熱脫附技術(shù)(Thermal Desorption)是指在真空條件下或通入載氣時(shí)，通過(guò)直接或間接熱交換，將土壤中的有機(jī)污染物加熱到足夠的溫度，以使有機(jī)污染物從污染介質(zhì)上得以揮發(fā)或分離，進(jìn)入氣體處理系統(tǒng)的過(guò)程。

　　熱脫附可通過(guò)調(diào)節(jié)加熱溫度和停留時(shí)間等方式有選擇地將污染物從某一相轉(zhuǎn)化為另一相，在修復(fù)過(guò)程中并不出現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的破壞作用。通過(guò)控制熱脫附系統(tǒng)的溫度和污染土壤停留時(shí)間有選擇的使污染物得以揮發(fā)，并不發(fā)生氧化、分解等化學(xué)反應(yīng)?？梢杂行コ讚]發(fā)性的有機(jī)物，也可以有效去除半揮發(fā)或難揮發(fā)性、高沸點(diǎn)、難分解的有機(jī)污染物，并且對(duì)于含有多種不同沸點(diǎn)的有機(jī)污染物可以一次加熱處理以達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值。

熱脫附主要包含兩個(gè)基本過(guò)程： 一是加熱待處理物質(zhì)，將目標(biāo)污染物揮發(fā)成氣態(tài)分離; 二是將含有污染物的尾氣進(jìn)行冷凝、收集以及焚燒等處理至達(dá)標(biāo)后排放至大氣中。

原位熱脫附 　　原位熱脫附技術(shù)(In-Situ Thermal Desorption) 是揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機(jī)物類污染土壤原位修復(fù)技術(shù)中一項(xiàng)重要手段，主要用于處理一些比較難開(kāi)展異位環(huán)境修復(fù)的區(qū)域，例如，深層土壤以及建筑物下面的污染修復(fù)。 　　原位熱脫附技術(shù)是將污染土壤加熱至目標(biāo)污染物的沸點(diǎn)以上，通過(guò)控制系統(tǒng)溫度和物料停留時(shí)間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，使目標(biāo)污染物與土壤顆粒分離、去除。熱脫附過(guò)程可以使土壤中的有機(jī)化合物揮發(fā)和裂解等物理化學(xué)變化。當(dāng)污染物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)之后，其流動(dòng)性將大大提高，揮發(fā)出來(lái)的氣態(tài)產(chǎn)物通過(guò)收集和捕獲后進(jìn)行凈化處理。 異位熱脫附 　　異位熱脫附技術(shù)(Ex-Situ Thermal Desorption)則用來(lái)處理一些適于開(kāi)展異位環(huán)境修復(fù)的區(qū)域，將污染土壤提取出來(lái)，通過(guò)直接或間接加熱，將污染土壤中的目標(biāo)污染物加熱至其沸點(diǎn)以上，通過(guò)控制系統(tǒng)溫度和物料停留時(shí)間有選擇地促使污染物氣化揮發(fā)，使目標(biāo)污染物與土壤顆粒分離、去除。

★ 技術(shù)適用性

　　1、適用的介質(zhì)：污染土壤；

　　2、可處理的污染物類型：揮發(fā)及半揮發(fā)性有機(jī)污染物（如石油烴、農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯）和汞；

　　3、應(yīng)用限制條件：不適用于無(wú)機(jī)物污染土壤（汞除外），也不適用于腐蝕性有機(jī)物、活性氧化劑和還原劑含量較高的土壤。

★ 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　1、環(huán)境友好的屬性，處理過(guò)程達(dá)到嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)；

　　2、有機(jī)污染物回收再利用，實(shí)現(xiàn)變廢為寶；

　　3、應(yīng)用范圍廣泛，能夠處理所有的有機(jī)物和部分無(wú)機(jī)物；

　　4、運(yùn)行效率強(qiáng)大，可全天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，全年使用率達(dá)85%；

　　5、土壤分散能力得到改善，土壤結(jié)塊趨勢(shì)降低，保證了進(jìn)料系統(tǒng)的通暢及污染物的熱脫附效果；

　　6、實(shí)現(xiàn)高效傳熱及傳質(zhì)，能量利用效率高；

　　7、熱脫附系統(tǒng)配備高效可靠的尾氣處理系統(tǒng)，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放；

　　8、熱脫附系統(tǒng)采用模塊化、集成化及智能化的設(shè)計(jì)，增加了設(shè)備的緊湊性，設(shè)備占地面積小。

★ 產(chǎn)品可定制

　　產(chǎn)品可根據(jù)客戶需求定制。

異位熱脫附的主要工藝及設(shè)備

主要工藝

異位熱脫附系統(tǒng)按脫附方式可分為直接熱脫附和間接熱脫附，也可按溫度分為高溫?zé)崦摳?/strong>和低溫?zé)崦摳?/strong>。

直接熱脫附 進(jìn)料系統(tǒng)：通過(guò)篩分、脫水、破碎、磁選等預(yù)處理，將污染土壤從前處理車間運(yùn)送到脫附系統(tǒng)中。 脫附系統(tǒng)：污染土壤進(jìn)入熱轉(zhuǎn)窯后，與熱轉(zhuǎn)窯燃燒器產(chǎn)生的火焰直接接觸，被均勻加熱至目標(biāo)污染物氣化的溫度以上，達(dá)到污染物與土壤分離的目的。 尾氣處理系統(tǒng)：富集氣化污染物的尾氣通過(guò)旋風(fēng)除塵、焚燒、冷卻降溫、布袋除塵、堿液淋洗等環(huán)節(jié)去除尾氣中的污染物。

高溫?zé)崦摳?/strong> 　　高溫?zé)崦摳剑℉igh temperature thermal desorption (HTTD)）是一種全面的技術(shù)（如上圖），其將污染土壤加熱到560C，揮發(fā)出水和有機(jī)污染物。氣體輸送或真空系統(tǒng)將揮發(fā)出的水和有機(jī)污染物輸送到尾氣處理系統(tǒng)。HTTD系統(tǒng)是物理的分離過(guò)程并不會(huì)破壞有機(jī)物。合適的工作溫度和氣體停留時(shí)間會(huì)導(dǎo)致選定的污染物揮發(fā)但不被氧化(Anderson，1993)。 　　HTTD經(jīng)常結(jié)合焚燒、固化/穩(wěn)定化、脫氯使用，取決于場(chǎng)地的特定條件。該技術(shù)已經(jīng)證明它可以將特定目標(biāo)污染物的*終濃度水平降至<5mg/kg (Khan et al.，2004)。

　　兩種常見(jiàn)的熱脫附設(shè)計(jì)是旋轉(zhuǎn)干燥器和螺旋加熱器。旋轉(zhuǎn)干燥器是可以間接或直接燃燒加熱的水平圓柱體。

　　干燥器通常傾斜并旋轉(zhuǎn)。對(duì)于螺旋加熱器單元，螺旋輸送機(jī)或空心螺旋鉆通過(guò)密封管渠輸送介質(zhì)。熱油或蒸汽循環(huán)通過(guò)螺旋鉆來(lái)間接加熱介質(zhì)。

　　LTTD的目標(biāo)污染物是非鹵化的VOCs和石油類。該技術(shù)可用于降低SVOCs的反應(yīng)性。限制該技術(shù)適用性和有效性的可能因素有：

　　- 有特定的來(lái)料規(guī)格和材料處理要求（可能與特定場(chǎng)地的適用性或成本要求相沖突）；

　　- 必須脫水至指定的土壤含水量；

　　- 高耐磨的來(lái)料可能會(huì)損壞處理器單元；

　　- 來(lái)料中的重金屬可能會(huì)產(chǎn)生需要穩(wěn)定化的固體殘?jiān)?/span>

★ 主要設(shè)備

異位熱脫附由進(jìn)料系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)和尾氣處理系統(tǒng)組成。

1、進(jìn)料系統(tǒng)：如篩分機(jī)、破碎機(jī)、振動(dòng)篩、鏈板輸送機(jī)、傳送帶、除鐵器等；

2、脫附系統(tǒng)：回轉(zhuǎn)干燥設(shè)備或熱螺旋推進(jìn)設(shè)備；

3、尾氣處理系統(tǒng)：旋風(fēng)除塵器、二燃室、冷卻塔、冷凝器、布袋除塵器、淋洗塔、超濾設(shè)備等。

異位熱脫附的作業(yè)流程

　　異位熱脫附工程看展前，還需要開(kāi)展前期準(zhǔn)備和技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究工作，包括且不限于識(shí)別土壤污染物的類型、測(cè)定污染物濃度，了解場(chǎng)地土壤性質(zhì)、粒徑分布和含水率等參數(shù)，同時(shí)還需要確定場(chǎng)地及周邊信息、待處理土壤體積、項(xiàng)目計(jì)劃工期和預(yù)期目標(biāo)等。

　　此外，還需要考慮是否有足夠的空間進(jìn)行土壤預(yù)處理，公用設(shè)施(燃料、水、電等)是否滿足要求， 以及相關(guān)管理部門(mén)和當(dāng)?shù)孛癖妼?duì)熱脫附技術(shù)的接受程度等。

　　一般的作業(yè)流程可分為以下四步：

　　1、土壤挖掘分選：對(duì)地下水位較高的場(chǎng)地，挖掘時(shí)需要降水，使土壤含水率降至符合處理要求；

　　2、土壤預(yù)處理：對(duì)挖掘分選后的土壤進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，例如篩分、調(diào)節(jié)土壤含水率、磁選等；

　　3、土壤熱脫附處理：根據(jù)目標(biāo)污染物的特性，調(diào)節(jié)合適的運(yùn)行參數(shù)(脫附溫度、停留時(shí)間等)，使污染物與土壤分離；

　　4、尾氣處理：收集熱脫附過(guò)程產(chǎn)生的氣體，通過(guò)尾氣處理系統(tǒng)對(duì)氣體進(jìn)行處理，檢測(cè)達(dá)標(biāo)后排放。

異位熱脫附的技術(shù)參數(shù)

土壤性質(zhì)

1、 土壤質(zhì)地

　　土壤質(zhì)地一般劃分為沙土、壤土、粘土。

　　沙土：土質(zhì)疏松，對(duì)液體物質(zhì)的吸附力及保水能力弱，受熱易均勻，故易于熱脫附。

　　粘土：顆粒細(xì)，性質(zhì)與沙土正好相反，不易熱脫附。

　　且土壤中的晶間水層對(duì)于污染物的脫附有明顯的抑制作用，粒子內(nèi)及粒子間的傳質(zhì)顯著影響污染物的去除速率。

2、 含水率

　　水分受熱揮發(fā)會(huì)消耗大量的熱量，土壤含水率將直接影響到處理運(yùn)行成本，高粘土含量或濕度會(huì)增加處理費(fèi)用，因此對(duì)污染土壤的含水率有著嚴(yán)格的要求，國(guó)外相關(guān)工程運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，土壤含水率在5-35%間，所需熱量約在117-286kcal/kg，為保證熱脫附的效能，進(jìn)料土壤的含水率宜低于20%。

3、粒徑分布

　　如果超過(guò)50%的土壤粒徑小于200目，細(xì)顆粒土壤可能會(huì)隨氣流排出，導(dǎo)致氣體處理系統(tǒng)超載。*大土壤粒徑不應(yīng)超過(guò)5cm。

污染物特性

1、污染物濃度

　　土壤中有機(jī)污染物蒸發(fā)速率比純物質(zhì)的蒸發(fā)速率小(如在同等條件下芘的蒸發(fā)速率比純芘的蒸發(fā)速率小5倍)。

有機(jī)污染物濃度高會(huì)增加土壤熱值，可能會(huì)導(dǎo)致高溫，損害熱脫附設(shè)備，甚至發(fā)生燃燒、爆炸，因此尾氣中有機(jī)物濃度要低于爆炸下限25%。有機(jī)物含量高于1%-3% 的土壤不適用于直接熱脫附系統(tǒng)，可采用間接熱脫附處理。

2、沸點(diǎn)

　　一般情況下，直接熱脫附處理土壤的溫度范圍為150-650℃，間接熱脫附處理土壤溫度為120-530℃。

3、二噁英的形成

　　多氯聯(lián)苯及其它含氯化合物在受到低溫?zé)崞茐臅r(shí)或者高溫?zé)崞茐暮蟮蜏剡^(guò)程易生產(chǎn)二噁英。因此在廢氣燃燒破壞時(shí)還需要特別的急冷裝置，使高溫氣體的溫度迅速降低至200℃，防止二噁英的生成。

溫度

　　溫度是影響熱脫附過(guò)程*主要的因素，隨著溫度的升高，污染物的脫附效率和降解效率會(huì)顯著提高，但溫度較高時(shí)可能會(huì)伴隨著其他副產(chǎn)物的生成，如熱脫附后多氯聯(lián)苯降解效率可達(dá)48%-70%，但是由于PCDFs的生成，毒性當(dāng)量反而是原始土壤毒性當(dāng)量的2.8-6.3倍(固相)以及8.0-10.5倍(氣相)。

催化劑

　　恰當(dāng)催化劑的引入可以促進(jìn)有機(jī)污染物的脫附以及降解過(guò)程，土壤中本身的礦物質(zhì)對(duì)污染物的去除也有一定的催化作用，土壤中的二氧化硅以及其他礦物質(zhì)會(huì)促進(jìn)芘的分解以及與土壤中有機(jī)物分解產(chǎn)物的反應(yīng)，飛灰中的C和Cu顯著影響二噁英殘余濃度。

經(jīng)濟(jì)參數(shù)

計(jì)劃工期

　　1、污染土壤的體積；

　　2、污染土壤及污染物特性與熱脫附技術(shù)的相宜性；

　　3、熱脫附設(shè)備的設(shè)計(jì)處理能力：

　　一般單臺(tái)熱脫附處理設(shè)備的能力在3-200噸/小時(shí)之間，直接熱脫附設(shè)備相對(duì)間接熱脫附設(shè)備的處理能力較大。