土壤熱脫附技術(shù)修復工廠化模式研究

李 超， 李修強， 金 晶， 徐 新， 安洪逸， 王殿二

（1．上田環(huán)境修復有限公司， 江蘇 常州 213000； 2．光大環(huán)境修復（江蘇）有限公司， 江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整與城鎮(zhèn)化的發(fā)展，越來越多的化工場地遷出城區(qū)，遺留了大量的污染場地。 這些污染場地位置集中、面積巨大、污染重，且后續(xù)多數(shù)用作房地產(chǎn)開發(fā)，在進行土壤修復的過程中任務(wù)重、周期短，需要采取快速高效的異位修復技術(shù)[1-2]。

目前， 化工場地土壤修復的方法主要有熱脫附技術(shù)[2]、淋洗技術(shù)[3]、化學氧化/還原技術(shù)[4]、穩(wěn)定化/固定技術(shù)[5]、氣相抽提技術(shù)[6]、微生物修復技術(shù)[7]、水泥窯協(xié)同處置技術(shù)[8]等，其中熱脫附技術(shù)具有污染物處理范圍廣、修復效率高、土壤可再利用、修復工期短等優(yōu)點[9]，廣泛應(yīng)用于有機物污染的土壤修復。

到目前為止， 國內(nèi)修復公司通過進口或自行研發(fā)熱脫附設(shè)備， 已有數(shù)家公司具備和掌握土壤熱脫附修復技術(shù)及熱脫附設(shè)備的能力[10]，截至2017 年，我國共開展了23 例污染場地異位熱脫附修復項目，積累了大量的工程經(jīng)驗[11]。 在目前的修復工程中，采用的多為原地異位修復模式， 即在污染場地原址就地建立土壤修復中心開展修復工程， 每項工程均需要搭建密閉大棚、地面防滲處理、設(shè)備安裝與調(diào)試、修復后設(shè)備拆除以及配套設(shè)施安裝等工作， 使得本來就短暫的施工周期更為緊張。 原址開展土壤修復工作， 占用待開發(fā)土地， 不利于原址土地的快速扭轉(zhuǎn)。同時，原址附近可能會有居民、學校等敏感區(qū)，開展土壤修復工程， 如果修復場地不配置完善的環(huán)境防護裝備與技術(shù)，可能在修復過程中對污染場地周邊環(huán)境造成二次污染[12]。 在鎮(zhèn)江某化工廠退役廠區(qū)土壤熱脫附修復過程中，因散發(fā)異味已經(jīng)收到了眾多群眾的投訴。 所以在遠離敏感區(qū)域地塊內(nèi)，建立服務(wù)于整個規(guī)劃區(qū)域整治開發(fā)的土壤修復工廠很有前景。

本文通過對土壤熱脫附技術(shù)與土壤熱脫附修復工廠功能、組成單元、組織架構(gòu)、修復工藝選擇的初步介紹， 討論了建設(shè)土壤熱脫附修復工廠的必要性與可行性。

1 土壤熱脫附技術(shù)

1．1 熱脫附技術(shù)原理

熱脫附技術(shù)是指在真空或通入載氣的條件下，通過直接或間接加熱的方式， 將土壤中的有機污染物加熱到足夠高的溫度， 使有機物從土壤揮發(fā)或分離，進入氣體處理系統(tǒng)的過程[2]。在熱脫附過程中，污染物質(zhì)從固相進入氣相， 不以有機物的降解為主要目的[13]。 針對POPs 這類含氯有機物，熱脫附技術(shù)可顯著減少二噁英的生成[14]。

1．2 熱脫附技術(shù)的現(xiàn)狀

目前， 熱脫附技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于多種有機物污染土壤修復實驗與項目中，包括多環(huán)芳烴[15]、苯系物、有機農(nóng)藥[16]、多氯聯(lián)苯[17]等揮發(fā)性/半揮發(fā)性有機物。在美國1982 ～2008 年美國超級基金開展的場地修復項目中，采用熱脫附技術(shù)項目占比達到8%[18-19]。我國已成功完成了北京染料廠、焦化廠場地修復，上海世博會場址修復，寧波化工、制藥廠修復，蘭州石化廠修復等工程項目[20]。2017 年，科技部等六部委聯(lián)合編制《土壤污染防治先進技術(shù)裝備目錄》，對先進熱脫附裝備的開發(fā)與升級提出了明確要求；今年，我國又出臺了關(guān)于異位熱解吸技術(shù)修復污染土壤工程技術(shù)規(guī)范的征求意見稿， 這將進一步促進我國土壤熱脫附技術(shù)的發(fā)展， 形成自主研發(fā)熱脫附設(shè)備技術(shù)體系，滿足不同場地對熱脫附技術(shù)的需要[21]。

2 熱脫附修復工廠

2．1 修復工廠的優(yōu)勢

2．1．1 長期性運營

以往土壤修復項目采用環(huán)保工程的模式， 修復項目中標后，施工方的設(shè)備與人員進場施工，修復完成后拆除撤場，需要進行大量的場地平整硬化、設(shè)施建設(shè)、設(shè)備安裝調(diào)試、設(shè)備人員撤場、硬化拆除等工作，而由于修復地塊開發(fā)需求緊迫，這使得一般的場地土壤修復施工時間不會超過1 年， 有的甚至只有短短的幾個月， 大量重復性的前期準備與后期收尾工作會花費較多的施工時間， 使原本就短暫的施工時間更加緊張，這為原地施工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。例如在寧波某制藥廠地塊修復項目中，修復共約8 000 t 污染土壤，施工周期只有短短的1 個月[12]；在江蘇某遺留農(nóng)藥污染場地土壤修復工程中， 土壤修復量達到24．7 萬m3，而工期只有短短的440 d，每日污染土壤處理量達到600 m3，近1 000 t。施工周期的保證是目前土壤修復工程面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。

目前，我國土壤修復項目較多，尤其是在江浙等工業(yè)較發(fā)達地區(qū)， 數(shù)量巨大的工業(yè)用地亟待修復治理。這些地塊位置集中，面積巨大，污染重。僅今年下半年至今， 南通市就對數(shù)個污染場地進行了修復工程項目招標，且這些場地污染物種類相似，均選用異位熱脫附技術(shù)修復有機污染土壤。 這些污染場地位置距離較近， 但目前采用單獨項目招標的形式進行修復，這帶來了大量重復性的場地設(shè)施建設(shè)、設(shè)備安裝調(diào)試、修復后設(shè)備撤場等工作，不利于工程施工時間的縮短與修復成本的降低。

工廠化修復模式采用長期運營模式， 服務(wù)于區(qū)域性土地整治與開發(fā)，可以持續(xù)開展修復工程服務(wù)。工廠化修復模式可有效兼顧整個開發(fā)區(qū)域的土壤和地下水污染風險、規(guī)劃用地功能、區(qū)域環(huán)境條件及地塊開發(fā)進程等因素， 需要按照經(jīng)調(diào)查評估確定的區(qū)域污染底圖， 對這一區(qū)域規(guī)劃用地功能及其控制性詳規(guī)方案進行規(guī)劃調(diào)整和布局優(yōu)化。 這樣大大減少了土壤修復項目前期的基礎(chǔ)建設(shè)時間與費用， 有效降低了污染土壤修復成本。

2．1．2 完善二次污染防治措施

根據(jù)國務(wù)院公開發(fā)布的《土壤污染防治行動計劃》， 土壤污染防治需要強化治理與修復工程監(jiān)督，采取必要措施防止二次污染[22]。 在土壤修復過程中，會產(chǎn)生廢水、廢氣、廢液、固體廢物、危險廢物等污染物質(zhì)， 這需要在修復項目實施時建立配套的二次污染防治措施。在環(huán)保工程模式下，盡管施工現(xiàn)場已經(jīng)配備了大量的二次污染防治設(shè)施， 但這些設(shè)施大多數(shù)都是臨時性、簡易化、可拆卸式的，這就導致其二次污染防治能力不強，易發(fā)生環(huán)境污染事故。 例如，在某公司鎮(zhèn)江土壤修復現(xiàn)場，散發(fā)異味較大，已受到周邊居民的多次投訴，引發(fā)了社會輿情事件。

穩(wěn)定運行的修復工廠可以對二次污染防治措施進行更大的投入， 配備成熟完善的二次污染防治設(shè)施， 對整個修復環(huán)節(jié)環(huán)境污染物排放采取有效的控制，極大的減少了二次污染物的產(chǎn)生與排放，實現(xiàn)全過程的二次污染有效防控， 降低修復全過程的環(huán)境風險[23]。并且由于修復工廠的服務(wù)區(qū)域針對整個開發(fā)區(qū)域， 解除了選址必須位于污染修復場地附近的限制， 可以選擇周邊居民住戶較少或環(huán)境非敏感區(qū)建廠，減少施工對居民的影響，有利于維護社會穩(wěn)定。

2.1.3 配套工程技術(shù)中心

修復工廠可以設(shè)置實驗室、 研發(fā)中心、 檢測中心，具備技術(shù)研發(fā)、中試、實證的功能。針對不同的污染物質(zhì)，修復工廠可以進行相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作，制定最佳的的修復參數(shù)及條件， 且可以進行相關(guān)的小試、中試試驗，對方法進行實際驗證，并不斷修正。并且開發(fā)最新的技術(shù)方法不斷滿足最新的修復效果評估要求，與時俱進。 并且針對廠內(nèi)的廢水、廢氣、污泥、粉塵等二次污染物處理系統(tǒng)進行開展相應(yīng)的研發(fā)、改進工作，同時對修復后土壤的資源化利用開展研究。 修復工廠可以投入大量資金建立檢測中心，隨時對修復效果進行自檢，增加監(jiān)測頻率，對工程質(zhì)量更有保證。 而環(huán)保工程模式由于是臨時性辦公場地、 且存在時間較短則不具備建設(shè)工程技術(shù)中心的條件。

2.1.4 穩(wěn)定工程技術(shù)人員

環(huán)保工程模式，施工人員隨工程項目流動，工作地點多變， 這與大多數(shù)員工要求的穩(wěn)定性的工作地點需求相悖，員工離職率較高。而修復工廠的穩(wěn)定持續(xù)運行可以保證施工人員固定的工作地點與收入，有利于保持施工人員的工作穩(wěn)定，減少離職率。穩(wěn)定的員工組成也有利于土壤修復企業(yè)培養(yǎng)青年技術(shù)人員，保持企業(yè)新鮮血液源源不斷的供給；同時熟練地施工人員也可以保持機械設(shè)備的穩(wěn)定運行和減少安全事故的發(fā)生，進一步減少修復工廠的運行成本。

2.1.5 土壤資源化利用

環(huán)保工程一般是原地異位進行修復操作， 修復后土壤原址填埋，修復后的土壤性質(zhì)改變較大，很多已不具備再次作為土壤利用的可能， 在后續(xù)的土地開發(fā)過程中，這些土壤的去除與用途也是一個難題。而修復工廠處置后的土壤達到修復目標值后， 可進行資源化再利用。經(jīng)過必要的改性措施后，不僅可以作為建筑用地回填土、道路設(shè)施用土、綠地用土等，而且可以作為制作建筑用磚、建筑陶粒的原料。穩(wěn)定運行的修復工廠可以源源不斷提供土壤， 減少清潔土壤的使用量。 并且修復土壤的資源化利用可以進一步增加修復工廠的收入。

2.2 修復工廠組成

修復工廠由辦公大樓、污染土壤暫存區(qū)、預(yù)處理區(qū)、熱脫附區(qū)、待檢區(qū)、培育區(qū)、配套設(shè)施、尾氣處理系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、二次污染防護措施等組成，具體工藝流程見圖1。

圖1 修復工廠工藝流程

污染土壤從污染場地開挖后經(jīng)封閉運輸車輛運至修復工廠內(nèi)的污染土壤暫存區(qū)， 在封閉的預(yù)處理區(qū)，經(jīng)過脫水、破碎、篩分等預(yù)處理操作后，進入熱脫附區(qū)，經(jīng)過直接或間接熱脫附處理后，進入待檢區(qū)，檢驗合格后置于干凈土壤暫存區(qū)， 之后通過車輛運輸出廠資源化利用。 同時，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置培育區(qū)，對修復后土壤的肥力再培育，添加有機肥，有益菌劑，實現(xiàn)土壤肥力再生。 整個廠區(qū)內(nèi)的電能與燃氣由配電室、供氣站等配套設(shè)施提供。在修復過程中產(chǎn)生的尾氣、粉塵、廢水、廢液、固廢等二次污染物進入相應(yīng)的處理設(shè)施進行處理，達標后排放至大氣、城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)或送相應(yīng)的處理處置公司處理， 將修復過程的二次污染降至最低。 對于土壤清挖現(xiàn)場與修復工廠內(nèi)，建立大氣環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)，對大氣中的各污染物質(zhì)濃度進行實時監(jiān)測，并設(shè)立報警系統(tǒng)，同時對于監(jiān)測數(shù)據(jù)進行定時整理匯報； 作為實時監(jiān)測系統(tǒng)的補充，建立快速監(jiān)測的手段，專業(yè)人員采用手持式檢測設(shè)備對相應(yīng)作業(yè)面、場區(qū)邊界、環(huán)境敏感點等區(qū)域進行大氣環(huán)境監(jiān)測。檢測項目包括特征污染物、顆粒物，SO2，NOx，非甲烷總烴等，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)指導清挖施工以及修復工程的環(huán)境二次污染防控工作， 使其符合國家和地方排放標準的要求。

2．3 修復工廠的組織架構(gòu)

修復工廠的組織架構(gòu)見圖2。

圖2 修復工廠的組織架構(gòu)

成立修復工廠管理委員會，任命主任1 名，副主任數(shù)名，主要工作內(nèi)容為修復工廠的管理、各部門的總體協(xié)調(diào)。下設(shè)綜合部、工程部、技術(shù)部、檢測部4 個部門。綜合部可分為行政組與安保組，行政組負責相關(guān)制度的制定和執(zhí)行推動、日常辦公事務(wù)管理、辦公物品管理、文書資料管理、會議管理、涉外事務(wù)管理，還涉及出差、財產(chǎn)設(shè)備、生活福利、車輛、安全衛(wèi)生等工作；安保組負責整個廠區(qū)的安全保衛(wèi)工作，同時負責廠區(qū)監(jiān)控設(shè)備的查看與管理。 工程部是修復工廠最重要的部門，是土壤修復工程的直接實施部門，主要工作內(nèi)容包括污染土壤的開挖與運輸、 土壤的預(yù)處理與修復、干凈土壤的運輸與回填、修復過程中產(chǎn)生尾氣、廢水、固廢的處理與處置等，分為運行組與維護組2 個部門分別負責工程與設(shè)備的運行與維護。技術(shù)部是對污染土壤進行修復技術(shù)研究及改進，并對工廠的尾氣、廢水、污泥等污染物質(zhì)處理系統(tǒng)進行改進，下設(shè)研發(fā)組與轉(zhuǎn)化組，分別負責相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和轉(zhuǎn)化。檢測部分為檢測組與監(jiān)測組，分別負責修復后土壤質(zhì)量的檢測與整體工廠的環(huán)境監(jiān)測。 同時，工廠管理委員會還聘請數(shù)位高級顧問，對整個工廠的運營、土壤修復技術(shù)的選擇、二次污染的防護等提供意見與建議。通過4 個部門相互配合，確保修復工廠的正常有序運行。

2．4 修復工藝選擇

根據(jù)熱源與污染土壤接觸方式的不同， 熱脫附技術(shù)可分為直接加熱熱脫附技術(shù)和間接加熱熱脫附技術(shù)，并據(jù)此開發(fā)了不同的熱脫附設(shè)備，直接、間接熱脫附技術(shù)與設(shè)備的對比見表1。

表1 熱脫附技術(shù)與裝備對比

根據(jù)修復工廠中污染土壤的修復方量、 修復周期、污染物類型及污染物含量等信息，結(jié)合直接與間接熱脫附技術(shù)與設(shè)備的特點， 確定實際施工中熱脫附工藝的選擇。 修復工廠內(nèi)應(yīng)同時配備直接與間接熱脫附處理設(shè)備， 可以滿足絕大多數(shù)土壤修復項目的需求。

2．5 修復工廠實例

目前，國內(nèi)關(guān)于建設(shè)土壤修復工廠的研究較少，僅有重慶、上海等地處于前期研究階段。國外已建成的修復工廠有2017 年8 月26 日，倫敦西部建立的土壤修復中心，填補了倫敦西部及其周邊對土壤修復作業(yè)場的需求，該土壤修復中心可以處理污染土壤、礦渣、建筑廢棄物、河流底泥、污泥等；位于比利時安特衛(wèi)普港和Heusden-Zolder 阿爾貝特運河沿岸的土壤修復中心， 前者每年可處理400 000 t 土壤，主要處理方法有生物修復，物理化學淋洗、土壤固化、熱脫附；后者主要主要處理技術(shù)有：機械處理、生物處理和臨時存儲，用于處理土壤、碎渣、底泥、清洗材料和分選后的渣石，每年的生物處理能力為60 000 t。

3 結(jié)論

目前，我國有機污染場地土壤修復項目較多，且修復地塊位置集中、修復面積巨大、項目施工期短，建立服務(wù)整個區(qū)域的整體整治開發(fā)需求的土壤修復工廠很有必要， 這不僅可以減少污染土壤修復的成本，也可以有效控制修復過程的二次污染，降低修復過程的環(huán)境風險， 同時也有利于土壤修復企業(yè)的良性發(fā)展。

工廠化修復模式采用長期運營模式， 可以長期高效的服務(wù)于區(qū)域性污染土地整治開發(fā)工作。 修復工廠配置齊全的預(yù)處理設(shè)備，廢氣、廢水收集處理設(shè)備，先進的土壤修復一體化設(shè)備，采用高效的流水作業(yè)模式， 可以有效較低修復成本以及對周邊環(huán)境的影響。 同時，修復工程配置實驗室及研發(fā)平臺，可以開展土壤修復相關(guān)技術(shù)的研發(fā)工作， 指導修復工廠的長期高效運營。 本文對修復工廠的功能、 組成單元、組織架構(gòu)、工藝選擇等主要內(nèi)容進行了介紹，說明建設(shè)工廠化修復模式可行的。