基于化学氧化和堆式热脱附技术修复污染土壤的环境足迹分析

在“双碳”背景下,我国土壤修复工程使用技术类型不断向低碳、低能耗和绿色可持续修复技术转变,修复活动本身所产生的环境足迹受到了广泛关注和重视。采用环境足迹评估工具SiteWise^(TM)对重庆市某钢铁厂汞和多环芳烃污染场地化学氧化和堆式热脱附修复全过程的环境足迹进行了定量评价。结果表明:修复3483 m^(3)污染土壤,共排放温室气体(GHG)990.52 t,消耗能源1.57×10^(7) MJ,排放空气污染物4.94×10^(3) kg;GHG排放量、能源消耗量、空气污染物排放量占整个工程的比例在施工准备阶段为6.0%~9.1%,化学氧化阶段为43.6%~48.1%,化学氧化+堆式热脱附阶段为45.9%~47.5%;化学氧化+堆式热脱附技术相比化学氧化技术的环境影响更大,修复单方量污染土壤的GHG排放量、能源消耗量、空气污染物排放量为化学氧化技术的5.28~5.97倍。案例研究结果显示,材料消耗是对环境足迹贡献度最高的环节,其次为设备使用、运输、废物处理。

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展.土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验.该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律.结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0℃升至100℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m^(3)/m^(3)升至0.160 m^(3)/m^(3)时,监测点的温度由37.1℃升至40.0℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导.研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.

焦化类污染场地堆式燃气热脱附工程示范与效果评估

近年来,有机污染土壤堆式燃气热脱附技术因具有二次污染可控、污染物去除率高以及修复成本低等优势得到快速发展,然而目前国内外关于该技术的工程示范与效果评估仍有待研究.针对我国北方某退役焦化厂污染土壤,开展了2000 m^(3)的堆式燃气热脱附工程试验,系统分析热脱附过程中土壤的温湿度变化规律、修复效果以及能源消耗等情况,并提出堆式燃气热脱附技术的应用条件和优化方法.结果表明:当加热运行至35 d时,堆体测温点平均温度达175℃,抽检的12组土壤样品中污染物浓度均远低于GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第一类用地筛选值,修复达标率为100%;运行至39 d时,收集水量共计310.4 m^(3),土壤体积含水率从25.8%降至10.3%左右;同时,该试验采用的烟气余热再利用技术将排烟温度降至300℃以下,使修复能耗降低约11.5%,即每修复1 m^(3)污染土壤消耗约49.5 Nm^(3)天然气和16 kW∙h电量;此外,采用COMSOL软件模拟堆体的温度和湿度结果与试验结果的平均相对误差分别小于7.36%和7.49%,具有较好的吻合性.研究显示,热脱附修复过程中堆体的底层平均温度处于较低水平,需提高底层加热管温度,或铺设岩棉板进行隔热保温措施,以提高堆体底层土壤的修复效率,研究结果可为有机污染土壤堆式燃气热脱附技术应用提供技术支撑.