氣相抽提技術在有機物污染場地中的應用

1 技術介紹

1.1 修復原理

氣相抽提是一種利用物理方法去除土壤中有機污染物的原位修復技術，其原理為利用真空設備使空氣流過土壤孔隙，解吸并夾帶土壤中揮發(fā)性有機物（VOCs）和半揮發(fā)性有機物（SVOC），最終抽提至地表后做進一步集中處理。

1.2 適用范圍

氣相抽提技術在高滲透性土壤，在砂土（滲透率大于10-6cm2）中的修復更為適用，詳見表1。疏松砂質土壤十分利于氣相抽提系統(tǒng)運行過程中的空氣流通，以及氣-土相間良好的界面交換。抽提過程中，高蒸氣壓有機物在抽提過程中更易從液相或溶解態(tài)中逸散出來。該技術對地面環(huán)境的擾動較小，適用于加油站、石化企業(yè)和化工企業(yè)等多種類型的污染場地應用。

表1 土壤氣相抽提技術（SVE）適用范圍

1.3 系統(tǒng)組成

典型的氣相抽提系統(tǒng)包括：抽提井、真空泵、氣-水分離裝置、氣體收集管道、氣體凈化處理設備和附屬設備等。工程應用中根據(jù)污染源性質及場地狀況，如土壤空氣滲透率、氣相抽提范圍半徑、抽提氣體的濃度和成分、所需空氣流量等，基于這些信息來確定抽提裝置的數(shù)目、尺寸、形狀及分布，并對抽氣流量及真空度等條件加以控制，同時設計數(shù)量合適的監(jiān)測井。

2 影響因素

2.1 有機物性質

污染物蒸氣壓和溶解度均是影響抽提效率的重要因素，氣相抽提最適于處理高蒸氣壓和高流動性污染物。污染物分子量越大或結構越復雜，其與土壤有機質結合能力越強，越不易解吸。在對不同苯系物的研究中發(fā)現(xiàn)，氣相抽提對土壤中苯的去除率最高，而對三種異構體的二甲苯的去除率相似。

2.2 土壤滲透率

土壤滲透率是影響氣相抽提最重要的土壤因素，通常情況下，土壤滲透率越高，氣相抽提的影響半徑越大，抽氣流量以及去除污染物的速率也越高。大粒徑砂土由于具有更高的滲透率，修復效果明顯優(yōu)于細粒徑土壤。

2.3 土壤含水率

土壤含水率從兩方面對修復效果產生影響。一方面，土壤水分會占據(jù)土壤孔隙通道，含水率升高會降低土壤通透性，不利于污染物的揮發(fā)；另一方面，有機污染物吸附于土壤顆粒后自身活性降低，而水分子的極性大于VOCs，更易與土壤有機質結合，含水率增加會降低土壤對有機物的吸附，增大有機物揮發(fā)速率。所以土壤含水率過高或過低均不利于VOCs 的去除，一般認為含水率在15%～20%時效果最好。

2.4 抽提氣體流量

抽提的流速及流量對有機物去除有直接影響。有研究表明，一定限度內提高氣體流量可顯著縮短修復時間，而當流量達到一定限值后，受有機物氣相對流傳質阻力和液相擴散阻力等的影響，去除速率不再顯著增加，所以針對場地特征，抽提的流速及流量存在最佳值。另有研究發(fā)現(xiàn)，在抽提流量較小時，去除速率隨流量增大顯著提高，流量持續(xù)增大時，污染物去除速率雖有提升，但其速率增長趨勢不斷減緩。

3 氣相抽提強化技術

在常溫下，半揮發(fā)性有機物的揮發(fā)有限，在土壤中解吸擴散較慢，并易于再吸附，使傳質速率大幅下降，導致嚴重“拖尾”現(xiàn)象，呈現(xiàn)出耗時長和難以徹底清除等缺陷。因此，各種氣相抽提強化技術應運而生。

熱強化氣相抽提技術通過電加熱或熱空氣揮發(fā)等方式向土壤輸入熱量，通過增加有機化合物蒸氣壓，提高污染物去除率。許多研究都證實污染物的濃度和去除速率與溫度顯著相關，土壤溫度上升后，污染物的去除速率和范圍都會大大增加。

生物強化的基本原理是向土壤不飽和區(qū)注入空氣或氧氣、添加營養(yǎng)物和投加高效降解菌，伴隨著修復過程中土壤通氣條件的改善，包氣帶中的好氧微生物活性也可能得到提升，來促進微生物的好氧降解作用，從而達到去除有機物的目的。

空氣注射強化是將一定壓力的新鮮空氣噴射到被污染的飽和區(qū)域土壤中，揮發(fā)、解吸出的有機污染物被氣流帶至不飽和區(qū)，再通過抽提系統(tǒng)去除，此舉可將氣相抽提的應用范圍拓展到對飽和區(qū)土壤和地下水的修復。對于一些土壤滲透性不均場地，可以在局部污染物濃度分布較高并且滲透性差、空氣流停滯的區(qū)域引入一定的正壓，促進該區(qū)域的空氣流動，提高修復效率。

4 國內應用案例

4.1 有機污染場地原位修復

該場地污染物主要是苯系物、半揮發(fā)性有機化合物、多環(huán)芳烴和非水相液體，其中非水相液體處于地下水中，場地土壤類型主要為砂質土，滲透性較好。采用土壤原位氣相抽提修復技術，在污染場地設置8 個8m 深抽氣井（有效半徑6m），10 個通風井，真空度設為30kPa，系統(tǒng)采用運行7h、停止5h 的間歇運行方式。修復8 個月后，土壤中苯的去除率達95.2%～99.9%，廢氣中苯的去除率達80.7%，抽提廢氣經進一步的催化燃燒裝置處理后，去除率在98%以上。

4.2 有機氯污染場地異修復

該場地將污染土壤開挖后進行異位堆放，然后進行氣相抽提修復，主要污染物質為1，2-二氯乙烷、氯乙烯、氯仿和總石油烴（C6-C9），土質為砂質粉土和砂土，土壤含水率較低，目標污染物飽和蒸氣壓高，適合氣相抽提技術。

污染土壤堆體底長為40m，底寬為10m，堆高為4m，體積為885m3。設置水平抽提管路38 根，分兩層鋪設，抽提流量為735～760m3/h，設備共運行了14d，土壤中目標污染物去除率達92.0%～99.1%。

4.3 苯系物污染場地異位修復

該污染場地土壤以粘性土為主，其中污染物甲苯和二甲苯最大檢出濃度為258mg/kg 和33.6mg/kg，污染深度達地面下6m，污染土壤量約9700m3，采用分批次異位氣相抽提技術進行治理，每批修復方量為2400～3000m3，修復3 個多月后達到驗收標準。

5 展望

為解決氣相抽提技術中常見的“拖尾”現(xiàn)象，可以通過氧化還原技術或微生物修復技術來做進一步改善處理，在氧化還原的應用時，考慮材料的傳輸性和二次污染問題、材料是否能到達污染物所在位置并及時與污染物有效結合、材料是否和土壤中其他物質反應生成行的污染物等；生物降解方面，考慮原位對菌群進行調節(jié)，或者根據(jù)污染現(xiàn)場篩選并培養(yǎng)特定可降解目標污染物的菌群注入現(xiàn)場。

有機污染物多相抽提技術是目前抽提技術的發(fā)展方向之一，主要是同時抽取污染區(qū)域的氣體和液體，把污染物從地下抽吸到地面上進行回收和處理，該技術適用于中等至高滲透性場地的修復，對揮發(fā)性較強及NAPL 類污染物具有較好的效果。

當前，我國土壤氣相抽技術大規(guī)模應用較少，仍受場地情況、修復理論等因素的限制，如何提高氣相抽提效率仍值得進一步探究，發(fā)現(xiàn)更好的氣相抽提強化技術，更好地發(fā)揮修復優(yōu)勢，擴展該技術在實際工程運用和推廣。