關于含油污泥熱處理的研究

劉明強 張瑞成

1.熱處理

熱處理系統分為三類，即熱解吸、熱解和焚燒。在熱解吸中，含油廢物在惰性環境中加熱，蒸發出的烴和水在油/水分離器中的分離。焚燒是在非常高的度下，有氧消除烴。熱處理工藝通常與填埋、土地耕種、土地拋灑等最終處置結合。

1.1水泥窯

是加工水泥熟料采用的主要工藝，根據制備窯爐進料的方式，可以分為濕或干式。在濕式工藝中，進料為漿體，直接進入窯爐。在干式工藝中，窯爐廢氣用于干燥原材料，同時進行研磨。在水泥窯的非常高的溫度下，加上長停留時間，對于危險廢物，可實現非常高的消除效率。水泥窯中的強堿性條件非常適合分解氯化有機廢物。氯化液體、氯和流轉化為氯化物和硫酸鹽。處理廢物過程中加入的無機和礦物元素的量受到限制（通常是水泥窯大量進料量的一小部分）。由于所有殘余物與產品結合，不產生任何需要后處理或處置的液體或固體殘余物。最適合在水泥鹽處理的廢物是能夠提供附加能量作為替代燃料或材料價值部分原料的價值（如鈣、硅、硫、鋁或鐵）。液體廢物和低飛灰廢物在水泥窯中焚燒比較容易。干燥或漿體形態（專門用于濕式工藝）的進料，或者作為窯爐燃燒區的燃料補充。在這一區域，在1450℃的溫度下，在氣體通過窯爐時，可實現很高的消除率。在適當運行時，水泥窯中氯化化合物消除可>99.99%，對廢氣的質量沒有任何影響。如果廢物只是作為主要能源或原料流動少量補充，廢物材料對廢氣的影響較小。

1.2熱解

熱解定義為無氧的熱降解，將一種材料轉化為不同的反應性中間產物：固體（炭）、液體（冷卻后冷凝的高分子量化合物）和氣相產品（低分子量氣體）。由于必須考慮很多復雜因素買，如原材料組分、實驗條件，對熱解過程的認識非常復雜。通常認可分為任何熱解過程有兩個步驟：1）初步的熱解，包括材料的揮發，不同的反應區域對應主要組分的熱分解2）二次熱解，包括固體材料的第二次分解反應，一級揮發釋放（均勻反應）之間或揮發物和含炭殘余物之間的反應（異質反應）。第一階段主要是脫水、脫氫、脫羧和脫碳反應。第二階段包括酚裂解（熱或催化），重組分進一步分解為氣體，或通過與氣化劑反應，如部分氧化、聚合和冷凝反應，炭轉化為氣體，如CO、CO2、CH4 和H2。

熱解和氣化。美國和加拿大已經可以商業應用，美國不同的場地的PCB和二噁英污染場地已經采用熱解，報告的消除和去除率為99.999%。

1.3焚燒

焚燒是處理各種污染物來源的應用最廣泛的技術之一，包括一些POP。是一種高溫（870～1200℃）、消除（Destroy）處理。廢物或污染的土壤在受控的條件下進入焚燒爐。高溫和氧氣將污染物揮發和燃燒成無害的物質。雖然有各種設計，多數焚燒器設計為旋轉窯，燃燒室配有后燃燒器、急冷塔和大氣污染控制系統。可達到超過99.99%的去除效率。對于PCB和二噁英，高溫焚燒器可實現99.9999%以上的消除和去除率。通常認為現代焚燒爐可非常有效地消除殺蟲劑、PCB和類似的化學物質。但是，最近的試驗表明，焚燒爐達到的消除效率低于非燃燒技術。另外，一些焚燒POP（如殺蟲劑和PCB）和其他廢物的焚燒爐會將沒有消除或新形成的POP（如二噁英和呋喃）擴散到周圍環境，污空氣、土壤、植被、野生動物和人類。

在美國65個VOC和SVOC污染的超級基金場地的污染土壤或底物修復行動中，選擇了焚燒技術，檢測并對比進料的初始PCB濃度與灰分和尾氣排放中的PCB濃度，在所有先導規模和現場規模的研究中，去除率超過99.99%。

1.4熱解吸

熱解吸是一種異位工藝，通過加熱到足以揮發污染物的溫度（在170～550℃之間），去除吸附在廢物上的揮發和半揮發污染物。熱解吸并非一種單獨的技術，必須有后續的系統處理尾氣（通常是由載體氣或真空系統收集），去除顆粒物和污染物。濕式除塵器或纖維過濾器是最后的去除顆粒物的裝置之一，之后通過去除污染物，再通過活性炭吸附或二次燃燒室或催化氧化器去除，如后燃燒器。熱解吸可以是直接/間接換熱或空氣/惰性氣體將揮發處理污染材料汽化出的污染物輸送出來。

1.5原位熱修復

原位熱修復（ISTR）包括蒸汽強化萃取、熱傳導加熱（TCH）和電阻加熱，經過50多個場地的驗證，是處理有機化學物質污染源區域的有效方案。非常適于進入受限的中小企業場地的再開發和修復，如位于建筑下、非均與土壤，不需要挖掘，可快速完成。2005年，在一個終端場地（Terminal OneSite in Richmond），TerraTherm進行了原位熱解吸（ISTD）的全規模應用，處理低滲透土壤（10-9 m/s）中的氯化揮發有機物，在100d內將5，120 m3、6.1m 深目標區域加熱到100℃。蒸汽氣提是主要的污染物去除機理，大約30%的孔隙水蒸發出來，產生和去除了大約500倍孔隙體積的蒸汽，四氯乙烯的濃度降低99%以上，處理后濃度<100 μg/kg，在9個月內完成修復。

1.6玻璃化

采用高溫處理土壤，使之熔化，冷卻后形成玻璃。這一技術可原位或異位進行，在封閉的污染區域嵌入石墨電極，通過高電阻加熱施加能量（超過1700℃），將土壤熔化為塊。用于處理有機物、污泥物和放射性核素。通常是消除有機物，無機物會封閉在玻璃結構中。

加熱固體廢物有幾種方法：電熔化系統、燃料燃燒器和爆炸融化。差異只是能量向固體材料轉移的方式不同。熱處理設施通常可減量到30～50%的輸入體積。熔融通常將產品的密度增加到2.4～2.9t/m3。熔融和玻璃化的產品通常具有很好的持久性，但是，瑞士的研究表明，就持久性而言，燒結產品可達到相同的穩定水平。玻璃化通常產出最穩定、最致密的產品。主要缺點是需要大量的能源輸入。

玻璃化和熔融造成揮發性元素在處理過程中的遷移，如Hg、Pb、Zn，在有些工藝中，與其他參數結合，產出重金屬含量低回收產品。由于工藝過程蒸發重金屬的釋放，熱處理需要附加的煙氣處理系統。廢物輸入通常符合一定的規定，例如水含量<5 %，非燃燒材料<3 %，金屬含量<20 %，灰分尺度<100 mm。采用這一技術的主要原因是最終產品良好的持久性。

玻璃化。原位和異位玻璃化技術已經商業化，在美國、歐洲、澳大利亞處理殺蟲劑和PCB污染土壤，聲稱兩種技術對所有POP的消除和去除率為99.999 for all POPs。