Termisk desorption

Den här artikeln handlar om saneringstekniken. För analysteknik, se Analytisk termisk desorption .

Termisk desorption är en miljösaneringsteknik som använder värme för att öka flyktigheten hos föroreningar så att de kan avlägsnas (separeras) från den fasta matrisen (vanligtvis jord, slam eller filterkaka). De förflyktigade föroreningarna antingen samlas upp eller förstörs termiskt. Ett termiskt desorptionssystem har därför två huvudkomponenter; själva desorbern och avgasbehandlingssystemet. Termisk desorption är inte förbränning .

Historia

Termisk desorption dök först upp som en miljöbehandlingsteknik 1985 när den specificerades i beslutsprotokollet för McKin Company Superfund- anläggningen inom Royal Rivers vattendelare i Maine.

Det kallas ofta för "lågtemperatur" termisk desorption för att skilja den från högtemperaturförbränning. Ett tidigt direkt eldat termisk desorptionsprojekt var behandlingen av 8 000 ton toxafen (en klorerad bekämpningsmedel) förorenad sandjord på S&S Flying Services-anläggningen i Marianna Florida 1990, med senare projekt som översteg 170 000 ton vid Cape Fear- koltjäraplatsen 1999 En statusrapport från United States Environmental Protection Agency visar att termisk desorption har använts vid 69 Superfund- platser under FY2000. Dessutom har hundratals saneringsprojekt slutförts med termisk desorption på platser som inte tillhör Superfund.

För in-situ behandlingsalternativ på plats har endast förbränning och stabilisering använts på fler Superfund-anläggningar. Förbränning lider av dålig allmän acceptans. Stabilisering ger inget permanent botemedel, eftersom föroreningarna fortfarande finns på plats. Termisk desorption är en allmänt accepterad teknik som ger en permanent lösning till en ekonomiskt konkurrenskraftig kostnad.

Världens första storskaliga termiska desorption för behandling av kvicksilverhaltigt avfall uppfördes i Wölsau, för saneringen av den kemiska fabriken Marktredwitz (grundad 1788) ansågs vara den äldsta i Tyskland. Driften påbörjades i oktober 1993 inklusive den första optimeringsfasen. 50 000 ton kvicksilverförorenat fast avfall behandlades framgångsrikt mellan augusti 1993 och juni 1996. 25 metriska ton kvicksilver hade återvunnits från jord och spillror. Tyvärr missförstås Marktredwitz-anläggningen ofta i litteraturen som enbart en anläggning i pilotskala.

Desorberare

Många desorbertyper finns tillgängliga idag. Några av de vanligaste typerna listas nedan.

• Indirekt eldad roterande
• Direkteldad roterande
• Uppvärmd skruv (het olja, smält salt, elektrisk)
• Infraröd
• Mikrovågsugn

De flesta indirekt eldade roterande system använder en lutande roterande metallcylinder för att värma matningsmaterialet. Värmeöverföringsmekanismen är vanligtvis ledning genom cylinderväggen. I denna typ av system kan varken lågan eller förbränningsprodukterna komma i kontakt med matarfastämnena eller avgasen. Tänk på det som ett roterande rör inuti en ugn med båda ändarna som sticker utanför ugnen. Cylindern för fullskaliga transportabla system är vanligtvis fem till åtta fot i diameter med uppvärmda längder som sträcker sig från tjugo till femtio fot. Med ett skal av kolstål är den maximala temperaturen för fasta ämnen runt 1 000 ° F, medan temperaturer på 1 800 ° F med speciella legeringscylindrar kan uppnås. Total uppehållstid i denna typ av desorber varierar normalt från 30 till 120 minuter. Behandlingskapaciteten kan variera från 2 till 30 ton per timme för transportabla enheter.

Direkteldade roterande desorberare har använts i stor utsträckning under åren för petroleumförorenade jordar och jordar förorenade med farligt avfall enligt Resource Conservation and Recovery Act enligt definitionen av United States Environmental Protection Agency. En uppsats från 1992 om behandling av petroleumförorenad jord uppskattade att mellan 20 och 30 entreprenörer har 40 till 60 roterande torksystem tillgängliga. Idag är det förmodligen närmare 6 till 10 entreprenörer med 15 till 20 bärbara system kommersiellt tillgängliga. De flesta av dessa system använder en sekundär förbränningskammare (efterbrännare) eller katalytisk oxidationsmedel för att termiskt förstöra de förflyktigade organiska ämnena. Några av dessa system har också en släckning och skrubber efter oxidationsmedlet som gör att de kan behandla jordar som innehåller klorerade organiska ämnen som lösningsmedel och bekämpningsmedel . Desorberingscylindern för fullskaliga transportabla system är vanligtvis fyra till tio fot i diameter med uppvärmda längder som sträcker sig från tjugo till femtio fot. Den maximala praktiska fastämnestemperaturen för dessa system är cirka 750 till 900 °F beroende på cylinderns konstruktionsmaterial. Total uppehållstid i denna typ av desorber varierar normalt från 3 till 15 minuter. Behandlingskapaciteten kan variera från 6 till över 100 ton per timme för transportabla enheter.

Uppvärmda skruvsystem är också ett indirekt uppvärmt system. Vanligtvis använder de ett mantlat tråg med en dubbelskruv som griper in i varandra. Själva skruvarna innehåller ofta passager för värmemediet för att öka värmeöverföringsytan. Vissa system använder elektriska motståndsvärmare istället för ett värmeöverföringsmedium och kan använda en enda skruv i varje hus. Skruvarna kan variera från 12 till 36 tum i diameter för fullskaliga system, med längder upp till 20 fot. Skruven/trågenheterna kan kopplas parallellt och/eller seriekopplas för att öka genomströmningen. Fullskalig kapacitet upp till 4 ton per timme har demonstrerats. Denna typ av system har varit den mest framgångsrika behandlingen av raffinaderiavfall.

I början fanns det ett kontinuerligt infrarött system som inte längre är i vanligt bruk. I teorin skulle mikrovågor vara ett utmärkt tekniskt val eftersom enhetlig och noggrant kontrollerad uppvärmning kan uppnås utan problem med värmeöverföringsyta. Man kan bara gissa att kapital- och/eller energikostnader har förhindrat utvecklingen av en termisk mikrovågsdesorber i kommersiell skala.

Avgasbehandling

Det finns bara tre grundläggande alternativ för avgasbehandling tillgängliga. De förflyktigade föroreningarna i avgasen kan antingen släppas ut i atmosfären, samlas upp eller förstöras. I vissa fall används både insamlings- och destruktionssystem. Förutom att hantera de förflyktigade komponenterna måste de partikelformiga fasta partiklarna (damm) som lämnar desorbern också avlägsnas från avgasen.

När ett uppsamlingssystem används måste avgasen kylas för att kondensera huvuddelen av de förflyktigade komponenterna till en vätska. Avgasen kommer att lämna de flesta desorberare i intervallet 350–900 °F. Avgasen kyls sedan vanligtvis till någonstans mellan 120 och 40 °F för att kondensera huvuddelen av det förflyktigade vattnet och organiska föroreningar. Även vid 40 °F kan det finnas mätbara mängder av icke-kondenserade organiska ämnen. Av denna anledning, efter kondensationssteget, krävs vanligtvis ytterligare behandling av avgasen. Den kylda avgasen kan behandlas genom koladsorption eller termisk oxidation. Termisk oxidation kan åstadkommas med användning av en katalytisk oxidator, en efterbrännare eller genom att leda avgasen till förbränningsvärmekällan för desorbern. Volymen gas som kräver behandling för indirekt eldade desorberare är en bråkdel av den som krävs för en direkt eldad desorberare. Detta kräver mindre luftföroreningskontrolltåg för de gasformiga processutsläppen. Vissa termiska desorptionssystem återvinner bärgasen och minskar därigenom volymen av gasformiga utsläpp ytterligare.

Den kondenserade vätskan från kylning av avgasen separeras i organiska och vattenhaltiga fraktioner. Vattnet antingen kasseras eller används för att kyla det behandlade fasta ämnet och förhindra damm. Den kondenserade flytande organiskt avlägsnas från platsen. Beroende på dess sammansättning återvinns vätskan antingen som ett extra bränsle eller förstörs i en fast basförbränningsugn. En termisk desorberare som tar bort 500 mg/kg organiska föroreningar från 20 000 ton jord kommer att producera mindre än 3 000 US gallons (11 000 L) flytande organiskt material. I huvudsak skulle 20 000 ton förorenad jord kunna reduceras till mindre än en tankbil med utvunna vätskerester för bortskaffande utanför anläggningen.

Desorberare som använder avgasdestruktionssystem använder förbränning för att termiskt förstöra de förflyktigade organiska komponenterna som bildar CO , CO ₂ , NOx , SOx och HCl . Destruktionsenheten kan kallas en efterbrännare, sekundär förbränningskammare eller termisk oxidator. Katalytiska oxidationsmedel kan också användas om innehållet av organisk halogenid i det kontaminerade mediet är tillräckligt lågt. Oavsett namn används destruktionsenheten för att termiskt förstöra de farliga organiska beståndsdelarna som avlägsnats (förflyktigat) från jorden eller avfallet.

Se även

• In situ termisk desorption

T. McGowan, T., R. Carnes och P. Hulon. Förbränning av bekämpningsmedelsförorenad jord på en Superfund-plats, artikel om S&S Flying Services Superfund Site-saneringsprojekt, Marianna, FL, presenterad på HazMat '91 Conference, Atlanta, GA, oktober 1991