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摘 要 以某退役化學(xué)試劑廠土壤及地下水中氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯為目標(biāo)污染物，基于電熱脫 附技術(shù)開展了中試規(guī)模的修復(fù)研究。結(jié)果表明：經(jīng)電熱脫附處理后，土壤中氯乙烯、氯苯的平均去除率分別達(dá) 到100%、99%，均低于北京市《場(chǎng)地土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)篩選值》中污染場(chǎng)地(住宅用地)中土壤篩選值；地下水 中氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯的平均去除率分別為90.5%、93.5%、96.4%、99.3%。此外，加熱井設(shè)計(jì) 間距對(duì)土壤溫度變化有明顯影響，間距為3.0 m的加熱井布設(shè)方案下的升溫時(shí)間短且升溫效果好，優(yōu)于間距為 4.0 m的加熱井布設(shè)方案，但兩者均可達(dá)到去除污染物的目標(biāo)；加熱邊界有效熱傳遞范圍可達(dá)2.0 m；止水帷幕 與加熱邊界的最佳間距至少為3.0 m；目標(biāo)溫度越高，熱脫附時(shí)間越長，熱脫附效率則越高。同時(shí)，還討論了土 壤含水率及滲透性等因素對(duì)脫附效果的影響。電熱脫附技術(shù)對(duì)修復(fù)氯代烴類有機(jī)物污染場(chǎng)地具有良好的效果， 可進(jìn)行大規(guī)模的工程應(yīng)用。

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速，許多原本位于城區(qū)的化工企業(yè)被迫從城市中心地帶遷出， 從而遺留了大量的污染場(chǎng)地。其中，有機(jī)污染場(chǎng)地中的土壤和地下水污染問題較為突出，由此 帶來的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重威脅著人們的生產(chǎn)和生活。因此，對(duì)其中污染嚴(yán)重的場(chǎng)地遺址進(jìn)行修 復(fù)已刻不容緩。

針對(duì)有機(jī)污染場(chǎng)地的修復(fù)，近些年來，國內(nèi)應(yīng)用異位熱脫附技術(shù)較多，且積累了大量的工程 經(jīng)驗(yàn)及成功案例。但是，應(yīng)用異位熱脫附技術(shù)修復(fù)有機(jī)污染場(chǎng)地的過程中尚存在著二次污染難控 制、社會(huì)影響較大等問題。尤其涉及污染較深的場(chǎng)地，不適合使用異位熱脫附技術(shù)。原位熱脫 附技術(shù)(in-situ thermal desorption，ISTD)是通過對(duì)土壤直接或間接加熱，促使有機(jī)污染物揮發(fā)，由 固相、液相向氣相轉(zhuǎn)化，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)一步收集并去除的技術(shù)。ISTD作為修復(fù)土壤和地下水中有機(jī)污染的一項(xiàng)重要技術(shù)，在修復(fù)低滲透性土壤、污染深度較深且有機(jī)物污染嚴(yán)重的場(chǎng)地中具有很 大的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

ISTD按照不同的加熱方式可分為蒸汽加熱、電阻加熱和熱傳導(dǎo)加熱。電熱脫附技 術(shù)屬于熱傳導(dǎo)加熱，其過程是通過在垂直(或傾斜)陣列加熱井中安置電加熱棒，電加熱元件可在 高達(dá)800 ℃的條件下平穩(wěn)運(yùn)行，絕大部分有機(jī)污染物、重質(zhì)或輕質(zhì)非水相液體，將會(huì)通過蒸發(fā)、 蒸餾、沸騰、氧化和高溫分解等過程揮發(fā)或被處理掉。電熱脫附技術(shù)基本不受污染物理化性 質(zhì)、復(fù)雜地質(zhì)及水文地質(zhì)條件等因素的限制，具備應(yīng)用范圍廣、設(shè)備安裝便捷、加熱過程安全、 處理速度快等優(yōu)勢(shì)，正逐步被廣泛應(yīng)用于各種低滲透性、難處理有機(jī)物污染場(chǎng)地治理工程中， 如ISTD曾大規(guī)模成功應(yīng)用于美國新澤西泰特波羅機(jī)場(chǎng)附近地塊等修復(fù)項(xiàng)目。目前，國內(nèi)在寧 波、蘇州、天津、武漢等城市的大型修復(fù)項(xiàng)目中已陸續(xù)開展電熱脫附技術(shù)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用。

本研究旨在中試的尺度下探討電熱脫附技術(shù)在現(xiàn)實(shí)污染場(chǎng)地中不同加熱間距下的升溫速率、 加熱邊界溫度傳遞范圍和污染物去除率，分析了土壤導(dǎo)熱率、土壤含水率、水文地質(zhì)條件等影響 因素對(duì)原位熱脫附效果的影響特征，以期為我國有機(jī)污染場(chǎng)地?zé)嵝迯?fù)應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 污染區(qū)域

中試實(shí)驗(yàn)區(qū)域位于我國北方某退役化學(xué)試劑廠，為污染土壤和地下水復(fù)合區(qū)域，面積278.9 m2， 污染深度2~10 m，修復(fù)土方量2 231.2 m3。場(chǎng)地調(diào)查結(jié)果顯示，主要污染物為氯乙烯、順-1,2-二氯 乙烯、苯、氯苯等揮發(fā)性有機(jī)污染物；土壤中氯乙烯、氯苯最高濃度分別為5.4 mg·kg?1和30 mg·kg?1；地下水中氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯最高濃度分別為3.79×103、3.35×103、1.06×103、2.34×10^4μg·kg?1。地質(zhì)勘察結(jié)果表明，該區(qū)域可分為5個(gè)工程地質(zhì)層，細(xì)分為8個(gè)工程地質(zhì)亞層， 地層巖性分布見表1。實(shí)驗(yàn)區(qū)地表以下0~10.00 m大致分為4類：0~2.00 m為填土層，多為黏性土 夾較多碎石和磚塊等建筑垃圾；2.00~3.20 m為不透水層，以粉質(zhì)黏土為主；3.20~4.70 m為潛水含 水層，以砂質(zhì)粉土為主；4.70~10.00 m大多為粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉土薄層團(tuán)塊。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn) 區(qū)內(nèi)各土層理化性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由加熱單元、抽提單元、溫度監(jiān)測(cè)單元和電氣控制單元4部分組成。工藝裝置如圖1 所示。首先，在土壤中安置電加熱棒并通電升溫，電加熱棒通過熱輻射的形式將熱量傳遞到與土 壤接觸的密封金屬套管上，通過熱傳導(dǎo)使得周圍污染土壤逐漸升溫至目標(biāo)溫度。目標(biāo)污染物發(fā)生 揮發(fā)和裂解反應(yīng)后，含有污染物的蒸汽和水通過多相抽提井被抽提至地表，再經(jīng)各自的輸送管道 運(yùn)至尾水/尾氣處理設(shè)備并進(jìn)行無害化處置，最后達(dá)標(biāo)排放。在整個(gè)加熱過程中，利用溫度、壓力監(jiān)測(cè)井實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)修復(fù)區(qū)域，并通過智能化、自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)加熱設(shè)備的工作溫度進(jìn) 行實(shí)時(shí)調(diào)控。

1.3 場(chǎng)地井位設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)土層下0~2 m污染土壤采用異位方式處置，將其清挖至?xí)捍孳囬g內(nèi)，邊坡放坡系 數(shù)1∶0.9。然后平整清挖后的基坑，為后續(xù)鉆井做準(zhǔn)備。為防止周邊污染對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的影響，在區(qū) 域四周設(shè)置一圈雙排三軸水泥攪拌樁止水帷幕，深度15.5 m，厚度1.45 m，長度94.0 m。同時(shí)，利用降水井將止水帷幕內(nèi)地下水抽干，盡可能地 降低加熱過程中熱能的損耗。最后，根據(jù)場(chǎng)地 水文地質(zhì)情況及計(jì)算機(jī)輔助模擬計(jì)算結(jié)果，在 本實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地共設(shè)計(jì)加熱井45個(gè)，抽提井 19個(gè)，測(cè)溫井19個(gè)，降水井5個(gè)，壓力監(jiān)測(cè) 井10個(gè)。實(shí)驗(yàn)區(qū)井位布置如圖2所示。

1.3.1 加熱井、抽提井布點(diǎn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用正三角形布點(diǎn)方法進(jìn)行加熱井 布點(diǎn)，抽提井均勻分布在加熱井周圍，如圖3 所示。加熱井與抽提井總體數(shù)量比約為2∶1， 污染范圍邊界的加熱井適當(dāng)加密布點(diǎn)。借鑒已 有項(xiàng)目的工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本場(chǎng)地地層分布特征 及其滲透性，為研究不同加熱間距下區(qū)域溫度 變化情況，分別設(shè)計(jì)加熱間距為3.0 m(TCHA)和 4.0 m(TCH-B)2個(gè)分區(qū)。加熱深度為10.0 m，加熱井深度為10.5 m。

1.3.2 測(cè)溫井布點(diǎn)設(shè)計(jì)

為研究不同加熱間距的實(shí)驗(yàn)分區(qū)內(nèi)單井有 效加熱范圍，在分區(qū)TCH-A、TCH-B內(nèi)各選 擇1個(gè)加熱井，在距熱源不同距離的水平方向 上設(shè)置一系列測(cè)溫井(圖2)，以獲得溫度監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)，從而分析單一加熱井在有效加熱范圍內(nèi) 的溫度變化規(guī)律。測(cè)溫井具體位置為：分區(qū) TCH-A距離單井熱源分別為0.5、1.0、1.5、 1.73 m(最冷點(diǎn))，對(duì)應(yīng)編號(hào)為T1~T4；分區(qū) TCH-B距離單井熱源分別為0.5、1.0、1.5、2.0、 2.3 m(最冷點(diǎn))，對(duì)應(yīng)編號(hào)為T8~T12。測(cè)溫深度 為9.0 m，測(cè)溫井深度為10.5 m，如圖4所示。

為研究加熱區(qū)域邊界外溫度變化與熱傳遞 范圍，保證水泥攪拌樁不會(huì)受熱出現(xiàn)裂縫而影 響止水效果，選擇1個(gè)邊界加熱井，在遠(yuǎn)離熱 源不同距離的水平方向上設(shè)置一系列測(cè)溫井。測(cè)溫井距離單井熱源分別為0.5、1.0、1.5、 2.0、2.5 m，對(duì)應(yīng)編號(hào)為T15~T19。測(cè)溫深度 為9.0 m，測(cè)溫井深度為10.5 m，具體位置見圖2。為監(jiān)測(cè)中試實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中整個(gè)加熱區(qū) 域內(nèi)的溫度變化情況，每個(gè)分區(qū)增設(shè)測(cè)溫井。測(cè)溫井具體位置為：分區(qū)TCH-A增加3個(gè)，對(duì) 應(yīng)編號(hào)T5~T7；分區(qū)TCH-B增加2個(gè)，對(duì)應(yīng)編 號(hào)T13~T14。此類測(cè)溫井布設(shè)在最冷點(diǎn)，即加熱井布點(diǎn)正三角形的質(zhì)心位置。

1.4 采樣與分析

在本場(chǎng)地中試實(shí)驗(yàn)前，考慮到實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi) 不同分區(qū)、距離熱源不同位置受熱不均，可能 存在處理效果不一的情況，因此，在實(shí)驗(yàn)區(qū)域 內(nèi)共布設(shè)了4個(gè)土壤采樣點(diǎn)。其中，在2個(gè)分 區(qū)各布設(shè)2個(gè)采樣點(diǎn)，均布設(shè)在3個(gè)加熱井熱 源連線三角形的質(zhì)心位置(最冷點(diǎn))，分別記為 S01~S04；每個(gè)采樣點(diǎn)垂直方向上按深度每隔 1.5 m(即土層下2.0~3.5、3.5~5.0、5.0~6.5、6.5~ 8.0、8.0~9.5 m處)采集一個(gè)土壤樣品；同時(shí)， 在靠近抽提井位置布設(shè)3個(gè)地下水采樣點(diǎn)，編號(hào)為W01~W03。具體采樣點(diǎn)位布置如圖5所示。本實(shí)驗(yàn)中，土壤及地下水采樣點(diǎn)的布設(shè)能夠大致代表整個(gè)中試實(shí)驗(yàn)區(qū)域的污染情況與修復(fù)情況。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，共采集2個(gè)批次土壤及地下水樣品，通電加熱前為第1批次采樣；待整 個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域平均溫度維持在100~110 ℃，持續(xù)1周后停止加熱，保持抽提系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)進(jìn)行 第2批次采樣。樣品采集后立即放入0~4 ℃的冷藏箱內(nèi)保存，并于48 h內(nèi)送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行污染物 測(cè)定。實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)指標(biāo)為目標(biāo)污染物中的超標(biāo)污染物：土壤檢測(cè)氯乙烯和氯苯，VOCs類檢測(cè)方法 依據(jù)HJ 605-2011；地下水樣品檢測(cè)氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯和氯苯，VOCs類檢測(cè)方法依據(jù) GB/T 5750.8-2006。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)前后不同加熱分區(qū)溫度變化對(duì)比

利用電熱脫附技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地進(jìn)行了為 期8周的加熱處理，區(qū)域溫度隨時(shí)間的變化情 況見圖6。加熱間距的布置決定了區(qū)域升溫時(shí) 間和均勻升溫效果。TCH-A分區(qū)平均溫度升至 80 ℃需要4~5周；而TCH-B分區(qū)則需要7周。實(shí)驗(yàn)分區(qū)TCH-B比實(shí)驗(yàn)分區(qū)TCH-A的升溫效 果滯后大約15 d。加熱7周后TCH-A實(shí)驗(yàn)分區(qū) 平均溫度維持在100~110 ℃，TCH-B實(shí)驗(yàn)分區(qū) 平均溫度達(dá)到80~90 ℃，整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)部基 本達(dá)到土壤及地下水中目標(biāo)污染物的共沸溫度。通常，對(duì)于修復(fù)苯、三氯乙烯等VOCs污染的地 塊，溫度上升至100 ℃就能將此類污染物完全去除。維持該溫度1周后，停止加熱，保持抽提系 統(tǒng)正常運(yùn)行，繼續(xù)對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。加熱8周后停止加熱，由于受到TCH-A分區(qū)高溫傳 遞的影響，TCH-B分區(qū)表現(xiàn)出短暫的溫度上升趨勢(shì)。降溫過程持續(xù)至12周后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域平均 溫度降至80~90 ℃；降溫過程持續(xù)18周后，平均溫度降至70~80 ℃，降溫速度減慢并長時(shí)間維持。

為確定本場(chǎng)地最佳加熱間距，進(jìn)一步研究了不同分區(qū)內(nèi)單井熱源有效加熱范圍，獲取設(shè)置在 單井熱源周邊測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行了分析。如圖7(a)所示，在實(shí)驗(yàn)分區(qū)TCH-A距離單井熱源 0.5 m處，加熱2周，溫度可升至106.8 ℃；在距離單井熱源1.0、1.5 m處，加熱5周，溫度分別升 至110.1 ℃和100.6 ℃；在加熱井布置三角形質(zhì)心位置(最冷點(diǎn))，距離單井熱源1.73 m處，加熱 8周，溫度可升至99.5 ℃。由此可知，TCH-A分區(qū)整體加熱8周后，整個(gè)區(qū)域平均溫度均可達(dá)到 100 ℃左右，加熱井布置三角形質(zhì)心最冷點(diǎn)位置溫度也可達(dá)到99.5 ℃。如圖7(b)所示，與實(shí)驗(yàn)分 區(qū)TCH-A對(duì)比，在TCH-B距離單井熱源0.5 m處，加熱7周，溫度升至106.4 ℃；在距離單井熱源 1.0 m處，加熱8周，溫度升至102.2 ℃；在距離單井熱源1.5、2.0 m處以及加熱井布置三角形質(zhì)心 位置(最冷點(diǎn)位置)，直到停止加熱1周后，即第9周溫度才達(dá)到峰值，分別升至89.4、82.6、81.7 ℃。由此可知，TCH-B分區(qū)在加熱8周后，只有距離單井熱源0.5、1.0 m處，溫度升至100 ℃以上， 1.5、2.0 m處以及加熱井布置三角形質(zhì)心位置(最冷點(diǎn)位置)均未達(dá)到100 ℃。停止加熱1周后，距 離加熱井較遠(yuǎn)位置繼續(xù)升溫，這是由于受到距離加熱井較近位置持續(xù)高溫傳遞的影響，低溫位置 表現(xiàn)出短暫的溫度上升趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)分區(qū)TCH-A與TCH-B距離單井熱源不同測(cè)溫位置的溫度均在停 止加熱1周后，即第9周開始相互趨近，并隨著降溫過程進(jìn)行，整個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)域溫度趨于均衡。在 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行至第18周時(shí)，實(shí)驗(yàn)分區(qū)TCH-A距離單井熱源不同測(cè)溫位置的平均溫度為81.8 ℃；實(shí)驗(yàn)分 區(qū)TCH-B距離單井熱源不同測(cè)溫位置的平均溫度為73.8 ℃。

已有的工程經(jīng)驗(yàn)表明，熱傳導(dǎo)熱脫附技術(shù)加熱井間距設(shè)置要求一般為1.5~4.0 m。本研究中 加熱間距3.0 m，相較于4.0 m，材料投入雖有所增加，但可縮短升溫時(shí)間而節(jié)省工期，同時(shí)，在相 同加熱周期內(nèi)可保證修復(fù)區(qū)域具有更均勻的升溫效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)期內(nèi)加熱邊界熱傳遞范圍

為防止周邊污染對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)域的影響，同時(shí) 為提升升溫速率，進(jìn)行有效除水，在加熱區(qū)域 外3.0 m處，設(shè)置水泥攪拌樁止水帷幕。為研 究加熱區(qū)域邊界溫度變化與熱傳遞范圍，即高 溫傳遞是否會(huì)到達(dá)水泥攪拌樁位置從而影響其 強(qiáng)度和止水效果，最終確定適合本場(chǎng)地原位熱 解吸工藝順利實(shí)施的最佳止水帷幕與加熱邊界 的間距。整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)加熱邊界溫度變化與 熱傳遞范圍如圖8所示。在距離邊界加熱井0.5 m處，最高溫出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行11周之后，溫度為67.7 ℃；在距離邊界加熱井1.0、1.5、2.0、2.5 m處，最高溫出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15周之后，溫度分別為49.1、39.7、33.4、29.1 ℃；在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行18周 后，距邊界加熱井0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m處，溫度分別降至55.3、47.0、38.9、32.8、28.0 ℃。

在前8周的加熱期內(nèi)，距離邊界加熱井0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m處的5個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度均不斷 上升，且距離越近，升溫越快。距邊界加熱井2.0 m甚至更遠(yuǎn)處溫度不會(huì)超過30 ℃，即使延長一 定的熱傳遞時(shí)間，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行15周后，距邊界加熱井2.0 m處的最高溫度為33.4 ℃。雖然從第9周 開始已停止加熱，但加熱區(qū)內(nèi)溫度仍相對(duì)較高，向四周的熱傳遞并未停止，降溫過程中區(qū)域內(nèi)外 溫差在逐漸縮小。若在8周后繼續(xù)加熱并維持區(qū)域溫度，可能距邊界加熱井2.0 m處溫度會(huì)不止30 ℃。

由此可知，為避免因熱傳遞溫度升高影響水泥攪拌樁的強(qiáng)度從而影響止水效果，隨著加熱時(shí) 間的延長，可進(jìn)一步增加止水帷幕與加熱邊界的間距。

2.3 實(shí)驗(yàn)前后各區(qū)域污染物含量變化

2.3.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)土壤中目標(biāo)污染物含量變化

由表3可知，實(shí)驗(yàn)前土壤中不同目標(biāo)污染物在2.0~10.0 m土層內(nèi)縱向分布不均勻。氯乙烯主要 分布在3.5 m以下，其中S01采樣點(diǎn)6.5~8.0 m處濃度最高，為5.4 mg·kg?1；氯苯在2.0~10.0 m均有 分布，在3.5 m以下，污染物濃度普遍較高，其中S01采樣點(diǎn)6.5~8.0 m處濃度最高，為30 mg·kg?1。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行18周后，再次采樣發(fā)現(xiàn)，土壤中目標(biāo)污染物含量均表現(xiàn)為下降。S01~S04采樣點(diǎn)不同深 度氯乙烯全部未檢出，表明土壤中氯乙烯已處理干凈。S01~S04采樣點(diǎn)不同深度氯苯檢出濃度最 高，可達(dá)0.21 mg·kg?1，這表明土壤中氯苯絕大部分已被抽提出來。由污染物去除率計(jì)算可知， 3.5~5.0、5.0~6.5、6.5~8.0、8.0~9.5 m處氯苯的平均去除率分別為95%、99%、99%、99%。進(jìn)一步 對(duì)比DB11/T 811-2011[22]污染場(chǎng)地土壤(住宅用地)中規(guī)定的氯乙烯、氯苯的篩選值，其值分別為 0.25 mg·kg?1和41 mg·kg?1。由此可知，電熱脫附后土壤中污染物絕大部分已向液相和氣相轉(zhuǎn)化并被 有效抽提，處理效果優(yōu)異。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)區(qū)地下水中目標(biāo)污染物含量變化

由表4可知，實(shí)驗(yàn)前地下水中檢出目標(biāo)污染物分別為氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯等 4種。W01采樣點(diǎn)氯乙烯、苯、氯苯濃度最高，分別為3.79×103、1.06×103、2.34×104 μg·kg?1；W03采樣點(diǎn)順-1,2-二氯乙烯濃度最高，為3.35×103 μg·kg?1。實(shí)驗(yàn)18周后再次采樣發(fā)現(xiàn)，地下水中 目標(biāo)污染物含量均表現(xiàn)為下降。W01采樣點(diǎn)4種目標(biāo)污染物氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯檢出濃度最高，分別為417、198、37.2、101 μg·kg?1。通過計(jì)算去除率可知，地下水中氯乙 烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯的平均去除率 分別為90.5%、93.5%、96.4%、99.3%。進(jìn)一步 對(duì)比DB11/T 1278-2015[23]地下水(居住)中規(guī)定 的氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯的篩選 值，其值分別為20、70、10、300 μg·kg?1。由 此可知，實(shí)驗(yàn)期內(nèi)雖未完全達(dá)到篩選值標(biāo)準(zhǔn)， 但地下水中污染物大部分已揮發(fā)出來并被有效 抽提，處理效果尚好。因此，在該技術(shù)實(shí)際工 程應(yīng)用中為實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)，可考慮增加熱脫附停留時(shí)間。

3 影響因素分析

電熱脫附技術(shù)的成功應(yīng)用取決于加熱溫 度、停留時(shí)間、土壤含水率和土壤孔隙率等影 響因素。在本研究中，結(jié)合加熱升溫過程、污 染物去除率等研究結(jié)果對(duì)各影響因素進(jìn)行了逐 一分析與討論。

3.1 熱脫附溫度

由實(shí)驗(yàn)前后區(qū)域污染物含量變化可知，加熱溫度是影響原位熱脫附效果的主要因素[24-26]。HERON等[27]研究表明，利用電熱脫附技術(shù)處理三氯乙烯污染土壤，在23 ℃條件下，脫附效果很 差且處理周期持續(xù)1年之久；但在100 ℃條件下，僅需37 d，去除率即可達(dá)到99.8%；加熱區(qū)域溫 度越高，熱脫附效果也就越好。實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤及地下水中目標(biāo)污染物包括氯乙烯、順-1,2-二氯乙 烯、苯、氯苯，沸點(diǎn)分別為-13.9、60.0、80.1、131.7 ℃。加熱進(jìn)行2周后，僅加熱井附近溫度較 高，TCH-A分區(qū)中0.5 m處升至100 ℃以上，TCH-B分區(qū)中0.5 m處溫度升至60 ℃以上。此時(shí)， 區(qū)域內(nèi)氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯等低沸點(diǎn)的有機(jī)污染物開始逐漸向氣相轉(zhuǎn)化。加熱進(jìn)行7周后，整 個(gè)區(qū)域溫度均升至80 ℃以上，TCH-A分區(qū)平均溫度升至100 ℃以上，TCH-B分區(qū)平均溫度升至 80 ℃以上。此時(shí)區(qū)域內(nèi)苯、氯苯等高沸點(diǎn)的有機(jī)污染物開始大量向氣相轉(zhuǎn)化。從土壤中目標(biāo)污染 物含量的變化可以看出，氯乙烯去除完全時(shí)，氯苯還有少量殘留。這是由于氯苯從土壤中脫附所 需的溫度更高，開始向氣相轉(zhuǎn)化的時(shí)間點(diǎn)相對(duì)滯后。綜上所述，加熱目標(biāo)溫度可直接影響污染物 的去除效果。當(dāng)然，為最終確定適合場(chǎng)地污染特征的最佳加熱目標(biāo)溫度，同時(shí)也需綜合考慮能耗及工期。

3.2 熱脫附停留時(shí)間

由實(shí)驗(yàn)前后各區(qū)域污染物含量變化可知，加熱至目標(biāo)溫度后，持續(xù)熱脫附停留時(shí)間同樣是影 響熱脫附效果的關(guān)鍵因素。在熱脫附處理加熱升溫前期，溫度起主導(dǎo)作用；而在溫度相對(duì)穩(wěn)定的 中后期，時(shí)間則是主要影響因素。張攀等研究表明，在300 ℃條件下熱脫附硝基苯，加熱30 min， 脫附效率為86.93%；維持溫度20 min后，脫附效率為91.03%；加熱至目標(biāo)溫度后的持續(xù)時(shí)間越 長，熱脫附效果越好。在本研究中，加熱7周后，繼續(xù)加熱，維持該溫度持續(xù)1周，土壤及地下 水中目標(biāo)污染物的去除效果均較為理想。其中，土壤中氯乙烯全部去除，氯苯平均去除率達(dá)到 99%；地下水中氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、苯、氯苯的平均去除率分別為90.5%、93.5%、96.4%、 99.3%。但實(shí)驗(yàn)中各區(qū)域內(nèi)仍有少量污染物殘留，這可能是由于維持高溫階段持續(xù)時(shí)間短。若將加熱至目標(biāo)溫度后持續(xù)停留時(shí)間再延長，則污染物去除率可能會(huì)進(jìn)一步提升。因此，在原位熱脫附 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，須結(jié)合加熱溫度與熱脫附停留時(shí)間2個(gè)重要影響因素，綜合考慮材料、能耗、工期 等因素，通過實(shí)驗(yàn)獲得最佳的搭配方式。

3.3 土壤含水率

土壤含水率的高低直接影響著熱脫附效率和工程成本。孫磊等[29]的研究表明，較低或較高的 土壤含水率會(huì)降低五氯酚在土壤中的熱脫附效率。對(duì)于電熱脫附技術(shù)而言，較高的土壤含水率， 土壤熱容量高，升溫至目標(biāo)溫度需要花費(fèi)更長的時(shí)間，消耗更多的能源。因此，為提高升溫效 率，縮短工期，在加熱開始前，須盡可能地對(duì)止水帷幕內(nèi)的區(qū)域采取工程降排水措施。在加熱升 溫過程中，利用多相抽提井也可抽提出一部分水量。對(duì)于干土，其導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)更小，可 能會(huì)減小土壤熱傳導(dǎo)的效率。但對(duì)于本場(chǎng)地條件而言，因加熱目標(biāo)溫度在100~110 ℃即可去除絕 大多數(shù)污染物，不會(huì)出現(xiàn)更高的溫度，故修復(fù)完成后各區(qū)域內(nèi)仍然有一定量的土壤水，不會(huì)出現(xiàn) 干土的工況。因此，本研究暫不對(duì)干土的工況展開討論。

3.4 土壤滲透性

土壤滲透性的高低影響著有機(jī)污染物的抽提效率。盡管原位熱脫附技術(shù)對(duì)于土壤滲透性低的 污染地塊仍然適用，但對(duì)于滲透性較好的土壤，經(jīng)電熱脫附后，土壤氣相中的VOCs、SVOCs更容 易被抽提，去除率更高。高國龍等的研究表明，對(duì)于土壤結(jié)構(gòu)緊實(shí)或黏性較大的土壤，熱 脫附效率較低。本實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地3~7 m以砂質(zhì)粉土為主，屬于潛水含水層；7~10 m為粉質(zhì)黏土、淤泥 質(zhì)粉質(zhì)黏土層。污染物主要分布在含水層的中下部以及隔水層的頂部，因此，在設(shè)計(jì)加熱、抽提 深度時(shí)，須覆蓋污染在地層中的主要分布位置。

綜上所述，應(yīng)用電熱脫附技術(shù)去除土壤中有機(jī)污染物須綜合考慮加熱目標(biāo)溫度、熱脫附停留 時(shí)間、土壤含水率、土壤滲透性等影響因素。加熱目標(biāo)溫度越高，熱脫附停留時(shí)間越長，熱脫附 效果越好；土壤含水率較低、滲透性較好的土壤熱脫附效果也更好。此外，為防止修復(fù)過程中產(chǎn) 生二次污染，對(duì)于抽提廢氣的有效收集和無害化處理也是至關(guān)重要的，應(yīng)遵循“先啟抽提、后啟 加熱，先關(guān)加熱、后關(guān)抽提”的運(yùn)行原則。

4 結(jié)論

1) 不同加熱間距，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分區(qū)升溫效果不同。加熱間距為3.0 m，分區(qū)升溫時(shí)間短，其均 勻升溫效果優(yōu)于加熱間距為4.0 m的分區(qū)，但2種間距布設(shè)方式均可達(dá)到去除區(qū)域污染的最終目標(biāo)。

2) 實(shí)驗(yàn)期內(nèi)，加熱邊界熱傳遞有效范圍在2.0 m左右。針對(duì)本場(chǎng)地，可保守考慮，將止水帷幕 設(shè)置在距離加熱邊界3.0 m及更遠(yuǎn)的位置。

3) 電熱脫附原位修復(fù)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)土壤及地下水中目標(biāo)污染物去除效果良好。土壤中目標(biāo) 污染物氯乙烯、氯苯平均去除率為100%、99%；地下水中目標(biāo)污染物氯乙烯、順-1,2-二氯乙烯、 苯、氯苯的平均去除率分別為90.5%、93.5%、96.4%、99.3%。

4) 電熱脫附原位修復(fù)技術(shù)主要受加熱目標(biāo)溫度、熱脫附停留時(shí)間的影響，土壤含水率、土壤 滲透性等因素也影響著熱脫附效果。加熱目標(biāo)溫度越高，熱脫附停留時(shí)間越長，熱脫附效果越 好；對(duì)于含水率較低且滲透性較好的土壤，熱脫附效果也更好。

5) 電熱脫附原位修復(fù)技術(shù)處理氯代烴類有機(jī)物污染場(chǎng)地效果良好，能夠進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際應(yīng) 用。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，須綜合考慮污染特征、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、材料投入、能耗成本、施工工 期等因素，通過計(jì)算尋找最佳的搭配方式。