土壤气相抽提技术 土壤气相抽提技术(Soil Vapor Extraction,SVE)是一种处理非饱和区土壤挥发性有机物污染的技术,其利用抽真空或注入空气的方法在受污染区域诱导产生气流,将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转变为气相(气化),抽提到地面,然后再进行收集和处理。
土壤气相抽提技术
土壤气相抽提技术(Soil Vapor Extraction,SVE)是一种处理非饱和区土壤挥发性有机物污染的技术,其利用抽真空或注入空气的方法在受污染区域诱导产生气流,将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转变为气相(气化),抽提到地面,然后再进行收集和处理。
原理
SVE的运行机理是利用物理方法去除不饱和土壤中挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs),用真空设备产生负压驱使空气流过土壤孔隙,从而夹带VOCs流向抽取系统,抽提到地面后收集和处理。由于新鲜空气的引入,同时可考虑原位生物降解。早期SVE主要用于非水相液体(non-aqueous phase liquids,NAPLs)污染物的去除,目前也陆续应用于挥发性农药污染物充分分散等不含NAPL的土壤体系。
工作流程
SVE系统一般由抽提井、真空泵、尾气处理等几个主要单元组成(见图1)。其工作的流程如下:
(1)土壤中的污染物挥发至气相。
(2)真空泵抽气促使土壤气流动,污染物随气相抽出。
(3)气体流动促使污染物持续挥发,不断被抽出。
(4)收集抽出气,由尾气处理系统处置达标后排放。
图1 SVE系统示意图
图片来源https://huanbao.bjx.com.cn/news/20171220/868973.shtml
修复效果影响因素
(1)土壤的渗透性:土壤的渗透性影响土壤中空气流速及气相运动。土壤的渗透性越高,气相运动越快,被抽提的量越大。地下水在土壤中的渗流性质(水力传导性质)取决于流体(水)的物性与土壤介质性质(渗透率)。
(2)土壤湿度及地下水深度:土壤水分对SVE修复效果的影响很大,普遍认为增加土壤含水率后会降低土壤通透性,不利于有机污染物的挥发。
(3)土壤结构和分层(土壤层结构的多向异性):土壤结构和分层是影响气相在土壤基质中的流动程度及路径。其结构特征(如夹层、裂隙的存在)使得优先流的产生,若不正确引导就会使修复效率降低。
(4)气相抽提流量和Darcy流速:不考虑污染物由土壤中迁移过程的限制时,抽提流量将正比于去污速率。
(5)蒸汽压与环境温度:SVE技术受到有机污染物蒸汽压影响很大,低挥发性有机污染物不宜使用SVE修复。而决定气体蒸汽压的主要因素是环境温度,温度对纯有机物蒸汽压影响可由Antoine方程决定。
SVE系统设计
SVE系统的设计基于气相流通路径与污染区域交叉点的相互作用过程,其运行应当以提高污染物的去除效率及减少费用为原则。抽提体系是SVE设计的核心,抽提体系常用的选择有:竖井;沟壕或水平井;开挖土堆。其中竖井应用最广泛,抽提具有影响半径大、流场均匀和易于复合等特点而最为常见,适用于处理污染至地表以下较深部位的情况。工程应用中根据污染源性质及现场状况可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操作条件加以控制。SVE系统中的关键组成部分为抽提系统。其抽提井及监测井的结构见图2。
图2 典型SVE系统抽提井及监测井的结构[1]
图3 中试实验系统组成示意[1]
技术优势
(1)可原位操作,易于安装操作、对周围干扰小。
(2)处理时间短:在优化条件下通常6个月~2年可完成。
(3)不引起二次污染,相对成本较低。
(4)容易与其它技术组合使用。与热增强技术、生物修复等配套使用,可以实现更广范围的应用。
(5)可以在建筑物底下和其他不能开挖的位置使用。
// 应用案例
上海某项目污染土壤采用异位热增强型气相抽提技术进行修复。该污染土壤含有苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(a)芘、茚并(1,2,3-cd)芘、二苯并(a,h)蒽、苯、双(2-氯乙基)醚、TPH等污染因子,土方量约5000方。首先对空气进行加热,再将热空气注入污染土壤中给土壤升温,促使相关污染物充分挥发,保持至土壤治理达标。尾气再通过尾气处理系统进行净化,达标排放。该技术方案将空气注入、热增强技术与真空抽提相结合,采用多种途径增强治理效果,提高了修复效率,降低了修复成本,进一步拓展了SVE技术的使用范围。
图4 案例示意图
图片来源https://huanbao.bjx.com.cn/news/20171220/868973.shtml
场地图片
图5 工程井平面布置示意图[2]
图6 工程井现场布置图[2]
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