气相抽提技术在有机物污染场地中的应用

1 技术介绍

1.1 修复原理

气相抽提是一种利用物理方法去除土壤中有机污染物的原位修复技术，其原理为利用真空设备使空气流过土壤孔隙，解吸并夹带土壤中挥发性有机物（VOCs）和半挥发性有机物（SVOC），最终抽提至地表后做进一步集中处理。

1.2 适用范围

气相抽提技术在高渗透性土壤，在砂土（渗透率大于10-6cm2）中的修复更为适用，详见表1。疏松砂质土壤十分利于气相抽提系统运行过程中的空气流通，以及气-土相间良好的界面交换。抽提过程中，高蒸气压有机物在抽提过程中更易从液相或溶解态中逸散出来。该技术对地面环境的扰动较小，适用于加油站、石化企业和化工企业等多种类型的污染场地应用。

表1 土壤气相抽提技术（SVE）适用范围

1.3 系统组成

典型的气相抽提系统包括：抽提井、真空泵、气-水分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备等。工程应用中根据污染源性质及场地状况，如土壤空气渗透率、气相抽提范围半径、抽提气体的浓度和成分、所需空气流量等，基于这些信息来确定抽提装置的数目、尺寸、形状及分布，并对抽气流量及真空度等条件加以控制，同时设计数量合适的监测井。

2 影响因素

2.1 有机物性质

污染物蒸气压和溶解度均是影响抽提效率的重要因素，气相抽提最适于处理高蒸气压和高流动性污染物。污染物分子量越大或结构越复杂，其与土壤有机质结合能力越强，越不易解吸。在对不同苯系物的研究中发现，气相抽提对土壤中苯的去除率最高，而对三种异构体的二甲苯的去除率相似。

2.2 土壤渗透率

土壤渗透率是影响气相抽提最重要的土壤因素，通常情况下，土壤渗透率越高，气相抽提的影响半径越大，抽气流量以及去除污染物的速率也越高。大粒径砂土由于具有更高的渗透率，修复效果明显优于细粒径土壤。

2.3 土壤含水率

土壤含水率从两方面对修复效果产生影响。一方面，土壤水分会占据土壤孔隙通道，含水率升高会降低土壤通透性，不利于污染物的挥发；另一方面，有机污染物吸附于土壤颗粒后自身活性降低，而水分子的极性大于VOCs，更易与土壤有机质结合，含水率增加会降低土壤对有机物的吸附，增大有机物挥发速率。所以土壤含水率过高或过低均不利于VOCs 的去除，一般认为含水率在15%～20%时效果最好。

2.4 抽提气体流量

抽提的流速及流量对有机物去除有直接影响。有研究表明，一定限度内提高气体流量可显著缩短修复时间，而当流量达到一定限值后，受有机物气相对流传质阻力和液相扩散阻力等的影响，去除速率不再显著增加，所以针对场地特征，抽提的流速及流量存在最佳值。另有研究发现，在抽提流量较小时，去除速率随流量增大显著提高，流量持续增大时，污染物去除速率虽有提升，但其速率增长趋势不断减缓。

3 气相抽提强化技术

在常温下，半挥发性有机物的挥发有限，在土壤中解吸扩散较慢，并易于再吸附，使传质速率大幅下降，导致严重“拖尾”现象，呈现出耗时长和难以彻底清除等缺陷。因此，各种气相抽提强化技术应运而生。

热强化气相抽提技术通过电加热或热空气挥发等方式向土壤输入热量，通过增加有机化合物蒸气压，提高污染物去除率。许多研究都证实污染物的浓度和去除速率与温度显著相关，土壤温度上升后，污染物的去除速率和范围都会大大增加。

生物强化的基本原理是向土壤不饱和区注入空气或氧气、添加营养物和投加高效降解菌，伴随着修复过程中土壤通气条件的改善，包气带中的好氧微生物活性也可能得到提升，来促进微生物的好氧降解作用，从而达到去除有机物的目的。

空气注射强化是将一定压力的新鲜空气喷射到被污染的饱和区域土壤中，挥发、解吸出的有机污染物被气流带至不饱和区，再通过抽提系统去除，此举可将气相抽提的应用范围拓展到对饱和区土壤和地下水的修复。对于一些土壤渗透性不均场地，可以在局部污染物浓度分布较高并且渗透性差、空气流停滞的区域引入一定的正压，促进该区域的空气流动，提高修复效率。

4 国内应用案例

4.1 有机污染场地原位修复

该场地污染物主要是苯系物、半挥发性有机化合物、多环芳烃和非水相液体，其中非水相液体处于地下水中，场地土壤类型主要为砂质土，渗透性较好。采用土壤原位气相抽提修复技术，在污染场地设置8 个8m 深抽气井（有效半径6m），10 个通风井，真空度设为30kPa，系统采用运行7h、停止5h 的间歇运行方式。修复8 个月后，土壤中苯的去除率达95.2%～99.9%，废气中苯的去除率达80.7%，抽提废气经进一步的催化燃烧装置处理后，去除率在98%以上。

4.2 有机氯污染场地异修复

该场地将污染土壤开挖后进行异位堆放，然后进行气相抽提修复，主要污染物质为1，2-二氯乙烷、氯乙烯、氯仿和总石油烃（C6-C9），土质为砂质粉土和砂土，土壤含水率较低，目标污染物饱和蒸气压高，适合气相抽提技术。

污染土壤堆体底长为40m，底宽为10m，堆高为4m，体积为885m3。设置水平抽提管路38 根，分两层铺设，抽提流量为735～760m3/h，设备共运行了14d，土壤中目标污染物去除率达92.0%～99.1%。

4.3 苯系物污染场地异位修复

该污染场地土壤以粘性土为主，其中污染物甲苯和二甲苯最大检出浓度为258mg/kg 和33.6mg/kg，污染深度达地面下6m，污染土壤量约9700m3，采用分批次异位气相抽提技术进行治理，每批修复方量为2400～3000m3，修复3 个多月后达到验收标准。

5 展望

为解决气相抽提技术中常见的“拖尾”现象，可以通过氧化还原技术或微生物修复技术来做进一步改善处理，在氧化还原的应用时，考虑材料的传输性和二次污染问题、材料是否能到达污染物所在位置并及时与污染物有效结合、材料是否和土壤中其他物质反应生成行的污染物等；生物降解方面，考虑原位对菌群进行调节，或者根据污染现场筛选并培养特定可降解目标污染物的菌群注入现场。

有机污染物多相抽提技术是目前抽提技术的发展方向之一，主要是同时抽取污染区域的气体和液体，把污染物从地下抽吸到地面上进行回收和处理，该技术适用于中等至高渗透性场地的修复，对挥发性较强及NAPL 类污染物具有较好的效果。

当前，我国土壤气相抽技术大规模应用较少，仍受场地情况、修复理论等因素的限制，如何提高气相抽提效率仍值得进一步探究，发现更好的气相抽提强化技术，更好地发挥修复优势，扩展该技术在实际工程运用和推广。