1 土壤气相抽提技术

　　土壤气相抽提技术

　　土壤气相抽提技术（SoilVaporExtraction，SVE），又称土壤真空抽提、土壤气抽出技术等，主要是通过特制的抽提井，利用抽真空产生的动力迫使土壤气体发生流动，从而将土壤中的挥发性和半挥发性有机物驱出，达到清除土壤气体中的挥发性污染物的一种处理技术。该技术可把抽提与空气注入技术结合使用，主要用于修复非饱和区（包气带）的土壤。土壤蒸气抽提常用于原位处理，但有时也可用作异位处理技术。

　　SVE技术的基本原理是基于多孔介质孔隙气体与大气的交换，采用空气注射或抽提人为驱动力，加速孔隙气体与大气交换速率，从而促进多孔介质中的污染物从固相和液相到气相转变、从微孔到大孔隙扩散。其技术基础是土壤污染物的挥发特性。SVE系统抽取出的尾气则可通过热脱吸法、活性炭吸附法以及生物气体处理法等进行处理，以避免对大气环境的污染。大部分挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）包括丙酮、甲苯、正己烷、三氯乙烯等均可通过此技术进行处理。

　　1.1系统构成

　　一个典型的SVE系统装置通常包括抽气井、布气管道、真空泵、测量装置、控制装置、尾气处理系统等。SVE系统要求在包气带中设立抽气井（井群），使用真空泵在地表抽取包气带中的气体，抽出的气体经过尾气处理系统后排出。除土壤和地下水合并修复的项目外，注气井和抽气井的底部一般在地下潜水面以上。SVE系统设计时应考虑影响半径及地下水位等因素，其技术体系一般构成如图4-2所示。

　　图4-2 SVE现场工程系统构成

　　1.2修复效率的影响因素及其强化

　　根据SVE技术的原理和一般系统构成，SVE技术的可行与否取决于污染物质的挥发特性和气流在土层中的渗透性。显然此技术适合应用在均匀性和渗透性均比较好的不饱和带（包气带）。对于修复VOCs污染土壤而言，影响SVE修复效率的因素主要包括以下几点。

　　（1）土壤气体渗透率渗透率高、修复时间短是SVE系统设计的重要依据。研究表明，利用气压或水压装置可改善土壤导气率。

　　（2）气体抽气速率抽气引起的真空及注入土壤孔隙中的空气会促使土壤中非水相液体(NAPLs)的挥发、孔隙水中溶解态污染物挥发以及吸附态有机污染物的解吸，进而提高SVE技术的修复效果。因此，提高抽气速率，在不导致土壤介质中优先流的条件下，一般能缩短SVE技术的修复污染场地的时间。但是，提高抽气速率，需要增加设备投资和能耗，而且经常导致拖尾效应。另外，值得注意的是过高的抽气速率还可能导致土壤介质中的优先流，因而极大地降低修复效率。因而，确定最佳抽气流量很重要。

　　（3）土壤含水率含水率高会导致土壤孔隙更多被水占据，从而使空气流动通道减少，降低其抽提修复的效果，延长修复时间；但另一方面，含水率的增大可降低土壤微粒对有分子的吸附，加快污染治理进程。研究表明，SVE修复系统实施的土壤含水率适宜范围为15%～20%。

　　（4）系统温度温度越高，有机污染物越易挥发，有利于SVE修复技术进行，这也是半挥发性有机物采用SVE技术去除的重要方式，另外，也是许多增强SVE技术的前提。有研究表明，采用电加热、热空气挥发或在真空抽取井周围的渗流区中输入热量等技术来提高土壤温度，可显著提高去除率。

　　（5）土壤有机质含量土壤有机质是由脂肪链和芳香环链接而成的大分子有机物。由于其分子内部同时具有极性和非极性区域，因此能同时吸附极性和非极性有机污染物。土壤有机质是土壤中重要的吸附剂，即使含量很低，也能大量吸附土壤中的有机污染物，进而影响SVE修复挥发/半挥发有机物污染场地的效率。

　　综上可知，SVE修复技术受到多种因素如系统温度的影响，同时其他因素如修复地下水位附近毛细胞和区域的影响，近些年来针对SVE修复技术的影响因素改进发展了一些SVE强化修复技术。

　　（1）蒸汽/热空气注射-SVE修复技术蒸汽注射-SVE技术将热蒸汽注入污染区域，以提高污染区域介质温度，进而加速有机污染物的蒸发，提高流体流速，从而提高SVE技术修复效率。

　　（2）气力和水力分裂-SVE修复技术气力和水力增强技术通过强化系统缝隙或填沙裂缝增加了SVE在低渗透性土壤的效果。这些增强措施使SVE在低渗透性、沙泥质黏土结构等土壤原始渗透性较差的介质中实现污染物的原位SVE过程去除。

　　（3）电磁波加热-SVE修复技术电磁波技术利用高频电压产生的电磁波对污染场地中的土壤进行加热，通过提高环境温度来加速土壤中有机污染物的挥发和解吸，同时也可提高流体的流速以增加SVE技术修复污染土壤的速率及效率。

　　（4）生物强化-SVE修复技术土壤生物通风技术一般是利用土壤中的微生物对不饱和区中的有机污染物进行生物降解的一种原位修复技术。可采用向不饱和区注入空气（或氧气）、添加营养物（氮、磷、钾等）和接种工程菌等措施来强化和提高SVE修复过程中微生物的降解速率，从而达到更快的土壤污染物去除速率和污染土壤修复效率。

　　1.3 SVE技术适应性

　　总体上，土壤蒸气浸提技术适用于具有一定挥发性的污染物，且一般要求土壤的渗透性较高，其具体适用条件包括以下几个方面。

　　（1）所治理的污染物必须是挥发性的或半挥发性有机物，蒸汽压应低于0.5Torr（1Torr=0.5mmHg）

　　（2）污染物必须具有较低的水溶性，且土壤温度不可过高。

　　（3）污染物必须在地下水位以上。

　　（4）被修复的污染土壤应具有较高的渗透性，对于容重大、土壤含水量大、孔隙度低、渗透速率小的土壤，土壤蒸气迁移会受到很大限制，不适用此技术。

　　1.4 SVE技术的特点及其发展趋势

　　SVE修复技术具有设备简单、操作灵活、较高的净化效率、治理过程中对工作人员及周围环境危害小、治理费用低等特点，目前是治理VOCs污染场地最值得推荐的治理技术。此外，SVE修复技术还具有可与其他多种技术相结合使用的优点。

　　同时SVE修复技术也存在一定的缺陷：SVE技术不可避免的会产生拖尾效应，使污染物降低90%以上很难实现；对于渗透性或分层污染土壤的治理效果不太理想；要使尾气处理达到排放标准的处理过程，可能需要较多的花费；只对不饱和区土壤治理效果好。因此，在以后的研究中可加强SVE工程技术的优化设计以及与其他强化技术的耦合开发。

　　在SVE技术总体的发展过程中，由于其在环境修复领域具有有效去除VOCs及易于操作和运行等优点，目前已被发达国家广泛应用于土壤及地下水修复领域的实际工程中，并与其他如生物通风、空气喷射、双相抽提、热强化、生物修复等原位修复技术相结合及互补形成了SVE增强技术，日益成熟完善。在国外（如USEPA及USACE）已成功应用于工程实际中，积累了不少的经验。国内研究则起步较晚，虽然实验室土柱通风实验的研究目前已做了不少工作，但对于一些关键技术如拖尾阶段的时间缩短有效性研究等尚缺乏有效的技术手段，而现场研究与应用工作如场址调查、现场试验性测试、中试研究工作等更是有大量工作需要开展。

　　1.5 SVE修复案例

　　USEPA于1995年发布了一个超级基金场地的SVE修复范例的成本报告，作为该技术的设计与应用的参考。报告中污染源是20世纪70年代作为土壤熏蒸剂的CCl4泄露，污染土壤位于内布拉斯加州某地（约141000m3），1992年4月～1993年7月进行SVE修复，设备包括10个抽提竖井（5个深井，2个浅井，3个中井）、5个竖井监测探头、一个真空系统、一个空气/水分分离器和一个活性炭吸附的尾气处理系统等，总成本（固定费用和可变费用）为2.6美元/m3土壤，相当于土壤挖掘法异位修复的1/15。美国犹他州某空军基地因航空发动机燃料泄露造成0.4ha、深度达到15m的土壤受到污染，土中油的浓度最高达到5000mg/kg，采用SVE方法处理后，烃类物质降至410mg/kg，之后又采用气提和生物联合治理，使烃类降到了3.8mg/kg。