随着經濟結構的調整，大(dà)量的化工廠(chǎng)地遷出城(chéng)區，遺留的污染場地往往用做房(fáng)地産開發，任務重，周期短(duǎn)，不宜采用修複時間較長的原位修複技術(shù)，需要快(kuài)速高效的異位修複技術(shù)。

熱(rè)脫附作(zuò)爲一種非燃燒技術(shù)，污染物處理(lǐ)範圍寬、設備可(kě)移動、修複後土(tǔ)壤可(kě)再利用，特别是對含氯有機(jī)物，非氧化燃燒的處理(lǐ)方式可(kě)以避免二噁英的生(shēng)成，廣泛用于有機(jī)污染物污染土(tǔ)壤的修複。

“目前，污染土(tǔ)壤傳統熱(rè)脫附技術(shù)爲滾筒式熱(rè)脫附。新興熱(rè)脫附技術(shù)包括流化床式熱(rè)脫附、微波熱(rè)脫附技術(shù)和遠(yuǎn)紅(hóng)外線熱(rè)脫附。

到目前爲止，歐美等國(guó)家有關熱(rè)脫附修複污染土(tǔ)壤的研究較爲深入，國(guó)内處于起步階段。因此，有必要對國(guó)内外學者所做的熱(rè)脫附技術(shù)修複污染土(tǔ)壤工作(zuò)進行總結，以便爲我國(guó)污染土(tǔ)壤修複領域的工作(zuò)者提供一定的參考依據，以期推動熱(rè)脫附技術(shù)修複污染土(tǔ)壤的工程化應用。

1 熱(rè)脫附技術(shù)特點

熱(rè)脫附是将污染物從(cóng)一相(xiàng)轉化爲另一相(xiàng)的物理(lǐ)分(fēn)離(lí)過程，在修複過程中并不出現對有機(jī)污染物的破壞作(zuò)用。通過控制熱(rè)脫附系統的溫度和污染土(tǔ)壤停留時間有選擇的使污染物得(de)以揮發，并不發生(shēng)氧化、分(fēn)解等化學反應。

“熱(rè)脫附技術(shù)具有污染物處理(lǐ)範圍寬、設備可(kě)移動、修複後土(tǔ)壤可(kě)再利用等優點,特别對PCBs這類含氯有機(jī)物,非氧化燃燒的處理(lǐ)方式可(kě)以顯著減少二英生(shēng)成。

2 熱(rè)脫附技術(shù)适用性與适用範圍

美國(guó)環保署(EPA)最新發布的《場地清理(lǐ)處理(lǐ)技術(shù)：年(nián)度狀态報告(第12版)》中，給出了在1982~ 2005年(nián)美國(guó)超級基金所開展的場地修複項目中技術(shù)的采用情況，如(rú)圖1所示。

圖1 超級基金場地修複項目中的技術(shù)采用情況

從(cóng)圖1中可(kě)以看(kàn)出，共有69個項目采用了熱(rè)脫附技術(shù)，占到了8%的比例。該報告中還(hái)指出了熱(rè)脫附技術(shù)已被成功用于下列污染物相(xiàng)關的污染場地修複項目中：多環芳烴、其它非鹵代半揮發性有機(jī)物、苯系物、其它非鹵代揮發性有機(jī)物、有機(jī)農藥和除草劑、其它鹵代半揮發性有機(jī)物、鹵代揮發性有機(jī)物、多氯聯苯。可(kě)以清楚地看(kàn)到，熱(rè)脫附技術(shù)的主要适用範圍是半揮發性和揮發性的有機(jī)污染物，包括多環芳烴、有機(jī)農藥和殺蟲劑、多環芳烴等。

3 熱(rè)脫附技術(shù)研究現狀

傳統上采用滾筒式熱(rè)脫附技術(shù)。近年(nián)來(lái)，興起了微波熱(rè)脫附和遠(yuǎn)紅(hóng)外線熱(rè)脫附。

3.1 滾筒式熱(rè)脫附技術(shù)

Chern等研究表明，滾筒式熱(rè)脫附技術(shù)對于去(qù)除土(tǔ)壤中的揮發性和半揮發性有機(jī)污染物非常有效。溫度、停留時間、揮發性、載流氣體(tǐ)流速是影(yǐng)響解吸效果的主要參數，溫度越高、停留時間越長，則污染物的去(qù)除效率越高。加熱(rè)時間20分(fēn)鍾，溫度分(fēn)别爲100、200、150和250℃時， 1-十二烷、1-十六烷、萘、蒽的去(qù)除效率達到98%。

北京建工修複、杭州大(dà)地等兩家污染土(tǔ)壤修複企業引進了兩台國(guó)外熱(rè)脫附設備。清華大(dà)學蔣建國(guó)教授課題組在國(guó)内率先研發出了滾筒式逆向熱(rè)脫附技術(shù)，開發了國(guó)内第一台具有自(zì)主知識産權的逆向熱(rè)脫附系統(專利申請(qǐng)号201010598161.7.)。

3.2 流化床式熱(rè)脫附技術(shù)

流化床技術(shù)具有優點：

1)污染土(tǔ)壤在懸浮狀态下與流體(tǐ)接觸，流-固相(xiàng)界面積大(dà)，利于非均相(xiàng)反應。

2)土(tǔ)壤顆粒在流化床内混合激烈，顆粒在全床内的溫度和濃度均勻一緻，床層與内浸換熱(rè)表面間的傳熱(rè)系數很高，全床熱(rè)容量大(dà)，熱(rè)穩定性高。

3)氣體(tǐ)與土(tǔ)壤顆粒之間傳熱(rè)、傳質速率也較其他(tā)接觸方式爲高。

4)操作(zuò)彈性範圍高，單位設備生(shēng)産能力大(dà)，設備結構簡單、造價低，符合工程化需要。

Joong Kee Lee等采用流化床熱(rè)脫附技術(shù)修複石油污染土(tǔ)壤。分(fēn)别考察了間歇式進料和連續進料情況下石油污染土(tǔ)壤的熱(rè)脫附效率。研究表明，間歇式進料情況下，溫度300℃，時間30min，熱(rè)脫附效率達到99%以上;連續式進料情況下，300℃以上，進氣量與進料量的比值對于熱(rè)脫附效率影(yǐng)響不大(dà)。

3.3微波熱(rè)脫附技術(shù)

微波熱(rè)脫附是最近興起的一種熱(rè)脫附技術(shù)。不同于一般的常規加熱(rè)方式，微波輻射能穿透土(tǔ)壤、加熱(rè)水和有機(jī)污染物使其變成蒸汽從(cóng)土(tǔ)壤中排出，其能量以電磁波的形式傳遞，具有高效的轉換效率。此法适用于清除揮發和半揮發性成分(fēn)，并且對極性化合物特别有效。目前僅處于實驗室研究階段。利用微波能量不僅能使反應時間大(dà)爲減少，在某些情況下，還(hái)能促進一些具體(tǐ)反應。在短(duǎn)短(duǎn)幾分(fēn)鍾之内，無機(jī)氧化物與其它一些物質的混合物可(kě)以迅速達到1200-1300℃。因此，可(kě)以在一密封系統内利用微波迅速升至高溫，将土(tǔ)壤中的多氯聯苯之類的氯代有機(jī)芳烴分(fēn)解。利用微波能量熱(rè)解六氯苯、五氯苯酚、2,2,5,5-四氯聯苯的2,2 ,4,4,5,5 一六氯聯苯的實驗結果表明，在向土(tǔ)壤中加入Cu2O或Al粉末，并加入濃度爲10 mol/L的NaOH溶液後，芳烴分(fēn)解速率更快(kuài)。

從(cóng)微波修複污染土(tǔ)壤的機(jī)理(lǐ)來(lái)看(kàn)，現存的土(tǔ)壤污染物都(dōu)能夠經微薄加熱(rè)而得(de)以去(qù)除，隻是去(qù)除高低的問(wèn)題。關鍵是如(rú)何發揮微波德最大(dà)功效将其用于治理(lǐ)和修複污染土(tǔ)壤。這就(jiù)需要研究其主要影(yǐng)響因素：污染物的介電常數、土(tǔ)壤的理(lǐ)化特性和吸波介質。

3.4 真空強化遠(yuǎn)紅(hóng)線熱(rè)脫附技術(shù)

随着對熱(rè)脫附技術(shù)研究和應用的不斷深入，發現傳統熱(rè)脫附技術(shù)能耗較高，并且土(tǔ)壤顆粒内部的有機(jī)污染物不易脫附出來(lái)。這些不足是由于傳統熱(rè)脫附技術(shù)均是通過熱(rè)風(fēng)直接和污染接觸，熱(rè)量從(cóng)外到内傳遞所緻。而遠(yuǎn)紅(hóng)外線加熱(rè)是從(cóng)土(tǔ)壤顆粒内部向外加熱(rè)，直接結果就(jiù)是顆粒内部的污染物容易脫附，整體(tǐ)熱(rè)脫附效率較高，同時耗能較低。從(cóng)物理(lǐ)學角度，在密閉空間内抽真空，可(kě)以降低密閉空間體(tǐ)系中土(tǔ)壤有機(jī)污染物的沸點，在較低的溫度下，就(jiù)可(kě)以實現有機(jī)物的脫附。圖2爲遠(yuǎn)紅(hóng)外線熱(rè)脫附機(jī)制示意圖。

圖2 熱(rè)風(fēng)與紅(hóng)外線熱(rè)脫附傳熱(rè)傳質情況對比

美國(guó)、台灣等地研究人(rén)員(yuán)曾利用該技術(shù)處理(lǐ)有機(jī)物污染土(tǔ)壤，脫附效率在99.99%以上，但(dàn)多是針對汽油、苯等低沸點、揮發性有機(jī)物污染土(tǔ)壤的修複，對沸點高、揮發性低的有機(jī)物污染土(tǔ)壤遠(yuǎn)紅(hóng)外熱(rè)脫附修複研究甚少。清華大(dà)學蔣建國(guó)教授課題組在國(guó)内率先開展了該方面的研究，已經開發了一套實驗室層面的真空強化遠(yuǎn)紅(hóng)外熱(rè)脫附系統，并對八溴二苯醚等半揮發性有機(jī)物污染土(tǔ)壤進行了初步熱(rè)脫附研究，發現效果良好。

4 熱(rè)脫附效率影(yǐng)響因素

4.1 土(tǔ)壤含水率

水在處理(lǐ)過程中的蒸發也需要燃料，所以過多的水分(fēn)含量會提高操作(zuò)費用。另外，水蒸氣在尾氣處理(lǐ)過程中也要同尾氣和解吸下來(lái)的污染物一同進入處理(lǐ)設備進行處理(lǐ)，過大(dà)的水量會導緻産廢率較低。

孫磊等發現熱(rè)脫附處理(lǐ)五氯酚污染土(tǔ)壤時，在125 ℃情況下，污染土(tǔ)壤中PCP的殘留量随含水量的增加(0～0.3～0.6 g˙g-1 )而降低，含水量達到一定程度後，PCP的殘留量又随着土(tǔ)壤含水量的增加(0.6～1.2 g˙g-1)而增加。

4.2 土(tǔ)壤粒徑

細質地土(tǔ)壤采用熱(rè)脫附技術(shù)時，土(tǔ)壤随氣流吹出滾筒，尾氣處理(lǐ)系統超負荷運轉，系統壓力增大(dà)，降低整個系統的性能。從(cóng)熱(rè)傳遞角度來(lái)看(kàn)，沙質土(tǔ)壤不容易聚集成大(dà)的顆粒，與傳熱(rè)介質接觸表面積大(dà)，易采用熱(rè)脫附技術(shù)。

4.3 土(tǔ)壤滲透性

土(tǔ)壤滲透性影(yǐng)響氣态化的污染物導出土(tǔ)壤介質的過程，黏土(tǔ)含量高或結構緊實的土(tǔ)壤，滲透性比較低，不适合利用熱(rè)脫附技術(shù)修複污染土(tǔ)壤。在滲透性較差的土(tǔ)層中，通常含水量較高，甚至達到水飽和狀态，從(cóng)而使相(xiàng)當一部分(fēn)的有機(jī)物滞留于水層保護的土(tǔ)層中，不能受到周圍流動氣流的直接影(yǐng)響。因此，在采用熱(rè)脫附法對揮發性和半揮發性污染土(tǔ)壤進行修複時，通常是對水不飽和土(tǔ)壤進行的。

4.4 系統溫度

加熱(rè)污染土(tǔ)壤能促進土(tǔ)壤中有機(jī)污染物的清除，但(dàn)是溫度過高，會對礦物的組成結構造成破壞。Lee j在對汽油污染的土(tǔ)壤進行流動床熱(rè)脫附的研究中，将土(tǔ)壤的溫度由20℃增高到900℃，在這樣高的溫度下，雖然污染物可(kě)以徹底的清除，但(dàn)是土(tǔ)壤中的水分(fēn)，甚至土(tǔ)壤中的有機(jī)質和土(tǔ)壤礦物中的碳酸鹽都(dōu)會因高溫分(fēn)解而揮發掉。因此，過高溫度的加熱(rè)修複對于環境樣品的修複并不可(kě)取，在較低溫度下，通過延長加熱(rè)時問(wèn)也可(kě)在一定程度上達到較好的修複效果。