引言
随着城市化水平的提高和城市经济结构调整进程推进，“退二进三”和“退城进园”战略在各大城市普遍实施，大片的原工业用地闲置下来，在转变土地使用用途之前，根据国家、地方相关政策法规，必须对场地进行调查、治理，如何选择技术上可行，同时能够兼顾土地开发进度的土壤修复方法，近年来成为土壤修复工程实践的热点之一。
挥发性有机污染物(VOCs)是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃的有机污染物，由于其种类多、挥发性强，易对附近居民造成直接影响，引起了国内外广泛关注。目前对VOCs污染土壤的工程修复技术研究甚广，包括土壤气相抽提(soil vapor extraction，SVE)、焚烧、热解吸、常温解吸和土壤淋洗等，其中土壤气相抽提是一种新兴的土壤修复技术，因其对挥发性有机污染土壤的有效性和广泛性，使之逐渐发展成为一种标准化的环境修复技术，被美国环保局(EPA)列为“革命性技术”大力倡导应用。
目前，我国关于土壤气相抽提的研究大都集中在SVE现场的原位修复，但主要限于研究不同土层的影响半径、气相渗透率等参数，大规模的工程应用相对较少。而且由于首都地铁开发的紧迫性，一般VOCs污染土壤需开挖后异位处置。原位SVE修复周期较长，难以推广，异位SVE的优势在于周期短，将污染土壤转移至专门处置场进行修复，不影响原有场地的开发利用。本文拟通过北京某地铁项目，重点介绍SVE堆体设计、处理规模、处理周期及效果等工程性难题。以期加强行业交流与探讨，促进异位土壤气相抽提在未来场地土壤修复的推广应用。
1. 项目概况
北京某地铁线路是穿越北京城区东西向的骨干线路，经前期调查发现，地铁通过的部分区域由于场地的迁移扩散造成了污染，该区域的主要污染物质为挥发性有机污染物，包括1,2-二氯乙烷、氯乙烯、氯仿和总石油烃(C6-C9)，地铁穿过该区域土质为砂质粉土和砂土，土壤含水率较低，适合气相抽提技术。因地铁建设工期很紧，不适合原位修复技术，最终确定异位气相抽提技术作为该修复工程的施工工艺。
根据当地环保部门审批的风险评估报告，最终确定场地的修复目标值见表1。
2. 工程设计
经挖掘后的土壤会变得更加松散，堆置后的污染土壤孔隙率较大，在适当的真空度下被抽出，如果异位气相抽提系统设计合理，可以有效地处理土壤中的挥发性有机污染物。通过工期和异位修复场地面积设计了异位气相抽提堆体的尺寸，通过物料衡算以及以往异位气相抽提经验设计了抽提系统。设计成形的修复系统构成见图1。
(1)SVE堆体系统：通过往土堆内部水平埋设两层抽提管路(分别位于A剖面(第1层)和B剖面(第2层))作为抽提管路，在土堆内部埋设3排竖直进气(补气)管路(分别位于C、D、E剖面)，A、B两层管路通过一干管连接，形成抽提管路，并与尾气处理系统连接。堆体规模如下：底长40m，底宽10m，堆高4m，边坡比为1，顶长32m，顶宽2m，堆体体积为885m3 。
堆体共设置水平抽提管路2层，第1层(下层，堆土厚度0.5m)水平铺设20根管，第2层(上层，上覆土层厚度1.5m)水平铺设18根管，层间距2m，各层相邻管水平间距2m;竖直设进气管道3排，各层相邻管水平间距4m。3排进气管埋入土堆的深度可交错布设，保证进气分布均匀。进气管露出土堆约0.5m，设置控制阀门和测压口，详见图2。
(2)尾气处理系统：由气液分离罐及废液处理系统、风机和气体净化吸附罐组成，通过管线与SVE堆体抽提管路连接。管线上设置阀门和测量仪表(包括取样阀、压力表和流量计等)以收集运行参数和控制系统运行。从堆体内部抽提分离的气相可通过气体净化吸附罐净化后高空排放，在活性炭吸附单元前前后设置采样孔点，监测尾气排放浓度。堆体底部产生的渗滤液和气液分离罐分离的废水可统一收集后处理。
3. 中试研究验证
为验证异位气相抽提的效果，同时为工程的维护和运行提供必要的参数，需要在工程实施前进行了中试效果研究。
根据前期设计，风机采用流量为1000m3/h，负压为-30kPa的动力系统对堆体进行抽提，间隔开启1/3水平抽提管路，每6h切换1次，由于土壤中气体总量有限，每天运行18h，剩余6h打开补气管进行补气，并随时利用采样器检测土堆中的污染物含量，中试共计运行14d。最终得到以下运行参数:
水平抽提管路抽提流量为735~760m3/h，干管压力为-3.4~-4.6kPa，水平抽提管压力为-2.75~-4.25kPa。由于本工程目标污染物饱和蒸气压很高，极易挥发，系统运行6～8d即可达到工程要求。经过柱状活性炭的吸附，尾气中挥发性有机气体的去除率都在98%以上，符合当地环保主管路部门对污染气体排放的要求。
土壤中挥发性有机污染物的去除效果如下(氯乙烯在此次中试中未检出，可能的原因是此次中试土壤中不含有氯乙烯)：
(1)1,2-二氯乙烷的去除效果。
图3为1,2-二氯乙烷的浓度随时间的变化曲线，表明SVE技术可以高效去除土壤中的1,2-二氯乙烷。修复4d时，1,2-二氯乙烷污染物浓度迅速降低至10mg/kg，略高于修复目标值;修复6~10d时，污染物浓度降低至低于检出限0.05mg/kg，远低于修复目标值;修复12~14d时，1,2-二氯乙烷的浓度维持在较低水平，略有反弹，低于2mg/kg，仍远远低于修复目标。
(2)氯仿的去除效果。
图4为氯仿的去除曲线，氯仿的初始浓度略高于修复目标值0.5mg/kg，修复第4天时浓度降低至0.1mg/kg以下;修复第6~14天时，浓度降至低于检出限(0.05mg/kg)。试验表明，低浓度氯仿污染土壤经SVE处理4d后，即可达到修复目标，进一步证明了本系统设计的可行性。
(3)总石油烃(C6-C9)的去除效果。
总石油烃(C6-C9)的浓度随时间的变化曲线见图5，其初始浓度已低于修复目标。修复至第4天时，其浓度大幅度降低至10mg/kg以下;修复8~14d时，其浓度降至低于检出限(2mg/kg) 。试验表明，异位SVE技术对总石油烃(C6-C9)也具有较高去除率。
4. 工程运行及维护
在SVE修复运行过程中，按照经中试确定的设计方案，切换不同抽提管路开关，定期停机并打开补气管补气。
对相关参数的实时监测是确保整个系统顺利运行的关键。期间需对土壤堆体的真空度、管路压降、流量进行监测，以确保系统在设计的工况条件下运行。
在尾气的进气口和排气口采集气体进行监测，以保证尾气处理系统的运行正常。
每日观测气液分离单元中废气与水的分离情况，防止高含水率的空气对风机造成损坏。
5. 最终修复效果
现场修复工程过程中，当地环保主管路部门以及工程业主分别委托第三方检测机构对修复后的土壤进行采样并检测评估，土壤中目标污染物浓度的变化情况见表2。可知：土壤中目标污染物去除率达92.02%~99.07%，1,2-二氯乙烷、氯仿、氯乙烯总石油烃(C6-C9) 4种目标污染物全部达到了修复目标值。
6. 结论
根据场地污染物的特性及修复场地实际情况，设计了异位气相抽提系统，主要由堆体系统和尾气处理系统组成，系统包含处理单元和废水处理单元，环境安全性好。
经过中试研究得到了异位SVE系统的运行参数，并对土壤中的目标污染物的去除进行了效果验证，结果表明：异位SVE技术在6~8d的时间内能有效去除土壤中的目标污染物(1,2-二氯乙烷、氯仿和总石油烃(C6-C9))，被验证是一种高效的修复技术。
经过工程实际实施，土壤中的目标污染物去除率达92.02%~99.07%，全部达到了修复目标值。
作者单位：北京建工环境修复股份有限公司
原标题：异位土壤气相抽提修复技术在北京某地铁修复工程中的应用实例
