1 技術(shù)介紹

1.1 修復(fù)原理

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

1.2 適用范圍

氣相抽提技術(shù)在高滲透性土壤，在砂土（滲透率大于10-6cm2）中的修復(fù)更為適用，詳見表1。疏松砂質(zhì)土壤十分利于氣相抽提系統(tǒng)運(yùn)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(jī)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(shù)對(duì)地面環(huán)境的擾動(dòng)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(yīng)用。

表1 土壤氣相抽提技術(shù)（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(shè)備和附屬設(shè)備等。工程應(yīng)用中根據(jù)污染源性質(zhì)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(duì)抽氣流量及真空度等條件加以控制，同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)量合適的監(jiān)測(cè)井。

2 影響因素

2.1 有機(jī)物性質(zhì)

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(dòng)性污染物。污染物分子量越大或結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其與土壤有機(jī)質(zhì)結(jié)合能力越強(qiáng)，越不易解吸。在對(duì)不同苯系物的研究中發(fā)現(xiàn)，氣相抽提對(duì)土壤中苯的去除率最高，而對(duì)三種異構(gòu)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(fù)效果明顯優(yōu)于細(xì)粒徑土壤。

2.3 土壤含水率

土壤含水率從兩方面對(duì)修復(fù)效果產(chǎn)生影響。一方面，土壤水分會(huì)占據(jù)土壤孔隙通道，含水率升高會(huì)降低土壤通透性，不利于污染物的揮發(fā)；另一方面，有機(jī)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(jī)質(zhì)結(jié)合，含水率增加會(huì)降低土壤對(duì)有機(jī)物的吸附，增大有機(jī)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(rèn)為含水率在15%～20%時(shí)效果最好。

2.4 抽提氣體流量

抽提的流速及流量對(duì)有機(jī)物去除有直接影響。有研究表明，一定限度內(nèi)提高氣體流量可顯著縮短修復(fù)時(shí)間，而當(dāng)流量達(dá)到一定限值后，受有機(jī)物氣相對(duì)流傳質(zhì)阻力和液相擴(kuò)散阻力等的影響，去除速率不再顯著增加，所以針對(duì)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(shí)，去除速率隨流量增大顯著提高，流量持續(xù)增大時(shí)，污染物去除速率雖有提升，但其速率增長趨勢(shì)不斷減緩。

3 氣相抽提強(qiáng)化技術(shù)

在常溫下，半揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)有限，在土壤中解吸擴(kuò)散較慢，并易于再吸附，使傳質(zhì)速率大幅下降，導(dǎo)致嚴(yán)重“拖尾”現(xiàn)象，呈現(xiàn)出耗時(shí)長和難以徹底清除等缺陷。因此，各種氣相抽提強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

熱強(qiáng)化氣相抽提技術(shù)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(jī)化合物蒸氣壓，提高污染物去除率。許多研究都證實(shí)污染物的濃度和去除速率與溫度顯著相關(guān)，土壤溫度上升后，污染物的去除速率和范圍都會(huì)大大增加。

生物強(qiáng)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(fù)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(jìn)微生物的好氧降解作用，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。

空氣注射強(qiáng)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(jī)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(yīng)用范圍拓展到對(duì)飽和區(qū)土壤和地下水的修復(fù)。對(duì)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(jìn)該區(qū)域的空氣流動(dòng)，提高修復(fù)效率。

4 國內(nèi)應(yīng)用案例

4.1 有機(jī)污染場地原位修復(fù)

該場地污染物主要是苯系物、半揮發(fā)性有機(jī)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(zhì)土，滲透性較好。采用土壤原位氣相抽提修復(fù)技術(shù)，在污染場地設(shè)置8 個(gè)8m 深抽氣井（有效半徑6m），10 個(gè)通風(fēng)井，真空度設(shè)為30kPa，系統(tǒng)采用運(yùn)行7h、停止5h 的間歇運(yùn)行方式。修復(fù)8 個(gè)月后，土壤中苯的去除率達(dá)95.2%～99.9%，廢氣中苯的去除率達(dá)80.7%，抽提廢氣經(jīng)進(jìn)一步的催化燃燒裝置處理后，去除率在98%以上。

4.2 有機(jī)氯污染場地異修復(fù)

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

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

4.3 苯系物污染場地異位修復(fù)

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(dá)地面下6m，污染土壤量約9700m3，采用分批次異位氣相抽提技術(shù)進(jìn)行治理，每批修復(fù)方量為2400～3000m3，修復(fù)3 個(gè)多月后達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

5 展望

為解決氣相抽提技術(shù)中常見的“拖尾”現(xiàn)象，可以通過氧化還原技術(shù)或微生物修復(fù)技術(shù)來做進(jìn)一步改善處理，在氧化還原的應(yīng)用時(shí)，考慮材料的傳輸性和二次污染問題、材料是否能到達(dá)污染物所在位置并及時(shí)與污染物有效結(jié)合、材料是否和土壤中其他物質(zhì)反應(yīng)生成行的污染物等；生物降解方面，考慮原位對(duì)菌群進(jìn)行調(diào)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(biāo)污染物的菌群注入現(xiàn)場。

有機(jī)污染物多相抽提技術(shù)是目前抽提技術(shù)的發(fā)展方向之一，主要是同時(shí)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(jìn)行回收和處理，該技術(shù)適用于中等至高滲透性場地的修復(fù)，對(duì)揮發(fā)性較強(qiáng)及NAPL 類污染物具有較好的效果。

當(dāng)前，我國土壤氣相抽技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用較少，仍受場地情況、修復(fù)理論等因素的限制，如何提高氣相抽提效率仍值得進(jìn)一步探究，發(fā)現(xiàn)更好的氣相抽提強(qiáng)化技術(shù)，更好地發(fā)揮修復(fù)優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展該技術(shù)在實(shí)際工程運(yùn)用和推廣。