中国计量大学詹明秀副教授、中国科学院生态环境研究中心焦文涛研究员等在2024年第474期Journal of Hazardous Materials (IF=13.600)发表题为“自持阴燃修复污染土壤和处理有机固废的研究现状(State of the art in self-sustaining smoldering for remediation of contaminated soil and disposal of organic waste)”的综述论文。
阴燃是一种缓慢、无火焰、放热和非均相氧化反应，每单位质量燃料的放热量仅为燃料燃烧放热量的1/5。在应用阴燃时，仅在启动阶段需要外部能量。点燃后，储存在原料中的能量可以为随后的反应提供热量，而惰性多孔介质为反应、储热和转化提供足够的表面积，以点燃下游区域，实现自我维持的反应。因此，阴燃的处理处置成本和碳排放量远低于传统垃圾焚烧等土壤热修复技术。对污泥的阴燃处理和焚烧处理的比较表明，前者的单位处理成本仅为后者的64%。据报道，用于土壤修复的原位阴燃的碳足迹仅为低温热脱附技术的1/10。本文综述了阴燃应用的研究进展、阴燃系统的关键组成要素和阴燃自维持性能的关键评价指标；概述了两个典型的应用方向，包括污染土壤的修复和高水分、低热值有机固废的处理；总结并比较了目前不同运行模式下阴燃技术的应用进展。
阴燃是通过发生在多孔介质表面的缓慢、无焰的非均相氧化放热反应过程，实现对处置对象的减容减量或降解有机污染物等目的。环境工程领域知名学者英国Jose L. Torero和加拿大Jason I. Gerhard于2020年在期刊Progress in Energy and Combustion Science上发文认为阴燃技术以其在固废处置和污染土壤修复方面的突出经济优势和显著环境效益将为解决理想处置效果与低能耗低碳排双向制约的技术困境开拓新思路。近几年，阴燃已被证实可以高效用于污泥、粪便等高水分、低热值有机固废和修复石油烃、PFAS、Cr（VI）等污染土壤。
阴燃峰面是化学反应发生区域，包括吸热的热解反应和放热的氧化反应。阴燃技术主要控制条件分别为物料热值、含水率和达西流速，而受不同多孔介质和燃料性质影响，不同应用系统中阴燃自维持对应的反应参数空间不同。因此，亟需研究反应自维持对应的以达西流速、物料能量密度等表征的主控条件阈值。
阴燃自维持的本质在于全局和局部能量平衡均为正向。最新的气固相局部非热平衡模型相较之前通用的气固相局部热平衡模型更符合阴燃传热特性。因此，亟需构建基于床料全局和反应峰面局部的能量平衡模型，并揭示其敏感性因素以预判土壤阴燃处置的自维性特性。
阴燃处置可根据处置对象与处置目的不同，反应区域中峰值温度可在400~1100 ℃区间内调控。美国Savron公司在新泽西州纽瓦克市某煤焦油污染场地实施了原位阴燃修复案例，该场地占地37英亩，阴燃修复过程土壤中超过68吨的煤焦油被作为辅助燃料，阴燃修复后1000个样品均检测合格。
典型的异位阴燃处置方式主要是堆体式和桶式。与堆体式阴燃反应器相比，桶式更灵活，易于实现连续装卸，使处理过程连续。由于阴燃反应室的圆柱形设计，堆叠形状规则，因此阴燃反应比堆体式更均匀，应用前景更好。
基于本综述，有必要对阴燃技术应用开展进一步研究。例如，由于阴燃涉及碳化、热解和氧化等多种反应过程，有必要深入了解和控制复杂的阴燃机制，以保持商业阴燃的稳定连续运行。同时，扩大用作辅助燃料的生物质类型将充分利用碳中和优势，实现一般或工业有机固废的协同处置。此外，在使用常规燃料的典型阴燃反应器中，建立床料特性与阴燃特性之间的映射关系将有助于数据库的建设，为未来的商业自动化运营和监管提供理论基础。最后，对阴燃过程中污染物去除机制的研究将为阴燃技术参数设计及优化提供理论支撑。
