土壤熱脫附技術修復工廠化模式研究

李 超， 李修強， 金 晶， 徐 新， 安洪逸， 王殿二

（1．上田環境修復有限公司， 江蘇 常州 213000； 2．光大環境修復（江蘇）有限公司， 江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著我國經濟結構的調整與城鎮化的發展，越來越多的化工場地遷出城區，遺留了大量的污染場地。 這些污染場地位置集中、面積巨大、污染重，且后續多數用作房地產開發，在進行土壤修復的過程中任務重、周期短，需要采取快速高效的異位修復技術[1-2]。

目前， 化工場地土壤修復的方法主要有熱脫附技術[2]、淋洗技術[3]、化學氧化/還原技術[4]、穩定化/固定技術[5]、氣相抽提技術[6]、微生物修復技術[7]、水泥窯協同處置技術[8]等，其中熱脫附技術具有污染物處理范圍廣、修復效率高、土壤可再利用、修復工期短等優點[9]，廣泛應用于有機物污染的土壤修復。

到目前為止， 國內修復公司通過進口或自行研發熱脫附設備， 已有數家公司具備和掌握土壤熱脫附修復技術及熱脫附設備的能力[10]，截至2017 年，我國共開展了23 例污染場地異位熱脫附修復項目，積累了大量的工程經驗[11]。 在目前的修復工程中，采用的多為原地異位修復模式， 即在污染場地原址就地建立土壤修復中心開展修復工程， 每項工程均需要搭建密閉大棚、地面防滲處理、設備安裝與調試、修復后設備拆除以及配套設施安裝等工作， 使得本來就短暫的施工周期更為緊張。 原址開展土壤修復工作， 占用待開發土地， 不利于原址土地的快速扭轉。同時，原址附近可能會有居民、學校等敏感區，開展土壤修復工程， 如果修復場地不配置完善的環境防護裝備與技術，可能在修復過程中對污染場地周邊環境造成二次污染[12]。 在鎮江某化工廠退役廠區土壤熱脫附修復過程中，因散發異味已經收到了眾多群眾的投訴。 所以在遠離敏感區域地塊內，建立服務于整個規劃區域整治開發的土壤修復工廠很有前景。

本文通過對土壤熱脫附技術與土壤熱脫附修復工廠功能、組成單元、組織架構、修復工藝選擇的初步介紹， 討論了建設土壤熱脫附修復工廠的必要性與可行性。

1 土壤熱脫附技術

1．1 熱脫附技術原理

熱脫附技術是指在真空或通入載氣的條件下，通過直接或間接加熱的方式， 將土壤中的有機污染物加熱到足夠高的溫度， 使有機物從土壤揮發或分離，進入氣體處理系統的過程[2]。在熱脫附過程中，污染物質從固相進入氣相， 不以有機物的降解為主要目的[13]。 針對POPs 這類含氯有機物，熱脫附技術可顯著減少二噁英的生成[14]。

1．2 熱脫附技術的現狀

目前， 熱脫附技術已經成功應用于多種有機物污染土壤修復實驗與項目中，包括多環芳烴[15]、苯系物、有機農藥[16]、多氯聯苯[17]等揮發性/半揮發性有機物。在美國1982 ～2008 年美國超級基金開展的場地修復項目中，采用熱脫附技術項目占比達到8%[18-19]。我國已成功完成了北京染料廠、焦化廠場地修復，上海世博會場址修復，寧波化工、制藥廠修復，蘭州石化廠修復等工程項目[20]。2017 年，科技部等六部委聯合編制《土壤污染防治先進技術裝備目錄》，對先進熱脫附裝備的開發與升級提出了明確要求；今年，我國又出臺了關于異位熱解吸技術修復污染土壤工程技術規范的征求意見稿， 這將進一步促進我國土壤熱脫附技術的發展， 形成自主研發熱脫附設備技術體系，滿足不同場地對熱脫附技術的需要[21]。

2 熱脫附修復工廠

2．1 修復工廠的優勢

2．1．1 長期性運營

以往土壤修復項目采用環保工程的模式， 修復項目中標后，施工方的設備與人員進場施工，修復完成后拆除撤場，需要進行大量的場地平整硬化、設施建設、設備安裝調試、設備人員撤場、硬化拆除等工作，而由于修復地塊開發需求緊迫，這使得一般的場地土壤修復施工時間不會超過1 年， 有的甚至只有短短的幾個月， 大量重復性的前期準備與后期收尾工作會花費較多的施工時間， 使原本就短暫的施工時間更加緊張，這為原地施工帶來了巨大的挑戰。例如在寧波某制藥廠地塊修復項目中，修復共約8 000 t 污染土壤，施工周期只有短短的1 個月[12]；在江蘇某遺留農藥污染場地土壤修復工程中， 土壤修復量達到24．7 萬m3，而工期只有短短的440 d，每日污染土壤處理量達到600 m3，近1 000 t。施工周期的保證是目前土壤修復工程面臨的一個巨大挑戰。

目前，我國土壤修復項目較多，尤其是在江浙等工業較發達地區， 數量巨大的工業用地亟待修復治理。這些地塊位置集中，面積巨大，污染重。僅今年下半年至今， 南通市就對數個污染場地進行了修復工程項目招標，且這些場地污染物種類相似，均選用異位熱脫附技術修復有機污染土壤。 這些污染場地位置距離較近， 但目前采用單獨項目招標的形式進行修復，這帶來了大量重復性的場地設施建設、設備安裝調試、修復后設備撤場等工作，不利于工程施工時間的縮短與修復成本的降低。

工廠化修復模式采用長期運營模式， 服務于區域性土地整治與開發，可以持續開展修復工程服務。工廠化修復模式可有效兼顧整個開發區域的土壤和地下水污染風險、規劃用地功能、區域環境條件及地塊開發進程等因素， 需要按照經調查評估確定的區域污染底圖， 對這一區域規劃用地功能及其控制性詳規方案進行規劃調整和布局優化。 這樣大大減少了土壤修復項目前期的基礎建設時間與費用， 有效降低了污染土壤修復成本。

2．1．2 完善二次污染防治措施

根據國務院公開發布的《土壤污染防治行動計劃》， 土壤污染防治需要強化治理與修復工程監督，采取必要措施防止二次污染[22]。 在土壤修復過程中，會產生廢水、廢氣、廢液、固體廢物、危險廢物等污染物質， 這需要在修復項目實施時建立配套的二次污染防治措施。在環保工程模式下，盡管施工現場已經配備了大量的二次污染防治設施， 但這些設施大多數都是臨時性、簡易化、可拆卸式的，這就導致其二次污染防治能力不強，易發生環境污染事故。 例如，在某公司鎮江土壤修復現場，散發異味較大，已受到周邊居民的多次投訴，引發了社會輿情事件。

穩定運行的修復工廠可以對二次污染防治措施進行更大的投入， 配備成熟完善的二次污染防治設施， 對整個修復環節環境污染物排放采取有效的控制，極大的減少了二次污染物的產生與排放，實現全過程的二次污染有效防控， 降低修復全過程的環境風險[23]。并且由于修復工廠的服務區域針對整個開發區域， 解除了選址必須位于污染修復場地附近的限制， 可以選擇周邊居民住戶較少或環境非敏感區建廠，減少施工對居民的影響，有利于維護社會穩定。

2.1.3 配套工程技術中心

修復工廠可以設置實驗室、 研發中心、 檢測中心，具備技術研發、中試、實證的功能。針對不同的污染物質，修復工廠可以進行相關的技術研發工作，制定最佳的的修復參數及條件， 且可以進行相關的小試、中試試驗，對方法進行實際驗證，并不斷修正。并且開發最新的技術方法不斷滿足最新的修復效果評估要求，與時俱進。 并且針對廠內的廢水、廢氣、污泥、粉塵等二次污染物處理系統進行開展相應的研發、改進工作，同時對修復后土壤的資源化利用開展研究。 修復工廠可以投入大量資金建立檢測中心，隨時對修復效果進行自檢，增加監測頻率，對工程質量更有保證。 而環保工程模式由于是臨時性辦公場地、 且存在時間較短則不具備建設工程技術中心的條件。

2.1.4 穩定工程技術人員

環保工程模式，施工人員隨工程項目流動，工作地點多變， 這與大多數員工要求的穩定性的工作地點需求相悖，員工離職率較高。而修復工廠的穩定持續運行可以保證施工人員固定的工作地點與收入，有利于保持施工人員的工作穩定，減少離職率。穩定的員工組成也有利于土壤修復企業培養青年技術人員，保持企業新鮮血液源源不斷的供給；同時熟練地施工人員也可以保持機械設備的穩定運行和減少安全事故的發生，進一步減少修復工廠的運行成本。

2.1.5 土壤資源化利用

環保工程一般是原地異位進行修復操作， 修復后土壤原址填埋，修復后的土壤性質改變較大，很多已不具備再次作為土壤利用的可能， 在后續的土地開發過程中，這些土壤的去除與用途也是一個難題。而修復工廠處置后的土壤達到修復目標值后， 可進行資源化再利用。經過必要的改性措施后，不僅可以作為建筑用地回填土、道路設施用土、綠地用土等，而且可以作為制作建筑用磚、建筑陶粒的原料。穩定運行的修復工廠可以源源不斷提供土壤， 減少清潔土壤的使用量。 并且修復土壤的資源化利用可以進一步增加修復工廠的收入。

2.2 修復工廠組成

修復工廠由辦公大樓、污染土壤暫存區、預處理區、熱脫附區、待檢區、培育區、配套設施、尾氣處理系統、廢水處理系統、二次污染防護措施等組成，具體工藝流程見圖1。

圖1 修復工廠工藝流程

污染土壤從污染場地開挖后經封閉運輸車輛運至修復工廠內的污染土壤暫存區， 在封閉的預處理區，經過脫水、破碎、篩分等預處理操作后，進入熱脫附區，經過直接或間接熱脫附處理后，進入待檢區，檢驗合格后置于干凈土壤暫存區， 之后通過車輛運輸出廠資源化利用。 同時，在廠區內設置培育區，對修復后土壤的肥力再培育，添加有機肥，有益菌劑，實現土壤肥力再生。 整個廠區內的電能與燃氣由配電室、供氣站等配套設施提供。在修復過程中產生的尾氣、粉塵、廢水、廢液、固廢等二次污染物進入相應的處理設施進行處理，達標后排放至大氣、城鎮污水管網或送相應的處理處置公司處理， 將修復過程的二次污染降至最低。 對于土壤清挖現場與修復工廠內，建立大氣環境實時監測系統，對大氣中的各污染物質濃度進行實時監測，并設立報警系統，同時對于監測數據進行定時整理匯報； 作為實時監測系統的補充，建立快速監測的手段，專業人員采用手持式檢測設備對相應作業面、場區邊界、環境敏感點等區域進行大氣環境監測。檢測項目包括特征污染物、顆粒物，SO2，NOx，非甲烷總烴等，根據監測數據指導清挖施工以及修復工程的環境二次污染防控工作， 使其符合國家和地方排放標準的要求。

2．3 修復工廠的組織架構

修復工廠的組織架構見圖2。

圖2 修復工廠的組織架構

成立修復工廠管理委員會，任命主任1 名，副主任數名，主要工作內容為修復工廠的管理、各部門的總體協調。下設綜合部、工程部、技術部、檢測部4 個部門。綜合部可分為行政組與安保組，行政組負責相關制度的制定和執行推動、日常辦公事務管理、辦公物品管理、文書資料管理、會議管理、涉外事務管理，還涉及出差、財產設備、生活福利、車輛、安全衛生等工作；安保組負責整個廠區的安全保衛工作，同時負責廠區監控設備的查看與管理。 工程部是修復工廠最重要的部門，是土壤修復工程的直接實施部門，主要工作內容包括污染土壤的開挖與運輸、 土壤的預處理與修復、干凈土壤的運輸與回填、修復過程中產生尾氣、廢水、固廢的處理與處置等，分為運行組與維護組2 個部門分別負責工程與設備的運行與維護。技術部是對污染土壤進行修復技術研究及改進，并對工廠的尾氣、廢水、污泥等污染物質處理系統進行改進，下設研發組與轉化組，分別負責相關技術的研發和轉化。檢測部分為檢測組與監測組，分別負責修復后土壤質量的檢測與整體工廠的環境監測。 同時，工廠管理委員會還聘請數位高級顧問，對整個工廠的運營、土壤修復技術的選擇、二次污染的防護等提供意見與建議。通過4 個部門相互配合，確保修復工廠的正常有序運行。

2．4 修復工藝選擇

根據熱源與污染土壤接觸方式的不同， 熱脫附技術可分為直接加熱熱脫附技術和間接加熱熱脫附技術，并據此開發了不同的熱脫附設備，直接、間接熱脫附技術與設備的對比見表1。

表1 熱脫附技術與裝備對比

根據修復工廠中污染土壤的修復方量、 修復周期、污染物類型及污染物含量等信息，結合直接與間接熱脫附技術與設備的特點， 確定實際施工中熱脫附工藝的選擇。 修復工廠內應同時配備直接與間接熱脫附處理設備， 可以滿足絕大多數土壤修復項目的需求。

2．5 修復工廠實例

目前，國內關于建設土壤修復工廠的研究較少，僅有重慶、上海等地處于前期研究階段。國外已建成的修復工廠有2017 年8 月26 日，倫敦西部建立的土壤修復中心，填補了倫敦西部及其周邊對土壤修復作業場的需求，該土壤修復中心可以處理污染土壤、礦渣、建筑廢棄物、河流底泥、污泥等；位于比利時安特衛普港和Heusden-Zolder 阿爾貝特運河沿岸的土壤修復中心， 前者每年可處理400 000 t 土壤，主要處理方法有生物修復，物理化學淋洗、土壤固化、熱脫附；后者主要主要處理技術有：機械處理、生物處理和臨時存儲，用于處理土壤、碎渣、底泥、清洗材料和分選后的渣石，每年的生物處理能力為60 000 t。

3 結論

目前，我國有機污染場地土壤修復項目較多，且修復地塊位置集中、修復面積巨大、項目施工期短，建立服務整個區域的整體整治開發需求的土壤修復工廠很有必要， 這不僅可以減少污染土壤修復的成本，也可以有效控制修復過程的二次污染，降低修復過程的環境風險， 同時也有利于土壤修復企業的良性發展。

工廠化修復模式采用長期運營模式， 可以長期高效的服務于區域性污染土地整治開發工作。 修復工廠配置齊全的預處理設備，廢氣、廢水收集處理設備，先進的土壤修復一體化設備，采用高效的流水作業模式， 可以有效較低修復成本以及對周邊環境的影響。 同時，修復工程配置實驗室及研發平臺，可以開展土壤修復相關技術的研發工作， 指導修復工廠的長期高效運營。 本文對修復工廠的功能、 組成單元、組織架構、工藝選擇等主要內容進行了介紹，說明建設工廠化修復模式可行的。