陳麗紅

（深圳市環(huán)境工程科學技術(shù)中心有限公司 廣東深圳 518000）

引言

石油的開采與使用是工業(yè)發(fā)展的必要條件，但隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，石油污染問題也日漸嚴重。石油烴作為常見的有機污染物之一，分子質(zhì)量較大，容易與土壤中有機質(zhì)相結(jié)合，處理難度較高。熱脫附技術(shù)在石油烴污染土壤處理中，具有效果好、環(huán)保性強等特點，但熱脫附技術(shù)的處理裝置昂貴，不同處理技術(shù)的修復效率與修復作用之間存在差異，在實際運用熱脫附技術(shù)時，需要綜合分析其技術(shù)應用條件、影響因素，在客觀研究石油烴污染土壤類型后，再合理地進行技術(shù)選擇和最佳參數(shù)調(diào)整，保證技術(shù)應用的有效性。

1 石油污染土壤現(xiàn)狀分析

1.1 石油烴污染分析

石油烴是最常見的有機污染物之一，包括汽油、煤油、柴油、潤滑油和瀝青等。石油烴是由多種烴類和其它有機物組成的混合物，主要成分包括正烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、硫化物、氮化物等。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，石油開采、加工過程中產(chǎn)生的石油烴數(shù)量不斷增加，過量的石油烴滲入土壤會造成土壤環(huán)境的污染，并且難以去除，對生態(tài)環(huán)境具有負面影響，而石油烴進入海洋會造成海洋水質(zhì)的污染，在海洋生物體內(nèi)聚集，最終通過食物鏈進入人體，對人類健康也具有不良影響[1]。在石油的開采、冶煉、運輸過程中，經(jīng)常發(fā)生各種泄露事故，石油泄漏會導致土壤、地下水、海水等受到污染，而石油烴的疏水性與難生物降解特性，使得深入土壤的石油烴難以快速清除，并將長期存在于土壤和地下水中，隨著食物鏈進入人體，造成嚴重的負面影響。有學者在植物-微生物聯(lián)合修復石油污染土壤的研究中指出，全球范圍內(nèi)每年都會有石油滲漏進入土壤，石油烴的污染修復工作刻不容緩。

1.2 石油污染土壤修復現(xiàn)狀

針對石油污染土壤的修復工作正在不斷發(fā)展，物理修復、化學修復、生物修復是其中比較常見的方式。物理修復是通過物理手段將土壤與石油污染物分離的技術(shù)，目前應用較多的有換土法、熱脫附、土壤氣相提抽、機械通風等。電修復法可以利用電極形成的直流電場對石油污染土壤進行修復，電解石油污染物，有利于減少毒害物質(zhì)，但電極材料腐蝕速度較快，也需要消耗一定成本[2]。此外，利用機械效應、熱效應等方式對石油污染土壤進行處理也是物理修復中比較常用的手段，物理修復的可操作性較強，不易破壞土壤結(jié)構(gòu)，在實際應用中具有比較好的效果?；瘜W修復法常用催化法、化學洗滌法、化學氧化法等對土壤進行修復。在石油污染土壤處理過程中，通過催化反應、氧化反應等去除石油污染物，雖然可以在較短周期內(nèi)簡單去除污染，但在化學物質(zhì)與石油污染物之間的反應過程中，藥劑用量大、藥劑成本高、處理不徹底等問題屢有發(fā)生。生物修復主要通過植物、動物、微生物的吸收轉(zhuǎn)化作用來進行石油污染土壤的修復，在實際應用中具有經(jīng)濟、綠色、環(huán)保的特點，但在高石油污染土壤中修復效果有限，仍需要不斷研究與發(fā)展[3]。石油污染土壤由于石油烴本身的疏水性、難以生物降解特性，修復相對困難，無論是物理修復、化學修復還是生物修復，在實際應用中都需要考慮到污染土壤的具體情況，對污染物的種類、特點等進行綜合分析，選擇一種或多種修復技術(shù)，保證修復的有效性與可靠性。

1.3 石油烴污染對土壤環(huán)境的危害

當石油烴進入到土壤結(jié)構(gòu)中之后，其對土壤環(huán)境產(chǎn)生的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）會對土壤通透性產(chǎn)生影響，大大降低土壤質(zhì)量；

（2）會對土壤中植物根系的呼吸與吸收產(chǎn)生阻礙，導致根系容易出現(xiàn)腐爛情況，進而嚴重影響到農(nóng)作物的根系生長；

（3）導致土壤中的有效磷、氮含量大大減少，對農(nóng)作物的營養(yǎng)吸收產(chǎn)生制約；

（4）石油中的多環(huán)芳烴有致畸、致癌等作用，而且會通過食物鏈聚集在動植物體內(nèi)，并且逐漸富集，進入人體后會對人體健康產(chǎn)生巨大危害。石油烴污染極大地制約了土壤環(huán)境保護水平，導致土壤污染嚴重，農(nóng)作物存活困難，且對人體產(chǎn)生巨大危害。

2 熱脫附技術(shù)分析

2.1 熱脫附技術(shù)原理

熱脫附技術(shù)是通過加熱場地進行有機污染物處理的技術(shù)類型，可分為原位熱脫附和異位熱脫附兩種。熱脫附技術(shù)可以在真空條件下或通入載氣時，直接或間接進行熱交換，從而將土壤中有機污染物加熱到一定溫度，促使污染物揮發(fā)、分離，進而達到將污染物有效處理的效果。原位熱脫附處理是在土壤污染區(qū)域范圍內(nèi)進行原位加熱，分離土壤中氣相、液相污染物，通過相應的抽提系統(tǒng)進行回收，再進行后續(xù)的加工[4]。異位熱脫附處理則是將受到污染的土壤直接從污染區(qū)域中取出，將其運送到相應的熱脫附處理設備中進行反應，而后完成對污染物的處理。目前，異位熱脫附處理技術(shù)的應用比較廣泛，根據(jù)其系統(tǒng)差異又可分為直接熱脫附和間接熱脫附兩種類型。近年來，熱脫附技術(shù)處理土壤污染的應用范圍在逐漸擴大，而相關(guān)的技術(shù)類型也在不斷進步，除了傳統(tǒng)的滾筒式熱脫附技術(shù)外，流化床熱脫附、微波熱脫附以及紅外線熱脫附等新型的加熱技術(shù)也進一步提高了熱脫附的處理效率，提升了土壤修復的效果。

2.2 熱脫附處理流程

熱脫附技術(shù)一般包含了進料系統(tǒng)、脫附系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)幾個部分。在利用熱脫附處理裝置對污染土壤進行處理時，進料系統(tǒng)根據(jù)土壤污染物的成分以及土壤的黏性等進行處理，保證進料的合理，而后在脫附系統(tǒng)中將被污染的土壤絕氧加熱到一定溫度，使其中的有機污染物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)從土壤中揮發(fā)出來，實現(xiàn)固相分離，在不破壞有機組分的前提下排除土壤中的污染物。熱脫附技術(shù)能夠?qū)⑼寥乐形廴疚镛D(zhuǎn)化為不凝氣、冷凝回收液、固體殘渣三種產(chǎn)物，能夠比較徹底地去除土壤中的有機污染物。熱脫附技術(shù)處理土壤污染物時，轉(zhuǎn)化的混合氣體由惰性過載氣攜帶經(jīng)過冷凝單元后，可冷凝成為液相，而不凝氣的組分則返回熱脫附裝置繼續(xù)燃燒。冷凝回收液經(jīng)過分離可以獲得油，對土壤含油率進行調(diào)節(jié)，不凝氣的主要成分為C2—C4 烴類氣體分子，可用作循環(huán)氣為熱脫附系統(tǒng)供熱提供輔助，而固相殘渣可用于鋪路、建材生產(chǎn)等，熱脫附處理土壤污染所得到的產(chǎn)物能夠?qū)崿F(xiàn)資源的有效利用[5]。

3 石油烴污染土壤熱脫附技術(shù)修復情況

3.1 傳統(tǒng)熱脫附處理

傳統(tǒng)熱脫附處理技術(shù)是在真空或載氣條件下，直接或間接對土壤進行加熱，使其中揮發(fā)性和半揮發(fā)性目標污染物加熱至合適溫度后分離的過程，在目標污染物分離后通過脫附處理系統(tǒng)去除尾氣或?qū)ξ矚膺M行循環(huán)使用，修復土壤污染的同時提高處理的環(huán)保性。傳統(tǒng)熱脫附處理方式適用于處理污染土壤中的大多數(shù)揮發(fā)性、半揮發(fā)性污染物，對總石油烴也有良好的處理效果。在傳統(tǒng)熱脫附處理應用中，可以通過蒸汽加熱、燃料加熱、電加熱等方式進行處理，不同加熱方式的處理效率存在一定差別。滾筒式熱脫附處理是傳統(tǒng)熱脫附處理中最常用的設備條件，可以通過旋轉(zhuǎn)式干燥器對污染土壤進行處理，利用微負壓爐進行加熱，降低污染物沸點，利用土壤層加熱傳導特性讓污染物在低溫狀態(tài)下?lián)]發(fā)，有效凈化土壤。

3.2 流化床熱脫附處理

流化床熱脫附處理技術(shù)是利用流化床調(diào)節(jié)系統(tǒng)與方法進行熱脫附處理的措施，是新興的熱脫附處理技術(shù)，具有操作簡單和提升反應效率的作用，能夠?qū)κ臀廴就寥肋M行有效處理。流化床熱脫附處理裝置可以促進土壤在懸浮狀態(tài)下與液體的接觸面積增大、混合程度加深，以獲得更好的傳熱系數(shù)，保證石油烴污染土壤處理的效率。流化床熱脫附處理包含送料機、反應機、調(diào)節(jié)機幾個部分，流化床調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應用不僅讓土壤得以在懸浮狀態(tài)下獲得更好的傳熱效果，提升熱脫附效率，而且通過流化床技術(shù)的優(yōu)化比如加裝傳感器等，能夠獲取土壤中污染物類型的信息，根據(jù)污染物類型進行反應室溫度的智能調(diào)節(jié)，確保熱脫附的有效性，節(jié)約熱脫附處理中的能源消耗。

3.3 微波熱脫附處理

微波熱脫附處理是一種現(xiàn)代化、先進性的石油烴污染土壤修復技術(shù)，主要利用微波輻照的方式進行熱脫附處理，是修復石油污染土壤的高性能技術(shù)。微波是頻率在300MHz—300GHz，對應波長在1mm—1m范圍內(nèi)的電磁波，通過微波輻照能夠讓電能被微波介質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)加熱，從而達到熱脫附目的。相較于傳統(tǒng)加熱形式，微波熱脫附能夠讓材料在微波場中通過介電損耗獲得體積加熱，熱量產(chǎn)生于材料內(nèi)，是一種內(nèi)外同時進行的加熱。微波熱脫附利用了微波獨特的加熱工藝，可以讓污染土壤獲得更加均勻、能量傳遞效率更高的加熱，有利于提高處理效率，縮短加熱時間。相較于傳統(tǒng)熱脫附處理中由材料表面向內(nèi)加熱，微波熱脫附不容易受材料表面溫度、溫度梯度、熱導率等條件的限制，可以保證加熱的效率，更好地控制加熱過程，在土壤修復中具有更好的應用價值。利用微波熱脫附處理石油烴污染土壤，能夠通過揮發(fā)、分解、固定作用三種機理讓難以揮發(fā)和半揮發(fā)有機物得到更好的處理效果，確保污染處理的有效率。實驗室研究表明，微波熱脫附在多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、原油、柴油等污染物的處理中具有良好的效果。

4 熱脫附技術(shù)在石油烴土壤修復中的運用分析

4.1 加熱溫度與停留時間

熱脫附技術(shù)修復石油烴污染土壤一般通過直接或間接加熱的方式進行處理，在這一過程中需要將目標污染物加熱至沸點以上，方可完成脫附，因此加熱溫度與停留時間是熱脫附系統(tǒng)處理的兩個重要影響因素。通常來說加熱的溫度越高、停留時間越長，土壤熱脫附效率也會越高，但熱脫附處理系統(tǒng)的運行成本也會隨之增加。因此在應用熱脫附技術(shù)修復石油烴污染土壤時，尋找最佳停留時間、加熱溫度是保證脫附效率最大化，節(jié)約能耗的重要條件。為了能夠保證石油烴污染土壤熱脫附技術(shù)的應用效率，在技術(shù)應用時應該結(jié)合實際情況進行實驗與研究，根據(jù)石油烴污染物沸點特征，設計不同的加熱溫度與停留時間，通過控制變量的方式分析在達到修復目標值前提下的最佳工藝參數(shù)。在學者張坤等[2]的研究中，相同熱脫附條件下，石油烴組分相對分子質(zhì)量越大、飽和蒸汽壓越低，與土壤有機質(zhì)結(jié)合能力就越強，實際處理中越不容易脫附；當加熱溫度提高時，石油烴組分的熱脫附效率會隨溫度增高而增大，加熱溫度在300℃及以上時，石油烴組分含量低于檢出限，實驗得出加熱溫度250℃，停留時間15min 為熱脫附技術(shù)最佳運行參數(shù)。

4.2 土壤性質(zhì)

熱脫附技術(shù)在處理石油烴污染土壤過程中，土壤本身含水量、含油率、黏性特征等，也會對熱脫附效率產(chǎn)生影響。因此，在運用熱脫附技術(shù)時需要考慮如何調(diào)整熱脫附處理系統(tǒng)的進料條件，探尋最佳進料土壤粒徑、含水率、進料比例等，形成更加完善的進料反應體系，從而改善處理效果。

土壤含水率會對土壤粘度造成影響，因此降低土壤含水率以獲得更低的土壤粘度，對于熱脫附處理效率提升，降低處理能耗也具有良好的作用。土壤的含水率也會在一定程度上影響到熱脫附的效果，比如在應用微波熱脫附處理石油烴污染土壤時，水本身可以作為吸波介質(zhì)，影響加熱系統(tǒng)的介電常數(shù)，同時水的蒸餾作用有利于石油組分中揮發(fā)性有機物的遷移，因此在含水率適宜的情況下，熱脫附處理效果也會隨之提升。部分處理技術(shù)，比如利用原位電阻熱脫附處理時，通過補水、負壓的應用能夠讓土壤快速升溫，借助電能轉(zhuǎn)化與熱能傳導雙重機制增加土壤升溫效率，而為了保證加熱的穩(wěn)定性與可靠性，在這一過程中還需要不斷向電極附近補充水分。

土壤的理化性質(zhì)、土層厚度等條件，也會對熱脫附技術(shù)處理效率造成影響。石油烴污染土壤的理化性質(zhì)主要指土壤污染種類、有機質(zhì)含量等條件，被不同類型污染物影響的土壤在運用熱脫附技術(shù)修復時，需要合理的分析其特性，尤其是污染物沸點特征，由于石油烴分子質(zhì)量相對較大，與土壤有機質(zhì)結(jié)合能力較強，不容易脫附，因此在熱脫附處理中對污染土壤進行檢驗，了解污染物種類和性質(zhì)，對后續(xù)污染修復而言具有重要意義。在運用熱脫附技術(shù)處理石油烴污染土壤時，需要注意石油烴成分的高溫裂解特點，考慮到石油烴組分變化情況，更加科學地研究石油烴污染的處理方式。

5 石油烴污染土壤環(huán)保措施

5.1 加大生態(tài)環(huán)保宣傳力度

針對石油烴污染造成的土壤問題，政府部門應當做好統(tǒng)籌規(guī)劃，充分利用多媒體技術(shù)，通過各個通信終端加強土壤生態(tài)環(huán)保宣傳工作，并積極擴充宣傳渠道，提升宣傳有效性。另外，環(huán)保管理部門還應當建立專門的環(huán)保宣傳網(wǎng)站，并且在網(wǎng)絡平臺上加強與群眾之間的交流溝通，充分發(fā)揮群眾的監(jiān)督作用，對于群眾的舉報信息要及時核實并處理，同時給予其適當?shù)莫剟?，以提升群眾舉報積極性，并強化群眾的環(huán)保意識。對于產(chǎn)生石油烴土壤污染的相關(guān)企業(yè)，環(huán)保部門除了要加強宣傳教育，還要建立相應的監(jiān)督機制，定期對高發(fā)污染區(qū)域進行土壤環(huán)境檢測，一旦發(fā)現(xiàn)土壤污染超標，就要勒令相關(guān)企業(yè)立即采取污染治理措施，將對土壤環(huán)境造成的危害降到最低。

5.2 建立可持續(xù)發(fā)展環(huán)保制度

針對石油烴造成的土壤污染，要堅持可持續(xù)發(fā)展理念，根據(jù)污染地區(qū)的實際情況及生態(tài)環(huán)保要求制定針對性修復措施，以改善土壤環(huán)境。要注重提高污染地區(qū)的植被覆蓋率，種植一些能夠?qū)ξ廴就寥烙懈呓到舛鹊闹参?，例如蓖麻等，其不僅對石油烴污染有著較強的耐受性，還具有一定經(jīng)濟價值，既能夠促進污染物的快速降解，還能夠提升污染治理過程中的經(jīng)濟效益。此外，要制定完善的風險管控制度，建立土壤污染標準，一旦超出標準，則認定為污染，并且采取預防措施來實現(xiàn)對滲入土壤中的重金屬含量進行有效的控制，減輕石油烴對土壤造成的污染。

5.3 建立土壤污染生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

要強化對石油烴污染土壤的全面保護，就必須建立完善的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)污染問題，并加強污染地區(qū)土壤治理，建立清潔衛(wèi)生制度，對各類自然資源進行合理規(guī)劃與應用，以免造成更大污染。針對容易發(fā)生石油烴污染的土壤范圍，應當開展動態(tài)化監(jiān)測，采用定性監(jiān)測與定量監(jiān)測結(jié)合的方式來獲取更加系統(tǒng)的污染物變化趨勢和數(shù)據(jù)。要基于監(jiān)測結(jié)果對土壤環(huán)境質(zhì)量超標情況進行分析，并展開詳細調(diào)查，及時采取應對措施，加強污染土壤治理，以免污染物危及人體健康。

5.4 加強石油開采監(jiān)督與規(guī)劃

在開采石油的過程中，不可避免地會導致石油烴污染土壤，因此，要減少土壤污染，就必須在工程開始之前做好石油開采的規(guī)劃工作，盡可能地減少由此造成的土壤污染。在開采過程中，要對石油烴類污染物加強監(jiān)督與控制，確保各項污染物的排放均符合國家標準要求。要采取有效措施將污染區(qū)域集中在盡可能小的范圍內(nèi)，以提升治理有效性。此外，在采油過程中所產(chǎn)生的落地原油應當及時處理干凈。定期更換新的采油設備，并且盡量采用地下輸油管道，減少應用油罐儲油的方式，以免發(fā)生油品泄漏。要加大對石油開采現(xiàn)場的管理力度，加大資金投入力度，研究開發(fā)新的開采工藝，對于需要排放的廢棄物，必須要進行徹底處理，確保達標后方可排放。應采用清水開鉆，鉆井完成之后所產(chǎn)生的廢漿，應當進行集中處理，確保達標后方可進行排放。

結(jié)語

熱脫附技術(shù)是一種修復速度快、污染物去除率高的土壤有機污染物處理方式，在石油烴污染土壤的修復中具有較高的應用價值。熱脫附技術(shù)可以運用直接或間接加熱的方式讓土壤污染物從固相轉(zhuǎn)移為氣相，通過一系列燃燒、冷凝吸附等處理方式，對污染物進行有效處理，在修復污染土壤的同時，也避免了二次污染，具有良好的工業(yè)價值、環(huán)境價值與社會價值。在熱脫附技術(shù)的實際運用中，反應溫度、停留時間、土壤性質(zhì)等都會對熱脫附處理效率產(chǎn)生影響，因此在運用技術(shù)的過程中還需要結(jié)合實際情況，通過實驗研究得到最佳的反應參數(shù)，保證石油烴污染的處理效果。