(li)組成(cheng)時(shi)，在(zai)恒定壓力下(xia)沸(fei)騰(teng)，其(qi)蒸(zheng)氣組成(cheng)比例(li)與溶(rong)液(ye)相同的(de)現(xian)象 )。一(yi)般混(hun)合物(wu)的(de)沸(fei)騰(teng)溫(wen)度(du)(du)會(hui)低于他們(men)各自的(de)沸(fei)點(dian)，使得(de)目標(biao)(biao)加(jia)熱溫(wen)度(du)(du)無須超過污染物(wu)的(de)沸(fei)點(dian) [14]。因此，我國(guo)在(zai)開展 GTD 實施的(de) 過程中，應充分(fen)考慮共沸(fei)現(xian)象，盡量避免設置過高的(de)目標(biao)(biao)加(jia)熱溫(wen)度(du)(du)。 

 

案(an)例中介紹目標加熱溫(wen)(wen)度(du)(du)為冷點監測(ce)處的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)，達(da)到此溫(wen)(wen)度(du)(du)時(shi)，需要(yao)恒溫(wen)(wen)一段時(shi)間。個(ge)別(bie)案(an)例無法(fa)達(da)到設定溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)原因是由于地下水的(de)(de)持續補充，導致大部分熱量損失，無法(fa)將修復(fu)區(qu)域加熱到該(gai)目標溫(wen)(wen)度(du)(du)。 

 

3.3    修復深度

 

原位熱脫附只能(neng)是由下(xia)層(ceng)到上(shang)層(ceng)的(de)(de)持續加熱，所(suo)以對(dui)修(xiu)復深度(du)(du)(du)存在(zai)一定的(de)(de)要求。對(dui)比國(guo)外(wai)的(de)(de) 17 個(ge)案(an)例發現，最深的(de)(de)修(xiu)復深度(du)(du)(du)在(zai) 14 m 左(zuo)右，而國(guo)內目前修(xiu)復最深的(de)(de)深度(du)(du)(du)為 18 m。這可(ke)能(neng)是因 為 GTD 只能(neng)自底(di)部開始加熱，煙(yan)氣由下(xia)往上(shang)溫度(du)(du)(du)逐漸降低(di)(di)，當深度(du)(du)(du)達到一定值時(shi)，燃氣加熱過程(cheng)會導(dao)致修(xiu)復區域溫度(du)(du)(du)場分布(bu)變(bian)化(hua)較大。在(zai)原位熱修(xiu)復過程(cheng)中，如果土壤中溫度(du)(du)(du)場分布(bu)不均勻將會導(dao)致如下(xia)后果 : 1) 重(zhong)(zhong)質非水相液體重(zhong)(zhong)新冷(leng)凝，造成(cheng)不可(ke)控的(de)(de)二次污染過程(cheng)；2) 污染物在(zai)抽(chou)(chou)提井中發 生(sheng)冷(leng)卻，堵(du)塞抽(chou)(chou)提井；3) 監測井發生(sheng)塌陷，造成(cheng)修(xiu)復場地沉(chen)降。因此，應盡(jin)量降低(di)(di)不同深度(du)(du)(du)土 壤之間的(de)(de)溫度(du)(du)(du)差異。 

 

3.4    加熱(re)周期

 

雖然加(jia)(jia)熱周(zhou)期(qi)(qi)取決于污染(ran)物性質(zhi)及污染(ran)濃度(du)、修(xiu)(xiu)復方量(liang)、加(jia)(jia)熱井點(dian)數量(liang)等因素，但從國外(wai)案(an)例(li)來看，一般(ban)加(jia)(jia)熱周(zhou)期(qi)(qi)都只在 30~40 d。如(ru)果僅從國外(wai) 17 個案(an)例(li)分析來看，GTD 技(ji)術修(xiu)(xiu)復周(zhou)期(qi)(qi)短(duan)的優勢是成(cheng)立(li)的，即針對點(dian)源(yuan)污染(ran)，可在較短(duan)時間內完成(cheng)修(xiu)(xiu)復過程；但大(da)型污染(ran)場地(di)若采用 GTD 技(ji)術，再加(jia)(jia)上(shang)分批次處(chu)理，修(xiu)(xiu)復工(gong)期(qi)(qi)則存在較大(da)的不(bu)確定性。

 

3.5    降低能(neng)耗

 

由于(yu) GTD 過程存在大量(liang)的(de)能量(liang)損(sun)失，因(yin)此，需要采(cai)取一(yi)定的(de)節(jie)能手(shou)段(duan)。對比國內外的(de)工程案例(li)，總結了 3 種降低能耗的(de)方式。 

 

1) 分(fen)(fen)(fen)批次處理。從一個批次加熱井 ( 運行(xing)中(zhong) ) 出來的(de)尾氣進到另(ling)一批次的(de)加熱井 ( 未開始運行(xing) ) 中(zhong)，提前預熱另(ling)一個批次的(de)污(wu)染土壤。如(ru)表 1 中(zhong)的(de)案例 11，分(fen)(fen)(fen)成 2 個批次分(fen)(fen)(fen)別完成了 2 400 m3 和 3 857 m3 石油烴污(wu)染土壤修復(fu)，從而達到修復(fu)目標值 (<100 mg·kg − 1)。 

 

2) 耦合原位化學氧(yang)(yang)化技(ji)術(shu)。如表 1 中(zhong)的(de)案例 8，先將污染(ran)區域進行 GTD，將污染(ran)物(wu)降低到較低濃度 ( 此時(shi)未達到修復(fu)(fu)目標值 )，然后(hou)停(ting)止加熱(re)，將加熱(re)管拔(ba)出。再利(li)用(yong)原位化學氧(yang)(yang)化技(ji)術(shu)，向加熱(re)井內注入氧(yang)(yang)化藥劑，氧(yang)(yang)化藥劑利(li)用(yong)余(yu)熱(re)的(de)催化作用(yong)，發揮最大的(de)活性，實(shi)現(xian)污染(ran)物(wu)的(de)徹(che)底氧(yang)(yang)化降解。此種利(li)用(yong)耦合多(duo)種修復(fu)(fu)技(ji)術(shu)的(de)方式，可(ke)以有效降低單種修復(fu)(fu)技(ji)術(shu)的(de)能耗，同時(shi)，防(fang)范 GTD 修復(fu)(fu)后(hou)期出現(xian)的(de)“拖尾”現(xian)象。 

 

3) 設置伴(ban)熱抽提管(guan)道(dao)。如表 2 中的案(an)例(li) 6，在加熱管(guan)外(wai)裝一(yi)個小型(xing)抽提管(guan)道(dao)，將抽提氣回注(zhu)到加熱管(guan)內(nei)燃(ran)燒區域(yu)，完成徹底燃(ran)燒。可(ke)利用有機(ji)污染(ran)物燃(ran)燒放熱，節省(sheng)一(yi)部分能量；亦(yi)可(ke)實現污 染(ran)物的協同處理(li)，降(jiang)低尾(wei)氣處理(li)負荷。設置伴(ban)熱抽提管(guan)道(dao)的方式在國外(wai)早期的案(an)例(li)中并(bing)未出現， 而在最(zui)近幾年的修(xiu)復案(an)例(li)中，均設置伴(ban)熱抽提管(guan)道(dao)，實現污染(ran)物的“再燃(ran)”。

 

4    問題與展望

 

經過 30 年的(de)(de)發(fa)展(zhan)，國(guo)(guo)(guo)際(ji)上許多國(guo)(guo)(guo)家在熱(re)脫附(fu)修復(fu)有(you)機(ji)污染(ran)場地(di)方面(mian)(mian)形成了(le)完整的(de)(de)成套技(ji)術(shu)和裝(zhuang)(zhuang)備，廣泛應(ying)用于(yu)高濃度有(you)機(ji)污染(ran)土(tu)壤的(de)(de)異位(wei)(wei)(wei)或原(yuan)位(wei)(wei)(wei)修復(fu)。我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)在這方面(mian)(mian)尚處于(yu)起步階(jie)段，存在的(de)(de)主要問題(ti)包括 2 個方面(mian)(mian)：1) 基礎理(li)(li)論與(yu)國(guo)(guo)(guo)外存在差距，如有(you)機(ji)污染(ran)物(wu)在不同(tong)升(sheng)溫階(jie)段的(de)(de)遷移轉化(hua)(hua)規(gui)律，土(tu)壤水分含(han)量、質地(di)等(deng)理(li)(li)化(hua)(hua)性質對熱(re)修復(fu)的(de)(de)影(ying)響機(ji)制尚不清晰。2) 核心(xin)技(ji)術(shu)靠(kao)進口、國(guo)(guo)(guo)產化(hua)(hua)程度低。國(guo)(guo)(guo)外設備引(yin)進費用較高，需要研發(fa)我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)具有(you)獨立自(zi)主知識產權的(de)(de)熱(re)脫附(fu)技(ji)術(shu)裝(zhuang)(zhuang)備。未來，研發(fa)具有(you)熱(re)回用單元的(de)(de)能量高效利用、智能化(hua)(hua)、污染(ran)物(wu)排放可(ke)控(kong)的(de)(de)原(yuan)位(wei)(wei)(wei)熱(re)脫附(fu)成套技(ji)術(shu)與(yu)裝(zhuang)(zhuang)備，提升(sheng)我(wo)(wo)國(guo)(guo)(guo)原(yuan)位(wei)(wei)(wei)熱(re)脫附(fu)成套技(ji)術(shu)與(yu)裝(zhuang)(zhuang)備的(de)(de)修復(fu)能力與(yu)能效水平將成為主流(liu)趨勢。 

 

目前，由于國內在原位熱脫附技術、設備及工程實施(shi)等(deng)方(fang)面缺乏經驗，為了(le)更好更高效地應(ying)用于有機污(wu)染(ran)場(chang)地的修復過程，可重點從以下 3 個方(fang)面開展深入研究。 

 

1) 原(yuan)位熱(re)(re)(re)(re)脫(tuo)附技術(shu)能(neng)(neng)量(liang)高(gao)(gao)(gao)效(xiao)(xiao)利用(yong)和節能(neng)(neng)減(jian)(jian)排技術(shu)的(de)(de)(de)研(yan)發。開(kai)展原(yuan)位熱(re)(re)(re)(re)脫(tuo)附過(guo)程的(de)(de)(de)關(guan)鍵影響(xiang)(xiang)參數(shu)研(yan)究，如熱(re)(re)(re)(re)脫(tuo)附溫度(du)(du)、處理(li)時間、土壤質地、熱(re)(re)(re)(re)導率(lv)及(ji)熱(re)(re)(re)(re)擴(kuo)散(san)(san)率(lv)、土壤含水率(lv)以(yi)(yi)及(ji)加熱(re)(re)(re)(re)井間距等對污(wu)染(ran)(ran)物(wu)脫(tuo)除效(xiao)(xiao)率(lv)影響(xiang)(xiang)規(gui)律，優化(hua)工(gong)程設計，精準化(hua)施工(gong)避(bi)免能(neng)(neng)量(liang)浪費；開(kai)展修(xiu)復(fu)區域表層阻隔(ge)材料和豎向(xiang)(xiang)止水帷幕材料保溫性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)研(yan)發，減(jian)(jian)少熱(re)(re)(re)(re)量(liang)向(xiang)(xiang)周(zhou)圍(wei)擴(kuo)散(san)(san)，提(ti)升能(neng)(neng)量(liang)利用(yong)效(xiao)(xiao)率(lv)；探索有機污(wu)染(ran)(ran)物(wu)的(de)(de)(de)再(zai)利用(yong)方(fang)法，如抽提(ti)出的(de)(de)(de)有機污(wu)染(ran)(ran)蒸(zheng)汽(qi)可考慮送入燃(ran)(ran)氣熱(re)(re)(re)(re)傳(chuan)導加熱(re)(re)(re)(re)系統的(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燒器中作為(wei)能(neng)(neng)源使用(yong)；利用(yong)可再(zai)生能(neng)(neng)源產(chan)熱(re)(re)(re)(re)、高(gao)(gao)(gao)效(xiao)(xiao)燃(ran)(ran)燒器及(ji)電熱(re)(re)(re)(re)設備、高(gao)(gao)(gao)溫煙(yan)氣循(xun)環換熱(re)(re)(re)(re)、高(gao)(gao)(gao)溫抽提(ti)混合液換熱(re)(re)(re)(re)、地下水力(li)阻隔(ge)與隔(ge)熱(re)(re)(re)(re)實施等手段提(ti)高(gao)(gao)(gao)熱(re)(re)(re)(re)利用(yong)及(ji)轉(zhuan)換效(xiao)(xiao)率(lv)，節能(neng)(neng)降耗(hao)(hao)；開(kai)展污(wu)染(ran)(ran)物(wu)的(de)(de)(de)去除機理(li)以(yi)(yi)及(ji)遷移轉(zhuan)化(hua)機制(zhi)方(fang)面的(de)(de)(de)研(yan)究，通過(guo)模型(xing)模擬(ni)以(yi)(yi)及(ji)數(shu)值模擬(ni)等方(fang)法得出修(xiu)復(fu)過(guo)程中污(wu)染(ran)(ran)物(wu)濃(nong)度(du)(du)與加熱(re)(re)(re)(re)時間、能(neng)(neng)量(liang)消耗(hao)(hao)等的(de)(de)(de)定量(liang)數(shu)學(xue)關(guan)系，構建解吸動(dong)力(li)學(xue)模型(xing)，嚴控修(xiu)復(fu)施工(gong)節點。 

 

2) 原(yuan)位熱(re)(re)(re)脫附(fu)全過(guo)程(cheng)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)數(shu)(shu)值(zhi)模(mo)擬及(ji)應用(yong)軟(ruan)件的(de)開發。開展原(yuan)位熱(re)(re)(re)脫附(fu)修復污(wu)染土(tu)(tu)壤全過(guo)程(cheng)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)數(shu)(shu)值(zhi)模(mo)擬，掌(zhang)握熱(re)(re)(re)量在非均質土(tu)(tu)壤中的(de)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)規律(lv)；探明水分在不斷析出過(guo)程(cheng)中土(tu)(tu)壤動(dong)態熱(re)(re)(re)物性(xing)變化(hua)規律(lv)，特別是土(tu)(tu)壤導(dao)熱(re)(re)(re)系數(shu)(shu)的(de)變化(hua)特性(xing)；建立包括土(tu)(tu)壤、水蒸氣、目標(biao)污(wu)染物等(deng)(deng)物質在內的(de)能(neng)量平(ping)衡和(he)(he)物質平(ping)衡模(mo)型(xing)；借助小型(xing)和(he)(he)中試實驗對(dui)模(mo)擬結(jie)果(guo)進行對(dui)比修正，掌(zhang)握土(tu)(tu)工(gong)參數(shu)(shu)和(he)(he)加(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)度等(deng)(deng)參數(shu)(shu)對(dui)熱(re)(re)(re)量在土(tu)(tu)壤中傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)速率(lv)的(de)影(ying)響作(zuo)用(yong)機理(li)；給出多(duo)種典型(xing)目標(biao)污(wu)染物在不同修復周期以及(ji)不同地質條(tiao)(tiao)件下的(de)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)速率(lv)，并基于修正后的(de)全過(guo)程(cheng)熱(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)(chuan)導(dao)數(shu)(shu)值(zhi)模(mo)擬進行軟(ruan)件開發，最終(zhong)獲得(de)輸(shu)入目標(biao)污(wu)染物沸(fei)點和(he)(he)溶(rong)解(jie)度、修復周期、加(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)度、土(tu)(tu)工(gong)參數(shu)(shu)等(deng)(deng)現場條(tiao)(tiao)件即可得(de)到加(jia)熱(re)(re)(re)井(jing)間距、加(jia)熱(re)(re)(re)井(jing)溫(wen)度及(ji)升溫(wen)速率(lv)等(deng)(deng)推薦(jian)值(zhi)的(de)工(gong)程(cheng)化(hua)應用(yong)軟(ruan)件。 

 

3) 多種(zhong)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)技(ji)(ji)(ji)術耦合(he)工藝(yi)、應(ying)(ying)用(yong)(yong)設(she)(she)(she)(she)備的(de)(de)研(yan)(yan)發(fa)和(he)二(er)次(ci)(ci)污(wu)染(ran)的(de)(de)防控(kong)。一是組(zu)合(he)工藝(yi)研(yan)(yan)發(fa)。探索原(yuan)(yuan)位熱(re)脫(tuo)附技(ji)(ji)(ji)術與其他修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)技(ji)(ji)(ji)術在實際應(ying)(ying)用(yong)(yong)中的(de)(de)聯合(he)應(ying)(ying)用(yong)(yong)，如利(li)(li)用(yong)(yong)熱(re)脫(tuo)附后(hou)的(de)(de)余熱(re)促進微(wei)(wei)生(sheng)物對有機(ji)污(wu)染(ran)物降解活(huo)動；利(li)(li)用(yong)(yong)熱(re)脫(tuo)附過程(cheng)(cheng)增(zeng)加(jia)(jia)地(di)下水有機(ji)質(zhi)含量，為微(wei)(wei)生(sheng)物修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)活(huo)動提(ti)供碳(tan)源，充分發(fa)揮(hui)微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)(de)活(huo)性，使微(wei)(wei)生(sheng)物的(de)(de)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)達到最(zui)佳；利(li)(li)用(yong)(yong)余熱(re)激活(huo)過硫(liu)酸鹽(yan)等氧化(hua)劑的(de)(de)方式促進原(yuan)(yuan)位化(hua)學氧化(hua)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)過程(cheng)(cheng)等。二(er)是應(ying)(ying)用(yong)(yong)設(she)(she)(she)(she)備研(yan)(yan)發(fa)。我(wo)國原(yuan)(yuan)位熱(re)脫(tuo)附修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)技(ji)(ji)(ji)術研(yan)(yan)究和(he)工程(cheng)(cheng)應(ying)(ying)用(yong)(yong)起步較(jiao)(jiao)晚，大多停留在設(she)(she)(she)(she)計(ji)研(yan)(yan)發(fa)階段(duan)，距離設(she)(she)(she)(she)備商(shang)業化(hua)應(ying)(ying)用(yong)(yong)還具有較(jiao)(jiao)大差距。急需結合(he)我(wo)國污(wu)染(ran)地(di)塊實際情況，發(fa)展快(kuai)速高效(xiao)(xiao)(xiao)、成本低廉(lian)、實施便捷以(yi)及環境(jing)友好的(de)(de)本土化(hua)原(yuan)(yuan)位熱(re)處理(li)修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)技(ji)(ji)(ji)術及配套修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)設(she)(she)(she)(she)備。三是二(er)次(ci)(ci)污(wu)染(ran)防控(kong)。加(jia)(jia)強原(yuan)(yuan)位熱(re)脫(tuo)附過程(cheng)(cheng)抽提(ti)出的(de)(de)地(di)下污(wu)染(ran)物的(de)(de)處理(li)與處置(zhi)，嚴格控(kong)制二(er)次(ci)(ci)污(wu)染(ran)，加(jia)(jia)強高濃度抽提(ti)氣體的(de)(de)高效(xiao)(xiao)(xiao)冷凝回收等；建立原(yuan)(yuan)位熱(re)脫(tuo)附全修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)效(xiao)(xiao)(xiao)果(guo)和(he)環境(jing)全過程(cheng)(cheng)的(de)(de)檢測方法(fa)。同時，開展原(yuan)(yuan)位熱(re)脫(tuo)附過程(cheng)(cheng)中修(xiu)(xiu)(xiu)(xiu)復(fu)(fu)場地(di)內(nei)的(de)(de)大氣和(he)廢水有組(zu)織和(he)無組(zu)織排放(fang)檢測，嚴格控(kong)制二(er)次(ci)(ci)污(wu)染(ran)物排放(fang)。

 

參考文獻略

（本文作者單位：北京建工環境修復股份有限公司，污染場地安全修復技術國家工程實驗室，中國科學院生態環境研究中心城市與區域國家重點實驗室，中國計量大學計量測試工程學院；作者：李書鵬，焦文濤，李鴻炫，宋少宇，籍龍杰，劉鵬，詹明秀，王進卿）

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