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挥发性有机物污染已经成为工业场地突出且普遍的环境问题,而传统的气相抽提技术虽然是一种针对性强,而且有效的原位土壤修复方法,但在工程实践中仍然面临许多问题,需要通过强化手段来提高其修复效率。本论文以工业场地中常见的挥发性有机污染物苯为对象,通过室内土柱模拟实验,对比分析了热电阻加热和蒸汽注入两种热处理强化方法的优劣,探讨了苯去除效率与热处理温度这一关键因素的关系,明晰了土壤质地对去除效果的影响。在此基础上,建立了能够模拟热处理强化气相抽提过程的传质模型,并应用于实际污染场地的修复示范。研究的主要内容和结果如下: (1)研究热电阻和蒸汽注入两种不同的热处理强化气相抽提方法对土壤中苯的去除效果的影响,并通过建立热处理强化状态下的一维非平衡态的传质模型对抽提过程中污染物浓度进行拟合。结果表明,采用两种热处理强化方式都能显著提高气相抽提系统的工作效率,污染物去除率由常规抽提的85.2%上升到热电阻加热时的96.5%和蒸汽加热时的90.4%。热处理强化主要通过提高苯的挥发迁移速率来实现在同样抽提流量的条件下苯更快地被外加气流带走去除,苯蒸汽的迁移速率由常规抽提的0.11m·h-1上升到热电阻加热时的0.14m·h-1和蒸汽加热时的0.13m·h-1。对比热电阻和蒸汽注入两种热处理强化方法,热电阻的加热效率和稳定程度要优于蒸汽注入。建立的传质模型可以较好地反映热电阻强化抽提过程中污染物的变化情况,模拟值与实测值之间的相关系数为0.9976。 (2)研究从室温到100℃的不同热电阻加热温度对土壤中苯的去除效果的影响,并通过传质模型对抽提过程中污染物浓度进行拟合。结果表明,当热处理温度从室温到80℃变化时,污染物去除率由85.2%上升到99.3%;当热处理温度高于80℃时,污染物去除率不再显著改变。热处理温度提高会通过增大土壤平均孔径和降低含水率提高污染物的迁移速率,通过增大苯的饱和蒸汽压提高其挥发速率进而影响苯的去除效率,所以决定苯状态的沸点温度80℃成为关键分界点,传质模型在低于80℃时可以较好地模拟实际过程。 (3)研究砂土、壤土和黏土的不同质地土壤对热电阻强化气相抽提技术去除苯的不同影响,以及热处理温度、土壤质地、抽提流量对苯去除效果的综合影响。结果表明,热处理强化气相抽提技术对不同质地土壤都具有一定的强化效果,对比常规抽提,热处理强化气相抽提时砂土、壤土和黏土中污染物去除率分别由85.5%提高到98.6%、由80.7%提高到93.0%、由25.7%提高到59.7%。对于砂土和壤土,热处理强化主要是通过促进苯在土体中挥发扩散来提高去除效率,气相中苯浓度达到稳定的时间分别缩短了75%和17%;而对于黏土则是通过降低土壤颗粒表面有机基团的含量,从而降低污染物和土壤颗粒的吸附能力,并通过降低含水率和升高渗透率从而提高土壤中气体的扩散性能,以达到增强气相抽提效果的目的。在室内实验条件下,土壤质地和温度显著影响污染物的去除效果,并且土壤质地的作用大于温度;抽提流量的作用不显著。 (4)利用建立的热处理强化气相抽提技术的修复示范区,研究在实际污染土壤场地开展热处理强化气相抽提技术的流程和方法。结果表明,与常规抽提相比,热处理强化抽提使土壤中氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯和PCB-008的去除率明显提高,提高幅度分别为130%、81%、223%和183%。热处理系统的加入消除了环境低温和温度波动的影响,保证了抽提系统的稳定性,显著延长了有效运行时间。热强化还提高了污染物质的挥发扩散能力,加快了污染物质的清除速度。热强化同时提高了挥发性和半挥发性污染物质的去除效率,有效扩大了气相抽提技术的适用范围。修复周期较短,修复成本较合理。