“双碳”目标下污染场地原位热处理技术发展趋势

杨洁; 叶春梅; 司马菁珂; 黄沈发; 周栋

doi:10.12030/j.cjee.202203006

“双碳”目标下污染场地原位热处理技术发展趋势

1.
上海市环境科学研究院，上海 200233
2.
国家环境保护城市土壤污染控制与修复工程技术中心，上海 200233

作者简介: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn

通讯作者: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn;

基金项目:
国家重点研发计划项目 (2019YFC1805702) ；上海市科学技术委员会项目 (19DZ1205200)
中图分类号: X53

Discussion on development trend of in-situ thermal treatment technology for contaminated sites under dual-carbon target

1.
Shanghai Academy of Environmental Science, Shanghai 200233, China
2.
State Environmental Protection Engineering Center for Urban Soil Contamination Control and Remediation, Shanghai 200233, China

Corresponding author: YANG Jie, yangj@saes.sh.cn ;

摘要: 原位热处理技术可以在低地下扰动的前提下实现污染场地快速高效的修复，已成为高浓度挥发/半挥发性有机物污染场地修复的热门技术之一。然而，传统原位热处理技术存在能耗和碳排放较高的弊端，限制了其大范围推广应用。在“碳达峰、碳中和”的战略目标下，亟需开展原位热处理技术的优化研究以降低其能效比。通过国内外实验研究与工程案例的整理分析，识别原位热处理活动中的碳排放和能耗的关键工艺环节，进而提出该技术低碳化发展的主要方向；同时梳理原位热处理工艺中应用再生能源和技术优化的研究进展，展望“双碳”目标下该技术的重点研究方向。目前已获得的研究结果表明，通过应用可再生能源和技术优化有望实现原位热修复工艺的大幅减排。
- 有机物污染场地 /
- 原位热处理技术 /
- 碳达峰 /
- 碳中和 /
- 能耗 /
- 碳排放
Abstract: In-situ thermal treatment technology can achieve rapid and efficient remediation of contaminated sites with low underground disturbance, and has become one of the most popular remediation technologies for contaminated sites with high concentration of volatile/semi-volatile organic compounds. However, this technology has the drawbacks of high energy consumption and carbon emissions, which limits its wide-scale popularization and application. Under the strategic target of “carbon peak, carbon neutrality”, it is urgent to carry out process optimization of this technology. Through the analysis of domestic and foreign experimental studies and engineering cases, the key processes of carbon emission and energy consumption in in-situ thermal treatment activities were identified, and the main direction of low-carbon development of the technology was proposed. Then, the application of renewable energy in in-situ thermal treatment and the optimization of in-situ thermal treatment technology at the technical aspects was reviewed. Finally, the future research direction of this technology under the target of “dual carbon” was prospected. The results obtained so far showed that the carbon emissions of in-situ thermal treatment processes were expected to be significantly reduced through renewable energy applications and technological optimization.
- organic contaminated sites /
- in-situ thermal treatment technology /
- carbon peak /
- carbon neutrality /
- energy consumption /
- carbon emission
垃圾渗沥液是一种成分复杂且难处理的高浓度有机废水^[1]，2021年我国生活垃圾清运量达到2.67×10⁸ t，相对于2015年的1.91×10⁸ t增加了约39.8%。目前，卫生填埋是我国城市生活垃圾的主要处理方式之一^[2]，与垃圾焚烧和堆肥处理相比，卫生填埋成本较低且工艺简单^[3]，但生活垃圾经过填埋处理后会发生一系列物理化学和生物化学的反应而产生垃圾渗沥液^[4]，据计算，每吨生活垃圾在填埋周期内约产生0.1 t垃圾渗沥液^[5]。垃圾渗沥液污染物复杂且浓度超高、水质水量变化大^[6]、处理难度高^[2]，如果处理不好，就会导致垃圾渗沥液渗入到土壤、地下水、河流中，从而会影响整个生态系统自身的修复和发展^[7]。常用的垃圾渗沥液处理技术主要包括好氧生物处理、厌氧生物处理的生物法和用活性炭吸附^[8]、离子交换^[9]、膜渗析^[10]等物理化学法。单独的生物处理方法无法使其处理达标，并且反应的周期较长；发达城市常用的反渗透处理工艺虽能将垃圾渗沥液处理达标但其耗费极大且会产生二次污染^[11-14]，因此,寻找高效且低成本的处理垃圾渗沥液的方法迫在眉睫。

近年来，微纳米气泡(MB)在水处理领域取得了巨大进步，其表现的特性已经超出了人们对普通气泡的认知^[15]。微纳米气泡一般指直径小于100 μm气泡的总称。其中,直径大于1 μm 的为微气泡,直径小于1 μm的气泡为纳米气泡^[16]。微米气泡直径其比表面积大，水中停留时间较长，传质效率高、界面电位高。与微米气泡相比,纳米气泡水中停留时间更长，其传质效率更高，界面点位更高，生物效果显著^[17]。由于微纳米气泡具有很强的滞留性，同时内压较大,其高溶解能力可为水体提供高含量的溶解氧^[18]，微纳米气泡用于处理受污染的水体，可降低水体中的有机污染物^[19]，同时抑制水体中厌氧菌的有机质分解过程，降低水体中氮、磷的含量^[20]。微纳米气泡气液界面带负电荷^[21]，可与特定的污染物反应，此外微纳米气泡破裂时产生的自由基和振动波可以促进污染物的去除^[22]。故在水污染处理领域中，微纳米气泡被发现后得到了广泛的关注和应用^[23]。

垃圾渗沥液成分复杂，水质不稳定，采用常规生物处理法处理效果不理想。针对于此，高级氧化技术可应用于为有效降解垃圾渗沥液。芬顿和类芬顿技术得到了广泛应用，其原理是利用·OH的强氧化性，从有机物中夺取氢原子使其分解为CO₂和水等无机物或小分子有机物^[24]。近年来，以SO₄⁻·的高级氧化技术由于其较高的降解能力、优于·OH的存在寿命和对污染物的高度适应性成为目前的研究热点。过硫酸盐(PS)活化技术常用于降解水环境中的有机污染物^[25]，过硫酸盐在光、热、声、过渡金属离子的条件下会分解过硫酸根生成硫酸根自由基，其具有较高的氧化还原电位(E₀=2.5～3.1 eV)，具有强氧化能力，其主要通过电子传递和提取氢将有机污染物氧化为无机物或小分子物质，甚至直接分解成CO₂和H₂O^[26]。目前常见的过硫酸盐活化法有热活化、过渡金属催化活化、紫外光活化等^[27]，有研究表明，在波长小于270 nm的紫外光照射下过硫酸盐^[28]，过硫酸盐中的过硫酸根会分解生成硫酸根自由基，从而有效降解有机污染物^[29]。本研究利用微纳米气泡的特性将其与紫外灯(UV)活化过硫酸盐技术相结合，考察了反应时间、初始pH、过硫酸钾(PS)投加量、紫外灯功率、微纳米气泡(MB)进气量等因素对垃圾渗沥液中COD去除效果的影响。

1.   材料与方法

1.1   实验药品

冰乙酸(CH₃COOH)购自重庆川东化工集团，正己酸(C₆H₁₂O₂)(AR，99.0%)、氨水(NH₃·H₂O)(AR，28%)购自上海麦克林生化科技有限公司，冰乙酸(CH₃COOH)(AR，99.5%)购自重庆川东化工集团，正丁酸(CH₃CH₂CH₂COOH)(AR，99.0%)、过硫酸钾(K₂S₂O₈)(AR，99.5%)购自国药集团化学试剂有限公司,5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物(DMPO)(RG,98%)购自阿达玛斯试剂有限公司,实验用水为超纯水。

1.2   实验装置和仪器

实验装置和仪器见图1，采用体积为1.0 L的烧杯作为反应容器，实验中所用的实验和分析仪器包括：微纳米气泡发生器(LF-1500，上海行恒科技公司)，加热消解器(DRB200,美国哈希)，紫外分光度计(DR 6000)，总有机碳分析仪(TOC-LCPH，日本岛津)，连续流动分析仪(荷兰 SKALAR San++)，顺磁共振波谱仪(EMXnano,日本岛津)。

图 1 实验装置示意图

Figure 1. Schematic diagram of the experimental setup

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1.3   实验方法

称取一定量的过硫酸钾加入到由1.74 mmol·L⁻¹冰乙酸、1.08 mmol·L⁻¹正丁酸、2.56 mmol·L⁻¹正己酸和1.94 mmol·L⁻¹氨水溶液组成的1 000 mL模拟垃圾渗沥液中，调节溶液pH，将废水经过微纳米气泡发生器产生微纳米气泡，调节压力阀和进气量至溶液呈乳白色，同时在烧杯中放入254 nm紫外灯并开启紫外灯，每隔30 min取样于紫外分光度计、总有机碳分析仪和连续流动分析仪测试其COD、TOC和氨氮。TOC和氨氮的去除率率按照式(1)、式(2)和式(3)进行计算。

${R}_{\mathrm{C}}=\frac{{C}_{0}-{C}_{t}}{{\mathrm{C}}_{0}} ×100\%$ $(1)$

${R}_{\mathrm{T}}=\frac{{T}_{0}-{T}_{t}}{{\mathrm{T}}_{0}} ×100\%$ $(2)$

${R}_{\mathrm{N}}=\frac{{N}_{0}-{N}_{t}}{{\mathrm{N}}_{0}} ×100\%$ $(3)$

式中：R_C为COD去除率，%；C₀为初始COD， mg·L⁻¹；C_t为反应t时刻的COD，mg·L⁻¹；R_T为TOC去除率，%；T₀为其初始TOC，mg·L⁻¹；T_t为t时刻的TOC，mg·L⁻¹；R_N为氨氮去除率，%；N₀为初始氨氮浓度，mg·L⁻¹；N_t为反应t时刻的氨氮浓度，mg·L⁻¹。

2.   结果与讨论

2.1   不同条件下垃圾渗沥液中COD的去除效果

图2为MB进气量为30 mL·min⁻¹，在不同条件下废水COD的去除效果。由图2可以看出，仅有微纳米气泡的条件下，反应180 min后废水COD去除率为7.61%。在MB/PS体系中，PS投加量为4 g·L⁻¹时，180 min后COD去除率为8.07%。在UV/PS体系中，当UV的功率为10W，PS投加量为4 g·L⁻¹时，180 min后垃圾渗沥液的COD去除率为9.89%。在MB/UV体系中，反应180 min后COD去除率为7.39%。在常规气泡(CB)的条件下，CB/UV/PS体系对COD的去除效果有一定的提升，经180 min常规气泡曝气反应后，COD去除率为34.89%，在MB/UV/PS体系中，当紫外灯功率为10 W、过硫酸盐投加量为4 g·L⁻¹时，COD去除率达到了60.68%。由此可见，MB/UV/PS体系对垃圾渗沥液COD有良好的去除效果。这是由于在紫外灯活化过硫酸盐条件下，导入微纳米气泡后，传质加快^[17]，同时提高了羟基自由基和硫酸根自由基产生的浓度，因此，在该条件下COD的去除率显著提升。

图 2 不同体系中COD的去除效果

Figure 2. COD removal effect by different systems

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2.2   反应时间对COD去除效果的影响

在MB/UV/PS体系中，当溶液pH=6.0，过硫酸盐投加量为4 g·L⁻¹，MB进气量为30 mL·min⁻¹，紫外灯功率为10 W时，COD去除率随反应时间的变化如图3所示。过硫酸盐在微纳米气泡和紫外灯的协同作用下产生硫酸根自由基，过硫酸盐中的过氧键会在氧化还原反应中断裂生成过一硫酸根，过一硫酸根在微纳米气泡和紫外灯的活化下产生羟基自由基和硫酸根自由基，而硫酸根自由基和羟基自由基会通过电子传递和提取氢将垃圾渗沥液中的有机污染物氧化为无机物或小分子物质，随着反应的进行，COD去除率稳步上升，反应180 min时可达到60.68%。

图 3 反应时间对COD去除效果的影响

Figure 3. Influence of reaction time on COD removal effect

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2.3   PS投加量对COD去除效果的影响

图4反映了PS投加量对垃圾渗沥液COD去除效果的影响。由图4可以看出，随着PS投加量的增加，COD的去除率有所增高。当PS投加量为2、3、4、5、6 g·L⁻¹时，经过3 h的反应，COD的去除率分别为52.73%、54.32%、60.68%、60.57%、59.77%，PS投加量超过4 g·L⁻¹时，COD去除率没有随着PS继续投加而继续增加。这说明溶液中的过硫酸盐已达到饱和，4 g·L⁻¹为PS的最佳投放量。

图 4 不同PS投加量对COD去除效果的影响

Figure 4. Influence of PS dosage on COD removal effect

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2.4   MB进气量对COD去除效果的影响

进气量决定微纳米气泡的产生量^[17]。图5为MB进气量对COD去除率的影响。可见在MB/UV/PS体系中，MB进气量对模拟废水中COD的去除率随MB的进气量的增加呈先升高后降低的变化趋势。当MB进气量由 10 mL·min⁻¹ 增至30 mL·min⁻¹时，COD去除率逐渐升高，并在 30 mL·min⁻¹时达到最高，为60.68%。而随着 MB进气量由30 mL·min⁻¹增加到 60 mL·min⁻¹时，COD去除率降至48.07%。这说明微纳米气泡的最佳进气量为30 mL·min⁻¹。

图 5 MB进气量对COD去除效果的影响

Figure 5. Influence of gas flow of MB on COD removal effect

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2.5   紫外灯功率对COD去除效果的影响

图6为紫外灯(UV)的功率对COD去除率的影响。由图6可见，随着紫外灯功率的不断提升，COD去除率不断增加。当紫外灯为5 W时，COD去除率为35.23%；在紫外灯功率为15 W时去除率达到61.36%。这说明随着紫外灯功率的增加，会产生活性自由基，进而去除有机污染物，但随着紫外灯功率的进一步提升，溶液的COD去除率不再增高。

图 6 UV功率对COD去除效果的影响

Figure 6. Influence of UV power on COD removal effect

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2.6   初始pH对COD去除效果的影响

图7为模拟垃圾渗沥液初始pH对后续反应的COD去除效果的影响。可见，在MB/UV/PS体系中，当溶液pH=2时，COD去除率为43.07%；随着pH的增加，COD去除率增加，在pH=6时去除率达到最高，为60.68%。当在pH在碱性条件下COD去除率大幅度降低，当溶液pH=10时，去除率仅仅只有2.73%。这说明废水中的有机酸在碱性条件下生成的盐会抑制污染物的降解。

图 7 初始pH对COD去除效果的影响

Figure 7. The effect of initial pH on COD removal

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2.7   最佳条件下TOC去除率

由图8(a)可见，当过硫酸盐投加量为4 g·L⁻¹、微纳米气泡进气量为30 mL·min⁻¹、紫外灯功率为10 W、初始pH为6时，随着反应的进行，溶液中TOC的去除率迅速升高。反应3 h 后，TOC去除率为48.05%。由图8(b)可以看出，在反应前溶液中无机碳质量浓度为0.29 mg·L⁻¹，在180 min时反应中无机碳质量浓度为18.89 mg·L⁻¹。反应中无机碳质量浓度随着反应时间的增加而增加，这说明反应中有机物被分解转化为 CO₂ 和 H₂O。

图 8 溶液中TOC去除率和无机碳质量浓度

Figure 8. TOC removal rate and inorganic carbon mass concentration in solution

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2.8   最佳条件下氨氮去除率

图9反映了当PS为4 g·L⁻¹、MB进气量为30 mL·min⁻¹、UV功率为10 W、初始pH为6时氨氮去除率的变化。可见，当反应时间为30 min时，溶液中氨氮去除率为18.2%；随着反应时间的进行，溶液中氨氮的去除率迅速增高，反应为180 min时，氨氮去除率为42.1%。

图 9 溶液中氨氮去除

Figure 9. Ammonia nitrogen removal rate in solution

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2.9   反应中的一级反应动力学

由图10可见，In(C₀/C_t)与t基本呈线性关系。这表明微纳米气泡(MB)进气量对垃圾渗沥液的降解过程可用一级反应动力学方程来描述In(C₀/C_t)=kt来描述，结果见表1。当MB进气量由10 mL·min⁻¹上升到50 mL·min⁻¹时，K先从0.002 32 min⁻¹上升到0.006 07 min⁻¹，然后下降至0.004 29 min⁻¹，在MB进气量为30 mL·min⁻¹时，半衰期t_1/2为114.2 min。这主要是因为产生的微纳米气泡可以促进反应从而有效去除溶液中的有机物，当MB进气量为30 mL·min⁻¹时，反应器中微纳米气泡含量最多，导致在溶液中会产生更多的活性自由基。

图 10 COD去除效果的一级反应动力学

Figure 10. First-order kinetics of COD removal

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表 1 进气量对COD去除效果和反应速率的影响

Table 1. Effect of gas flow on COD removal effect and reaction rate

MB进气量/(mL·min⁻¹) K/min⁻¹ t_1/2/min R²

10 0.002 32 298.770 336 0.943 1
20 0.002 84 244.065 908 0.964 1
30 0.006 07 114.192 287 0.945 58
40 0.005 39 128.598 735 0.939 7
50 0.004 29 161.572 769 0.924 2

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2.10   反应中的活性自由基分析

1)自由基淬灭实验。NASSERI等^[30]的研究表明，异丙醇(IPA)可淬灭羟基自由基，抗坏血酸(AA)淬灭硫酸根自由基，对苯醌(BQ)可淬灭超氧自由基。图11为加入不同淬灭剂后溶液中COD去除率的变化情况。可见，加入异丙醇(IPA)后溶液COD去除率由60.68%下降为11.59%。这说明在UV/MB/PS体系中生成了羟基自由基。加入了抗坏血酸后去除率由60.68%下降为28.98%。这说明反应中生成了硫酸根自由基。加入了对苯醌后，COD去除率几乎无变化。这证明该体系中没有超氧自由基的生成。

图 11 自由基猝灭剂对COD去除率的影响

Figure 11. Influence of free radical quenchers on COD removal rate

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2)不同处理体系中的自由基表征。本研究采用EPR技术检测了3个反应体系中的活性物质。由图12(a)可以看出，在单独MB体系中没有活性自由基产生，而在UV/PS体系中检测出中有少量的羟基自由基和硫酸根自由基。这是由于过硫酸根在低于270 nm的紫外灯照射下分解生成硫酸根自由基，过硫酸根中的过氧键在氧化还原反应中断裂生成过一硫酸根，过一硫酸根在低于270 nm的紫外灯紫外灯照射下分解生羟基自由基和硫酸根自由基(式(4)~式(5))。在MB/UV/PS体系中可以检测出有大量的羟基自由基和硫酸自由基。这说明导入微纳米气泡使反应中的羟基自由基和硫酸根自由基浓度增加，促使反应中的污染物分解。图12(b)为在MB/UV/PS体系中分别在60、90 和120 min时的自由基检测结果。可见，溶液中检测出了羟基自由基和硫酸根自由基，在120 min时自由基浓度最大。这说明溶液中的羟基自由基和硫酸根自由基浓度随着反应时间的延长而增加。

图 12 EPR自由基检测实验

Figure 12. EPR free radical detection experiment

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${\mathrm{S}}_{2}{\mathrm{O}}_{8}^{2-}\stackrel{{h}{v}}{\to }2{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^- \cdot$ $(4)$

${\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{O}}_{5}^-\stackrel{{h}{v}}{\to }{\mathrm{S}\mathrm{O}}_{4}^- \cdot+{\rm{OH}}\cdot$ $(5)$

3.   结论

1)自由基淬灭实验结果结合EPR表征结果表明，羟基自由基和硫酸根自由基是降解过程中的主要活性物质。

2)单独采用微纳米气泡对模拟垃圾渗沥液中COD的去除率仅为7.61%，使用紫外灯活化过硫酸钾对COD的去除率为9.89%，微纳米气泡活化过硫酸钾对COD的去除率为8.07%，而微纳米气泡联合紫外灯活化过硫酸钾对COD的去除率为60.68%，这表明微纳米气泡和紫外灯活化过硫酸盐体系有明显协同作用。

3)当反应时间为 180 min、PS投加量为4 g·L⁻¹、pH=6、MB 进气量为 30 mL·min⁻¹时，COD的去除率可达60.68%，TOC去除率为48.05%，氨氮去除率为42.1%。

图 1 典型原位热处理案例各环节的碳排放分布^[21-23]

Figure 1. Distribution of carbon emissions in each treatment process in typical cases applying in-situ thermal treatment

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图 2 原位热处理过程的能流图

Figure 2. Energy flow during in-situ thermal treatment

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图 3 可再生能源在ISTT中应用的概念模型

Figure 3. Conceptual model for the application of renewable energy in ISTT

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图 4 ISTT过程余热回用措施的概念模型

Figure 4. Conceptual model of waste heat recovery measures in ISTT process

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表 1 原位热处理技术的技术特点^[14,17-18]

Table 1. Technical characteristics of in-situ thermal treatment technologies

技术类型	最高温度/ ℃	加热原理	优点	局限性
电阻加热	100	基于欧姆加热原理，通过电流加热污染区域	对地下非均质性不敏感	需要场地具有一定含水量
热传导加热	750~800	以热传导的形式加热污染区域	温度高，适用于难挥发污染物的处理	易受高地下水通量的影响
蒸汽强化抽提	170	以热对流的形式加热污染区域	成本较低，适用于地下水流速较快场地的处理	需要场地具有一定渗透性
射频加热	300~400	通过高频渐变电场作用来加热污染区域	对地下热导率和渗透率无要求	需要场地具有一定含水量，且成本较高
阴燃	1 200	依靠空气注入引发污染介质表面有机污染物的自持燃烧	可以自我维持，高效节能	需要场地具有一定渗透性，且对污染物浓度和热值要求较高

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表 2 典型原位热处理案例的碳排放情况

Table 2. Carbon emissions from typical cases applying in-situ thermal treatment

技术类型	评估方法	主要污染物	土方量/m³	总碳排放量/ (tCO₂-eq)	单位碳排放量/ (kgCO₂-eq·m^-3)	文献
电阻加热	EFA	多氯联苯	5.78×10⁶	2.99×10³	0.5	^[20]
电阻加热	LCA	含氯挥发性有机物	3.36×10³	1.11×10³	330.0	^[21]
热传导加热	LCA	三氯乙烯	700	2.01×10²	287.1	^[22]
热传导加热	—	煤焦油	—	4.12×10⁴	—	^[19]
蒸汽强化抽提	EFA	石油烃	3.00×10⁶	(3.42~6.10)×10⁴	11.4~20.3	^[23]
蒸汽强化抽提	LCA	含氯挥发性有机物	—	1.61×10³	—	^[24]
阴燃	—	煤焦油	—	4.39×10³	—	^[19]
注：EFA表示环境足迹分析，LCA表示全生命周期评价。

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表 3 典型原位热处理案例的能耗情况

Table 3. Energy consumption from typical cases applying in-situ thermal treatment

技术类型	能源介质	主要污染物	土方量/m³	总能耗/kWh	单位能耗/ (kWh·m^-3)	文献
电阻加热	电、柴油	三氯乙烯	1.26×10³	6.81×10⁵	540.5	^[26]
	电、柴油	三氯乙烯	1.17×10⁴	3.47×10⁶	296.6	^[26]
	—	多氯联苯	5.78×10⁶	1.70×10⁷	2.9	^[20]
热传导加热	电、柴油	氯乙烯	0.70×10³	2.94×10⁴	420.0	^[22]
	电、柴油	三氯乙烯	1.26×10³	7.65×10⁵	607.1	^[26]
	电、柴油	三氯乙烯	1.17×10⁴	4.02×10⁶	343.6	^[26]
	电	含氯挥发性有机物	9.35×10⁴	2.32×10⁷	248.7	^[27]
蒸汽强化抽提	电、天然气	石油烃	3.00×10⁵	(1.70~2.46)×10⁸	566.7~820.0	^[23]
	电、柴油	矿物油、多环芳烃等	1.51×10⁴	5.69×10⁵	37.6	^[28]
	天然气、柴油	三氯乙烯	1.26×10³	9.64×10⁵	765.1	^[26]
	天然气、柴油	三氯乙烯	1.17×10⁴	6.35×10⁶	542.7	^[26]
射频加热	电、柴油	三氯乙烯	0.20×10³	1.29×10⁵	645.0	^[26]
射频加热	电、柴油	三氯乙烯	1.17×10⁴	1.03×10⁶	88.0	^[26]

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图( 4) 表( 3)

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1. 材料与方法
1.1 实验药品
1.2 实验装置和仪器
1.3 实验方法
2. 结果与讨论
2.1 不同条件下垃圾渗沥液中COD的去除效果
2.2 反应时间对COD去除效果的影响
2.3 PS投加量对COD去除效果的影响
2.4 MB进气量对COD去除效果的影响
2.5 紫外灯功率对COD去除效果的影响
2.6 初始pH对COD去除效果的影响
2.7 最佳条件下TOC去除率
2.8 最佳条件下氨氮去除率
2.9 反应中的一级反应动力学
2.10 反应中的活性自由基分析
3. 结论

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随着我国城市化进程和产业结构调整步伐的加快，大批工业企业相继搬迁或关停，产生大量工业遗留污染场地，对生态环境和周边居民的健康造成严重威胁^[1]。在我国污染场地修复产业快速发展的20年间，初期多采用异位修复技术，如固化/稳定化、水泥窑协同处置等，但异位修复时挖掘和运输等过程将导致二次污染风险增大，并且综合考虑生态和社会效益，用于异位修复的资源消耗和能效比并不低^[2]。随着污染场地治理修复行业的发展，国家《土壤污染防治行动计划》^[3]和《中华人民共和国土壤污染防治法》^[4]相继提出污染土壤原则上进行原位修复的要求，污染场地修复技术逐渐由异位修复技术向原位修复技术发展，如原位热处理、原位化学氧化还原、原位生物修复技术等^[5]。其中，原位热处理 (In-situ thermal treatment, ISTT) 技术作为一种高效修复技术，具有地下扰动小、适用污染物类型多、作业深度深、修复周期短、污染去除率高等优势，在污染程度重、时间要求紧的场地修复工程中得到了广泛的应用，已成为修复挥发/半挥发性有机污染场地最有效的方法之一^[6-9]。

面对全球气候变化形势日趋严峻的现状，多个国家及地区相继提出碳中和目标^[10]，绿色可持续修复已逐渐成为国际污染场地修复的发展方向^[11]。我国于2020年提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现中和”的目标^[12]。在“双碳”战略背景下，亟需加强国内污染场地的绿色可持续修复研究，提升修复技术的发展水平。值得关注的是，ISTT技术由于需要持续的能源输入以达到较高处理温度，被认为是能源密集型技术^[13]，影响其在“双碳”战略背景下的推广应用。尽管传统ISTT存在能耗和碳排放较高的弊端，但该技术具有修复周期短、效率高、二次污染影响小的特征，合理优化后有望转变为可持续修复技术^[14]。为此，本文调研国内外ISTT技术的研究和工程实例，分析ISTT技术应用过程的碳排放和能耗情况及其关键贡献环节，拟提出在现有技术基础上推动ISTT技术低碳发展的主要优化方向，并梳理了借力可再生能源和技术优化等措施的研究进展，以期为业界对“双碳”目标下该技术的研发和应用提供参考。

4. 展望

原位热处理技术的优化研究已取得一定进展，但缺乏完善的优化方案及工程应用经验。在绿色可持续修复理念和“双碳”战略背景下，建议未来重点在以下4个方面开展研究工作。

1) 进一步开展原位热处理技术的绿色可持续评估，为技术比选和优化提供参考。针对不同原位热处理技术，开展绿色可持续评估，量化修复过程的环境影响，明确其关键贡献环节。

2) 深入分析原位热处理工艺中可再生能源的应用前景。分析可再生能源在原位热处理过程的适用性，探明其应用途径及关键限制因素，开展现场工程应用研究，提出适用于不同场地条件、不同修复技术的应用实施方案。

3) 进一步开展原位热处理耦合联用工艺的研究。研究耦合联用工艺的修复机理，获取关键技术参数，深入分析不同地质条件下耦合联用工艺的适用性，同时加强耦合技术的节能效益分析，为修复方案的设计与实际工程应用提供指导。

4) 增强原位热处理技术热损失控制工艺及设备研发。开展高保温性能材料的研究，优化地表阻隔与地下阻隔工艺，减少修复区域热量向外扩散；探索燃烧尾气和抽提尾水尾气余热回用的方法，构建完备的余热回用体系，研发与修复技术配套的经济高效、适应性强的余热回用设备，提升能源利用效率。

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30	0.006 07	114.192 287	0.945 58
40	0.005 39	128.598 735	0.939 7
50	0.004 29	161.572 769	0.924 2

“双碳”目标下污染场地原位热处理技术发展趋势

作者简介: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn

通讯作者: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn;

Discussion on development trend of in-situ thermal treatment technology for contaminated sites under dual-carbon target

Corresponding author: YANG Jie, yangj@saes.sh.cn ;

1. 材料与方法

1.1 实验药品

1.2 实验装置和仪器

1.3 实验方法

2. 结果与讨论

2.1 不同条件下垃圾渗沥液中COD的去除效果

2.2 反应时间对COD去除效果的影响

2.3 PS投加量对COD去除效果的影响

2.4 MB进气量对COD去除效果的影响

2.5 紫外灯功率对COD去除效果的影响

2.6 初始pH对COD去除效果的影响

2.7 最佳条件下TOC去除率

2.8 最佳条件下氨氮去除率

2.9 反应中的一级反应动力学

2.10 反应中的活性自由基分析

3. 结论

计量

出版历程

“双碳”目标下污染场地原位热处理技术发展趋势

通讯作者: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn;

作者简介: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn 1. 上海市环境科学研究院，上海 200233 2. 国家环境保护城市土壤污染控制与修复工程技术中心，上海 200233

English Abstract

Discussion on development trend of in-situ thermal treatment technology for contaminated sites under dual-carbon target

Corresponding author: YANG Jie, yangj@saes.sh.cn ;

全文HTML

1.1. 原位热处理技术的特点及局限性

1.2. 原位热处理工艺的碳排放水平

1.3. 原位热处理工艺的能耗水平

2.1. 太阳能

2.2. 风能

3.1. 单项技术的优化

3.2. 不同技术的耦合联用

3.3. 修复过程的热损失控制

目录

全文HTML

1.1. 原位热处理技术的特点及局限性

1.2. 原位热处理工艺的碳排放水平

1.3. 原位热处理工艺的能耗水平

2.1. 太阳能

2.2. 风能

3.1. 单项技术的优化

3.2. 不同技术的耦合联用

3.3. 修复过程的热损失控制

作者简介: 杨洁 (1979—) ，男，博士，正高级工程师，yangj@saes.sh.cn
1. 上海市环境科学研究院，上海 200233

2. 国家环境保护城市土壤污染控制与修复工程技术中心，上海 200233