RD05污染土壤热解吸修复技术的研发 2019.01-2019.12（5月29日张旭修改）

企业研究开发项目设计书项目名称：污染土壤热解吸修复技术的研发项目负责人：许武电话目起止时间：2019年01月至2019年12月江苏峰业科技环保集团股份有限公司填报日期2019年1月09日

一、立项依据1．国内外现状、水平和发展趋势；随着国内经济发展升级、产业转移和转型，大批的钢铁、化工等工业用地、固体废物堆放场等从城市中心地带向其他地区或者郊区搬迁，留下了大批受污染的场地。土壤中的污染物主要为总石油烃、多环芳烃等有机物，有些土壤还有汞、砷等重金属的污染物。这些受污染的土壤难以恢复，对农产品和人体健康危害严重。其中由土壤中有机物含量超标而造成的土壤污染称为土壤有机污染。造成土壤污染的有机物主要包括甲醛、笨、氯仿等挥发性有机污染物、多环芳烃类等焦化类有机污染物、持久性有机污染物、化学农药以及石油烃、邻笨二甲酸酯类等其他有机污染物。其中尤以有机氯农药、多环芳烃、多氯联苯等持久性有机污染物为主，此类物质具有高毒性、持久性、生物积累性、远距离迁移性，能长久存在于环境中，并且可通过生物食物链（网）累积，对人类健康有极大危害。对于有机污染物污染的土壤一般采用热解析技术，热解吸技术是通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度，以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程。根据加热所能达到的温度可分为低温热解吸技术(90～320℃)和高温热解吸技术(320～560℃)这两种。热解吸可通过调节加热温度和停留时间等方式有选择地将污染物从一相转化为另一相，在修复过程中一般并不出现对有机污染物的破坏作用。通过控制热解吸系统的温度和污染土壤停留时间有选择地使污染物得以挥发，并不发生氧化、分解等化学反应。热解吸技术具有污染物处理范围宽、修复周期短、设备可移动、修复后土壤可再利用等优点。国外开展有机物污染土壤的热解吸研究始于20世纪80年代，被广泛应用于工程实践，已形成了完整的成套技术和设备。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。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。2．项目研发的目的、意义；2016年5月，国务院印发的《土壤污染防治行动计划》（筒称“土十条”）中明确指出要加大科技研发力度，加强土壤污染防治研究。土壤污染问题关系人民群众身体健康，关系美丽中国建设，保护好土壤环境是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容。全国土壤修复工程市场总金额总体较为稳定，近两年基本维持在一百亿元左右，是一种环保细分市场中具有较大发展潜力的高地。同时对于多种有机物污染土壤的修复与治理，热解吸技术有着明显的优势。因此研发污染土壤热解吸修复技术不仅有着政策优势，还有着更为广阔的市场需求。目前对于热解吸技术的研究则主要集中在热解吸效率影响因素与处理能力、尾气处理技术和节能降耗等方面。现有自研异位热解吸设备仍存在处置规模小、能耗高、模块化程度低等缺点，在运行过程中存在返厂率高、稳定性差、处理能力不达设计量等问题。因此需要针对上述问题进行研究，研发一种处置规模大、低能耗、模块化程度高的热解吸设备，开发一种土壤热解吸工艺，从而解决热解吸技术在应用中存在的问题。江苏峰业环保科技集团股份有限公司主营业务定位为“大环保、大环境、大节能、设备/装备智造、新能源”等“五大主营业务”。其中土壤修复与治理是大环境业务的重要组成部分。通过本项目的研发，将进一步增强公司土壤修复技术实力，拓宽拓广土壤修复技术领域。通过本项目对技术的研发，进一步巩固公司的技术优势，为公司做大做优大环境业务提供技术支持。从而为企业的高质量发展提供坚强支撑。3．本项目达到的技术水平及市场前景科学水平：开发出一套污染土壤热解吸修复技术，能够适用于不同土壤特性以及污染物特性，实现对多种有机污染物的高效协同处理。同时实现对热量的最大化回收与利用，同时不对环境造成二次污染。有机污染物的去除率能够达到98%以上，实现了排放参数远高于国家排放要求。通过本项目的研发，污染土壤热解吸修复技术达到世界领先水平，我公司将在土壤修复领域形成核心技术体系，从而实现从环境污染修复核心技术到专用成套设备的设计制造技术、专用药剂的配方研发和制作的全范围覆盖。市场前景：随着《土壤污染防治行动计划》、《土地污染防治法》、《土壤污染防治基金管理办法》等土壤治理领域的政策法规的发布，显示国家对于污染土壤治理工作的重视。2017年，国家用于土壤污染防治专项资金数为112亿元，鼓励企业以市场化形式参与到土壤治理中，因而进行土壤修复工作符合政策导向。目前，我国有约4000万亩的耕地被污染，工业污染场地大约为30-50万块，采油区土壤污染面积约有500万公顷。因而未来土壤修复市场容量每年平均将达到1.2万亿元以上，并且呈现逐年增加的趋势。在这些土壤污染中，有机物污染的土壤占据很大的比例，而作为治理有机污染土壤最为有效的热解吸修复技术，其研发工作的开展就显得非常重要。与日渐增长的市场需求相比，目前国内各地的土壤修复工作正处于兴起阶段，大多项目缺乏系统而又专业的技术支持，对于土壤修复技术及设备的研究较为缺乏，还没有形成统一的规范与要求技术方面的不成熟制约了土壤修复工作的开展。因此现在展开对污染土壤热解吸修复技术的研发，将助推企业快速占领市场，因而具有非常广阔的市场前景。二、研发内容和目标1．项目主要内容、目标及关键技术；主要研究内容：1、土壤污染情况调查与分析以实际工程项目的重金属污染土壤为研究对象，采用了XRD和XRF分别对土壤的主要成分及含量、水含量等参数进行表征分析，系统研究污染土壤的基本性质及主要成分。主要确定土壤特性，如土壤质地、水分含量、粒径分布；确定污染物特性，如污染物种类、污染物浓度。参考土壤的分析结果，并通过风险评价计算，在满足法律法规要求下，充分考虑经济和技术的可行性，最终确定该场地污染修复目标建议值。2、热解吸工艺设计常规的热解吸工艺由污染土壤开挖、预热处理、粉碎与过筛以及热解吸、尾气处理这几个工段组成。对于各个工段进行热量衡算计算，确定能量平衡关系式。根据土壤的成分及特点，确定最佳的进料参数，如最佳粒径、最佳进料量；确定系统运行参数，如加热温度、停留时间、载气气氛和流速、升温速率。3、热解吸系统的结构设计通过设计三段式热解吸系统，一体化实现土壤预处理、热解吸以及土壤冷却。利用空气冷却并回收土壤的热量，从而充分利用加热空气的热量。通过使用热解吸之后的热空气对土壤进行预热处理，从而实现土壤的预热并控制土壤的水含量。同时也实现了对高温段土壤的全部囊括。综合考虑场地土壤条件、污染物特性、工艺设计、设备特性等因素，形成一套污染土壤热解吸修复技术。研究目标：形成一套具有世界领先水平的高效污染土壤热解吸修复工艺并进行工程化应用，并确定各项工艺参数以及操作参数。在保证达到处理指标的同时并能够实现能耗的最优化。研发一套一体化热解吸修复设备，实现预处理、热解吸以及冷却的一体化处理。从而达到对热量的充分使用，实现低能耗运行。根据对于土壤的详细分析，确定有机污染物的成分及特点，进而对应选择最佳的投料量与粒径。基于污染土壤热解吸修复技术，申报3~6专利，初步形成专利群。关键技术：通过对于不同项目的土壤特性进行分析，根据分析结构并结合设备的运行特点，对于每一设备进行热量分析与核算，并整个工艺流程进行物料计算以及热量衡算。从而实现针对于不同项目的特点，设计一套能够高效运行并实现能量最大化利用的工艺及设备。通过对于土壤一体化设备的优化与设计，创造性的采用三段式热解吸系统，将污染土壤的预热处理、热解吸以及冷却这三个工段进行一体化设计，实现了土壤修复全流程的集合。通过设计冷却工段，实现对于土壤热量的回收的同时，还能进一步收集土壤中的有机污染物，从而避免有机物外溢造成二次污染。将热解吸之后的热空气以及冷却烟气混合之后进入到预热处理工段，对于土壤进行预热处理，保证土壤含水率以及粒径符合工艺要求。2．技术创新之处综合考虑小试实验结果以及工程化应用需求，实现了从反应机理研究到工程设备设计的全覆盖。针对于不同项目土壤的不同特性以及污染物的特性，实现了工艺参数、操作参数以及温度设置的个性化定制。通过对于每一套设备以及整套工艺流程进行物料衡算以及热量衡算，建立起完整的热量衡算式，最大化提高热量的利用率，降低在实际运行中所产生的能耗。通过设计三段式热解系统，实现了预热处理、热解吸以及冷却这三个工段的一体化，减少了设备数量，极大的优化了工艺流程。同时还能实现对于热量的最大化利用。由于将高温段均包含在一体化设备中因此可以对热解吸出的有机污染物进行最大化的收集。避免对环境造成二次污染。3、主要技术指标2、对土壤中有机污染物的去除率达到98%，远远低于国家排放标准中的要求。3、一体化处理设备出口土壤温度不高于50℃，实现处理运行成本的最低化。三、现有研发条件和工作基础[承担单位开展本项目的优势（人才、设施等条件）1、承担单位开展本项目的优势（人才、设施条件）江苏峰业科技环保集团股份有限公司在环保、环境和节能事业的征程上奋斗了近二十载，土壤修复是公司五大主营业务之“大环境”的重要组成部分。公司拥有全球领先的土壤修复治理核心技术，拥有环境工程（环境防治）设计甲级资质、环境工程（水污染防治、废固治理和环境污染修复）设计乙级资质；环保工程专业承包壹级和机电安装工程施工总承包贰级及市政工程总承包贰级等十多项资质。在大环境业务领域，公司与浙江大学、南京工业大学等高校及科研院所建立了联合研发中心，项目成员均是公司的技术骨干，具有丰富的技术、建设、运行和管理经验，各方面技术力量、技术条件均能满足研究需要。在土壤修复的各个环节，如土壤监测、场地勘探、技术设备、药剂研发生产、土壤修复工程的设计和施工等环节均有成熟而先进的核心技术。公司拥有筛分设备、定时定位土壤水分测速仪、颗粒分析自控吸液仪、微波消解仪、土壤硬度计、无线多点土壤墒情监测系统等高科技土壤监测、研发设备。项目负责人许武，高级工程师，曾经参与过多个重大科技项目的研发，曾经领衔主持了公司土壤修复技术的研发。截止到目前为止，授权专利近20件，其中包含多项土壤修复领域的专利。参与的项目获省级科技进步二等奖1项，具有丰富的理论与实际经验。本项目参与人员专业涵盖环保、化工、环境、设备设计等多个方面，并大多参与过土壤修复技术的研发、工程设备的设计、工程项目的实施等工作，具有丰富的研发、设计、应用经验，这些都为本项目的实施提供了坚实的基础。2、已有的工作基础江苏峰业科技环保集团股份有限公司国内环境治理领域的龙头企业，已经在土壤修复领域深耕多年，拥有深厚的技术积累及丰富的项目经验。在与污染土壤热解吸修复技术相关领域，公司已经掌握了土壤原位汽提技术并推广到市场，目前已经有了多个项目，这些都为本次项目“污染土壤热解吸修复技术的研发”的开展提供了技术基础。对于土壤修复设备研发，我司有着丰富的研发经验以及专业的技术人员。针对于土壤修复设备，我司已经有多套拥有自主知识产权的土壤一体化修复设备，拥有专业的生产设备及完善的研发、制作流程。这些都为土壤修复设备的改进与设计提供了基础。立足于做大做强大环境业务，五大主营业务齐头并进的战略目标。我司已经对不同区域、不同类型的有机污染物土壤进行了检测与分析，初步掌握了有机物污染的土壤不同特性。对市场上热解吸修复技术进行了调研，并且与专业的高校以及科研机构展开了合作。四、计划进度（包括总的研究期限、年度计划进度以及已经取得的阶段成果）2019.1-2021.2通过市场调研、文献资料查阅及对外技术交流，编写可行性研究报告、立项、制订实验计划及开发任务的实施计划。2019.3-2019.5针对工程项目的土壤，对土壤进行成分及含量分析。通过实验确定土壤和污染物特性，并确定各项操作参数及工艺参数。2019.6-2019.9基于实验分析结构，进行工艺流程设计。根据文献资料分析及项目特点，进行土壤一体化修复设备设计。2019.10-2019.11试制中试一体化设备，并在现场进行中试。进一步优化设备设计及运行参数2019.12-2019.12根据现场使用情况的反馈进行优化设计，确定最终方案，进行产业化推广应用。五、经费预算项目预计总经费245万元。项目经费支出预算表单位：万元科目预算额1、直接从事研发活动的本企业在职人员人工费1152、研发活动直接投入的费用1203、折旧费用与长期待摊费用54、设计费05、装备调试费06、专门用于研发活动的无形资产摊销费07、勘探、开发技术的现场试验费08、研发成果论证、鉴定、