RD05污染土壤熱解吸修復技術的研發(fā) 2019.01-2019.12（5月29日張旭修改）

企業(yè)研究開發(fā)項目設計書項目名稱：污染土壤熱解吸修復技術的研發(fā)項目負責人：許武電話目起止時間：2019年01月至2019年12月江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團股份有限公司填報日期2019年1月09日

一、立項依據1．國內外現狀、水平和發(fā)展趨勢；隨著國內經濟發(fā)展升級、產業(yè)轉移和轉型，大批的鋼鐵、化工等工業(yè)用地、固體廢物堆放場等從城市中心地帶向其他地區(qū)或者郊區(qū)搬遷，留下了大批受污染的場地。土壤中的污染物主要為總石油烴、多環(huán)芳烴等有機物，有些土壤還有汞、砷等重金屬的污染物。這些受污染的土壤難以恢復，對農產品和人體健康危害嚴重。其中由土壤中有機物含量超標而造成的土壤污染稱為土壤有機污染。造成土壤污染的有機物主要包括甲醛、笨、氯仿等揮發(fā)性有機污染物、多環(huán)芳烴類等焦化類有機污染物、持久性有機污染物、化學農藥以及石油烴、鄰笨二甲酸酯類等其他有機污染物。其中尤以有機氯農藥、多環(huán)芳烴、多氯聯苯等持久性有機污染物為主，此類物質具有高毒性、持久性、生物積累性、遠距離遷移性，能長久存在于環(huán)境中，并且可通過生物食物鏈（網）累積，對人類健康有極大危害。對于有機污染物污染的土壤一般采用熱解析技術，熱解吸技術是通過直接或間接熱交換，將污染介質及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度，以使有機污染物從污染介質上得以揮發(fā)或分離的過程。根據加熱所能達到的溫度可分為低溫熱解吸技術(90～320℃)和高溫熱解吸技術(320～560℃)這兩種。熱解吸可通過調節(jié)加熱溫度和停留時間等方式有選擇地將污染物從一相轉化為另一相，在修復過程中一般并不出現對有機污染物的破壞作用。通過控制熱解吸系統的溫度和污染土壤停留時間有選擇地使污染物得以揮發(fā)，并不發(fā)生氧化、分解等化學反應。熱解吸技術具有污染物處理范圍寬、修復周期短、設備可移動、修復后土壤可再利用等優(yōu)點。國外開展有機物污染土壤的熱解吸研究始于20世紀80年代，被廣泛應用于工程實踐，已形成了完整的成套技術和設備。到目前為止，國內修復公司通過進口或自行研發(fā)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。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。2．項目研發(fā)的目的、意義；2016年5月，國務院印發(fā)的《土壤污染防治行動計劃》（筒稱“土十條”）中明確指出要加大科技研發(fā)力度，加強土壤污染防治研究。土壤污染問題關系人民群眾身體健康，關系美麗中國建設，保護好土壤環(huán)境是推進生態(tài)文明建設和維護國家生態(tài)安全的重要內容。全國土壤修復工程市場總金額總體較為穩(wěn)定，近兩年基本維持在一百億元左右，是一種環(huán)保細分市場中具有較大發(fā)展?jié)摿Φ母叩亍Ｍ瑫r對于多種有機物污染土壤的修復與治理，熱解吸技術有著明顯的優(yōu)勢。因此研發(fā)污染土壤熱解吸修復技術不僅有著政策優(yōu)勢，還有著更為廣闊的市場需求。目前對于熱解吸技術的研究則主要集中在熱解吸效率影響因素與處理能力、尾氣處理技術和節(jié)能降耗等方面。現有自研異位熱解吸設備仍存在處置規(guī)模小、能耗高、模塊化程度低等缺點，在運行過程中存在返廠率高、穩(wěn)定性差、處理能力不達設計量等問題。因此需要針對上述問題進行研究，研發(fā)一種處置規(guī)模大、低能耗、模塊化程度高的熱解吸設備，開發(fā)一種土壤熱解吸工藝，從而解決熱解吸技術在應用中存在的問題。江蘇峰業(yè)環(huán)保科技集團股份有限公司主營業(yè)務定位為“大環(huán)保、大環(huán)境、大節(jié)能、設備/裝備智造、新能源”等“五大主營業(yè)務”。其中土壤修復與治理是大環(huán)境業(yè)務的重要組成部分。通過本項目的研發(fā)，將進一步增強公司土壤修復技術實力，拓寬拓廣土壤修復技術領域。通過本項目對技術的研發(fā)，進一步鞏固公司的技術優(yōu)勢，為公司做大做優(yōu)大環(huán)境業(yè)務提供技術支持。從而為企業(yè)的高質量發(fā)展提供堅強支撐。3．本項目達到的技術水平及市場前景科學水平：開發(fā)出一套污染土壤熱解吸修復技術，能夠適用于不同土壤特性以及污染物特性，實現對多種有機污染物的高效協同處理。同時實現對熱量的最大化回收與利用，同時不對環(huán)境造成二次污染。有機污染物的去除率能夠達到98%以上，實現了排放參數遠高于國家排放要求。通過本項目的研發(fā)，污染土壤熱解吸修復技術達到世界領先水平，我公司將在土壤修復領域形成核心技術體系，從而實現從環(huán)境污染修復核心技術到專用成套設備的設計制造技術、專用藥劑的配方研發(fā)和制作的全范圍覆蓋。市場前景：隨著《土壤污染防治行動計劃》、《土地污染防治法》、《土壤污染防治基金管理辦法》等土壤治理領域的政策法規(guī)的發(fā)布，顯示國家對于污染土壤治理工作的重視。2017年，國家用于土壤污染防治專項資金數為112億元，鼓勵企業(yè)以市場化形式參與到土壤治理中，因而進行土壤修復工作符合政策導向。目前，我國有約4000萬畝的耕地被污染，工業(yè)污染場地大約為30-50萬塊，采油區(qū)土壤污染面積約有500萬公頃。因而未來土壤修復市場容量每年平均將達到1.2萬億元以上，并且呈現逐年增加的趨勢。在這些土壤污染中，有機物污染的土壤占據很大的比例，而作為治理有機污染土壤最為有效的熱解吸修復技術，其研發(fā)工作的開展就顯得非常重要。與日漸增長的市場需求相比，目前國內各地的土壤修復工作正處于興起階段，大多項目缺乏系統而又專業(yè)的技術支持，對于土壤修復技術及設備的研究較為缺乏，還沒有形成統一的規(guī)范與要求技術方面的不成熟制約了土壤修復工作的開展。因此現在展開對污染土壤熱解吸修復技術的研發(fā)，將助推企業(yè)快速占領市場，因而具有非常廣闊的市場前景。二、研發(fā)內容和目標1．項目主要內容、目標及關鍵技術；主要研究內容：1、土壤污染情況調查與分析以實際工程項目的重金屬污染土壤為研究對象，采用了XRD和XRF分別對土壤的主要成分及含量、水含量等參數進行表征分析，系統研究污染土壤的基本性質及主要成分。主要確定土壤特性，如土壤質地、水分含量、粒徑分布；確定污染物特性，如污染物種類、污染物濃度。參考土壤的分析結果，并通過風險評價計算，在滿足法律法規(guī)要求下，充分考慮經濟和技術的可行性，最終確定該場地污染修復目標建議值。2、熱解吸工藝設計常規(guī)的熱解吸工藝由污染土壤開挖、預熱處理、粉碎與過篩以及熱解吸、尾氣處理這幾個工段組成。對于各個工段進行熱量衡算計算，確定能量平衡關系式。根據土壤的成分及特點，確定最佳的進料參數，如最佳粒徑、最佳進料量；確定系統運行參數，如加熱溫度、停留時間、載氣氣氛和流速、升溫速率。3、熱解吸系統的結構設計通過設計三段式熱解吸系統，一體化實現土壤預處理、熱解吸以及土壤冷卻。利用空氣冷卻并回收土壤的熱量，從而充分利用加熱空氣的熱量。通過使用熱解吸之后的熱空氣對土壤進行預熱處理，從而實現土壤的預熱并控制土壤的水含量。同時也實現了對高溫段土壤的全部囊括。綜合考慮場地土壤條件、污染物特性、工藝設計、設備特性等因素，形成一套污染土壤熱解吸修復技術。研究目標：形成一套具有世界領先水平的高效污染土壤熱解吸修復工藝并進行工程化應用，并確定各項工藝參數以及操作參數。在保證達到處理指標的同時并能夠實現能耗的最優(yōu)化。研發(fā)一套一體化熱解吸修復設備，實現預處理、熱解吸以及冷卻的一體化處理。從而達到對熱量的充分使用，實現低能耗運行。根據對于土壤的詳細分析，確定有機污染物的成分及特點，進而對應選擇最佳的投料量與粒徑?；谖廴就寥罒峤馕迯图夹g，申報3~6專利，初步形成專利群。關鍵技術：通過對于不同項目的土壤特性進行分析，根據分析結構并結合設備的運行特點，對于每一設備進行熱量分析與核算，并整個工藝流程進行物料計算以及熱量衡算。從而實現針對于不同項目的特點，設計一套能夠高效運行并實現能量最大化利用的工藝及設備。通過對于土壤一體化設備的優(yōu)化與設計，創(chuàng)造性的采用三段式熱解吸系統，將污染土壤的預熱處理、熱解吸以及冷卻這三個工段進行一體化設計，實現了土壤修復全流程的集合。通過設計冷卻工段，實現對于土壤熱量的回收的同時，還能進一步收集土壤中的有機污染物，從而避免有機物外溢造成二次污染。將熱解吸之后的熱空氣以及冷卻煙氣混合之后進入到預熱處理工段，對于土壤進行預熱處理，保證土壤含水率以及粒徑符合工藝要求。2．技術創(chuàng)新之處綜合考慮小試實驗結果以及工程化應用需求，實現了從反應機理研究到工程設備設計的全覆蓋。針對于不同項目土壤的不同特性以及污染物的特性，實現了工藝參數、操作參數以及溫度設置的個性化定制。通過對于每一套設備以及整套工藝流程進行物料衡算以及熱量衡算，建立起完整的熱量衡算式，最大化提高熱量的利用率，降低在實際運行中所產生的能耗。通過設計三段式熱解系統，實現了預熱處理、熱解吸以及冷卻這三個工段的一體化，減少了設備數量，極大的優(yōu)化了工藝流程。同時還能實現對于熱量的最大化利用。由于將高溫段均包含在一體化設備中因此可以對熱解吸出的有機污染物進行最大化的收集。避免對環(huán)境造成二次污染。3、主要技術指標2、對土壤中有機污染物的去除率達到98%，遠遠低于國家排放標準中的要求。3、一體化處理設備出口土壤溫度不高于50℃，實現處理運行成本的最低化。三、現有研發(fā)條件和工作基礎[承擔單位開展本項目的優(yōu)勢（人才、設施等條件）1、承擔單位開展本項目的優(yōu)勢（人才、設施條件）江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團股份有限公司在環(huán)保、環(huán)境和節(jié)能事業(yè)的征程上奮斗了近二十載，土壤修復是公司五大主營業(yè)務之“大環(huán)境”的重要組成部分。公司擁有全球領先的土壤修復治理核心技術，擁有環(huán)境工程（環(huán)境防治）設計甲級資質、環(huán)境工程（水污染防治、廢固治理和環(huán)境污染修復）設計乙級資質；環(huán)保工程專業(yè)承包壹級和機電安裝工程施工總承包貳級及市政工程總承包貳級等十多項資質。在大環(huán)境業(yè)務領域，公司與浙江大學、南京工業(yè)大學等高校及科研院所建立了聯合研發(fā)中心，項目成員均是公司的技術骨干，具有豐富的技術、建設、運行和管理經驗，各方面技術力量、技術條件均能滿足研究需要。在土壤修復的各個環(huán)節(jié)，如土壤監(jiān)測、場地勘探、技術設備、藥劑研發(fā)生產、土壤修復工程的設計和施工等環(huán)節(jié)均有成熟而先進的核心技術。公司擁有篩分設備、定時定位土壤水分測速儀、顆粒分析自控吸液儀、微波消解儀、土壤硬度計、無線多點土壤墑情監(jiān)測系統等高科技土壤監(jiān)測、研發(fā)設備。項目負責人許武，高級工程師，曾經參與過多個重大科技項目的研發(fā)，曾經領銜主持了公司土壤修復技術的研發(fā)。截止到目前為止，授權專利近20件，其中包含多項土壤修復領域的專利。參與的項目獲省級科技進步二等獎1項，具有豐富的理論與實際經驗。本項目參與人員專業(yè)涵蓋環(huán)保、化工、環(huán)境、設備設計等多個方面，并大多參與過土壤修復技術的研發(fā)、工程設備的設計、工程項目的實施等工作，具有豐富的研發(fā)、設計、應用經驗，這些都為本項目的實施提供了堅實的基礎。2、已有的工作基礎江蘇峰業(yè)科技環(huán)保集團股份有限公司國內環(huán)境治理領域的龍頭企業(yè)，已經在土壤修復領域深耕多年，擁有深厚的技術積累及豐富的項目經驗。在與污染土壤熱解吸修復技術相關領域，公司已經掌握了土壤原位汽提技術并推廣到市場，目前已經有了多個項目，這些都為本次項目“污染土壤熱解吸修復技術的研發(fā)”的開展提供了技術基礎。對于土壤修復設備研發(fā)，我司有著豐富的研發(fā)經驗以及專業(yè)的技術人員。針對于土壤修復設備，我司已經有多套擁有自主知識產權的土壤一體化修復設備，擁有專業(yè)的生產設備及完善的研發(fā)、制作流程。這些都為土壤修復設備的改進與設計提供了基礎。立足于做大做強大環(huán)境業(yè)務，五大主營業(yè)務齊頭并進的戰(zhàn)略目標。我司已經對不同區(qū)域、不同類型的有機污染物土壤進行了檢測與分析，初步掌握了有機物污染的土壤不同特性。對市場上熱解吸修復技術進行了調研，并且與專業(yè)的高校以及科研機構展開了合作。四、計劃進度（包括總的研究期限、年度計劃進度以及已經取得的階段成果）2019.1-2021.2通過市場調研、文獻資料查閱及對外技術交流，編寫可行性研究報告、立項、制訂實驗計劃及開發(fā)任務的實施計劃。2019.3-2019.5針對工程項目的土壤，對土壤進行成分及含量分析。通過實驗確定土壤和污染物特性，并確定各項操作參數及工藝參數。2019.6-2019.9基于實驗分析結構，進行工藝流程設計。根據文獻資料分析及項目特點，進行土壤一體化修復設備設計。2019.10-2019.11試制中試一體化設備，并在現場進行中試。進一步優(yōu)化設備設計及運行參數2019.12-2019.12根據現場使用情況的反饋進行優(yōu)化設計，確定最終方案，進行產業(yè)化推廣應用。五、經費預算項目預計總經費245萬元。項目經費支出預算表單位：萬元科目預算額1、直接從事研發(fā)活動的本企業(yè)在職人員人工費1152、研發(fā)活動直接投入的費用1203、折舊費用與長期待攤費用54、設計費05、裝備調試費06、專門用于研發(fā)活動的無形資產攤銷費07、勘探、開發(fā)技術的現場試驗費08、研發(fā)成果論證、鑒定、