土壤热脱附技术修复工厂化模式研究

李 超， 李修强， 金 晶， 徐 新， 安洪逸， 王殿二

（1．上田环境修复有限公司， 江苏 常州 213000； 2．光大环境修复（江苏）有限公司， 江苏 南京 211100）

0 引言

随着我国经济结构的调整与城镇化的发展，越来越多的化工场地迁出城区，遗留了大量的污染场地。 这些污染场地位置集中、面积巨大、污染重，且后续多数用作房地产开发，在进行土壤修复的过程中任务重、周期短，需要采取快速高效的异位修复技术[1-2]。

目前， 化工场地土壤修复的方法主要有热脱附技术[2]、淋洗技术[3]、化学氧化/还原技术[4]、稳定化/固定技术[5]、气相抽提技术[6]、微生物修复技术[7]、水泥窑协同处置技术[8]等，其中热脱附技术具有污染物处理范围广、修复效率高、土壤可再利用、修复工期短等优点[9]，广泛应用于有机物污染的土壤修复。

到目前为止， 国内修复公司通过进口或自行研发热脱附设备， 已有数家公司具备和掌握土壤热脱附修复技术及热脱附设备的能力[10]，截至2017 年，我国共开展了23 例污染场地异位热脱附修复项目，积累了大量的工程经验[11]。 在目前的修复工程中，采用的多为原地异位修复模式， 即在污染场地原址就地建立土壤修复中心开展修复工程， 每项工程均需要搭建密闭大棚、地面防渗处理、设备安装与调试、修复后设备拆除以及配套设施安装等工作， 使得本来就短暂的施工周期更为紧张。 原址开展土壤修复工作， 占用待开发土地， 不利于原址土地的快速扭转。同时，原址附近可能会有居民、学校等敏感区，开展土壤修复工程， 如果修复场地不配置完善的环境防护装备与技术，可能在修复过程中对污染场地周边环境造成二次污染[12]。 在镇江某化工厂退役厂区土壤热脱附修复过程中，因散发异味已经收到了众多群众的投诉。 所以在远离敏感区域地块内，建立服务于整个规划区域整治开发的土壤修复工厂很有前景。

本文通过对土壤热脱附技术与土壤热脱附修复工厂功能、组成单元、组织架构、修复工艺选择的初步介绍， 讨论了建设土壤热脱附修复工厂的必要性与可行性。

1 土壤热脱附技术

1．1 热脱附技术原理

热脱附技术是指在真空或通入载气的条件下，通过直接或间接加热的方式， 将土壤中的有机污染物加热到足够高的温度， 使有机物从土壤挥发或分离，进入气体处理系统的过程[2]。在热脱附过程中，污染物质从固相进入气相， 不以有机物的降解为主要目的[13]。 针对POPs 这类含氯有机物，热脱附技术可显著减少二噁英的生成[14]。

1．2 热脱附技术的现状

目前， 热脱附技术已经成功应用于多种有机物污染土壤修复实验与项目中，包括多环芳烃[15]、苯系物、有机农药[16]、多氯联苯[17]等挥发性/半挥发性有机物。在美国1982 ～2008 年美国超级基金开展的场地修复项目中，采用热脱附技术项目占比达到8%[18-19]。我国已成功完成了北京染料厂、焦化厂场地修复，上海世博会场址修复，宁波化工、制药厂修复，兰州石化厂修复等工程项目[20]。2017 年，科技部等六部委联合编制《土壤污染防治先进技术装备目录》，对先进热脱附装备的开发与升级提出了明确要求；今年，我国又出台了关于异位热解吸技术修复污染土壤工程技术规范的征求意见稿， 这将进一步促进我国土壤热脱附技术的发展， 形成自主研发热脱附设备技术体系，满足不同场地对热脱附技术的需要[21]。

2 热脱附修复工厂

2．1 修复工厂的优势

2．1．1 长期性运营

以往土壤修复项目采用环保工程的模式， 修复项目中标后，施工方的设备与人员进场施工，修复完成后拆除撤场，需要进行大量的场地平整硬化、设施建设、设备安装调试、设备人员撤场、硬化拆除等工作，而由于修复地块开发需求紧迫，这使得一般的场地土壤修复施工时间不会超过1 年， 有的甚至只有短短的几个月， 大量重复性的前期准备与后期收尾工作会花费较多的施工时间， 使原本就短暂的施工时间更加紧张，这为原地施工带来了巨大的挑战。例如在宁波某制药厂地块修复项目中，修复共约8 000 t 污染土壤，施工周期只有短短的1 个月[12]；在江苏某遗留农药污染场地土壤修复工程中， 土壤修复量达到24．7 万m3，而工期只有短短的440 d，每日污染土壤处理量达到600 m3，近1 000 t。施工周期的保证是目前土壤修复工程面临的一个巨大挑战。

目前，我国土壤修复项目较多，尤其是在江浙等工业较发达地区， 数量巨大的工业用地亟待修复治理。这些地块位置集中，面积巨大，污染重。仅今年下半年至今， 南通市就对数个污染场地进行了修复工程项目招标，且这些场地污染物种类相似，均选用异位热脱附技术修复有机污染土壤。 这些污染场地位置距离较近， 但目前采用单独项目招标的形式进行修复，这带来了大量重复性的场地设施建设、设备安装调试、修复后设备撤场等工作，不利于工程施工时间的缩短与修复成本的降低。

工厂化修复模式采用长期运营模式， 服务于区域性土地整治与开发，可以持续开展修复工程服务。工厂化修复模式可有效兼顾整个开发区域的土壤和地下水污染风险、规划用地功能、区域环境条件及地块开发进程等因素， 需要按照经调查评估确定的区域污染底图， 对这一区域规划用地功能及其控制性详规方案进行规划调整和布局优化。 这样大大减少了土壤修复项目前期的基础建设时间与费用， 有效降低了污染土壤修复成本。

2．1．2 完善二次污染防治措施

根据国务院公开发布的《土壤污染防治行动计划》， 土壤污染防治需要强化治理与修复工程监督，采取必要措施防止二次污染[22]。 在土壤修复过程中，会产生废水、废气、废液、固体废物、危险废物等污染物质， 这需要在修复项目实施时建立配套的二次污染防治措施。在环保工程模式下，尽管施工现场已经配备了大量的二次污染防治设施， 但这些设施大多数都是临时性、简易化、可拆卸式的，这就导致其二次污染防治能力不强，易发生环境污染事故。 例如，在某公司镇江土壤修复现场，散发异味较大，已受到周边居民的多次投诉，引发了社会舆情事件。

稳定运行的修复工厂可以对二次污染防治措施进行更大的投入， 配备成熟完善的二次污染防治设施， 对整个修复环节环境污染物排放采取有效的控制，极大的减少了二次污染物的产生与排放，实现全过程的二次污染有效防控， 降低修复全过程的环境风险[23]。并且由于修复工厂的服务区域针对整个开发区域， 解除了选址必须位于污染修复场地附近的限制， 可以选择周边居民住户较少或环境非敏感区建厂，减少施工对居民的影响，有利于维护社会稳定。

2.1.3 配套工程技术中心

修复工厂可以设置实验室、 研发中心、 检测中心，具备技术研发、中试、实证的功能。针对不同的污染物质，修复工厂可以进行相关的技术研发工作，制定最佳的的修复参数及条件， 且可以进行相关的小试、中试试验，对方法进行实际验证，并不断修正。并且开发最新的技术方法不断满足最新的修复效果评估要求，与时俱进。 并且针对厂内的废水、废气、污泥、粉尘等二次污染物处理系统进行开展相应的研发、改进工作，同时对修复后土壤的资源化利用开展研究。 修复工厂可以投入大量资金建立检测中心，随时对修复效果进行自检，增加监测频率，对工程质量更有保证。 而环保工程模式由于是临时性办公场地、 且存在时间较短则不具备建设工程技术中心的条件。

2.1.4 稳定工程技术人员

环保工程模式，施工人员随工程项目流动，工作地点多变， 这与大多数员工要求的稳定性的工作地点需求相悖，员工离职率较高。而修复工厂的稳定持续运行可以保证施工人员固定的工作地点与收入，有利于保持施工人员的工作稳定，减少离职率。稳定的员工组成也有利于土壤修复企业培养青年技术人员，保持企业新鲜血液源源不断的供给；同时熟练地施工人员也可以保持机械设备的稳定运行和减少安全事故的发生，进一步减少修复工厂的运行成本。

2.1.5 土壤资源化利用

环保工程一般是原地异位进行修复操作， 修复后土壤原址填埋，修复后的土壤性质改变较大，很多已不具备再次作为土壤利用的可能， 在后续的土地开发过程中，这些土壤的去除与用途也是一个难题。而修复工厂处置后的土壤达到修复目标值后， 可进行资源化再利用。经过必要的改性措施后，不仅可以作为建筑用地回填土、道路设施用土、绿地用土等，而且可以作为制作建筑用砖、建筑陶粒的原料。稳定运行的修复工厂可以源源不断提供土壤， 减少清洁土壤的使用量。 并且修复土壤的资源化利用可以进一步增加修复工厂的收入。

2.2 修复工厂组成

修复工厂由办公大楼、污染土壤暂存区、预处理区、热脱附区、待检区、培育区、配套设施、尾气处理系统、废水处理系统、二次污染防护措施等组成，具体工艺流程见图1。

图1 修复工厂工艺流程

污染土壤从污染场地开挖后经封闭运输车辆运至修复工厂内的污染土壤暂存区， 在封闭的预处理区，经过脱水、破碎、筛分等预处理操作后，进入热脱附区，经过直接或间接热脱附处理后，进入待检区，检验合格后置于干净土壤暂存区， 之后通过车辆运输出厂资源化利用。 同时，在厂区内设置培育区，对修复后土壤的肥力再培育，添加有机肥，有益菌剂，实现土壤肥力再生。 整个厂区内的电能与燃气由配电室、供气站等配套设施提供。在修复过程中产生的尾气、粉尘、废水、废液、固废等二次污染物进入相应的处理设施进行处理，达标后排放至大气、城镇污水管网或送相应的处理处置公司处理， 将修复过程的二次污染降至最低。 对于土壤清挖现场与修复工厂内，建立大气环境实时监测系统，对大气中的各污染物质浓度进行实时监测，并设立报警系统，同时对于监测数据进行定时整理汇报； 作为实时监测系统的补充，建立快速监测的手段，专业人员采用手持式检测设备对相应作业面、场区边界、环境敏感点等区域进行大气环境监测。检测项目包括特征污染物、颗粒物，SO2，NOx，非甲烷总烃等，根据监测数据指导清挖施工以及修复工程的环境二次污染防控工作， 使其符合国家和地方排放标准的要求。

2．3 修复工厂的组织架构

修复工厂的组织架构见图2。

图2 修复工厂的组织架构

成立修复工厂管理委员会，任命主任1 名，副主任数名，主要工作内容为修复工厂的管理、各部门的总体协调。下设综合部、工程部、技术部、检测部4 个部门。综合部可分为行政组与安保组，行政组负责相关制度的制定和执行推动、日常办公事务管理、办公物品管理、文书资料管理、会议管理、涉外事务管理，还涉及出差、财产设备、生活福利、车辆、安全卫生等工作；安保组负责整个厂区的安全保卫工作，同时负责厂区监控设备的查看与管理。 工程部是修复工厂最重要的部门，是土壤修复工程的直接实施部门，主要工作内容包括污染土壤的开挖与运输、 土壤的预处理与修复、干净土壤的运输与回填、修复过程中产生尾气、废水、固废的处理与处置等，分为运行组与维护组2 个部门分别负责工程与设备的运行与维护。技术部是对污染土壤进行修复技术研究及改进，并对工厂的尾气、废水、污泥等污染物质处理系统进行改进，下设研发组与转化组，分别负责相关技术的研发和转化。检测部分为检测组与监测组，分别负责修复后土壤质量的检测与整体工厂的环境监测。 同时，工厂管理委员会还聘请数位高级顾问，对整个工厂的运营、土壤修复技术的选择、二次污染的防护等提供意见与建议。通过4 个部门相互配合，确保修复工厂的正常有序运行。

2．4 修复工艺选择

根据热源与污染土壤接触方式的不同， 热脱附技术可分为直接加热热脱附技术和间接加热热脱附技术，并据此开发了不同的热脱附设备，直接、间接热脱附技术与设备的对比见表1。

表1 热脱附技术与装备对比

根据修复工厂中污染土壤的修复方量、 修复周期、污染物类型及污染物含量等信息，结合直接与间接热脱附技术与设备的特点， 确定实际施工中热脱附工艺的选择。 修复工厂内应同时配备直接与间接热脱附处理设备， 可以满足绝大多数土壤修复项目的需求。

2．5 修复工厂实例

目前，国内关于建设土壤修复工厂的研究较少，仅有重庆、上海等地处于前期研究阶段。国外已建成的修复工厂有2017 年8 月26 日，伦敦西部建立的土壤修复中心，填补了伦敦西部及其周边对土壤修复作业场的需求，该土壤修复中心可以处理污染土壤、矿渣、建筑废弃物、河流底泥、污泥等；位于比利时安特卫普港和Heusden-Zolder 阿尔贝特运河沿岸的土壤修复中心， 前者每年可处理400 000 t 土壤，主要处理方法有生物修复，物理化学淋洗、土壤固化、热脱附；后者主要主要处理技术有：机械处理、生物处理和临时存储，用于处理土壤、碎渣、底泥、清洗材料和分选后的渣石，每年的生物处理能力为60 000 t。

3 结论

目前，我国有机污染场地土壤修复项目较多，且修复地块位置集中、修复面积巨大、项目施工期短，建立服务整个区域的整体整治开发需求的土壤修复工厂很有必要， 这不仅可以减少污染土壤修复的成本，也可以有效控制修复过程的二次污染，降低修复过程的环境风险， 同时也有利于土壤修复企业的良性发展。

工厂化修复模式采用长期运营模式， 可以长期高效的服务于区域性污染土地整治开发工作。 修复工厂配置齐全的预处理设备，废气、废水收集处理设备，先进的土壤修复一体化设备，采用高效的流水作业模式， 可以有效较低修复成本以及对周边环境的影响。 同时，修复工程配置实验室及研发平台，可以开展土壤修复相关技术的研发工作， 指导修复工厂的长期高效运营。 本文对修复工厂的功能、 组成单元、组织架构、工艺选择等主要内容进行了介绍，说明建设工厂化修复模式可行的。