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土壤淋洗修复技术碳排放分析

访问量:10 次发布时间:2023-02-23

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土壤修复包括建设用地修复、农田修复以及矿山修复,其中农田修复与矿山修复主要恢复土地植被,对污染土壤的修复产生的二氧化碳,在修复后的植被光合作用下中和,因此土壤修复中碳排放主要考虑建设用地的碳排放。

建设用地土壤污染主体为焦化、石化、医药、金属冶炼等企业,污染物主要为多环芳烃、卤代烃、石油烃、镉、砷等重金属。建设用地土壤修复中常用的技术有热脱附技术、气相抽提技术、固化/稳定化技术、化学淋洗技术、化学氧化/还原技术、水泥窑协同处置技术等物理化学方法。通过对环境修复工程企业调研,针对有机物污染土壤的修复常用技术为热脱附、化学氧化/还原、水泥窑协同处置、化学淋洗等,对重金属污染土壤的修复技术主要有固化/稳定化、植物修复等。根据各修复工程的修复费用或能源消耗,可以计算出所产生的二氧化碳排放量。

化学淋洗技术通过表面活性剂的加入,使铜、铅、镉等重金属或与表面活性剂性质相近的有机污染物迁移到化学溶剂中,并进一步分离、处理的技术。该过程的能源消耗远低于热脱附技术、气相抽提、水泥窑协同处置等需要高温的高能耗技术。化学淋洗中主要应用设备淋洗筛分机、搅拌反应泵、清水输送泵等低能耗设备。上海市某修复项目修复总工程土方量为36768.4 m3,清水输送泵功率3 kw,淋洗液搅拌机功率1.5 kw,两台淋洗液输送泵1 kw,筛分设备13 kw,总工程设备计算负荷约153.8 kw。最终淋洗修复108.6 m3重金属污染土壤,消耗9500 kW∙h,折合修复每吨土壤排放64.5 kg二氧化碳。

热脱附技术通过直接或间接加热土壤,使土壤中有机污染物受热从土壤介质中挥发或分离后,进入气体处理系统的过程。热脱附技术由于要加热受污染的土壤,其带来的能源消耗必然是巨大的。由国内某焦化厂土壤修复案例分析,热脱附每吨土壤消耗天然气45~48 m3,电34.1~40.8 kW∙h,由此可大致估算每吨土壤修复排放了124.1~136.8 kg二氧化碳。但热脱附修复土壤总工程量还包括土壤挖掘、运输、回填等其他方面的能源消耗,其最终产生的二氧化碳排放可能超过200 kg/t土。

气相抽提技术是利用负压风机形成负压,在污染土壤区域的抽气井将有机污染物抽提后,经过活性炭或催化氧化后降低土壤中污染物浓度的方法。国内某地块被苯和C10~C12脂肪烃污染约200 m3,采用气相抽提技术实现了87.4%的修复率。项目历时7个月,使用了55 kw风机和总功率为72 kw的催化燃烧室,还包括离心式引风机、泵、尾气处理装置等。按每天8小时工作,每月20个修复工作日核算,该修复工程耗电量约为14万kW∙h。按中国电网电力(各种电力混合后的平均值)1度电的CO2排放是960 g左右,该修复工程折合碳排放量约136吨,平均修复每吨污染土壤排放二氧化碳约500 kg。通常气相抽提会与热处理相结合,产生的碳排放进一步增加。

水泥窑协同处置是进行危险废物处置的一种方法,可以处置污泥、重污染土壤等,可以完全消除有害气体,最终转化为水泥熟料,无废弃物遗留。根据某地水泥窑协同处置建设项目环评报告,该项目总装机容量约1000 kw,计算负荷900 kw,处理能力约15~30 t/d。核算后平均处理每吨重污染土壤约耗电240~480 kW∙h,折合排放二氧化碳230~460 kg。此二氧化碳排放不包含加热过程中有机物燃烧后排放的二氧化碳。

固化/稳定化技术利用添加剂,通过添加剂与土壤中的有害成分结合使其转化为其他物理或化学形式,消除或减小其危险性质。固化/稳定化工程中主要用到的设备包括挖机、破碎筛分机、搅拌机等。国内某化工厂汞污染土壤经固化/稳定化处理后,土壤中重金属汞硫酸硝酸浸出浓度未检出。该工程修复约4000 kg汞污染土壤,采用了PC 60挖机、Allu破碎筛分设备等。PC 60挖机功率约为40.7 kw,Allu破碎筛分设备可以连接在挖机上,没有额外能源消耗,搅拌机功率约5.5 kw。修复每吨污染土壤耗能约46.8 kW∙h,折合修复每吨土壤排放44.9 kg二氧化碳。

化学氧化/还原技术是指向污染土壤添加氧化剂或还原剂,通过氧化或还原作用使土壤中的污染物转化为无毒或相对毒性较小物质的过程。根据处置地点不同,化学氧化/还原技术可分为原位和异位两种工艺。原位化学氧化/还原系统主要包括注射井、氧化剂/还原剂输送管道和监测井三部分。化学氧化/还原中用到的设备以挖掘机,搅拌机为主,其修复土壤能耗与固化/稳定化技术相似,估算其修复每吨土壤排放50 kg二氧化碳左右。

生物修复技术主要分为:植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术三大类。但目前实现技术应用的有植物修复和微生物修复技术,其中植物修复技术通过特定植物的生物富集作用,将土壤中重金属元素富集到植株体内,再对收获植株进行处理,降低二次污染。整个修复过程包括植物幼苗的培育、植株移栽养护、植株回收、植株遗体处置(焚烧)。植物本身可以固炭养地,因此基本可以中和修复过程中的二氧化碳排放,估算其修复每吨土壤排放-10~30 kg二氧化碳左右。

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2土壤修复部分技术案例碳排放对比

土壤修复未来的技术发展趋势

当前国内外土壤修复发展现状,土壤修复在技术上从单一的物理、化学、生物修复方法到两种修复技术的联用;从有机污染物、重金属单一污染发展到多种有机物、多种重金属甚至有机物与重金属复合污染物;从异位物理化学修复到原位低风险污染修复发展。面对复杂的土壤污染状况,修复技术也在不断改进。根据“双碳”目标的要求,土壤修复技术的发展也需要向低碳排放,低能源消耗方向发展。

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德森环境--作为一家专业的土壤淋洗修复装备研发制造运营综合服务商,将继续秉承“ 全心全意、至臻至美 ”经营理念,加大研发投入,通过技术升级和改进控制系统,进一步提高淋洗设备智能化,小型化,低能耗化,降低生产过程以及使用中的碳排放。

此前,德森推出的德森淋洗车,采用一体化设计,具有占地面积小、操控方便智能、进出场周期短,整体项目运营成本低等优势。可广泛应用于化工、医药、冶金、钢铁等有机/重金属污染场地土壤淋洗修复,还可适用于通沟余泥、河道淤泥、盾构泥浆、矿山修复等多种类物理淋洗、洗选、分级需求的项目场地。


以上部分内容摘自:环境工程   作者:薛成杰 方战强


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