污染場(chǎng)地?zé)崦摳郊夹g(shù)的綠色低碳評(píng)價(jià)與措施研究*

姜文超

(上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)研究中心,上海 200092)

隨著可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心,環(huán)境修復(fù)產(chǎn)業(yè)正處于發(fā)展與變革的加速時(shí)期[1]。在土壤污染治理過(guò)程中,人們?cè)絹?lái)越多地關(guān)注到修復(fù)技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中會(huì)不同程度地消耗能源和資源[2]、使用化學(xué)或生物藥劑[3]、產(chǎn)生廢棄物和噪聲等[4],這些環(huán)境足跡將在修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生次生環(huán)境影響[5-6]。

場(chǎng)地綠色修復(fù)是指節(jié)約能源、提高修復(fù)效率、實(shí)施二次污染控制并減少環(huán)境足跡的環(huán)境友好型修復(fù)過(guò)程[7]。國(guó)外的場(chǎng)地綠色修復(fù)框架較為完善,可供參考借鑒的技術(shù)導(dǎo)則較多。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的《綠色清潔的標(biāo)準(zhǔn)指南》指出,場(chǎng)地綠色修復(fù)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注材料和固廢、能源消耗和再生、環(huán)境空氣、水資源以及土地和生態(tài)系統(tǒng)五大核心元素,并量化了21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署同時(shí)也針對(duì)不同的修復(fù)技術(shù)總結(jié)出了“最佳管理措施(BMPs)”[8]。我國(guó)目前主要開(kāi)展場(chǎng)地綠色可持續(xù)修復(fù)的評(píng)價(jià)技術(shù)和方法研究[9-10]。場(chǎng)地綠色可持續(xù)修復(fù)評(píng)價(jià)主要是對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)。與場(chǎng)地綠色可持續(xù)修復(fù)評(píng)價(jià)相比,場(chǎng)地綠色修復(fù)評(píng)價(jià)更加關(guān)注修復(fù)行為本身,所涵蓋指標(biāo)的專業(yè)性和客觀性更強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)形成一套切實(shí)可行的場(chǎng)地綠色修復(fù)評(píng)價(jià)方法。近期,在“雙碳”目標(biāo)背景下,場(chǎng)地綠色修復(fù)評(píng)價(jià)還需加入低碳的理念[11]。

熱脫附技術(shù)因其適用污染物范圍廣、對(duì)污染土壤處理效率高等特點(diǎn),已成為我國(guó)必不可少的場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)之一,但存在高能耗、高碳排放的問(wèn)題[12]。因此,本研究在現(xiàn)有熱脫附工程數(shù)據(jù)相對(duì)缺乏的情況下對(duì)熱脫附技術(shù)中土壤開(kāi)挖、加熱、抽提及尾氣處理能耗、碳排放等指標(biāo)進(jìn)行分析,并提出綠色低碳評(píng)價(jià)方法與措施,為熱脫附技術(shù)的綠色低碳升級(jí)改造提供參考。

1 熱脫附技術(shù)概述

熱脫附技術(shù)是加熱土壤中污染物使其蒸發(fā)成氣態(tài)并從土壤中分離出去再進(jìn)行尾氣處理的一種土壤修復(fù)技術(shù)。土壤中污染物受熱后主要發(fā)生相變、擴(kuò)散遷移等物理過(guò)程,同時(shí)可能伴隨著不同程度的氧化、裂解等化學(xué)反應(yīng)[13]。熱脫附技術(shù)一般依據(jù)處置方式和加熱溫度進(jìn)行分類(見(jiàn)圖1)。

圖1 熱脫附技術(shù)分類Fig.1 Classification of thermal desorption technologies

根據(jù)處置方式不同,熱脫附技術(shù)可分為原位熱脫附和異位熱脫附。原位熱脫附無(wú)需開(kāi)挖土壤,通過(guò)加熱井中的熱源加熱土壤,其工藝主要由土壤開(kāi)挖單元、加熱單元、抽提單元和尾氣處理單元組成。熱源可采用燃?xì)?燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)脫附)、電能(電熱傳導(dǎo)脫附和電阻加熱脫附)及高溫蒸汽(蒸汽熱傳導(dǎo)脫附)等[14]。燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)脫附是最為常見(jiàn)的原位熱脫附技術(shù),其加熱井外接燃燒控制器,通過(guò)高溫氣體加熱井壁并將熱量傳遞給土壤。電熱傳導(dǎo)脫附則把電加熱棒置于加熱井中對(duì)土壤進(jìn)行加熱。電阻加熱脫附用電極井在土壤和地下水之間形成電回路,將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行升溫[15]。蒸汽熱傳導(dǎo)脫附則是將蒸汽通過(guò)注入井與土壤接觸來(lái)進(jìn)行熱量傳遞。抽提單元的作用是通過(guò)引風(fēng)機(jī)將蒸汽和汽化的污染物抽入尾氣處理單元中,多采用豎向的抽提井。尾氣處理單元?jiǎng)t通常通過(guò)冷凝、氣液分離、吸附或燃燒等處理環(huán)節(jié)完成氣相有機(jī)污染物的深度凈化和達(dá)標(biāo)排放。異位熱脫附通常將污染土壤開(kāi)挖和預(yù)處理后,在加熱爐膛內(nèi)高溫處理,其工藝與原位熱脫附基本相同。異位熱脫附根據(jù)熱源是否與污染土壤直接接觸,可分為直接熱脫附和間接熱脫附。直接熱脫附加熱溫度高所以效率也高,但尾氣產(chǎn)生量較大,適用于進(jìn)料中污染物含量較低的情形,一般污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)要小于4%;間接熱脫附加熱溫度和效率低于直接熱脫附,相應(yīng)的尾氣產(chǎn)生量也小,特別適用于具有回收利用價(jià)值的有機(jī)物從土壤中脫附。

熱脫附技術(shù)可處理絕大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)和半揮發(fā)性有機(jī)物(SVOCs)[16]。根據(jù)加熱溫度的不同,熱脫附技術(shù)又可分為中高溫?zé)崦摳郊夹g(shù)和低溫?zé)崦摳郊夹g(shù)。對(duì)于苯系物、氯代烴等低沸點(diǎn)的VOCs污染土壤,可以采用低溫?zé)崦摳郊夹g(shù),加熱溫度一般小于315 ℃;對(duì)于多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴和長(zhǎng)鏈?zhǔn)蜔N等高沸點(diǎn)的SVOCs污染土壤,應(yīng)采用中高溫?zé)崦摳郊夹g(shù),加熱溫度一般大于315 ℃。

2 熱脫附技術(shù)能耗與碳排放分析

2.1 原位熱脫附技術(shù)能耗分析

2.1.1 燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)脫附

燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)的能量傳遞主要分為燃料燃燒向空氣傳熱以及高溫氣體向土壤傳遞兩個(gè)過(guò)程。在理想狀態(tài)下燃料完全燃燒的能量轉(zhuǎn)換效率較高,但燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)的實(shí)際能量利用率僅為30%～60%,這主要是煙氣溫度較高(200～400 ℃),帶走余熱,而且煙氣在加熱土壤的過(guò)程中常常加熱不均勻,由于煙氣自加熱井由下往上傳遞,所以深層土壤的溫度通常遠(yuǎn)高于淺層土壤。為使淺層土壤溫度達(dá)標(biāo),常需加大輸入能量,導(dǎo)致深層土壤溫度過(guò)高,能耗進(jìn)一步加大。

2.1.2 電熱傳導(dǎo)脫附

理想化的電熱傳導(dǎo)可較靈活地調(diào)節(jié)加熱井不同深度的溫度,實(shí)現(xiàn)定深定溫加熱,從而節(jié)約能耗。但電熱傳導(dǎo)作為高溫原位熱脫附技術(shù)在實(shí)際工程中應(yīng)用較少,暫無(wú)成熟的案例參考,已知目前電熱脫附的電費(fèi)投入占總生產(chǎn)投入的50%左右[17]177。

2.1.3 電阻加熱脫附

電阻加熱脫附是一種能耗較低的原位熱脫附技術(shù),這主要是因?yàn)樵摷夹g(shù)受土壤水分及土壤空隙結(jié)構(gòu)限制,升溫能力有限,最高大約只有120 ℃,這也決定了它不適用于高沸點(diǎn)污染物的去除[18]。電阻加熱脫附以三相電或六相電的形式進(jìn)行供能,并進(jìn)行電相變換以防止加熱不均。一般而言,土壤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、水分不足的低滲透區(qū)域以及電極周邊區(qū)域的熱損失較大。影響電阻加熱綜合能耗的主要參數(shù)有電場(chǎng)強(qiáng)度、土壤水分、鹽度及電導(dǎo)率等。

2.1.4 蒸汽熱傳導(dǎo)脫附

蒸汽熱傳導(dǎo)脫附屬于熱強(qiáng)化抽提技術(shù)的一種,其溫度上限取決于蒸汽的溫度,一般不超過(guò)170 ℃,屬于低溫?zé)崦摳?。蒸汽熱傳?dǎo)脫附的能耗主要發(fā)生在蒸汽發(fā)生和抽提過(guò)程中,但因?yàn)橄蚰繕?biāo)加熱區(qū)域注入了大量的蒸汽,后續(xù)的抽提能耗遠(yuǎn)大于其他原位熱脫附技術(shù)。在國(guó)外有關(guān)工程案例中,修復(fù)1 m3污染土壤需要消耗約1 t蒸汽,其中抽提單元占20%[19]。

2.2 異位熱脫附技術(shù)能耗分析

2.2.1 直接熱脫附

直接熱脫附多采用回轉(zhuǎn)窯設(shè)備。高溫?zé)煔庥扇細(xì)馊紵a(chǎn)生,每小時(shí)每噸土的平均燃?xì)庀牧繛?0～80 m3。污染土壤與熱源(煙氣或火焰)直接接觸,傳熱效率高,但土壤吸熱占比在10%以下,能源有效利用率很低。此外,直接熱脫附產(chǎn)生的尾氣量大,溫度高,處理尾氣時(shí)需采用二燃室在1 000 ℃下進(jìn)一步凈化可能形成的二噁英及其他污染物,因此二燃室的能量輸入占比甚至高于加熱單元[20]2077。一般而言,影響直接熱脫附能耗的主要參數(shù)包括土壤含水率、土壤加熱溫度和停留時(shí)間等。目前針對(duì)直接熱脫附能耗過(guò)高問(wèn)題,可以采用的節(jié)能方案有添加二燃室煙氣熱回用模塊和土壤預(yù)干燥模塊等[20]2078。

2.2.2 間接熱脫附

現(xiàn)有成套間接熱脫附設(shè)備多為螺旋推進(jìn)爐,高溫?zé)煔庠趦?nèi)外管之間通過(guò)間接加熱的方式加熱內(nèi)管的土壤,每小時(shí)每噸土的平均燃?xì)庀牧繛?0～60 m3,換熱效率很低,總能量利用率不到25%。不過(guò),間接熱脫附的尾氣量較少,通常無(wú)需二燃室,也無(wú)需二次能量輸入,相比直接熱脫附,尾氣處理的能耗低很多。影響間接熱脫附能耗和利用率的最主要因素是傳熱過(guò)程中的換熱面積、傳熱方式和裝置結(jié)構(gòu)等[21]。

2.3 熱脫附技術(shù)碳排放分析

我國(guó)土壤修復(fù)的二氧化碳排放主要集中在建設(shè)用地修復(fù)過(guò)程中。目前,我國(guó)建設(shè)用地土壤修復(fù)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)土壤修復(fù)行業(yè)碳排放總量將隨著建設(shè)用地土壤修復(fù)市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大而擴(kuò)大,2030年二氧化碳排放量將達(dá)到11.3萬(wàn)t[22]6。因此,熱脫附技術(shù)還將大量使用,分析其二氧化碳排放十分必要。目前,國(guó)外的場(chǎng)地綠色修復(fù)實(shí)踐的碳排放數(shù)據(jù)較多[23-25],而國(guó)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)較少。不同熱脫附技術(shù)的各工藝單元二氧化碳排放量占比如圖2所示。

圖2 不同熱脫附技術(shù)各工藝單元二氧化碳排放量占比Fig.2 Proportion of carbon dioxide emissions in each process unit for different thermal desorption technologies

2.3.1 原位熱脫附技術(shù)碳排放

目前,國(guó)內(nèi)有三四十個(gè)原位熱脫附案例[26],絕大多數(shù)原位熱脫附工程采用燃?xì)饧訜岱绞健Ｈ粢悦苛⒎矫孜廴就寥榔骄?5 m3天然氣來(lái)計(jì)算,排放相關(guān)系數(shù)取每立方米天然氣完全燃燒產(chǎn)生3.316 kg二氧化碳[27],那么以燃?xì)饧訜岱绞綖橹鞯脑粺崦摳郊夹g(shù)每立方米污染土壤的二氧化碳排放量約為150 kg。在成本允許的情況下,應(yīng)盡量選擇高熱值低排放的燃料。此外,尾氣中不凝組分若采用二次燃燒凈化,有機(jī)污染物燃燒將產(chǎn)生更多碳排放,目前缺乏數(shù)據(jù)資料進(jìn)行量化,但可以肯定的是,每立方米土壤二氧化碳排放量將大于150 kg。

采用電加熱技術(shù)時(shí),每使用1 kW·h電相當(dāng)于排放0.96 kg二氧化碳。現(xiàn)階段,使用電熱傳導(dǎo)加熱方式的每立方米污染土壤綜合能耗為200～400 kW·h,即可產(chǎn)生192～384 kg二氧化碳。華東某多環(huán)芳烴污染場(chǎng)地采用電熱傳導(dǎo)熱脫附修復(fù)污染土壤約3萬(wàn)m3,工期為250 d,加熱井的總功率為6 240 kW[17]175,如按每天加熱8 h計(jì)算,連續(xù)250 d滿負(fù)荷工作,將使用1 248萬(wàn)kW·h電,折合成每立方米污染土壤所產(chǎn)生的二氧化碳排放量約為399 kg。不同于電熱傳導(dǎo),電阻加熱溫度一般不超過(guò)100 ℃,且加熱周期只有電熱傳導(dǎo)的1/4,因此通常其單位體積污染土壤的能耗和二氧化碳排放低于電熱傳導(dǎo)技術(shù),折算后二氧化碳排放量約為46～92 kg。在美國(guó),電阻加熱在原位熱脫附工程中占比超過(guò)50%,而我國(guó)僅在江蘇和廣東等地開(kāi)展了工程規(guī)模的電阻加熱脫附應(yīng)用。

在蒸汽熱傳導(dǎo)技術(shù)中,蒸汽鍋爐可采用燃料或電能作為能源。美國(guó)某空軍基地用燃料產(chǎn)生熱蒸汽,處理污染土壤25.9萬(wàn)m3[28],基于場(chǎng)地概念模型文件和設(shè)計(jì)文件分別計(jì)算得到二氧化碳排放量為4.8萬(wàn)、6.1萬(wàn)t,折算成每立方米污染土壤的二氧化碳排放量約為185.0、235.5 kg,其中燃料燃燒的碳排放占比分別為84%、77%。相比之下,蒸發(fā)量為1 t/h的電加熱蒸汽鍋爐功率若為720 kW,每立方米污染土壤消耗0.92 t水,折算出的每立方米污染土壤將排放二氧化碳約313 kg,高于使用燃料的蒸汽鍋爐。蒸汽熱傳導(dǎo)脫附因直接往地下注入蒸汽,所以抽提量明顯大于其他原位熱脫附技術(shù),其抽提功率約為其他原位熱脫附技術(shù)的3倍。在美國(guó)某空軍基地案例中,抽提單元每立方米污染土壤的二氧化碳排放量約占13%～19%。

2.3.2 異位熱脫附技術(shù)碳排放

華東某地的間接熱脫附工程[29]共處理污染土壤26 250 m3,尾氣采用吸附冷凝法,整個(gè)工程用電量約為115.2萬(wàn) kW·h,同時(shí)消耗燃?xì)?9.7萬(wàn)m3,折算出每立方米污染土壤將排放二氧化碳168 kg。把土壤開(kāi)挖排放的二氧化碳也考慮進(jìn)去,其綜合排放量預(yù)計(jì)大于200 kg。

直接熱脫附技術(shù)尾氣處理需多設(shè)二燃室,因此其碳排放量大于間接熱脫附技術(shù)。有研究表明,與直接熱脫附類似的水泥窯噸土二氧化碳排放量為230～460 kg[22]5,考慮到直接熱脫附的溫度低于水泥窯,因此其噸土二氧化碳排放量會(huì)低一些。

現(xiàn)階段,我國(guó)的土壤修復(fù)工程實(shí)踐很少關(guān)注到可能產(chǎn)生的碳排放,更不必說(shuō)對(duì)這些修復(fù)行為進(jìn)行持續(xù)追蹤、記錄和分析。無(wú)法獲取這些修復(fù)工程的碳排放詳細(xì)數(shù)據(jù)資料,導(dǎo)致土壤修復(fù)技術(shù)碳排放分析還不深入。基于環(huán)境保護(hù)目標(biāo)和綠色修復(fù)理念,應(yīng)該逐步建立健全污染場(chǎng)地碳排放量追蹤記錄制度。

3 熱脫附技術(shù)綠色低碳評(píng)價(jià)方法與措施

熱脫附技術(shù)應(yīng)遵循場(chǎng)地綠色修復(fù)的理念,避免能源和資源浪費(fèi)[30]。綠色低碳評(píng)價(jià)同時(shí)還注重場(chǎng)地綠色修復(fù)過(guò)程中降低二氧化碳排放量的行為和措施。開(kāi)展熱脫附技術(shù)綠色低碳評(píng)價(jià)方法和措施研究要在建立健全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和量化方法的前提下,基于不同熱脫附技術(shù)特點(diǎn)有針對(duì)性地找到改善工程建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、驗(yàn)收階段的工程管理措施。

3.1 熱脫附技術(shù)綠色低碳評(píng)價(jià)方法

綠色低碳評(píng)價(jià)主要分析與考核“能源使用效率提高程度”和“二氧化碳排放減量程度”兩大指標(biāo),使用科學(xué)、系統(tǒng)的方法定量評(píng)價(jià)。

首先,基于場(chǎng)地概念模型文件和設(shè)計(jì)文件等資料完整梳理出涉及產(chǎn)生環(huán)境足跡的所有環(huán)節(jié)。對(duì)于原位熱脫附工程而言,涉及產(chǎn)生環(huán)境足跡的環(huán)節(jié)包含場(chǎng)地建設(shè)(阻隔及降水工程、大臨建設(shè))、井群建設(shè)(注入井、抽提井、管路連接以及監(jiān)制設(shè)備安裝)、運(yùn)行維護(hù)(電力、天然氣、燃油、可再生能源、抽提后可利用有機(jī)物、水、蒸汽)、尾氣處理(廢水凈化處理、固廢處置、顆粒活性炭再生)、交通運(yùn)輸(物料、設(shè)備和人力)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)等。異位熱脫附工程的環(huán)境足跡與原位熱脫附工程基本類似,不同之處在于它不含井群建設(shè),但增加場(chǎng)地建設(shè)的土壤開(kāi)挖、轉(zhuǎn)運(yùn)等。

其次,基于梳理出的涉及產(chǎn)生環(huán)境足跡的環(huán)節(jié)搜集量化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以進(jìn)行具體環(huán)境足跡分析。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括燃料消耗量、電能使用量、材料使用量、材料和設(shè)備運(yùn)輸距離、廢棄物處置量等。這些數(shù)據(jù)可以從建設(shè)單位和施工單位獲取。在美國(guó),修復(fù)工程師可將獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入到環(huán)境足跡分析電子表格(SEFA)[31],得到具體的環(huán)境足跡數(shù)據(jù),這其中就包括了能源消耗量和二氧化碳排放量,并能夠分析出不同環(huán)節(jié)的占比,從而進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。

最后,綠色低碳評(píng)價(jià)報(bào)告應(yīng)包含各環(huán)節(jié)能源消耗和二氧化碳排放的計(jì)算過(guò)程和結(jié)果,分析并歸納已采用的綠色低碳措施效果,并推薦可進(jìn)一步節(jié)能減排的有效措施。大量案例表明,熱脫附工程能源消耗量與二氧化碳排放量呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系,在運(yùn)維過(guò)程中電能以及燃?xì)獾鹊氖褂脤?duì)兩大指標(biāo)的貢獻(xiàn)均在80%以上。

3.2 熱脫附技術(shù)綠色低碳措施

現(xiàn)階段,土壤修復(fù)的綠色低碳措施在我國(guó)還停留在研究階段,其推廣和應(yīng)用程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,甚至不能成為修復(fù)工程設(shè)計(jì)的影響因素之一。但可以相信,在未來(lái)土壤修復(fù)中綠色低碳措施的運(yùn)用會(huì)成為評(píng)價(jià)修復(fù)技術(shù)先進(jìn)性和可靠性的重要因素。下面針對(duì)熱脫附技術(shù)的綠色低碳推薦措施進(jìn)行總結(jié)。

3.2.1 工藝設(shè)計(jì)階段

(1) 充分掌握污染物理化性質(zhì),確定合適的加熱溫度范圍。找到加熱溫度的下限有助于最大限度地降低能耗和節(jié)約成本。污染物在升溫過(guò)程中蒸氣壓及溶解度增加,共沸機(jī)制的存在使得污染物無(wú)需達(dá)到沸點(diǎn)即可發(fā)生脫附[32]。

(2) 精準(zhǔn)刻畫污染范圍,分區(qū)制定加熱方案。場(chǎng)地污染存在不均質(zhì)性,不同區(qū)域的污染類型、濃度和深度存在差異,應(yīng)分區(qū)確定合適的加熱溫度、加熱深度和加熱時(shí)間。

(3) 優(yōu)化加熱方式,充分進(jìn)行余熱回用。合理布設(shè)加熱點(diǎn)位并更高效、更短距離地布設(shè)加熱管路;當(dāng)溫度突破100 ℃后為預(yù)防場(chǎng)地升溫過(guò)快[33],應(yīng)降低燃?xì)夤?yīng)量、電功率、蒸汽量等;充分利用已建設(shè)的井,如停用的加熱井可考慮改為抽提井和監(jiān)測(cè)井;使用熱交換設(shè)備收集尾氣的部分熱量,回用于場(chǎng)地邊界保溫以及場(chǎng)地和燃料預(yù)熱。

(4) 尾氣處理優(yōu)先采用回收技術(shù),減少燃燒處理,開(kāi)發(fā)新型凈化技術(shù)[34]。在達(dá)標(biāo)排放的前提下,采用冷凝技術(shù)回收有機(jī)物,采用吸附法處理不凝氣體,減少非必要的尾氣燃燒;使用效率高且無(wú)二次污染的低溫等離子體等新型技術(shù)。

(5) 改變能源類型,提高可再生能源使用占比。推廣使用原位電熱傳導(dǎo)脫附技術(shù),減少燃料使用,條件允許時(shí)使用電加熱蒸汽鍋爐;優(yōu)先使用液化或壓縮天然氣等清潔能源,減少使用石油氣,避免使用重油等能源作為燃料;條件許可時(shí),可充分利用修復(fù)工程現(xiàn)場(chǎng)的廣域面積,建設(shè)風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝置,產(chǎn)生的電能可供給部分設(shè)備使用[35]。

(6) 探索組合修復(fù)技術(shù),開(kāi)展多途徑耦合聯(lián)用[36]。例如,熱脫附耦合化學(xué)氧化技術(shù)可先通過(guò)異位熱脫附把污染物由高濃度降到低濃度,再在螺旋出料裝置中加入氧化藥劑,利用化學(xué)氧化技術(shù)將污染物降解;熱脫附耦合原位化學(xué)氧化技術(shù)先將污染區(qū)域進(jìn)行燃?xì)鉄醾鲗?dǎo)脫附,將污染物降低到較低濃度后停止加熱,向加熱井內(nèi)注入氧化藥劑并利用余熱的催化作用發(fā)揮氧化藥劑最大的活性,實(shí)現(xiàn)污染物徹底氧化降解。此外還可耦合微生物修復(fù)等技術(shù),有效降低高溫?zé)崦摳降哪芎?同時(shí)防范修復(fù)后期出現(xiàn)“拖尾”現(xiàn)象。

3.2.2 施工及運(yùn)行階段

(1) 進(jìn)行充分的阻隔和降水。原位熱脫附技術(shù)應(yīng)在修復(fù)邊界實(shí)施阻隔工程并在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行降水工程,有效阻止地下水回水,提高土壤升溫效率。在地下水豐富的地區(qū)通過(guò)減少場(chǎng)地回水,可節(jié)省加熱土壤所需的天然氣。在我國(guó)柳州某原位電阻加熱脫附工程場(chǎng)地實(shí)施邊界阻隔,有效阻止了地下水流入熱脫附加熱區(qū)域,實(shí)現(xiàn)了每日約314 m3的天然氣節(jié)約量及592 kg二氧化碳的減排量。

(2) 嚴(yán)格做好邊界保溫,防止高溫氣體逃逸。原位熱脫附技術(shù)的熱量損失尤為嚴(yán)重,應(yīng)優(yōu)先使用高密度聚乙烯(HDPE)膜來(lái)保持地面的密閉;應(yīng)使用合適的材料保持邊界的隔熱性能,避免不需要修復(fù)的區(qū)域升溫;應(yīng)維持抽提單元在負(fù)壓狀態(tài)運(yùn)行,減少熱量外逸。

(3) 處理后的水進(jìn)行循環(huán)使用。抽提廢氣中的冷凝水經(jīng)處理后可進(jìn)行重復(fù)利用,包括將其回灌到場(chǎng)地的含水層或用于制造蒸汽。

(4) 使用可再生材料或減少材料的使用。如尾氣處理中應(yīng)使用可再生的顆?；钚蕴繛V料;堿洗液、氧化劑、絮凝劑的使用應(yīng)控制在能達(dá)到目的的最小使用量。

(5) 使用異位熱脫附技術(shù)時(shí),污染土壤應(yīng)進(jìn)行預(yù)干化和預(yù)氧化處理。預(yù)干化處理可大幅度縮短污染土壤在加熱爐膛內(nèi)的停留時(shí)間,降低能量的輸入量及冷凝水的處理量;預(yù)氧化處理可實(shí)現(xiàn)部分高沸點(diǎn)有機(jī)污染物的氧化降解,抑或改變高沸點(diǎn)有機(jī)污染物與土壤的結(jié)合方式,有效降低熱脫附所需的溫度,提高熱脫附效率[37]。

(6) 完善監(jiān)測(cè)系統(tǒng),降低設(shè)備的運(yùn)行功率及運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)場(chǎng)地溫度、抽提流量等參數(shù)的監(jiān)控,及時(shí)調(diào)整加熱井或抽提井的工作狀態(tài)。例如,某區(qū)域加熱過(guò)快或已達(dá)到目標(biāo)溫度,則可調(diào)整能量輸入至保溫水平。借助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靈活操作,從而節(jié)約修復(fù)工程的能耗。

4 總 結(jié)

“雙碳”目標(biāo)背景下土壤修復(fù)技術(shù)將朝著綠色低碳方向發(fā)展,熱脫附技術(shù)面臨節(jié)能降碳雙重壓力。當(dāng)前我國(guó)場(chǎng)地污染修復(fù)技術(shù)缺乏綠色低碳評(píng)價(jià)方法和措施。熱脫附技術(shù)在我國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)中已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展,但能耗和二氧化碳排放仍處于高位。本研究對(duì)不同類型熱脫附技術(shù)各環(huán)節(jié)的能耗和二氧化碳排放量進(jìn)行了分析,初步建立了量化評(píng)價(jià)熱脫附技術(shù)能耗與碳排放的指標(biāo)和步驟,總結(jié)出了12條熱脫附技術(shù)的綠色低碳措施。