《环境修复工程》课件-第3章污染土壤的物理修复工程

第3章.污染土壤的物理

修复工程

环境修复工程2026/9/170:01目录物理修复概述3.1物理分离修复3.2土壤蒸气浸提修复3.32026/9/170:01

2土壤电动力学修复3.4土壤固化/稳定化修复3.5环境修复工程第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01第3页土壤玻璃化修复3.6土壤冰冻修复3.10土壤水泥窑协同处置3.9土壤热解吸修复3.8土壤热力学修复3.7环境修复工程第3章污染土壤的物理修复工程

3.1物理修复概述

3.1.1物理修复的概念

物理修复(Physicalremediation)是最传统的修复方法，污染环境的物理修复过程主要利用污染物与环境之间各种物理特性的差异，达到将污染物从环境从去除、分离的目的。

物理修复具有高效、快捷、积极、修复时间较短、操作简便、对周围环境干扰少、对污染物的性质和浓度不是很敏感等特点，所以应用范围很广，近年来物理修复在污染土壤的治理方面得到了较大的发展。但相对于近年来迅速发展的生物修复技术也暴露出不少缺点：修复效果不尽人意、所需费用较高、耗人力物力较多、有可能引起二次污染等。2026/9/170:01第4页环境修复工程第3章污染土壤的物理修复工程

3.1.2物理修复的技术类型

物理修复作为一大类污染土壤修复技术，近年来得到了多方位的发展，根据处理对象的位置是否改变，污染环境的物理修复技术可以分为原位物理修复（In-situphysical

remediation）和异位物理修复（Ex-situphysical

remediation）两种。

原位物理修复更为经济有效，对污染物就地处置，使之得以降解和解毒，不需要建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，操作维护起来比较简单，还有一个优点就是可以对深层次污染的土壤进行修复。与原位物理修复技术相比，异位物理修复技术的环境风险较低，系统处理的预测性高于原位物理修复。

根据处理技术原理，物理修复主要分为基本物理分离修复、蒸汽浸提修复、固定/稳定化修复、电动力学修复及热力学修复等技术，各技术的方法和所需设备见表3-1。2026/9/170:01第5页环境修复工程第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01第6页环境修复工程第3章污染土壤的物理修复工程

3.2物理分离修复

3.2.1物理分离修复概述

物理分离修复（Physicalseparationremediation）技术是一项借助物理手段将污染物分离开来的技术，工艺简单，费用低。

通常情况下，物理分离技术被作为初步的分选，以减少待处理被污染物的体积，优化以后的序列处理工作。一般来说，物理分离技术不能充分达到环境修复的要求。物理分离技术原理上主要是基于介质及污染物的物理特征而采用不同的操作方法：①依据粒径大小，采用过滤或微过滤的方法进行分离；②依据分布、密度大小，采用沉淀或离心分离；③依据磁性有无或大小，采用磁分离的手段；④根据表面特性，采用浮选法进行分离。物理分离修复技术的主要属性如表3-2所示。2026/9/170:01环境修复工程第7页第3章污染土壤的物理修复工程

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物理分离修复技术有许多优点，但在具体分离过程中，其技术的有效性，要考虑各种内在和外在因素的影响。例如：物理分离技术要求污染物具有较高的浓度并且存在于具有不同物理特征的相介质中；筛分干的污染物时会产生粉尘；固体基质中的细粒径部分和废液中的污染物需要进行再处理。第3章污染土壤的物理修复工程

3.2.2物理分离修复过程

根据物质的颗粒特性，如粒级、形状、密度或磁性，可达到对污染物的分离，主要分离过程包括以下几个方面：1）针对不同土壤颗粒粒级（如粗砂、细砂和细粒等）、粒径或形状，可通过不同大小、形状网格的筛子（如格筛、振动筛）进行分离（图3-1)；2026/9/170:01环境修复工程第9页第3章污染土壤的物理修复工程

2）依据颗粒水动力学原理，将不同密度的颗粒，通过其重力作用导致的不同沉降、沉淀速率进行分离；3）根据颗粒表面特性的不同，采用浮选法，将其中一些颗粒吸引到目标泡沫上进行分离；4）一些物质具有磁性，或者污染物本身具有磁感应效应，尤其是一些重金属，可采用磁分离法进行分离。

物理分离技术通常需要挖掘土壤，因此修复工作所耗费的时间取决于设备的处理速度和待处理土壤的体积。通常，都是在流动的单元内原位开展修复工程，它的修复能力是每天能处理9～450m3

的土壤。2026/9/170:01环境修复工程第10页第3章污染土壤的物理修复工程

3.2.3物理分离修复原理1.粒径分离（Particlesizeseparation）

根据颗粒直径分离固体（也称筛分或过滤）是将固体通过特定网格大小的线编织筛的过程。大于筛子网格的部分留在筛子上，粒径小的部分通过筛子。但是，这个分离过程不是绝对的，大的不对称形状颗粒也可能通过筛子；小的颗粒也可能由于筛子的部分堵塞或粘在大颗粒表面而无法通过。如果让大颗粒在筛子上堆积，有可能将筛孔堵住。因此，筛子通常要有一定的倾斜角度，使大颗粒滑下。筛子或者是静止的，或者采取某种运动方式将堵塞筛孔的大颗粒除去。图3-2是一种常用的滚筒式筛分设备。2026/9/170:01环境修复工程第11页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第12页(1)干筛分

大多数修复地点都需要筛分干的土壤，将石砾、树枝或其他较大的物质从土壤中分离出去。只要待处理物质是干的，干筛分方式就能成功处理大或中等的土壤颗粒。然而，在现场应用时，天然土壤总是含有水分，使处理小于0.06～0.09m粒级的情况变得很困难，这样易发生阻塞。如果要采用较细的筛子，土壤就要在过筛前事先干燥，否则就要采用湿筛分方式。(2)湿筛分

选择湿筛分手段通常有一个问题，就是在修复过程中会产生一定数量的污水，而且还需要进一步的排放前处理。尽管脱水步骤可以使水再循环，但是在最后一批土壤修复工作完成后，仍然存留一定量的废液。另一个问题是湿筛分过程使土壤变湿，使接下来的化学处理难以进行。因此，必须在开展湿筛分技术前充分权衡利弊。图3-3是一种跳汰式湿筛分工艺。第3章污染土壤的物理修复工程

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一般来说，采用湿筛分技术要遵循以下原则：1）当大量重金属以颗粒状存在时，特别推荐采用湿筛分方式。此时，湿筛分手段能够使土壤无害化，而不需要进一步的处理；同时，应用少量的化学试剂就将废液中重金属颗粒的体积减少到一定预期水平；2）如果接下来的化学处理需要水，如采用土壤清洗或淋洗技术，那么也推荐用湿筛分技术；3）如果处理得到的重金属可以循环再利用或废液不需要很多的化学处理试剂，也适合采用湿筛分方法。第3章污染土壤的物理修复工程

(3)摩擦-洗涤

摩擦洗涤器不是真正的颗粒分离设备，但经常作为颗粒或密度方式分离的前处理。摩擦洗涤器能够打碎土壤团聚体结构，将氧化物或其他胶膜从土壤胶体上洗下来。土壤洗涤不仅要靠颗粒与颗粒之间的摩擦和碰撞，也要靠设备和颗粒间的摩擦。摩擦洗涤器通过内置的两个方向相反、呈倾斜角、直径较大的推进器集中混合和洗涤土壤。有时还要配置档板以引导土壤的行进方向。同时，要根据预计达到的土壤处理量设计相应的单室或多室处理设备。

一些摩擦洗涤器与机械粒度分级机类似，它们都包括一个盆状容纳装置，内有单个或多个带有档板的转轴。这些设备能够将土壤团聚体结构打破，成为分散的土壤颗粒，使接下来的粒度分级变得容易。如果没有打破土壤团聚体结构这一步骤，土壤中的黏土矿物会在筛分和分级过程中黏结在一起，凝聚起来。此外，摩擦洗涤器还能够将氧化物或其他的胶膜结构洗去，土壤的摩擦洗涤主要是通过颗粒之间的摩擦和颗粒与档板之间的摩擦来完成的。2026/9/170:01环境修复工程第14页第3章污染土壤的物理修复工程

2.水动力学分离（Hydrodynamicseparation）

水动力学分离（或粒度分级）是基于颗粒在流体中的移动速度将其分成两部分或多部分的分离技术。颗粒在流体中的移动速度取决于颗粒大小、密度和形状。可以通过强化流体在与颗粒运动方向相反的方向上的运动，提高分离效率。

如果落下的颗粒低于有效筛分的粒径要求（通常是200µm），此时采用粒度分级法。如筛分一样，粒度分级也依赖于颗粒大小。但是，与筛分方式不同的是，粒度分级还与颗粒密度有关。湿粒度分级机（水力分级机）比空气分级机更常用一些。分级机适用于较宽范围内颗粒的分离。过去用大的淘选机从废物堆积场中分离直径几毫米的汽车蓄电池铅，其他分级机如螺旋分级机和沉淀筒也被用来从泥浆中分离细小颗粒。水力旋风分离器也能够分离极小的颗粒，但最常用于5～150µm粒级的分离。水力旋风分离器是体积较小、价格便宜的设备。为了提高处理能力，通常要并联使用多个水力旋风分离器。2026/9/170:01环境修复工程第15页第3章污染土壤的物理修复工程

(1)淘选机

淘选机是一个盛装水的竖直圆柱体，水从底部流向顶部，待处理的土壤从顶部或顶部稍下处进入。落下的颗粒由它们的粒径、形状和密度不同分别达到不同的最终速度。调整到达底部的水流速率，使最终速率低于水流速的颗粒又随水流上升。水和较细、较轻颗粒组成的混合物称为黏泥或残留物。较大、较重的颗粒沉降速率较快，克服水的流速最终到达底部。然后，在柱体的不同高度收集期望获得的沉降颗粒。通常常况下，要使用一系列的柱体，使每一柱体有不同的水流速率，以获得更多的某一特定粒级土壤。（2）机械粒度分级机

水动力学分离过程也可以在机械粒度分级机中以机械方式完成，将土壤和水的混合泥浆引入到一个倾斜的槽内。质地较粗的颗粒迅速从泥浆中沉淀下来，落到槽的底部。黏泥从槽的较低一端溢出，大的颗粒在摩擦（摩擦分级机）或转动（螺旋分级机）的作用下沿斜面爬升并最终清除。图3-4是螺旋分级机（沙螺旋）的工作过程示意图。2026/9/170:01环境修复工程第16页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第17页（3）水力旋风分离器

水力旋风分离器是连续操作的设备，利用离心力加速颗粒的沉降速率。水力旋风分离器包括一个竖直的圆锥筒（图3-5)，土壤以泥浆的方式在顶部沿切线方向加入。水力旋风分离器是通过在圆锥筒内沿竖直轴形成低压区，产生涡流的。快速沉降颗粒（粒径较大或密度较高的颗粒）在离心力的作用下，向筒壁方向加速，并以螺旋的方式沿筒壁向下落到底部开口处。沉降速率较慢的颗粒（如细质地颗粒）则聚集到轴两侧的低压区内，并由中间叫涡流发现器的一个管子吸出筒体外。水力旋风分离器都是比较小的设备，如果想得到更高的处理能力，就要并联使用多个水力旋风分离器。第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第18页3．密度（或重力）分离（Densityseparation）基于物质密度，采用重力富集方式分离颗粒。在重力和其他一种或多种与重力方向相反的作用力同时作用下，不同密度的颗粒产生的运动行为也有所不同。尽管密度不同是重力分离的主要标准，但是颗粒大小和形状也影响分离。一般情况下，重力分离对粗颗粒比较有效。重力分离技术对于粒径在10～50µm范围的颗粒仍然有效，用相对较小的设备可能达到更高的处理能力。在重力富集器中，振动筛能够分离出150µm～5cm的粗糙颗粒，这个范围也可以放宽到75µm～5cm。对于颗粒密度差异较大的未分级（粒径范围较宽）的土壤，或者颗粒密度差异不大但事先经过分级（粒径范围较窄）的土壤，设备处理性能都会相应提高。重力分离设备包括振动筛、螺旋富集器、摇床和比目床等。图3-6是几种重力分离设备工作原理。第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第19页第3章污染土壤的物理修复工程

4．脱水分离(Dehydrationseparation)

除了干筛分方式，物理分离技术大多要用到水，以利于固体颗粒的运输和分离。脱水是为了满足水的循环再利用的需要，另外，水中还含有一定量的可溶或残留态重金属，因而脱水步骤是很有必要的。通常采用的脱水方法有过滤、压滤、离心和沉淀等。表3-3概述了常见脱水分离修复的主要技术特征。当这些方式联合使用，能够获得更好的脱水效果。2026/9/170:01环境修复工程第20页第3章污染土壤的物理修复工程

（1）过滤和压滤(Filtrationandpressurefiltration)

过滤的过程就是将泥浆通过可渗透介质，阻滞固体，使液体通过。压滤的处理过程是压缩液体，使液体从可渗透多孔介质中通过。在使用过滤或压滤时，固体在过滤介质上聚集成结块，使水难以流动。过滤设备有多种不同类型可供选择。最常用到的是压滤机，它由交错排列的一排盘状物和框架组成，每个盘子上覆盖有滤布。泥浆被加入到空框架中，通过螺旋或水力驱动的活塞，盘子互相挤压，这样水由滤布压榨出来，进入盘子的槽中，最后去除。架子上的固体结块可以清晰，同时可以将盘子彼此分离开来，将盘内的结块排除出去。滤布上通常还要覆盖一层辅助过滤物，如硅藻土，防止阻塞。图3-7是自动板框压滤机工作原理。2026/9/170:01环境修复工程第21页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第22页（2）沉淀(Precipitation)

固体颗粒在水中沉降叫沉淀。由于非常小的颗粒沉降速率很慢，因此必须加入絮凝剂集结颗粒来加速沉降。依赖于不同的预期处理性能，沉淀要在特别的容器如澄清器或浓缩器中进行。如果目的是从液体中去除固体，要采用澄清器，再从顶部将液体从澄清器中缓缓倒出；如果目的是从固体中去除液体，就要利用浓缩器，通过不断地向浓缩器中心注入泥浆，浓缩沉降的固体，让液体从边缘溢出，再从容器底部移去浓缩的泥浆物质。第3章污染土壤的物理修复工程

（3）离心（Centrifugation）

离心的过程是以滚筒的旋转产生离心力达到分离目的，固体颗粒沉降在滚筒的边缘，螺旋传送带将它们运送到较小的一端。为了使离心过程得以持续，通常要用到滚筒式离心设备。另一种类型的离心设备是篮式离心机，它与滚筒式离心设备略有区别，固体沉降到旋转篮的边缘并在这里被收集起来。图3-8是一种圆筒型离心机构造及工作原理示意图。2026/9/170:01环境修复工程第23页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第24页5．泡沫浮选分离(Frothflotationseparation)

泡沫浮选法是基于不同矿物有不同表面特性的原理进行粒度分级。通过向含有矿物的泥浆中添加合适的化学试剂，人为地强化矿物的表面特性而达到分离的目的。气体由底部喷射进入含有泥浆的池体，特定类型矿物选择性地黏附在气泡上并随着气泡上升到顶部，形成泡沫，这样就可以收集到这种矿物。成功的浮选要选择表面多少具有一些憎水性的矿物，这样矿物才能趋近空气气泡。同时，如果在容器顶部气泡仍然能够继续黏附矿物颗粒，所形成泡沫就相当稳定。加入浮选剂就可以满足这些要求。图3-9是一种机械搅拌式浮选机构造及工作原理。第3章污染土壤的物理修复工程

6.磁分离(Magneticseparation)磁分离基于各种矿物磁性上的区别,尤其是针对将铁从非铁材料中分离出来的技术。磁分离设备通常是将传送带或转筒运送过来的移动颗粒流连续不断地通过强磁场,最终达到分离目的。图3-10是磁分离设备的工作原理。2026/9/170:01环境修复工程第25页第3章污染土壤的物理修复工程

3.2.4物理分离修复技术应用

物理分离技术主要应用在污染土壤中无机污染物的修复技术上，它最适合用来处理小范围射击场污染的土壤，从土壤、沉积物、废渣中分离重金属、清洁土壤、恢复土壤正常功能。

物理分离技术在应用过程中还有许多局限性，比如用粒径分离时易塞住或损坏筛子；用水动力学分离和重力分离时，当土壤中有较大比例的黏粒、粉粒和腐殖质存在时很难操作；用磁分离时处理费用比较高等。这些局限性决定了物理分离修复技术只能在小范围内应用，不能被广泛的推广。2026/9/170:01环境修复工程第26页第3章污染土壤的物理修复工程

1．射击场污染土壤物理分离修复

射击场土壤的密度差异性和粒度特征使子弹残留的重金属易于通过物理分离的方式分离去除。射击过程涉及的铜铅混合物碎片和氧化物通常比土壤介质的密度高，且许多弹头还完整地留于土壤中，因此一般先采用干筛分方式去除原装或仅有少部分缺损的弹头，然后再用其他更复杂的物理分离方法分离比土壤颗粒较重的重金属混合物。通常射击场污染土壤物理分离修复技术的开展是基于颗粒直径的，各技术的适用粒径范围见表3-4。大多数技术都较适于中等粒径范围（100～1000μm）土壤的修复，少数适于细质土壤。泡沫浮选技术最大力度限制要根据气泡能支持的颗粒直径或质量来确定。2026/9/170:01环境修复工程第27页第3章污染土壤的物理修复工程

2．炮台港射击场污染土壤物理分离修复

美国路易斯安纳州炮台港射击场的受到铅和其他重金属污染的土壤就是用物理分离和酸淋洗结合的方法加以修复的。图3-11是其物理分离修复方案，先通过摩擦清洗器解除团聚结构，再通过粒度分级将土壤分为粗质（大于175目）和细质（小于175目）部分。筛子将弹头、大块金属残留物及其他石砾筛除，将粗质通过矿物筛，以重力分离方式去除较小的颗粒状存在的金属物。再用乙酸清洗液冲洗这部分土壤去除较细粒状存在或以分子/离子形式吸附于土壤基质上的吸附态重金属。2026/9/170:01环境修复工程第28页第3章污染土壤的物理修复工程

3.3土壤蒸气浸提修复

土壤蒸气浸提修复技术（Soilvaporextraction,SVE）是指通过降低土壤空隙蒸汽压，把土壤中的污染物转化为蒸汽形式而加以去除的技术，是利用物理方法有效去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染的一种修复技术。

该技术早期主要适用于非水相液体（Non-aqueousphaseliquids,NAPLs）污染物的去除，也陆续应用于高挥发性化学成分（Highvolatilechemicalcomposition）污染的土壤体系，近年来主要用于苯系物(Benzeneseries,BTEX)和汽油类污染的土壤修复。2026/9/170:01环境修复工程第29页第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.1蒸气浸提修复原理1．基本过程

土壤蒸气浸提修复技术是在污染土壤中内引入清洁空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，通过降低土壤孔隙的蒸气压，将有机污染物转化为气态的污染物排出土壤的过程，典型的土壤蒸气浸提修复过程与装置如图3-12所示。在污染土壤设置气相抽提井，采用真空泵产生负压驱使空气流过污染的土壤孔隙而解吸并夹带有机组分流向抽取井，由抽提井抽取排出，最终于地上进行处理。为增加压力梯度和空气流速，很多情况下在污染土壤中也安装若干空气注射井。2026/9/170:01环境修复工程第30页第3章污染土壤的物理修复工程

土壤蒸气浸提修复技术的显著特点是：①能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；②非常有效地去除挥发性有机物；③在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤；④系统容易安装和转移；⑤容易与其他技术组合使用。

蒸气浸提研究的一个重要的方向是原位空气注射技术，该技术将土壤蒸气浸提修复技术的应用范围拓展到对饱和层土壤及地下水有机污染的修复。操作上用空气注入地下水，空气上升后将对地下水及水分饱和层土壤中有机组分产生挥发、解吸及生物降解作用，之后空气流将携带这些有机组分继续上升至不饱和层土壤，在那里通过常规的SVE系统回收有机污染物。尽管原位空气注射技术使用不过十年时间，但因其高效、低成本的修复优点，使之正在取代泵抽取地下水的常规修复手段。此外，为提高有机组分挥发性，扩大土壤蒸气浸提修复技术的使用范围的热量增强式土壤蒸气浸提修复技术(ThermallyenhancedSVE)，包括热空气注射(Hotairinjection)和蒸气注射(Steaminjection)等。2026/9/170:01环境修复工程第31页第3章污染土壤的物理修复工程

2.原位土壤蒸气浸提修复原理原位土壤蒸气浸提修复技术是利用真空通过布置在不饱和土壤层中的提取井向土壤中导入气流,气流经过土壤时,挥发性和半挥发性的有机物挥发,随空气进入真空井,气流经过之后,土壤得到修复。根据受污染地区的实际地形、钻探条件或者其他现场具体因素的不同,可选用垂直或水平提取井进行修复。原位土壤蒸气浸提修复系统如图3-13所示。2026/9/170:01环境修复工程第32页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第33页原位土壤蒸气浸提修复技术主要用于挥发性有机卤代物和非卤代物的修复，通常应用的污染物是那些亨利系数大于0.01或蒸汽压大于66.66Pa的挥发性有机物，有时也应用于去除环境中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃等污染物。一般来讲，原位土壤蒸气浸提修复技术运行和维护所需时间由6～12个月不等。原位土壤蒸气浸提修复技术应用效果的限制因素主要有以下几点：①下层土壤的异质性会引起气流分配的不均匀；②低渗透性的土壤难于进行修复处理；③地下水位太高(地下1-2m)会降低土壤蒸气提取的效果；④排出的气体需要进行进一步处理；⑤黏土、腐殖质含量较高或本身极其干燥的土壤，由于其本身对挥发性有机物的吸附性很强，采用原位土壤蒸气提取时，污染物的去除效率很低；⑥对饱和土壤层中的修复效果不好，但降低地下水位，可增加不饱和土壤层体积，从而改善这一状况；⑦采用真空提取时，会引起地下水位上涨，此时可以利用低压水泵控制地下水位或者加深渗流层深度。原位土壤蒸汽浸提修复技术的应用条件见表3-5。

第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第34页第3章污染土壤的物理修复工程

3．异位土壤蒸气浸提修复原理

异位（ex-situ）土壤蒸气浸提修复技术是指利用真空通过布置在堆积着的污染土壤中开有狭缝的管道网络向土壤中引入气流，促使挥发性和半挥发性的污染物挥发进入土壤中的清洁空气流，进而被提取脱离土壤。这项技术还包括尾气处理系统。其系统如图3-14所示。2026/9/170:01环境修复工程第35页第3章污染土壤的物理修复工程

异位土壤蒸气浸提修复技术相比原位土壤蒸气浸提修复技术有一些优点：①挖掘过程可以增加土壤的气流通道；②浅层地下水不会影响处理过程；③使泄露收集变得可能；④使检测过程变得容易进行。

异位土壤蒸气浸提修复技术主要用于挥发性有机卤代物或非卤代物的修复。有时，也用于去除土壤中的油类、重金属及其有机物、多环芳烃（PAHs）或二噁英等污染物。这是因为土壤蒸气浸提修复浸提涉及向土壤中引入连续空气流，这样促进了土壤环境中一些低挥发性化合物的生物好氧降解过程。2026/9/170:01环境修复工程第36页第3章污染土壤的物理修复工程

异位土壤蒸气浸提是对挖掘出来的土壤进行批处理的过程，所以运行和维护所需时间依赖于处理速度和处理量。处理速度与单批处理的时间和单批处理量有关。通常每批污染土壤的处理需要4～6个月，处理量与所用的设备有关，临时处理设备通常单批处理量大约在380m3。根据修复工作目标要求，污染物浓度及有机物的挥发性大小、土壤性质（包括颗粒尺寸、分布和空隙状况），永久处理设备的设计能力通常要大一些。综合考虑,影响异位土壤蒸气浸提修复技术发挥有效性的主要因素包括:挖掘和物料处理的过程中容易出现气体泄漏;运输过程中有可能导致挥发性物质释放;占地空间要求大;处理前直径大于60mm的块状碎石需提前去除;黏质土壤影响修复效率;腐殖质含量过高会抑制挥发过程。2026/9/170:01环境修复工程第37页第3章污染土壤的物理修复工程

4．多相浸提修复原理

多相浸提修复技术(Multi-phaseextraction)（图3-15）是土壤蒸气浸提修复技术的强化，与蒸气浸提不同的是同时对地下水和土壤蒸气进行提取。随着地下水位的降低，浸提过程就可以应用到新露出的土壤层中。多相浸提技术特别适于处理中、低渗透性地层及地下水中的挥发性有机卤化物污染物，对于非卤化挥发性有机卤化物和石油烃化合物的修复效果也不错。该技术通常应用于地下水位以下，也可以在地下水位上、下同时应用。2026/9/170:01环境修复工程第38页第3章污染土壤的物理修复工程

多相浸提修复技术的应用效果与污染场地特性有关，不适于高渗透性和主要含有砾石和卵石的场地，不适于地下水流过高的污染土壤修复场地。多相浸提技术包括两相浸提技术(Two-phaseextraction，TPE)和两重浸提技术（Dual-phaseextraction，DPE）。

两相浸提技术（图3-16），是指利用蒸气浸提或者生物通风技术向不饱和土壤中输送气流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程。气流同时也可以将地下水提到地上进行处理，两相提取井同时位于土壤饱和层和土壤不饱和层，施以真空后进行提取。真空在提取井附近产生锥形真空低压区，形成压力剃度，引导气流就将先前饱和土壤中的挥发性有机污染物抽提出来。待挥发性有机污染物气提取到地上后，对污染物蒸气与水分进行分离处理。真空提取管的位置在地下水位以下，随着真空提取的进行，更多的污染土壤被暴露了出来，又可以通过蒸气浸提加以修复。2026/9/170:01环境修复工程第39页第3章污染土壤的物理修复工程

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与两相浸提技术相比，两重浸提技术（图3-17）既可以在高真空下，也可以在低真空条件下使用潜水泵或者空气泵工作。DPE通常不受地下水产生速率的影响，但含水层需要脱水，且不受目标污染物深度的影响。而TPE适于地下水产生速率<5g/min的场地，当地下水流速<2g/min时，可处理目标污染物的最大深度为150m，当地下水流速在2～5g/min之间时，可处理目标污染物的最大深度为60～90m。低真空DPE可在渗透性较好的场合使用，适于砂质到淤沙，地下水位以上土壤透气性为中渗透性（>1×10-3达西）的场地；高真空DPE和TPE则适于沙质淤泥到黏土，地下水位以上土壤透气性为低渗透性（<1×10-2达西）的场地。

受修复目标、处理量、污染物浓度及分布、现场特性（如渗透性、各项异质性等）、地下水抽取影响半径和地下水抽取半径等条件的限制，多相浸提技术修复土壤的时间可由6个月至几年不等。第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.2蒸气浸提修复系统构成

土壤蒸汽浸提修复技术优点之一是体系设计相对简单。SVE系统的设计基于气相流通路经与污染区域交叉点的相互作用过程，其运行以提高污染物的去除效率及减少费用为原则。SVE系统中的关键组成部分为抽提系统，抽提系统的选择常见方法有：竖井、沟壕或水平井、开挖土堆。其中竖井应用最广，具有影响半径大、流场均匀和易于复合等特点，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以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。实验系统组成如图3-18所示，包括气体抽提井、真空泵、至少三个观察点、气相后净化处理系统、取样点、取样装置、分析仪器等。2026/9/170:01环境修复工程第41页第3章污染土壤的物理修复工程

（1）SVE系统运行

土壤中VOCs的抽提速率通过取样测量尾气流动中的单位时间的质量流量获得。许多研究显示VOCs的抽提速率开始很高，但由于传质及扩散的限制随时间增加会逐渐减少，由于扩散速率慢于流动速率，连续操作的去除速率随时间增加而下降。（2）SVE系统监测

SVE的运行必须进行监测以保证系统有效运行及确定关闭系统的合适时间。一般推荐测量和记录以下参数：测量日期和时间；采用不同的流量计测量每个抽提井及注射井的气相流动速率；采用压力计或真空表测量每个抽提井及注射井的压力；采用VOCs检测及分析仪测定每个抽提井及注射井的气相VOCs浓度及组成；土壤及环境空气温度；通过安装在检查井内的电子传感器测量水位提升监测；气压、蒸发量及相关气象数据。（3）气/水分离装置及排放控制系统的设置

气/水分离装置的设立是为了防止气相中的水或沉泥进入真空泵或引风机而影响系统的运行。排放控制系统是SVE系统收集的气相中的污染物在排放到大气之前进行处理的系统，采用各种合适的含挥发性有机污染气体的常用处理技术。2026/9/170:01环境修复工程第42页第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.3蒸气浸提修复影响因素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，直接影响SVE的处理效果。土壤的渗透性越高，气相运动越快，被抽提的量越大。如图3-19所示，土壤的渗透性与土壤的粒径分布相关，土壤的粒径分布也决定了SVE的适应性，如果土壤粒径过小，土壤的平均空隙也会越小，阻碍土壤中空气流动，使得气相抽提污染物无法进行。因此，气体在土壤中的通透性是SVE技术的主要影响因素，是设计SVE装置的主要参数。根据土壤的种类其固有渗透性系数差异很大，一般在10-16～10-3cm2范围内，土壤的渗透系数不仅与土壤的种类有关，而且随着水分的增加而变小，尤其对黏土等超细土影响大。SVE技术的适用性列于表3-6。2026/9/170:01环境修复工程第43页第3章污染土壤的物理修复工程

SVE技术的适用性:K>10-8

cm/s,适用;10-8

cm/s≥K≥10-10

cm/s,一般;K<10-10

cm/s,不适用。2．蒸气压与环境温度SVE技术受到有机污染物蒸气压的影响很大，即使气体流动性好，污染物的挥发性低，也不能够使土壤中的VOCs随气流挥发出去，因此低挥发性有机污染物不易使用SVE修复。

饱和蒸汽压（Saturatedvaporpressure）是指在一定温度下，与液体或固体处于相平衡的蒸气所具有的压力。同一物质在不同温度下有不同的蒸气压，并随着温度的升高而增大，饱和蒸气压越高越有利于SVE技术的实施。气相抽提一般适用于饱和蒸气压大于0.5mmHg的污染物，一般来说，SVE对汽油等高挥发性有机污染物去除效果佳，对柴油等低挥发性有机污染物去除效果一般，不适用于绝缘油、润滑油等污染土壤的修复。表3-6列出了常见石油类化合物的饱和蒸气压。2026/9/170:01环境修复工程第44页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第45页

沸点也是评估石油类污染物挥发性的重要指标，世界卫生组织对VOCs的定义为熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。石油类污染物往往组成复杂，含有多种化合物，不同种类油品的沸点范围:汽油,40~205℃;煤油,175~325℃;柴油,200~338℃;重油,大于275℃;润滑油,难挥发。沸点小于250~300℃的油品污染土壤适合采用SVE技术,重油、润滑油等沸点较高油品污染土壤不适合采用SVE技术,需采用其他强化技术。第3章污染土壤的物理修复工程

亨利定律描述了VOCs在气液相的分配规律，在环境科学与工程领域中有着广泛应用，亨利常数也是表征有机污染物挥发性的一种指标。通过查询文献与USEPA等数据库可以得到大部分VOCs的亨利常数（HLC），但是环境领域中的许多VOCs还没有基于实验获得的HLC，目前通过实验测得VOCs亨利常数的方法分为两大类：动态平衡系统的气提技术与静态动力学方法。一般认为污染物的亨利系数大于100atm时才是用于采用SVE技术。表3-7列出了一些常见石油类污染物的亨利常数。2026/9/170:01环境修复工程第46页第3章污染土壤的物理修复工程

除了污染物固有特性外，环境温度也是影响VOCs蒸气压的主要因素，温度对纯有机物蒸气压的影响可由安托因（Antoine）方程决定。

安托因方程是一个简单的用来描述纯液体饱和蒸气压的三参数方程。它是由工程经验总结而得到的，该方程适用于大多数化合物，其一般形式为：2026/9/170:01环境修复工程第47页式中：P-温度t对应下的纯液体饱和蒸气压，mmHg;T-绝对温度，K。有关物性数据可在各种手册中查到。第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第48页第3章污染土壤的物理修复工程

3．地下水深度及土壤湿度

土壤的地下水位随季节波动很大，有时也会有可观的日变化。一般情况下，地下水深度小于1m不适合采用SVE技术，地下水深度大于3m，有利于SVE技术对该地块的VOCs污染的净化修复，介于二者之间时可根据地块及污染物特性合理选择。

土壤湿度对SVE修复效果影响也很大。一方面，土壤含水率增加会降低土壤通透性，而且随着气流水分也会蒸发进入气流中，不有利于有机污染物的挥发；另一方面，土壤水分的增加降低了土壤颗粒表面对有机分子的吸附程度，促进污染物的去除。因此，SVE合适的土壤水分含量一般为20%～30%。2026/9/170:01环境修复工程第49页第3章污染土壤的物理修复工程

4．土壤结构和分层

土壤结构和分层（土壤结构的多向异性）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）导致优先流的产生，若不正确引导就会使修复效率降低。5．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，去污速率将正比于抽提流量。Crow和Fall等在汽油泄露处设计了现场去污通风系统，结果表明：随着气流增加，汽油蒸气去除率也增加。根据Darcy定律，土壤气相渗流速度与抽提的压力梯度成正比。

2026/9/170:01环境修复工程第50页第3章污染土壤的物理修复工程

对含有机化合物和VOCs的土壤进行原位修复使用气相抽提系统时，通过一些改进可提高剩余有机物的去除。这包括在污染区域的外围地区设置流入井，在污染区域内设置抽取井，并在抽取井上安装真空泵或抽吸式吹风器，以形成从流入井穿过土壤空隙进入抽取井的空气环流。这一改进提高了空气的流速，加强了空气作用，有利于将污染物从土壤表面和空隙中去除，从而提高污染物的去除率，缩短运行时间，节约成本。

粗粒径土壤对有机污染物的吸附容量较低，如沙地和砂砾，与细粒径土壤相比，污染物更易被真空抽提法去除。通风效果受污染物的水溶性和土壤性质（如空气导电率、温度及湿度）的影响。高温可促进挥发，因而在真空抽提井周围的渗流区中输入热量，可增加污染物的蒸气压，提高污染物的去除率，还可以采用电加热或热空气等技术来提高土壤温度。2026/9/170:01环境修复工程第51页第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.4蒸气浸提修复技术适用性1．一般要求1）所治理的污染物必须是挥发性的或者是半挥发性有机物，蒸气压不能低于0.5Torr(lTorr=1mmHg)；2）污染物必须具有较低的水溶性，并且土壤湿度不可过高；3）污染物必须在地下水位以上；4）被修复的污染土壤应具有较高的渗透性，而对于容重大、土壤含水量大、孔隙度低或渗透速率小的土壤，土壤蒸气迁移会受到很大限制。2026/9/170:01环境修复工程第52页第3章污染土壤的物理修复工程

为了评估该技术在特定污染点的可行性，首先应对该污染点的土壤特性进行分析，包括控制污染土壤中空气流速的物理因素和决定污染物在土壤与空气之间分配数量的化学因素，例如土壤容重、总孔隙度（土壤颗粒之间的空隙）、充气孔隙度（由空气所占的那部分土壤孔隙）、挥发性污染物的扩散率（在一定时间内通过单位面积的挥发性污染物的数量）、土壤湿度（由水填充的那部分空间所占百分比）、气体渗透率（空气穿过土壤的难易程度）、质地、结构、黏土矿物、表面积、温度、有机碳含量、均一性、空气可渗入区的深度和地下水埋深等。表3-9概述了影响土壤气相抽提技术应用的条件。2026/9/170:01环境修复工程第53页第3章污染土壤的物理修复工程

2．适用性评价

首先要根据污染土壤的渗透性和污染物的挥发性快速确定SVE技术的适用性，如图3-20所示，一般来说砂石性土壤比黏土或淤泥为主的细土壤更加有利于SVE技术的有效实施，汽油等挥发性高的污染物质比柴油等更加有利于SVE。

在初步选定SVE技术之后，要进行进一步的适用性评价，主要评价土壤渗透性、土壤和地下水结构、水分含量等影响土壤渗透性的因素和蒸气压、污染物质构成、亨利系数等影响污染物挥发特性的因素。2026/9/170:01环境修复工程第54页第3章污染土壤的物理修复工程

3．适用范围及局限性SVE通过机械作用使气流穿过土壤多孔介质并携带出土壤中挥发性或半挥发性有机污染物，该法较适合于由汽油、JP-4型石油、煤油或柴油等挥发性较强的石油类污染物所造成的土壤污染。SVE技术受土壤均匀性和透气性以及污染物类型限制。

针对于V0Cs和油类污染物的净化，SVE适用于亨利系数大于0.01或者蒸气压大于0.5mmHg的污染物的去除，同时也要考虑土壤渗透性、含水率、地下水深度、污染物浓度等。原位SVE技术不适合去除重油、重金属、PCBs、二噁英等污染物。有机质含量高或非常干的土壤对VOCs的吸附能力很强，从而导致SVE的去除效率降低。

从原位SVE系统排放的废气需要进一步处理，以消除对公众和周边环境的影响。2026/9/170:01环境修复工程第55页第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.5蒸气浸提修复技术应用SVE工程技术最早由英国TerraVac公司（图3-21）于1984年开发成功并获得专利权，逐渐发展成为20世纪80年代最常用的土壤及地下水有机物污染的修复技术。据不完全统计，到1991年为止,美国共有几千个地点使用该技术。综合SVE的应用效果，该技术有成本低、可操作性强、可采用标准设备、处理有机物的范围宽、不破坏土壤结构、处理周期短、可与其他技术联用等优点。但是也存在对含水率高和透气性差的土壤效率低下、处理效率很难高于90%而且连续操作的去除速率随时间而下降，达标困难、二次污染等缺点。早期对SVE技术的研究集中在现场条件的开发和设计，这主要依赖于场址状况、工程类型、操作参数等与有机物性质和污染程度的关系。2026/9/170:01环境修复工程第56页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第57页第3章污染土壤的物理修复工程

在马萨诸塞州的Nyanza超级基金场地附近的43户家庭中，蒸气入侵消除系统正在降低蒸气入侵可能造成的健康风险（图3-22）。在1910年至1978年间，该地的地下水被染料生产所遗留的三氯乙烯(TCE)及其他化学物质所污染。到上世纪80年代，地下水的污染羽被发现扩散到附近居民区的下方。室内空气，地下气体以及地下水采样均表明已经发生了蒸气入侵，并且三氯乙烯的浓度已经对一些住户造成了健康风险。蒸气入侵还有发生在其他几个住所的潜在风险。2026/9/170:01环境修复工程第58页图3-22

马萨诸塞州家庭蒸气入侵消除系统

因此，美国环保署在最可能发生蒸气入侵的，被污染最严重的地下水上方的房屋内安装了负压系统(Depressurizationsystem)。在2007年系统安装前，美国环保署密封了地下室墙面和地面的缝隙并覆盖了排水渠。在土坯的地下室中，他们还用混凝土浇灌了地面或铺设了防潮层。每个负压系统安装后都进行了测试以确保其正常工作。每年系统都要进行例行检查以确保其持续工作。第3章污染土壤的物理修复工程

3.3.6气体抽提增强技术1．空气喷射（Airsparging,AS)AS又叫土壤曝气，是与土壤气相抽提互补的一种技术，其主要原理是通过开挖地下井，压缩新鲜空气到受污染的土壤中，加快土壤污染物的生物降解，将污染物变成无毒的物质。该技术主要用于低渗透性受到污染的黏土地质，采用生物技术分解污染物从而达到修复作用。但是该项技术工艺复杂度高，主要应用在欧洲和美国地区，对开挖地下井空气流通通道的分布有严格要求，适用于湿度较低的土壤。

仅使用SVE即可有效去除吸附在不饱和土壤表面的VOCs，但地下水位的波动变化会影响碳氢化合物的去除率。配合采用空气喷射法可有助于去除饱和土壤和地下水中的VOCs以及未受SVE系统影响的地表区域内的碳氢化合物。在空气喷射中，压缩空气喷入地下水位以下的污染带，通过气、液两相间的传质过程,污染物从土壤或地下水中挥发到空气中，含有污染物的空气在浮力的作用下不断上升，到达地下水位以上的非饱和区域，在抽提的作用下，这些含污染物的空气被抽出，并于地上处理，从而达到修复的目的。另外，喷入的空气还能为饱和土壤中的好氧生物提供足够的氧气，促进污染物的生物降解，饱和土壤和地下水中的挥发性有机污染物的去除率可以高达98%。2026/9/170:01环境修复工程第59页第3章污染土壤的物理修复工程

AS是修复饱和区有机污染物很有效的一种方法，但AS也受许多因素限制，如当渗透率低时，空气扩散就非常困难。对于非挥发性污染物，空气喷射不但不能够有效去除污染物，反而将污染物驱赶向其他区域，导致污染区域进一步扩大。一种AS的改进方式是生物曝气。生物曝气技术是通过鼓气方法提高地下水中溶解氧水平，这可以提高微生物活性，从而借助生物过程降解去除非挥发性的有机物。由于AS去除可挥发性有机污染物的过程是一个多相传质过程，因而其影响因素很多。目前，人们普遍认为AS去除有机物的效率主要依赖于空气喷射所形成的影响区域的大小。影响此区域的因素主要有以下三个方面：2026/9/170:01环境修复工程第60页第3章污染土壤的物理修复工程

（1）土壤的特性

主要包括土壤的类型、土壤的均匀性和土壤粒径大小。土壤的非均匀性导致其在各方向都存在不同的粒径分布和渗透率，对于均质土壤，无论何种空气流动方式，其流动区域都是通过喷射点垂直轴对称的。而非均质土壤，空气流动不是轴对称的，这说明空气通道对土壤的非均匀性很敏感。因此，在AS过程中，喷射空气可能会沿着阻力较小的路径通过饱和区土壤，根本就不经过渗透率较低的土壤区域，从而影响污染物的去除效果。此外，土壤粒径极大地影响AS去除有机污染物的效率。当有效粒径超过边界值0.2mm时，AS去除有机物的效率和粒径为线性关系，当有效粒径低于0.2mm时，AS去除有机物所需的时间将大大增加；2026/9/170:01环境修复工程第61页第3章污染土壤的物理修复工程

（2）空气的流量和压力

空气喷入土壤中需要一定的压力，压力的大小对于AS去除有机污染物的效率有一定程度的影响。空气喷射压力越大，所形成的空气通道就越密，羽状体就越宽，一方面，空气流量的大小将直接影响土壤中水和空气的饱和度，影响气液两相间的传质，从而影响土壤中有机污染物的去除。另一方面，空气流量的大小决定了可向土壤提供的氧含量，决定了有机物的有氧生物降解过程。空气流量的増加将有助于増加有机物和氧的扩散梯度，有利于有机物的去除；（3）地下水的流动

在渗透率较高的土壤中，如粗砂和砂砾，地下水的流速一般较高，影响空气的流动，从而破坏污染物羽状体的形状和大小。反之，空气喷入土壤中不仅造成有机污染物的挥发，而且影响通过羽状体的地下水的流动。这两种流体（空气和水）的相互作用可能对AS过程不利。2026/9/170:01环境修复工程第62页第3章污染土壤的物理修复工程

2．生物通风（Bioventing，BV)SVE和BV都是用于去除不饱和区有机污染物的土壤原位修复方法。BV是在SVE基础上发展起来的，实际上是一种生物增强式SVE技术。1989年美国Hill空军基地对燃料油泄漏污染的SVE修复中，经研究意外发现现场微生物具有很大的降解活性，去除的污染物中有5%〜20%由生物降解完成，随后采用提高土壤湿度、增加营养元素等促进生物降解措施后，生物降解贡献率上升至40%。这之后：BV技术受到广泛关注，成为最流行的土壤修复技术之一。最近几年对BV现场设计、分析控制手段及复杂机理研究方面都有了突破性进展。BV还包括厌氧生物通风技术，主要用于对三氯乙烯的去除。SVE和BV使用了相同的设施，但系统的结构和设计目的有很大不同。SVE将注射井和抽提井放在被污染区域的中心，而在BV系统中，注射井和抽提井放在被污染区域的边缘往往更有效。SVE的目的是在修复污染物时使空气抽提速率达到最大，利用挥发性去除污染物；而BV的目的是优化氧气的传送和氧的使用效率，创造好氧条件来促进原位生物降。因此，BV使用用相对较低的空气速率，以使气体在土壤中的停留时间增长，促进微生物降解有机污染物。两者的适用情况也不同，其比较如表3-10。2026/9/170:01环境修复工程第63页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第64页BV可应用于挥发性有机物，也可应用于半挥发性和不挥发性有机污染物，受污染的土壤可以是大面积的面源污染，但污染物必须是可生物降解的，且在现场条件下其降解速率可被有效检测出来。第3章污染土壤的物理修复工程

生物通风影响因素有：（1）土壤湿度

一般来说土壤湿度大，生物降解速率增加，但也有结果表明，湿度増加太大，效果并不明显，甚至由于阻止了氧气的传递而使生物通风特性消失；（2）土壤温度

土壤温度对BV的影响主要是因为增加土壤温度后可提高生物降解的活性，加快有机污染物的降解速率。在土壤温度成为主要限制因素的寒冷地区，提高土壤温度尤其显得重要，加热方法主要有热空气注射、蒸气注射、电加热和微波加热等；（3）电子受体

合适的电子受体是生物修复成功的最关键因素之一。许多种电子受体都可以被土壤中微生物利用来完成有机污染物的氧化，包括氧、硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳和有机碳。其中氧能提供给微生物的能量最高，几乎是硝酸盐的两倍，比硫酸盐、二氧化碳和有机碳所释放的能量多出一个数量级；其次，土壤环境中利用氧的微生物非常普遍，并且，从工程观点上，加速的生物降解大部分发生在好氧条件下而非厌氧条件下，因此，氧是最好的电子受体；2026/9/170:01环境修复工程第65页第3章污染土壤的物理修复工程

（4）生物营养盐

适当添加营养物可以促进生物降解，如调节被有机农药等污染的土壤的C:N:P有益于污染物的生物降解，増加氮和磷酸盐有利于生物通风操作。（5）共代谢基质

一些单独存在不易被微生物降解的顽固污染物在与其他介质共存时，便容易被降解，这就是共代谢。近两年来，共代谢生物通风引起许多研究者的重视；（6）加入优势菌

土壤，有机污染物的生物降解与土壤中可降解菌的含量有密切关系，土壤中加入降解优势菌能大大提高生物降解速度，如白腐真菌对许多有机污染物都有很好的降解效果，将生物通风与应用高效菌相结合，效果十分明显。2026/9/170:01环境修复工程第66页第3章污染土壤的物理修复工程

3．直接钻入修复技术（Directionaldrilling,DD)DD原理是安装取污井和注入井，直接钴孔抽取土壤中的污染物，直接直观。直接钻入井可分为水平井和垂直井，一般垂直井造价低，但短路回流风险高。水平井则造价相对高昂，但修复效果发展有待提高，得益于工艺的进步，其效果可进一步提高，造价也持续走低。直接钻井技术在20世纪80年代就开始流行，技术和规模逐年增长。但由于是直接钻井，对土壤区域要求长而窄、土壤各异性高，且钻井工具安装困难等。4．热强化修复技术（Thermalenhancement,TE)TE也叫土壤原位加热技术。加热方式主要为微波、热空气和电波加热以及蒸汽注入加热等，热效应能加快土壤中挥发性有机物的气化挥发，从而减小土壤中重油类和轻油类的含量，减小土壤毒性：特别适合在突然性燃油泄漏时采用。但其缺点也较为明显，热效应只针对挥发性强的有机物，对于那些低挥发性物质，热强化修复技术不仅不会起到土壤修复的目的，反而加快这些污染物在土壤中的扩散。2026/9/170:01环境修复工程第67页第3章污染土壤的物理修复工程

3.4土壤电动力学修复

3.4.1电动力学修复概述

电动力学技术（Technologyofelectrodynamics）早期应用在土木工程中,用于水坝和地基的脱水和夯实。在油类提取工业和土壤脱水方面的应用已经有几十年的历史了，最近几年也开始了在原位土壤修复和受污染地下水修复方面的应用，是刚发展起来的一种新兴原位物理修复技术，是从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属、有机物的过程。电动力学技术主要用于低渗透性土壤（由于水力传导性问题，传统的技术应用受到限制）的修复，适用于大部分无机污染物，也可用于对放射性物质及吸附性较强的有机物的治理。2026/9/170:01环境修复工程第68页第3章污染土壤的物理修复工程

3.4.2电动力学修复原理

电动力学修复技术(Electrokineticremediation)的基本原理类似电池（Battery），利用插入介质（土壤或沉积物）中的两个电极在污染介质两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动：阳极附近的酸开始向介质的毛隙孔移动，打破污染物与介质的结合键，此时，大量的水以电渗透方式在介质中流动，土壤等介质毛隙孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到介质溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除。通过电化学和电动力学的复合作用，土壤中的带电颗粒在电场内做定向移动，土壤污染物在电极附近富集或者被收集回收。污染物去除主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移等4种电动力学过程，见图3-23。2026/9/170:01环境修复工程第69页第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第70页图3-23

电动力学过程第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第71页1．电迁移(Electromigration)电迁移是指带电离子在电场中的迁移运动,和带电离子的淌度(在单位电场梯度中的迁移速度)有关。电迁移量与离子浓度和电位梯度成正比关系.在无限稀释的溶液中,离子淌度在1╳10-8～10╳10-8m2/(V.cm)之间.在土壤中,由于孔隙的作用迁移的路径长而曲折,实际淌度大约在3╳10-9～10╳10-8m2/(V.cm)之间。2．电渗析(Electrodialysis)土壤孔隙表面带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电层。扩散双电层引起孔隙水沿电场从阴极向养鸡方向流动称为电渗析。孔隙水流动速度与双电层厚度(土壤孔隙表面的Zeta电位)或者说与水流所携带的动电电流成正比，而与水流中电解质的浓度关系不大。土壤颗粒表面的双电层厚度一般约为10nm左右。不同类型的土壤带有的电荷及形成的双电层厚度是不同的：沙土＜细沙土＜高龄土＜蒙脱土。第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第72页电渗析在土壤孔隙中产生的水流比较均匀，流动方向容易控制。图3-24形象地比较了土壤孔隙水的电渗析流动与水力流动。对于结合紧密的黏性土壤，电渗析产生的水流渗透率高于水力学渗透率的几个数量级，而且动力消耗低。电渗析流的速度一般约为2.5cm/d。通过电渗析方法，密实土壤中的污染物可以被抽取出来以便进行适当的处理。但是，电渗析流也容易引起土壤夯实或裂缝，不易稳定地长期操作。第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第73页图3-24

土壤孔隙水的电渗析流动与水力流动比较第3章污染土壤的物理修复工程

2026/9/170:01环境修复工程第74页3.电泳(Electrophoresis)土壤中带电胶体颗粒(包括细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞等)的迁移运动称为电泳。土壤中胶体粒子包括细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞等。运动的方向和大小取决于电场和毛细孔隙的直径等因素。4．酸性迁移(Acidmigration)

在电动力学技术运行中，电极表面可能发生电解。阳极电解产生氢气和氢氧根离子，阴极电解产生氢离子和氧气。

电解反应导致阴极附近pH呈酸性、pH可能低至2，带正电的氢离子向阳极迁移；而阳极附近呈碱性、pH可高至12，带负电的氢氧根离子向阴极迁移。氢和氢氧根离子的迁移速度比一般其他离子迁移速度高一个数量级，这是因为该两种离子与水容易离合，传递速度快。其中，氢离子因为半径小，其迁移速度又是氢氧根离子的两倍。加之氢离子的迁移与电渗析流同向，容易形成酸性迁移带。酸性迁移带的好处是氢离子与土壤表面的金属离子发生置换反应，有助于沉淀的金属重新离解为离子，进行迁移。但是，酸性带也影响土壤表面的离子交换容量、吸附能力、Zeta电位的大小甚至符号。第3章污染土壤的物理修复工程

因此，如果对酸性带不加控制，将导致电渗析流减弱。这是因为相应pH的变化总是降低电渗析流效应，无论电渗析流方向是向阴极或阳极：例如，如果Zeta电位开始是负的，向阳极的流动将把低pH的水从阴极方向带过来，导致Zeta电位降低．甚至使Zeta电位反转而变为正的。相反，如果Zeta电位开始是正的，电渗析流是流向阴