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土壤作为地球生命赖以生存的重要资源与环境基础,是自然界物质和能量参与转化、迁移、积累等循环过程的重要场所。石油由多种复杂的烃类化合物组成,一旦进入土壤,将对人类健康和生态环境安全造成严重威胁[1]。根据环境保护部和国土资源部已公布的《全国土壤污染状况调查公报》,我国土壤总超标率高达16.1%[2],有机类污染物,特别是石油污染物已成为造成土壤安全问题的主要因素之一。因此,石油污染土壤的修复工作迫在眉睫。
采用热脱附技术,可对石油污染土壤进行高温加热处理,使石油污染土壤中的污染成分裂解为轻质组分后挥发,然后对其收集并进行达标处理。热脱附处理过程除受土壤本身属性影响外,处理温度、处理时间等工艺条件也将对热解效果带来一定的影响[3-4]。原地异位建堆热脱附技术[5-6]属于热脱附技术的一种,其技术原理是在微负压条件下,对建成堆体的污染土壤进行加热并维持在一定温度,促使污染物从土壤中脱附并进入气相,并通过抽提的方式将污染物抽出,再进行气处理,最终实现石油污染土壤的修复。该技术具有现场处置便利、无需长距离运输、二次污染少和对有机污染土壤修复效果好[7-10]等优点。采用该技术进行污染土壤修复的过程包含污染物在受热过程中从石油污染土壤中挥发并转移到尾气中和尾气中污染物的处理2个阶段[11]。
近年来,国内研究者已经开展了关于热处理技术的在苯系物[12]、PCBs[13]、PAHs[14]等土壤污染修复领域的应用探索,针对有机物污染场地修复技术的专利也日益增多[15]。原地异位建堆热脱附技术作为一项重要的非燃烧技术[16-19],在有机污染(包括石油污染)土壤修复领域具有较好的应用前景[20-23]。截至目前,国内外针对原地异位建堆热脱附技术在石油污染土壤修复领域的应用研究较少[20-24],因此,有必要开展该项技术在石油污染土壤修复领域的应用探究,为石油污染土壤的修复提供新思路。本研究采用杰瑞环保科技有限公司现有的原地异位建堆热脱附设备,对新疆某地区石油污染土壤进行热脱附处理实验,从修复过程、温度场模拟、温升曲线分析、设备投入、设备运行能耗及土壤修复效果评估等多个方面进行了综合分析,以期为原地异位建堆热脱附技术在石油污染土壤修复领域的工业化应用提供参考。
原地异位建堆热脱附技术和设备在石油污染土壤修复中的应用
Application of in-situ ectopic pile thermal desorption technology and equipment in the petroleum-contaminated soil remediation
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摘要: 利用杰瑞环保科技有限公司自主研发生产的原地异位建堆热脱附设备对新疆某地区506 t石油污染土壤进行了修复处理实验,并在此基础上探讨了原地异位建堆热脱附技术在石油污染土壤修复领域应用的相关技术问题。通过温度场模拟,为设备投入及修复堆体的搭建提供了参考数据;通过项目现场温升曲线,分析了升温效率与物料属性的关系。结果表明,含水率越低的物料升温速率越快。此外,通过对设备投入、石油污染土壤修复效果、修复过程运行能耗等方面进行综合分析,评估了原地异位建堆热脱附技术在石油污染土壤修复领域的有效性和实用性。本研究可为原地异位建堆热脱附技术在石油污染土壤修复领域的工业化应用提供参考。
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关键词:
- 石油污染土壤 /
- 原地异位建堆热脱附技术 /
- 温度场模拟 /
- 能耗
Abstract: An independent developed in-situ ectopic pile thermal desorption equipment by Jereh was used to remediate 506 t petroleum-contaminated soil in Xinjiang, then the application of in-situ ectopic pile thermal desorption technology on the remediation of petroleum-contaminated soil was explored. From the simulation of temperature field, the theoretical guidance for the equipment investment and remediation pile construction was provided. According to the temperature curves of the project, the relationship between the heating efficiency and material properties was analyzed. The results showed that faster heating rate occurred for the material with lower moisture content. In addition, multiple factors such as equipment investment, petroleum-contaminated soil restoration effect and energy consumption were analyzed to evaluate the effectiveness and practicability of in-situ ectopic pile thermal desorption technology in the remediation of petroleum-contaminated soil. Through the comprehensive evaluation of above aspects, this study could provide a reference for the industrial application of the in-situ ectopic pile thermal desorption technology in the petroleum-contaminated soil remediation. -
表 1 堆体内设备
Table 1. Equipments in the pile
序号 设备名称 功能 数量 1 加热管外管 与污染土壤直接接触,加热土壤 11根 2 加热管内管 插入外管中,提供烟气流通通道 11根 3 抽提管 抽提污染气体 16根 4 余热利用管 实现加热管外管排出烟气的二次利用 5根 5 热电偶 测量堆体温度 8个 6 压力变送器 测量堆体负压 3个 7 高压离心风机 用于燃烧器产生烟气的排烟 1台 8 燃烧器 天然气点火燃烧 11台 9 耐火管 燃烧器与加热管间的过渡段 11根 10 烟囱 烟气外排 1个 表 2 气处理系统设备
Table 2. Equipments for the gas treatment system
序号 设备名称 功能 数量 1 一级气液分离器 分离气体中夹带的颗粒及液滴 1台 2 列管换热器 石油烃组分冷凝 1台 3 二级气液分离器 分离冷却后气体中雾状液滴 1台 4 罗茨风机 污染气体抽提 2台 5 活性炭罐 不凝气体吸附 2个 6 板翅式换热器 循环水冷却 1台 7 齿轮泵 冷凝油相外排 1个 表 3 污染土壤分析检测结果
Table 3. Results of contaminated soil analysis
物料编号 含油率/% 含水率/% 含固率/% 分布位置 a 3.8 <1 >95 堆体底层和顶层 b 23.1 6.7 70.2 堆体第2层 c 17.8 5.1 77.1 堆体第3层 表 4 污染土壤总量及堆体尺寸
Table 4. Amount of contaminated soiland size of the pile
底面尺寸 顶面尺寸 高度/m 总方量/m3 密度/(t·m−3) 总重/t 长/m 宽/m 长/m 宽/m 14 11 8 6 3.1 297.6 1.7 506 -
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