摘要：以佛山某含汞污染场地采用异位热脱附修复工程为例，通过对应用过程中的工艺流程、实施参数、土壤修复达标情况和尾气尾水监测数据等因素进行分析，探究间接热脱附技术在含汞污染土壤修复工程中的应用效果。结果表明，在温度450℃,停留时间60 min的运行参数下，不同浓度的汞污染土壤均修复达标。且热脱附尾气在常规的“除尘单元+冷凝单元+气液分离器+吸附单元一”处理后，增加“洗涤单元+气液分离+吸附单元二”，含汞的热脱附尾气排放满足《大气污染物排放限值》（DB44/27—2001），未对环境产生不良影响。案例研究表明，间接热脱附技术适用于高浓度汞的污染场地修复，且二次污染可控。

　　关键词：土壤修复；汞污染土壤；间接热脱附

　　0引言

　　汞污染被证明具有高毒性、持久危害性和生物累积性，已经成为世界范围关注的环境问题之一。我国对汞的消费量占世界总量的50%，汞被广泛应用于汞触媒、温度计、甘汞电池和荧光灯等领域[1]。在化工厂、有色冶炼厂、燃煤电厂、水泥厂和照明厂等的生产过程中都造成了严重的土壤汞污染[2-3]。

　　污染场地修复技术筛选中需要考虑的因素众多。在修复技术的选择上需要确保污染地块的修复效果满足后期土地利用方式和风险控制的要求，优先选择可以降低污染物毒性、迁移性和含量的成熟的修复技术[4]。

　　异位热脱附是将污染土壤输送至回转窑设备，采用热交换的方式，将土壤及其所含的污染物加热到足够的温度，以使污染物从污染介质上得以挥发或分离，进入气体或液体处理系统的过程[5]。热脱附技术具有污染物处理范围宽，修复效率高的特点，在国内外的应用比较广泛[6-7]。考虑到汞具有挥发性，含汞污染土壤更适用于间接热脱附，整个修复过程都在密闭环境中进行，并配有专门的尾气处理设备，二次污染防治可控[8]。

　　目前，间接热脱附工艺在工程上主要是用于修复苯系物、氯代烃、多环芳烃、农药和石油烃等目标污染物[9]，对汞污染土壤修复大多处在研究试验阶段，具体应用实例较少[10]。研究以佛山市某含汞污染场地修复工程为例，详细介绍了针对汞污染土壤修复的间接热脱附工艺流程及尾气尾水各处理单元组成。对该工程中的汞污染清除效果、尾水尾气的二次污染防治等情况进行检测和分析，以期为间接热脱附技术应用在含汞污染土壤修复工程中提供一定参考价值。

　　1场地概况

　　1.1污染情况

　　该项目场地位于广东省佛山市某照明厂区内，该厂现已全部搬迁，场地内厂房设备已全部拆除。调查结果显示，地块内土壤受到多种类型污染物的污染，本研究重点关注受到单一汞污染的土壤，单一汞污染土方量约为15 000 m3，污染深度为0~4.0 m，修复区域内汞的初始浓度（全文“汞浓度”均为“汞质量分数”）及修复目标值如表1所示。

　　1.2场地水文地质条件

　　项目场地处于北回归线以南，属亚热带海洋性气候，雨量充沛，河网发育，地下水位高，一般埋深1~2 m。根据广东省水文地质图，本地块所在区域地下水类型为松散岩类孔隙水。

　　项目地块地貌以堆积地系列为主，类型单一，属于三角洲平原，属第四纪地层，地表大部分被松散沉积物所覆盖，以粉质黏土为主，其他为粒径不等的沙层，属七度地震区。地块所在位置基岩为第三系宝月组碎屑岩，岩性为泥质粉砂岩、中砂岩等；地貌属剥蚀残丘与河流一级阶地过渡地带，局部区域覆盖有河流泛滥时淤积成的淤泥质土，其余均沉积第四系冲洪积黏土及软土，地块内自上至下土层分布有填土（厚度范围0~4.5 m）、黏土（厚度范围1.0~8.0 m）、细砂（厚度范围0.9~8.8 m）。
　　2工程设计及实施情况

　　2.1间接热脱附系统组成

　　本项目投入的一整套热脱附系统包括以下6个系统组成：进料系统：包括皮带秤、振动筛、进料刮板机；热脱附系统：包括框架、窑体；出料系统：包括出料刮板机、双轴加湿机；尾气处理系统：包括除尘单元、冷凝单元、吸附单元一、洗涤系统、吸附单元二等；尾水处理系统：包括调节池、氧化池、二级中和絮凝沉淀池、活性炭过滤器、污泥浓缩池、板框压滤机等；控制系统：包括中控室、全部现场控制及视频监控等。

　　2.2工艺流程

　　异位间接热脱附工艺是将经过筛分、调节含水量等预处理后的污染土壤，送入回转窑内进行加热，使污染物从土壤中挥发或分离，进入气体处理系统的过程间接热脱附工艺流程图，如图1所示。“间接”是指加热火焰与污染土壤不直接接触，而是把污染土壤放在一个桶状容器中，燃烧炉产生的热量处于该桶状容器的周围。控制加热温度和停留时间，使特定的污染物在特定的时间段内分别析出。

　　间接热脱附最大的特点就是大量的燃烧气与助燃空气并不与污染土壤直接接触，燃烧烟气为燃料充分燃烧后产生的二氧化碳和水蒸气，不涉及土壤中的污染物质，经换热冷却后可直接排入大气环境。同时，污染土壤被加热后产生的尾气量比较少，经热脱附尾气处理系统除尘、冷凝、洗涤、吸附等处理环节可去除尾气中的污染物。

　　热脱附尾气指从污染土壤中蒸发出来的水蒸气和汞蒸气的混合气体。如图2所示，热脱附尾气首先进入除尘单元（旋风除尘器+袋式除尘器）进行除尘，后被抽出至冷凝单元，在极短的时间内将其温度降至200℃以下，使污染气体凝结成液态，进入到热脱附尾水处理系统进行处理，同时急冷可以避免二噁英的产生。随后凝结的液体进入气液分离器进行气液分离，气液分离后的气体进入吸附单元一进行过滤和净化。基于前期中试试验结果，“除尘单元+冷凝单元+气液分离+吸附单元一”对中低浓度含汞尾气中汞及其化合物的吸附效率可达99%以上。由于本项目部分污染土壤汞浓度较高，综合考虑达标排放风险及人员健康风险，在“除尘单元+冷凝单元+气液分离+吸附单元一”后端增加“洗涤单元+气液分离+吸附单元二”，“吸附单元一”和“吸附单元二”均填充载硫脱汞活性炭，确保气相中污染物已被完全吸附，处理后尾气最终通过烟囱达标排放。

　　热脱附尾水指热脱附尾气处理系统中产生的冷凝液、喷淋废水和气液分离的废液。如图3所示，尾水通过管道收集至相应的热脱附集水池中，随后进入热脱附尾水处理系统中进行处理，依次在热脱附尾水处理系统中调节池、氧化池、中和絮凝沉淀池、中间水池、活性炭过滤器完成处理，最终在暂存池中待第三方检测合格后，水体外排至市政污水管网。泥饼和废活性炭经收集后作为危废处置。

　　2.3实施步骤

　　热脱附修复实施流程，如图4所示。对挖掘后的土壤进行适当的预处理，如筛分、调节含水率、磁选等。筛分后，将粒径＜20 mm的污染土壤送入回转窑，筛上物经过破碎后，再次返回振荡筛进行筛分。

　　当土壤中的含水率较高时，加热土壤时水分挥发会消耗大量的热量。有数据表明，土壤含水率在5%~35%间，消耗热量约在117~286 kcal/kg。为保证热脱附工艺的有效能耗，进料土壤的含水率宜在20%以内。当污染土壤中的含水率超过20%，向污染土壤中加入生石灰，并采用多功能筛分机进行生石灰同土壤的混合搅拌，以充分吸收土壤中的水分。

　　结合前期热脱附设备的中试试验结果，设计针对汞污染土壤采用加热温度为450℃、停留时间60 min进行修复。经过热脱附高温处理后的土壤，将由螺旋出料机出料。在螺旋出料机设备中，配有土壤湿度调节器，通过向土壤中喷洒干净水，降低高温处理后土壤的温度，并调节土壤湿度，避免粉尘外逸。最后，经由运输车送至修复后土壤暂存区待检，检测合格后回填至原场地内。

　　热脱附后的高温尾气进入除尘单元，经旋风除尘器及布袋除尘器两级除尘后，进入冷凝单元，通过三级冷凝使高温尾气快速冷却（一级冷凝可降至80℃以内，二级冷凝可降至50℃以内，三级冷凝可降至10℃以内），大量汞冷凝进入尾水处理系统，残余汞在经过吸附单元一活性炭吸附后，进入洗涤单元，三级洗涤塔依次通过氧化、沉淀、中和，分别处理低价汞、重金属离子及酸性气体；最后吸附单元二进行终端把关，彻底吸附微量残余汞。

　　尾气处理过程中产生的冷凝液及洗涤液尾水处理单元处理达标后外排。废水处理过程中产生的泥饼富含汞，对于浓度较低的泥饼作为危废处置；对于浓度较高的泥饼经收集后可统一进行再处置，使其进一步浓缩生成液态金属汞，实现资源化利用。

　　3修复效果及污染物排放监测

　　3.1土壤修复效果评估

　　根据《建设用地土壤污染修复效果评估监测质量控制技术规范》（DB44/T 2417—2023）对于异位修复后土壤堆体，应按照HJ 25.2、HJ 25.5中的要求划分采样单元及确定样品数量。即修复后的土壤堆体按照每个采样单元不超过500 m3的土方量进行划分，每个采样单元至少采集一个样品。对于热脱附这类按批次处理的修复技术，在符合前述要求的同时，每批次至少采集1个样品。

　　经检测，每批次修复后土壤中总汞浓度，如表2所示，修复后土壤检测结果均低于8 mg/kg，全部达到修复目标。

　　3.2污染物排放浓度

　　本工程实施过程中对热脱附尾水和尾气的排放进行定期监测。热脱附尾气排放中汞及其化合物的排放限制参考《大气污染物排放限值》（DB44/27—2001）第二时段，最高允许排放质量浓度0.01 mg/m3，最高允许排放速率1.3×10-3 kg/h。经第三方机构采样检测，汞及其化合物的排放质量浓度为5.5~7.5×10-3 mg/m3，排放速率为2.5~9.5×10-6 kg/h，故尾气达标排放。

　　废水中汞的排放限值参考《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第一类污染物最高允许排放质量浓度0.05 mg/L。经第三方机构采样检测，每批次热脱附处理后废水的汞含量均小于0.05 mg/L。

　　4结论

　　1）以佛山市某含汞污染场地修复工程为例，经间接热脱附修复后，不同浓度的汞污染土壤均修复达标，表明在温度450℃,停留时间60 min的运行参数下，对高浓度汞污染土壤修复效果良好。本案例对同类汞污染场地修复工程具有参考价值。

　　2）含汞的热脱附尾气在“除尘单元+冷凝单元+气液分离器+吸附单元一”处理后，增加“洗涤单元+气液分离+吸附单元二”，热脱附尾气排放满足《大气污染物排放限值》（DB 44/27—2001），未对环境产生不良影响。

　　3）汞蒸气冷凝后进入到热脱附尾水处理系统，经调节池、氧化池、中和絮凝沉淀池和活性炭过滤器后，废水中的汞浓度均达标，表明此工艺可实现污染土壤中汞的分离和去除。

参考文献

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