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分析热脱附技术在印染废水污染土壤修复过程中的应用

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：姚文斌

[导读] 摘要：本文从印染废水中的主要成分以及热脱附技术的污染修复原理及特点入手进行研究，分析了热脱附技术在印染废水污染土壤修复过程中的具体应用细节和方向，同时根据热脱附技术的优势和弊端，对该技术在印染废水污染土壤修复中应用的未来发展趋势进行了展望，希望为相关工作提供合理参考。

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        摘要：本文从印染废水中的主要成分以及热脱附技术的污染修复原理及特点入手进行研究，分析了热脱附技术在印染废水污染土壤修复过程中的具体应用细节和方向，同时根据热脱附技术的优势和弊端，对该技术在印染废水污染土壤修复中应用的未来发展趋势进行了展望，希望为相关工作提供合理参考。
        关键词：热脱附技术；印染废水污染；土壤修复
        引言：热脱附技术是一种能够有效去除土壤中污染物的修复技术，需要通过加热处理达到修复土壤的目的，不仅对于土壤中的挥发性有机污染物有良好的修复效果，对于酸、碱等无机污染物的修复效果也较好。因此我国许多行业企业都逐渐提升起了对该技术的重视程度，力求实现清洁生产。
        一、印染废水概述
        印染废水是加工纺织品的企业排放出的废水，平均每加工1吨纺织品会消耗100-200吨的清洁水，使用后的清洁水有80%-90%会成为废水，由此可见，印染废水的产生量较大。印染废水的成分会由于加工产品和使用设备的不同产生差异，其中直接染料使用的辅助剂中含有NaCO3、NaCL等，活性辅助剂中含有NaOH等，还原染料中的辅助剂中含有NaOH等，硫化染料中的辅助剂含有H2O2,而颜料使用的辅助剂则是浆料和树脂等。
        除直接染料外，印染时使用酸性染料也是常见情况，使用酸性染料后，废水中会含有CH3COOH等污染物。同理，若在生产过程中使用的染料为分散染料，则印染废水当中就会含有CH3COONa等污染物，直接排放到土壤中会导致污染物在土壤中形成残留，改变土壤酸碱性。同时印染废水中还会含有大量印花当中的废弃物，总之印染废水的成分复杂，排放到自然界和土壤中难以进行自然降解[1]。
        二、热脱附技术的原理和特点
        热脱附技术修复印染废水污染土壤的原理是通过直接和间接的热交换促使土壤中的污染物受热从土壤当中挥发进入气体或液体处理系统实现分离。常规情况下热脱附技术的处理过程是将污染物从一种状态转化为另一种状态的物理分离过程，由此可见，热脱附技术的处理不会对印染废水和土壤中的有机物产生破坏。在反应过程当中，温度和持续时间是对热脱附处理结果产生影响的主要因素，温度越高，反应时间持续时间越长，则土壤处理修复的效果越好。当下使用的热脱附印染废水污染土壤处理技术主要分为两种，即原位热脱附技术和异位热脱附技术。
        （一）原位热脱附技术
        原位热脱附技术指的是在污染土壤范围内对土壤进行原位加热，促使印染废水中的污染物转化为气态或液态后，通过原位抽提系统展开捕集再进行后续的处理。一般情况下，原位热脱附技术主要有加热系统、气相抽提系统、废水/废气处理系统以及控制系统等几个部分构成。从加热方式的角度进行分类，可以将原位热脱附技术分为以下几种，即电阻热脱附、热传导热脱附、蒸汽热脱附等，其中在我国当下的印染废水污染土壤修复中使用较多的是电阻、热传导和蒸汽热脱附技术。
        （二）异位热脱附技术
        异位热脱附技术是指在印染废水污染土壤范围内，将受到污染的土壤挖出，再运输到异位热脱附技术设备中进行处理。当前使用频率较高的异位热脱附系统中主要包含进料、脱附、尾气处理三个系统。异位热脱附技术系统又能够细分为高温和低温两种脱附技术，其中低温热脱附技术能够对印染废水污染土壤中挥发性有机物进行处理，温度一般在90-320℃之间。而高温热脱附技术则能够对印染废水污染土壤中的半挥发性有机物进行处理，反应温度在320-540℃之间[2]。
        热脱附技术在印染废水污染土壤修复过程中的应用
        目前世界上广泛使用的化工类土壤污染修复方式中，生物修复、化学修复、物理修复等技术是常见手段，其中受到专家一致认可对于印染废水污染土壤修复效果最好的是热脱附修复技术。该技术的优势在于能够处理的污染物种类多、设备方便移动且修复后的土壤能够再次利用等。该技术在印染废水污染土壤修复过程中的实际应用细节如下：
        （一）热脱附修复
        热脱附是热处理技术中的一种，国外对于此项技术的研究早在20世纪就开始了。该技术的原理上文中已经阐述，主要是通过对印染废水污染的土壤进行加热，达到促使污染物与土壤分离的效果。该技术的优势在于操作时间段、效率高而成本低。如：某纺织厂使用热脱附修复技术中的间接加热的方式进行废水污染土壤的修复操作，处理前的土壤中含有大量的多环芳烃等活性剂残留，而经过修复处理后再检测，区域内土壤中的污染物含量去除率达到了99%。由此可见在印染废水污染土壤的修复过程中使用热脱附技术的处理效果较好，且针对性和性价比较高，能够在后续的生产过程中进行深入研究，有大范围进行推广的价值。
        再如：某印染厂地的土壤污染修复工作选择的修复技术是原位热脱附技术，在进行修复前，当地的土壤中含有大量的有机物和重金属，能够闻到农药气味，为保障治理效果同时减少对周围环境的影响，最终选择原位热脱附技术。

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在修复时，技术人员先在修复区布置了各2300个加热井和抽提井，再经过加热使土壤温度达到污染物沸点，促使污染物挥发，同时使用抽提井将污染物收集到地面进行尾气处理。处理后的场地不仅各项指标都恢复了正常，现场的异味也闻不到了。
        （二）热脱附设备
        上文中提到热脱附修复印染废水污染土壤的设备主要包含两个单元，一个单元是加热单元，即将受到印染废水污染的土壤进行加热，促使污染物分离后达到处理效果。另一个单元是印染废水污染土壤进行脱附处理后的污染物处理单元，土壤中的气态或液态污染物经过此单元处理后达到排放标准后排放到大自然中，能够有效减少印染废水污染土壤修复过程中的二次污染。如：Someus发明的PCS热脱附系统，即能够将印染废水污染土壤经过450-800℃的高温处理，将土壤中的污染物分解成气态，最终通过焚烧完全去除。经检测，该技术对大部分印染废水污染土壤中的废物去除和修复效率能够达到98%以上。
        （三）对热脱附处理效果产生影响的主要因素
        上文中提到，对于印染废水污染土壤进行热脱附处理的修复效果产生影响的因素主要有三种，即温度、时间和土壤特性。首先是温度，从字面理解就能够发现温度是对热脱附技术对印染废水污染土壤的处理效果产生影响的主要因素，同时也是关键因素。在处理过程中，若温度过低，则土壤中的印染废水污染物得不到完全脱除，处理效果得不到保障。而若处理温度过高，则会在处理过程中造成大量的能源浪
        费，导致土壤修复的成本增加，且过高的处理温度也容易使土壤结构遭到破坏，影响土壤的后续利用效果。如：某技术人员在修复纺织企业附近土壤的过程中发现，当热脱附技术的处理温度低于污染物沸点时，污染物的去除率较高，在保持温度的前提下延长处理事件同样可以达到良好的土壤修复效果，由此可见在修复印染废水污染土壤的过程中，寻找最佳脱附温度能够保障修复污染土壤的成本和效果得到大幅度提升。
        其次是时间，热脱附技术修复污染土壤时，土壤在设备中的停留时间对于最终的脱附效果也至关重要，若停留时间不足，污染物无法完全去除。而若停留时间过长，与上文中的温度一样，也会造成能源浪费。因此技术人员在使用热脱附技术修复印染废水污染土壤的过程中需要分析受污染土壤的类型。如：某技术人员在修复土壤前先对少部分印染废水污染土壤进行了热脱附实验，在其他条件相同的前提下改变土壤停留时间，最终根据土壤特性选择最佳土壤停留时间，促使后续的处理工作达到了良好效果。
        最后是土壤特性，印染废水污染土壤中沙砾、粉粒等成分的比例会对最终的热脱附效果产生至关重要的影响。如：土壤中的粉粒等成分对印染废水中的污染物吸附性能更好，因此在通过热脱附技术进行修复的过程中需要更多的能源，同时土壤中各成分的粒径大小对于污染物的吸附和土壤修复也有影响。某技术人员在研究热脱附技术修复印染废水污染土壤的过程中发现，在加热0-20min时，红壤比黄棕壤的热脱附效果好。由此可见土壤中的成分和特性对于最终的热脱附处理修复印染废水污染土壤效果有主要影响。
        四、热脱附技术在印染废水污染土壤修复过程中的未来应用趋势
        热脱附技术分为原物热脱附技术和异位热脱附技术两种，通过热交换能够将土壤中的污染物加热到标准温度，促使受到印染废水污染的土壤当中污染物能够挥发和分离，两项技术的相同点较多。第一是都能处理印染废水污染土壤中的大部分污染物，且处理效果较为彻底。且使用热脱附技术处理后的土壤能够经过压缩等处理方式将污染物彻底清除，实现二次利用。第二是在处理和修复土壤的过程中，能源消耗和成本投入都较高，对于小范围的印染废水污染土壤处理而言性价比更高，热脱附技术需要能源燃烧获得热量达到良好的土壤修复效果，且印染废水污染的土壤通常含水量较高，在修复过程中会由于水分的增发导致能源消耗大幅度增加。第三是异位热脱附技术在处理修复土壤的过程中需要对土壤进行清挖运输，在此过程中有可能造成和污染物扩散的可能。第四是系统都较为复杂，在修复印染废水污染土壤的过程中，两种热脱附技术都需要匹配度高的设备。
        总之，经过分析，在未来的印染废水污染土壤修复过程当中，热脱附技术是性价比和效果较好的技术，而两种热脱附技术当中，原位热脱附技术更加经济环保，且修复周期较短，对自然环境的干扰不大，修复效果也比较彻底。而异位热脱附技术虽然已经进行了大量研究，但实际上普遍存在修复能力不足、能效水平较低等问题，我国国内的印染废水污染场地的修复项目要求的周期普遍较短，且污染情况复杂，在修复过程中使用原位热脱附技术的竞价比更高。因此在未来印染废水污染土壤的修复工作中原位热脱附技术有更高的研究价值和应用前景[3]。
        结束语：综上所述，我国的制造业较为发达，在生产过程中印染废水的产生量也较大，在修复印染废水污染土壤的过程中，热脱附技术能够有效的去除印染废水当中土壤难以自行降解的有机物质，因此在未来的发展前景也较为广泛。
        参考文献：
        [1]刘惠.污染土壤热脱附技术的应用与发展趋势[J].环境与可持续发展,2019,44(04):144-148.
        [2]董娟.污染土壤修复技术研究[J].石化技术,2019,26(04):273+271.
        [3]王锦淮.原位热脱附技术在某有机污染场地修复中试应用[J].化学世界,2018,59(03):182-186.