土壤气相抽提技术在有机物污染场地中的研究及应用进展

本文对土壤气相抽提技术的原理进行了概述,并分析总结了其主要影响因素,介绍了该技术与其他技术联合应用的原理及应用实例,旨在为气相抽提技术在挥发性及半挥发性有机污染场地的修复应用提供参考。

气相抽提法(SVE)去除土壤中挥发性有机污染物的试验研究

通过模拟土壤气相抽提技术(Soil Vapor Extraction,SVE)通风处理甲苯、乙苯、正丙苯混合污染的黄棕壤,研究了不同通风流量、不同土壤含水率、间歇通风等因素对目标污染物去除率的影响。结果表明,通风流量和含水率是影响去除率的重要因素。当柱径14 cm、土壤粒径为10目连续通风时,最佳通风流量为0.15 L.min-1,最佳含水率约17.98%条件下,甲苯、乙苯、正丙苯的去除率分别为99.84%、99.45%、98.25%,总挥发性有机物(Total VOCs,TVOCs)去除率达到了99.30%,且优于间歇通风;含水率为6.01%、24.73%时,TVOCs的去除率仅为63.03%、89.03%,表明含水率过高或过低都不利于VOCs的去除;苯环上支链越长,分子量越大,沸点越高,越难以被脱附去除,反之亦然,表明有机物的分子结构和大小也是影响通风效果的重要因素。

土壤气相抽提(SVE)技术研究进展

土壤气相抽提(SVE)是石油类土壤及地下水污染修复工程中广泛采用的原位治理技术。本文主要介绍了SVE技术的影响因素、系统设计、运行机理以及现场监测,阐述了SVE技术及其理论进展。最后展望了该技术的应用前景。

土层性质和结构对气相抽提修复土壤中甲醛污染的影响

为探究土层的性质和结构对土壤原位气相抽提修复的影响,对已搬迁某皮革加工厂遗留地块污染区域进行应用研究。结果表明,试验区域内不同土层的微观结构主要为片状,孔隙分布较多,主要为颗粒间孔隙类型。修复后土壤中甲醛浓度低于修复目标值。一阶衰减指数方程可较好地描述甲醛浓度变化过程,甲醛去除速率随土壤深度先增后降,且与孔隙比、中粒砂岩粒径、孔隙平均面积和孔隙分形维数均呈显著正相关,与细粒砂岩粒径呈显著负相关,孔隙分形维数对气相抽提去除速率影响最大,孔隙越大,去除甲醛效果越好。

电加热在土壤气相抽提(SVE)中的实验研究

研究了固定热源对不同填料粒径、填料含水率升温的影响。以不同粒径干燥石英砂为填料进行的实验结果表明,砂粒粒径越小,达到的最高温度越高。对含水石英砂进行加热实验结果表明,上层石英砂的最终温度与干砂相似,下层石英砂的最高温度低于干砂。石英砂中的水分对热传递以及热扩散速度的影响显著,实验前期含水石英砂的升温速度高于干砂。实验还表明,接近热源的砂层温度远远超过水沸点,随着与热源距离的增加,砂层所能达到的最大温度在下降。

土壤气相抽提法去除红壤中挥发性有机污染物的影响因素研究

土壤气相抽提技术(SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于不饱和土壤中挥发性有机污染物的去除。本实验以我国南方典型土壤红壤(粘性较大的土壤)为实验土样,选用最常见的挥发性有机物苯作为污染物,采用一维土柱通风模拟SVE过程,研究了通风流量、土壤含水率以及间歇操作对苯污染红壤去污过程的影响。结果表明,在各土柱垂向气相中苯浓度变化趋势一致,通风初期浓度迅速降低后进入长时间的拖尾阶段,拖尾阶段初期进行间歇操作可降低能耗达到较经济的治理效果。通风流量与土壤含水率是影响净化时间和修复效果的重要因素,两者均存在最佳值。当通风流量为600 mL/min,含水率为17.2%时本实验净化时间降低为36 h,去除率为99.9%,达到了最佳的治理效果。

土壤气相抽提技术修复柴油污染场地示范研究

土壤气相抽提(SVE)是一种广泛应用于石油类污染土壤修复工程中的原位修复技术,在广东某柴油污染场地开展SVE技术修复示范工程,探讨SVE技术对此类污染场地的修复效果。结果表明:经过3个多月的修复,土壤中总石油烃的最高去除率达64.88%,在试验进行50d后高浓度的挥发性有机物基本被去除,中低浓度污染物仍然存在,土壤中有效磷和速效氮含量与污染物的生物降解作用相关。为缩短修复时间、降低成本,应将SVE与生物通风技术相结合,并采用相应的强化措施(如添加菌剂和营养物质等),以期获得更高的修复效果。

气相抽提法去除土壤中的苯和乙苯

土壤气相抽提技术(SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于不饱和土壤中挥发性有机污染物的去除。以红壤为实验土样,北京潮土和吉林黑土为对照土样,选用最常见的挥发性有机污染物苯作为单一污染物,采用一维土柱通风模拟SVE过程,研究了不同土质对苯污染土壤去污过程的影响。同时选用苯与乙苯作为二元混合污染物,研究了土壤含水率对苯与乙苯污染红壤去污过程的影响。结果表明,对于二元混合物实验,在通风流量600 ml.min-1、含水率16.8%时,苯与乙苯的净化时间分别降至最低36 h和84 h。不同类型土壤的对照实验表明,土壤质地与有机质含量也是SVE去污过程的重要影响因素。

土壤气相抽提去除土壤中汽油烃污染物柱试验研究

原位处理土壤石油污染对于土壤和地下水的有机污染控制具有极其重要的现实意义。通过砂土柱试验研究了原位物理通风的主要工艺形式及运行参数,并初步分析了汽油烃在砂土柱中的迁移和通风去除机制。结果表明,顶部真空抽提与底部注气两种通风方式相比,顶部真空抽提效果较好,砂土柱汽油烃初始质量浓度为2.937mg/g时,经过104.5h通风,砂土柱中汽油烃去除率达80.49%。土壤汽油烃初始浓度影响其在土壤中的迁移和去除,土壤汽油烃初始浓度越大,相同通风条件下,物理通风方法去除土壤中挥发性有机物的效率越低。通风及通风方式对砂土中的汽油烃的去除影响很大,连续通风可在砂土柱中形成稳定的负压环境,在汽油烃初始质量浓度为35.730mg/g时,连续真空抽提264h,砂土柱中的汽油烃平均去除率达89.29%;间歇通风在砂土柱中形成的负压环境不稳定,但也可以去除砂土柱中的汽油烃。初步分析认为,汽油烃存在负压作用下的向上挥发和重力作用下的向下迁移两个过程,其综合作用的结果导致汽油烃在砂土柱中的分布状况。

土壤气相抽提作用机制探讨和基本数学模型建立

土壤气相抽提 (SVE)是全球石油污染土壤修复的迫切需求下应用的新兴原位技术 ,其理论相对滞后 ,有必要进行系统研究。SVE涉及多学科交叉 ,土壤体系中包含了物质在气—液 (水 )—液 (油 )—固等多相间各种复杂的迁移、转化和物理化学行为 ,本文根据多孔介质流体动力学理论和化工传递原理分析了气相抽提过程中污染物的迁移机制和多相传质关系 ,在近实际假设条件下提出了一套任意维数下SVE基本数学模型 ,严格导出了土壤体系中流体的运动方程、污染物质量方程和污染油的衰减方程等主要控制方程 ,研究结果可作为SVE理论分析和工程设计的基础。

基于TMVOC的水位波动带土壤气相抽提模拟

为探究水位波动对土壤气相抽提(Soil Vapor Extraction,SVE)修复的影响,以西北某傍河石化场地为研究对象,利用TMVOC模拟苯系物的自然衰减过程及不同水位状态下SVE修复过程,从修复效果、相间转化、饱和度演变等方面比较不同条件下苯系物的衰减率.结果显示,该场地较佳的抽提井的压强为9.1×104Pa,影响半径为8m;苯系物在自然衰减、水位稳定状态下SVE修复及水位波动状态下SVE修复12个月后的质量损失分别为17%、85%、96%;水位稳定和水位波动状态下SVE修复12个月后,非水相液体(Non-Aqueous Phase Liquids,NAPL)的饱和度最大可达到0.066和0.044;水位稳定状态下,苯系物在“气-液-NAPL”相去除率逐渐降低,水位波动状态下,在水位下降的阶段,更多的NAPL相苯系物转化为气相,并被抽提气流携带去除.

气相抽提法修复油污土壤的影响因素研究

为了探明多孔介质颗粒粒径对土壤气相抽提技术(SVE)修复效果的影响,选用广泛使用的汽油为污染物,采用一维土柱真空抽气模拟SVE过程,研究了不同通气流量下砂样中对汽油的去除过程。结果表明,加大通风流量可提高砂样中汽油去除速率,但存在最佳通风流量。Elovich动力学方程可描述砂样中汽油的去除过程,常数a与通风流量呈线性正相关,汽油损失速率b与通风流量之间的关系可用二项式描述。砂样中汽油去除率均在97%以上,但平均粒径为0.214 mm的砂样中汽油去除率最大,为99.9%。汽油损失速率b与砂样平均粒径呈线性负相关,而常数a随平均粒径的增大而增大的趋势可用对数方程表达。

含有非水相液体(苯)的土壤气相抽提体系传质实验研究

选取砂土作为实验室一维土柱通风实验的研究对象,考察了不同含水量(0%、21.9%、36.6%及51.2%)条件下,苯在气-水-油-固4相共存的土壤气相抽提体系(Soil vapor extraction,SVE)体系中的相间传质过程。并用局部相平衡模型及非平衡动力学模型预测结果与实验结果进行了比较。干燥情况下,局部相平衡模型可以描述通风过程,随着含水量的增加实验结果严重偏离平衡模型。含水量为21.9%、36.6%及51.2%时,非平衡动力学模型与实验结果较为符合。结果表明,土壤含水量影响气-液(Non-aqueousphase liquid,NAPL)间的传质,干燥土壤中相平衡模型可以描述SVE修复过程。随含水量的增加修复进程偏离相平衡模型较严重,此时需要用非平衡动力学模型来描述。

土壤气相抽提技术去污规律及土层压力变化特征分析

土壤气相抽提(SVE)技术可有效去除包气带土壤中挥发性有机污染物(VOCs),是一种经济高效的土壤原位修复技术。对北京市某化工厂内进行SVE技术的现场应用,去除污染土壤中的VOCs,研究污染物的消减规律以及土层压力的变化特征。结果表明,抽出气体的污染物浓度随SVE的运行不断降低,群井抽气初期,VOCs浓度迅速下降,之后进入长时间的拖尾阶段,VOCs浓度相对较低且下降缓慢。土层气相真空度随距抽气井距离的增大逐渐降低,真空度与距离基本呈对数相关。抽气井附近的真空度梯度及气相流速最大。群井抽气时,土层气相真空度分布受抽气井布设位置及布设形状影响,土壤气相压力降漏斗长轴方向与抽气群井布置方向一致。

蒸汽强化气相抽提修复苯系物污染粘性土壤

蒸汽强化土壤气相抽提是近期发展并具良好应用前景的土壤污染修复技术。研究以6种挥发性苯系物（BTEX）为目标污染物,考察了抽气速率、搅拌速率、土壤温度、蒸汽加热功率等对土壤污染物去除的影响及抽提过程特征。结果表明,调质药剂（0～40%）、搅拌速率（60～300r/min）、土壤温度（60～150℃）和加热功率（100～400 W）对污染物的去除影响较大,而抽气速率（3.0～15.0L/min）影响较小。较佳的工艺条件为：抽气速率6.0L/min、调质药剂40%、搅拌速率300r/min、土壤温度100℃和加热功率200 W。此条件下土壤气相苯系物浓度遵从一级衰减动力学模型,其速率常数与污染物沸点呈负相关;伴随冷凝水中污染物浓度逐渐下降,6d后土壤有机质含量从初始6.998%下降至2.741%,污染物整体去除率均超90%。研究表明,该技术是BTEX污染粘性土壤的一种快速、有效的修复方法。

依据挥发性污染物浓度变化划分土壤气相抽提过程的研究

土壤气相抽提(SVE)是去除包气带土壤中挥发性有机物(VOCs)经济快捷的原位土壤修复方法。VOCs饱和蒸汽压高,能在负压气流下被定向地带到地面收集处理。为了便于划分SVE过程,试验采用两种土壤污染方案:直接污染和间接污染。间接污染土壤的目的是为了避免在土壤中形成非水相液体(NAPLs),方法是使用气相污染源长时间污染土壤。通过多次对土壤进行间接污染和通风净化,证明VOCs主要来源于NAPLs。试验表明,依据VOCs的浓度变化,SVE过程能被划分为两个阶段:(1)高效去除阶段,即污染土壤中含NAPLs阶段,液态的VOCs进入土壤间隙形成NAPLs或溶解在土壤水中,或被土壤和有机质吸附。SVE过程中VOCs气相浓度降低,停止抽提后浓度能够恢复;(2)低效率的拖尾阶段,即土壤中无NAPLs存在,通风能够快速地降低污染物浓度,并且VOCs浓度降低后不能恢复。试验同时显示出在不同的土质中VOCs浓度变化具有相似的规律。

土壤气相抽提影响半径及透气率现场试验

土壤气相抽提技术(SVE)可有效去除非饱和土壤中的挥发性有机污染物。土壤透气率及气相抽提的影响半径是进行SVE系统设计的重要参数,可通过多种方法取得。文章通过在北京市某焦化厂进行SVE现场试验,监测系统运行的土壤气相压力变化,求取土壤透气率及抽气影响半径。监测结果表明:SVE系统运行后,土壤中气相压力降最初不断增大,可在某一时刻达到稳定;压力降以抽气井为中心,向外围逐渐减小,其压力降梯度也渐趋平缓。可在现场试验资料的基础上,利用公式或绘制真空度随距离变化的半对数曲线求取影响半径;利用公式或监测井真空度随时间变化的半对数曲线(直线图解法)确定土壤透气率。SVE现场试验土壤参数计算结果与经验值一致,说明现场试验方法是进行参数计算的有效方法。

土壤气相抽提过程中多孔介质扰动的数值分析

基于质量守恒与流体达西定律推导水气二相流动的连续性微分方程,进而结合饱和度～相对渗透率～毛细压力耦合关系构建二相流动数学模型,并建立多孔介质孔隙度变化与水气二相饱和度之间的数学关系,最终实现多孔介质扰动时空变化的定量表征.案例模拟分析结果表明:对于特定场地而言,抽提影响带的空间形态与抽提真空度密切相关,抽提真空度越大,影响半径及影响带内的气流速度越大,本案例中抽提真空度在11kPa和31kPa时的抽提影响半径分别达到8.5m和9m;在抽提过程中,孔隙度及渗透率随时间呈现先增加后稳定的显著变化,达到稳定所需的时长及其变幅则与离抽提段的空间距离成反相关,抽提压力为0.7 105Pa、特征参数C=0.8的情景模拟显示:距离抽提段1m的P1点在约40min后孔隙度达到稳定、增幅为0.0387,而较远的P4点,距抽提段水平距离为3m,约在60min后达到稳定、增幅为0.0031,相应地,P1和P4点介质渗透率分别从1.18×10-11m2增加至2.22×10-11与1.25×10-11m2;在相同抽提压力下,孔隙度增幅与关键参数C值成正相关,抽提压力为0.9×105Pa、C=0.1和0.8时的孔隙度最大增幅分别约为0.009和0.055;相同参数C条件下,孔隙度增幅与抽提压力成正相关,C=0.8、抽提压力为0.7×105Pa时的孔隙度最大增幅则达到0.066.

有机质对土壤气相抽提去除四氯化碳效率的影响

某重要岩溶地下水源地因附近农药厂排放含四氯化碳污水而受到严重污染,实验采用土柱通风试验模拟土壤气相抽提（SVE）,研究环境温度为20℃,通风速率为40 mL/min,土壤含水率10%,而土壤有机质含量分别为3.02%和0.13%条件下的两种供试土壤中四氯化碳污染物的去除过程。结果表明,土柱通风能有效去除土壤中的四氯化碳污染物;通风条件下四氯化碳的去除过程符合一级反应动力学,土壤中四氯化碳浓度C（μg/L）的对数值lnC与时间t呈良好的线性关系,相关系数均在0.95以上;土壤有机质含量为3.02%的土柱Ⅰ各取样口四氯化碳去除反应速率常数k值在0.013 2~0.015 5 h-1之间,有机质含量为0.13%的土柱Ⅱ各取样口k值在0.017 1~0.020 6 h-1之间,说明土壤气相抽提去除四氯化碳的效率与土壤有机质含量有关,相同条件下低有机质含量的土壤其四氯化碳去除效率更高。

SVE中土壤含水量对NAPL与气相非平衡传质的影响

通过在不饱和土壤中一维通风实验来研究土壤含水量对NAPL与气相传质的影响,NAPL与气相传质系数与Sh、Pe和土壤颗粒的平均直径有关.实验表明NAPL与气相的传质速率受到土壤含水量的限制,在干燥土壤中,通风实验较好地符合局部相平衡,由于NAPL吸附于土壤颗粒中后期有轻微的拖尾现象.随着含水量的增加传质速率严重偏离局部相平衡,当含水量达到51.2%时,气相浓度下降得较快并且有长时间的拖尾.