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砖窑协同处置在土壤修复中的应用

2025-03-23 4 上传者：管理员

摘要：随着我国环境保护意识的提高，土壤污染修复行业发展迅速，土壤修复的技术方法的要求也随之提升。在此背景下，砖窑协同处置技术迅速发展并走入实际应用。本文在参考相关研究的基础上，从砖窑协同处置技术的发展历史、原理、工艺要点以及技术优势等方面进行阐述，为砖窑协同处置在土壤修复工程中的应用提供参考。

关键词：
修复技术
协同处置
土壤修复
土壤污染
砖窑
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1、发展背景

随着人类社会的发展,过度的开发利用和不合理的生产活动将大量污染物排入土壤,造成了严重的土壤污染｡根据第一次全国土壤污染状况调查,全国土壤总的超标率为16.1%,为了改善土壤环境质量,土壤修复行业应运而生｡

2014年,我国发布《污染场地修复技术目录(第一批)》,其中汇总了一批成熟的污染土修复技术,包括固化/稳定化技术､热脱附技术､化学氧化/技术等15种工艺技术,此后我国的修复工程主要采用以上修复技术｡2018年,我国修复行业迅速发展,市场竞争日渐激烈,以上技术的局限性日渐显露｡此外,随着我国产业结构的升级和环境政策的完善,技术落后､生产规模小､环境污染大的砖窑逐渐被淘汰,砖窑协同处置技术逐渐成熟完善并广泛应用于土壤修复工程中｡

2、发展概述

我国最早关于砖窑协同处置污染土的研究始于1990年,王玮[1]利用蚂蚁浜地区重金属污染土替代黏土烧制成砖｡研究结果表明,重金属污染土与黏土主要成分相同,在950~1000℃的焙烧温度下,烧制的成品砖抗压强度等指标基本符合制砖要求｡同年,秦文玉[2]利用含有As､Pb､Cd､Cr､Hg等有毒物质的铁路废渣,以原料总量5%的比例替代黏土制砖,并设置对照组,在试验过程中对焙烧烟气进行监测,在烧制之后对试验组和对照组的成品砖进行力学性能和浸出有毒物质分析｡研究结果表明,以废渣烧制成的砖外观及抗压强度等指标与对照组相差不大,均满足当时的50号砖要求,浸出试验结果中浸出液有害物浓度无较大差距,试验组焙烧时产生的烟气与对照组相比,SO2､NOX排放量增加,氟化物､As､Pb､Cd､Cr､Hg浓度减小,均能满足当时标准要求｡这两篇论文是我国最早的砖窑协同处置技术的研究,王玮从原料成分和产品质量的角度,证明了污染土替代黏土烧砖的可行性;秦文玉在原料替代的基础上,考虑到掺杂配比､二次污染以及浸出毒性等问题,进一步优化了砖窑协同处置技术｡但是土壤污染和修复在当时并未得到重视,因此该时期砖窑协同处置技术并未得到重大发展和推广｡

2000年以后,我国陆续发布文件禁用黏土烧结砖,从此砖窑的原料开始向多元化发展,以页岩､粉煤灰､煤矸石为主料,掺杂建筑垃圾､硼泥､河道淤泥､市政污泥､赤泥､尾矿等固体废弃物的工艺陆续出现并转化为成果,以砖窑协同处置一般固体废弃物的技术逐渐成熟｡但是该时期以砖窑协同处置污染土的研究仍未取得重大发展｡

2020年以来,随着我国土壤修复行业的发展,市场化竞争日渐激烈,砖窑协同处置污染土的研究越来越多,技术逐渐发展成熟,并已经在众多修复工程中得到应用｡刘敏[3]､刘建华[4]､徐佳丽[5]等人对重金属污染土烧结制砖的研究结果均表明:在控制原料中重金属掺杂的前提下,烧结砖的产品质量､重金属浸出含量均能满足使用和健康防护要求｡姜鑫[6]等人对有机物污染土壤与黏土混合后烧结制砖,研究结果表明:特征污染物二硝基甲苯磺酸盐在烧结过程中完全氧化分解,最终产品中未检出特征污染物,产品质量符合要求,焙烧烟气也满足大气排放标准｡2022年11月29日,江苏省环境科学学会发布《污染土壤综合利用烧结制砖技术规范》,从砖窑设施､污染土运输､重金属掺入量､污染物排放､成品砖的环境质量和产品安全等角度对该技术提出了规范和指导｡截至目前,已有南宫市精强连杆有限公司老厂区地块､巴斯夫颜料有限公司地块､亨斯迈纺织染化有限公司地块､青岛能源泰能热电有限公司燃机项目地块等污染地块采用砖窑协同处置技术,均取得良好的修复效果｡

3、技术原理

砖窑协同处置技术中对污染物发挥作用的阶段主要是焙烧过程,即在850~1200℃高温段焙烧16小时以上的工序｡

对于有机污染物,其在砖窑协同处置过程中主要发生物理脱附和热分解,物理脱附主要发生在干燥和升温过程,热分解主要发生在焙烧过程｡大部分有机物在900℃左右可发生热分解,生成CO2､H2O等无机物,根据相关研究,通过砖窑协同处置后有机污染物的去除率可到达99%以上[7]｡

对于无机氰化物,主要通过高温使其分解,650~1000℃环境下即可在短时间内将土壤中氰化物去除[8]｡

对于重金属污染物,在协同处置过程中主要发生挥发和固化作用｡在高温条件下,重金属发生的反应比较复杂,既与原料中其他组分有关,也与焙烧温度有关｡以镉为例,其在氯存在的条件下会以易挥发的氯化物形式挥发,也可能在SiO2､MgO､CaF2等成分的作用下实现固化稳定[9];对于成分相近的样品,CdO在400~1000℃的不同温度烧结实验中,其固化率随温度升高而降低,挥发率随温度升高而升高[10]｡

综上,砖窑协同处置原理是利用高温环境将有机物和氰化物进行分解,达到去除的目的,对于重金属,主要是固化在砖坯中,同时会有部分重金属随烟气挥发｡

4、工艺要点

早期的砖窑主要以土砖窑､轮窑为主,搅拌､制坯､码坯等工序均由人工操作,技术和设备落后,随着技术的更新和国家对产业结构的调整升级,现代砖窑主要为先进的隧道窑,自动化程度高,对污染土壤的协同处置有极大的优势｡协同处置的主要工序包括粉碎､陈化､成型､干燥､焙烧｡协同处置工艺与常规砖窑相比,需要注意的工艺要点包括以下几个方面:

1)减少人员暴露｡污染土自运输至砖窑后,即需要控制工作人员与污染土的接触时间｡这就需要砖窑配备自动化的给料､输送､搅拌､挤出､切坯､码坯､摆渡等设备,减少直接的人工操作｡目前已实施的项目基本能满足要求｡

2)减少土壤污染物的扩散｡自原料库至配料车间､陈化库等生产车间均须做好密闭措施,车间保持负压,避免污染土壤内的污染因子扩散至车间外｡除此之外,车间地面须设置防渗措施,避免堆放和处置过程中污染因子迁移至砖窑的原有土壤中｡

3)焙烧烟气的有效处理｡在砖窑处置污染土过程中,污染物的分解和挥发会造成废气中SO2､NOx等浓度升高,同时会产生新的重金属和有机物污染物｡因此,砖窑的烟气处理设施须重新计算投药量和风速等参数,保证处理设施正常运行和烟气达标排放｡

4)成品砖的检验｡污染土烧制成的砖与普通砖的成分略有差异,重金属含量可能会偏高,为了防止对后期使用产生不利影响,需要对砖的质量､重金属含量､重金属浸出含量等进行检测,保证砖的质量和重金属含量在安全的范围内｡

5、技术优势

砖窑协同处置技术在我国研究起步较早,但是由于早期的砖窑设备落后､工作人员暴露量大､污染控制措施落后以及砖窑管理水平参差不齐等原因,导致其在之前并未得到重视和发展,而随着我国产业结构的调整升级,对污染物排放控制日趋严格,技术落后､生产规模小的砖窑逐渐被淘汰,同时土壤修复行业蓬勃发展､市场竞争日益激烈,砖窑协同处置技术逐渐在土壤修复技术当中占有一席之地,目前已有多个土壤修复项目采用该技术｡究其原因,主要是因为砖窑协同处置技术的优势十分明显｡

1)修复适用范围大｡其可以对重金属､有机物､氰化物复合污染的土壤进行一站式处理,无须重复多次修复,在复杂项目中可有效简化修复工艺和节约成本｡

2)修复设备使用周期长｡砖窑经过技术改造后,可长期应用于不同地块的污染土壤的修复,与异位热脱附等技术相比,可以减少设备安排､土建施工等工程内容,从而降低成本和缩短修复周期｡

3)对有机污染物的去除更彻底｡砖窑协同处置技术具有温度高､停留时间长等特点,可以将有机物分解为CO2､H2O等物质,去除率可达到99%,受干扰因素较少｡

4)对重金属污染物的固化更稳定｡本技术的最终产品是稳定的固体,直接用于建筑物承重部位,一般情况均会在其表面涂抹水泥层或其他墙面材料,该产品基本不会裸露于环境､人群中,更加不易溶出污染环境,使用环境更加安全｡

5)可资源化利用污染土壤｡砖窑协同处置技术能够将污染土壤作为原料进行工业生产,将其作为能够利用的资源,既治理了其对环境的污染,又产生了经济价值｡

6)可有效减少能源消耗｡该技术利用现有的砖窑协同处置,可以减少原有原料的使用,又不会造成新的能源消耗｡

6、问题和展望

目前,砖窑协同处置污染土壤在我国属于起步阶段,相关的技术规范和标准较少,尤其是对现有砖窑的改造缺少可供参考的规范标准,导致部分项目改造不彻底,存在产生二次污染的可能性｡因此,一方面,国家急需发布关于砖窑协同处置污染土方面的相关技术规范和标准,对该行业进行规范和指导;另一方面,砖窑协调处置过程通常都涉及远距离运输,难以做到在较低的成本下对运输过程中挥发性有机物的密闭控制措施,运输过程中挥发性有机物会影响运输路线周边的大气环境,因此该技术现阶段不适用于处置含挥发性有机物的土壤｡

目前,我国土壤修复行业发展迅速,市场规模越来越大,据中国环境保护产业协会统计,我国污染场地修复资金总额在2014—2022年之间增长了8倍,修复项目数量由27个增长至250个｡截至2022年12月,仍有982个地块在建设用地土壤污染风险管控和修复名录中,土壤修复行业的市场潜力巨大｡在此背景下,砖窑协同处置技术必将在改善土壤环境质量的道路上发挥重要作用｡

参考文献:

[1]王玮.重金属污染土制砖初探[J].上海农业学报,1990,7(1):87-89.

[2]秦文玉.铁路废渣的制砖处理[J].上海环境科学,1990,9(11):41-43.

[3]刘敏,张伊珊,刘骁勇,等.铬污染土壤生产烧结砖材料的研制及其应用研究[J].山东化工,2022,51(10):204-208.

[4]刘建华,刘其军,孙旗,等.某污染场地含钒重金属土壤制砖工艺研究[J].再生资源与循环经济,2022,15(11):37-42.

[5]徐佳丽,黄国蕾,陈云嫩.轻度重金属污染土壤建材资源化及其环境影响[J].中国资源综合利用,2023,41(1):85-98.

[6]姜鑫,刘珣,张峥,等.采用高温烧结资源化技术修复TNT红水污染土壤[J].2021,29(6):552-556.

[7]郑虞琪,刘志英,李玲,等.热化学法降解农药废盐中的有机物[J].环境污染与防治,2012.43(7):822-828.

[8]宋震宇,袁珊珊,巢军委,等.水泥窑热处理技术在氰化物污染土壤修复中的应用[J].环境卫生工程,2020,28(6):76-79.

[9]周英男.工业窑炉共处置危险废物过程中重金属高温挥发特性研究——以烧结机共处置为例[D].重庆:重庆交通大学,2015:1-60.

[10]蒋宝军,徐思琪,杨子良.重金属Cd烧砖过程挥发特性研究[J].辽宁化工,2021,50(4):449-452.

文章来源:卢士顺,陈子民,王凤龙.砖窑协同处置在土壤修复中的应用[J].黑龙江环境通报,2025,38(03):98-100.