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生态与农村环境学报 ２０１４，３０（２）：１３７－１４５ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｃｏｌｏｇｙａｎｄＲｕｒａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ用于土壤及地下水修复的多相抽提技术研究进展王 磊１，龙 涛１①，张 峰２，祝 欣１，田 猛１，林玉锁１ （１环境保护部南京环境科学研究所／国家环境保护土壤环境管理与污染控制重点实验室，江苏南京 ２１００４２；２上海格林曼环境技术有限公司，上海 ２００００１）摘要：多相抽提技术（ｍｕｌｔｉ⁃ｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＭＰＥ）是当前国外修复被挥发性有机物污染的土壤和地下水的主要技术之一，它通常通过同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和非水相液体污染物（ｎｏｎ⁃ａｑｕｅｏｕｓｐｈａｓｅｌｉｑｕｉｄ，ＮＡＰＬ）至地面进行分离及处理，达到迅速控制并同步修复土壤与地下水污染的效果。为了加深对该技术的认识，列举了ＭＰＥ技术的工艺特点和技术原理，总结了ＭＰＥ系统的设计要点和思路，以及ＭＰＥ技术相对于传统修复技术的优势和不足。针对ＭＰＥ技术的特点，总结分析了针对土壤包气带、含水层性质和污染物特征的ＭＰＥ技术适宜性评估方法。最后，列举了ＭＰＥ技术在国内外的典型案例。关键词：多相抽提技术（ｍｕｌｔｉ⁃ｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＭＰＥ）；修复；土壤；地下水；适宜性评估中图分类号：Ｘ５３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４８３１（２０１４）０２－０１３７－０９ＡｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｉｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＭｕｌｔｉ⁃ＰｈａｓｅＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＭＰＥ）ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＲｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆＳｏｉｌａｎｄＧｒｏｕｎｄ⁃ｗａｔｅｒ．ＷＡＮＧＬｅｉ１，ＬＯＮＧＴａｏ１，ＺＨＡＮＧＦｅｎｇ２，ＺＨＵＸｉｎ１，ＴＩＡＮＭｅｎｇ１，ＬＩＮＹｕ⁃ｓｕｏ１（１ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎ⁃ｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ／ＳｔａｔｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｉｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎ⁃ｔａｌＭａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４２，Ｃｈｉｎａ；２ＳｈａｎｇｈａｉＧｒｅｅｎｍｅｎｔＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｕｌｔｉ⁃ｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＭＰＥ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｎｏｗａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄｆｏｒｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｐｏｌｌｕｔｅｄｂｙｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ．Ｔｙｐｉｃａｌｌｙ，ｉｔｐｕｍｐｓｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｓｏｉｌｇａｓ，ｇｒｏｕｎｄｗａ⁃ｔｅｒａｎｄｎｏｎ⁃ａｑｕｅｏｕｓｐｈａｓｅｌｉｑｕｉｄｕｐｔｏｔｈｅｇｒｏｕｎｄｆｏｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏａｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｒａｐｉｄｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｌｕｔｅｄｓｏｉｌａｎｄｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ．Ｔｏｄｅｅｐｅｎｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｒｏｃｅｓｓｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆＭＰＥａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｋｅｙｐｏｉｎｔｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇｉｄｅａｓｏｆＭＰＥａｎｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄ⁃ｖａｎｔａｇｅｓｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．ＩｎｌｉｇｈｔｏｆｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＭＰＥｔｅｃｈｎｏｌｏ⁃ｇｙ，ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎａｒｅａｓｗｉｔｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｏｉｌａｅｒａｔｉｏｎｚｏｎｅ，ｗａｔｅｒ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｌａｙｅｒａｎｄｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ，ｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｉｃａｌｃａｓｅｓｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＭＰＥｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｃｉ⁃ｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｕｌｔｉ⁃ｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＭＰＥ）；ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；ｓｏｉｌ；ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ；ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ收稿日期：２０１３－０６－１９基金项目：国家高技术研究发展计划（ＳＳ２０１３ＡＡ０６２６０８）；环保公益性行业科研专项（２０１００９０１５－４）；中央级公益性科研院所基本科研业务专项；２０１３年度留学人员科技活动择优资助项目①通信作者Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｏｎｇｔａｏ＠ｎｉｅｓ．ｏｒｇ１ ＭＰＥ技术的原理与传统的土壤修复技术［１－５］相比，多相抽提（ｍｕｌｔｉ⁃ｐｈａｓｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＭＰＥ）是一种对环境友好的土壤和地下水修复技术，它具有修复效率高、影响面积大以及适宜高浓度污染土壤修复等优点。ＭＰＥ技术通过使用真空提取等手段，同时抽取地下污染区域的土壤气体、地下水和浮油层到地面进行相分离、处理，以控制和修复土壤与地下水中有机物污染的环境修复技术。ＭＰＥ技术是一种原位修复技术，对地面环境的扰动较小，适用于加油站、石化企业和化工企业等多种类型的污染场地，尤其适用于存在非水相液态污染物（ｎｏｎ⁃ａｑｕｅｏｕｓｐｈａｓｅｌｉｑｕｉｄ，ＮＡＰＬ）情形的污染土壤与地下水的修复。ＭＰＥ技术的别称较多，在不同的应用场景下也被称为双相抽提或生物抽吸等［６］，但其原理及系统构造基本相同。目前，国内文献中已有对气相抽提（ｓｏｉｌｖａｐｏｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ＳＶＥ）技术的相关研究介绍［５－８］，ＭＰＥ是ＳＶＥ的升级，是一种综合ＳＶＥ和地下水抽提的技术，它能够同时修复地下水、包气带及含水层土壤中的污染物。目前，国内期刊鲜见对ＭＰＥ技术的系·１３８ · 生 态 与 农 村 环 境 学 报第３０卷统介绍和综述。１１ 工艺简介多相抽提（ＭＰＥ）系统通常由多相抽提、多相分离和污染物处理３个主要工艺部分构成。与传统抽提处理方式相比，ＭＰＥ最突出的特征就是采用真空或真空辅助的方式，实现污染物从地下环境向地表以上的迁移。与双抽提系统相比，ＭＰＥ减少了污染物在场地中的残留及地下水的抽提量；与全抽提技术相比，ＭＰＥ降低了乳化作用，同时兼具修复包气带污染土壤的作用［６］，［９］４２－５２；与ＳＶＥ技术［１０－１３］相比，ＭＰＥ的修复范围扩大，同时减少了含水层土壤被地下水再次污染的风险。ＭＰＥ技术与传统抽提技术的分类及特点如表１所示。表１ ＭＰＥ技术与传统抽提技术的比较Ｔａｂｌｅ１ ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＭＰＥｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｉｔｈｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ技术分类名称描述传统抽提双抽提（ｄｕａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）：单口井中对油相和水相分别进行抽提该技术提高了回收率和分离效果，但对抽提井的口径要求较大，增加了油相和含水层的接触面污染全抽提（ｔｏｔａｌｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）：单井抽提，同时抽取油相和水相该技术操作容易，可适用于较低潜水位地下水的处理，但在运行时易造成乳化作用，降低处理效率，增加成本，同样会造成较大的接触面污染气相抽提：真空抽提土壤包气带中的挥发性有机污染物该技术对土壤的性质有特殊要求，如土壤空气渗透系数应在一定范围内才能适用。不足之处在于修复范围有限，只能针对包气带中的污染物。潜水面上升时易对土壤造成二次污染多相抽提双相抽提（双泵抽提）（ｄｕａｌｐｈａｓｅｅｘ⁃ｔｒａｃｔｉｏｎ）抽提井中同时有真空泵和水泵对地下水和气体进行抽提，并通过不同管路抽出二相抽提（单泵系统）（ｔｗｏｐｈａｓｅｅｘ⁃ｔｒａｃｔｉｏｎ）也叫作生物抽吸（ｂｉｏｓｌｕｒｐｉｎｇ），抽提井中利用真空泵从同一管路对地下水和气体进行抽提１１１ 多相抽提多相抽提设备是ＭＰＥ系统的核心部分，它的作用是同时抽取污染区域的气体和液体（包括土壤气体、地下水和ＮＡＰＬ），把气态、水溶态以及非水溶性液态污染物从地下抽吸到地面上的处理系统中。ＭＰＥ系统可以分为单泵系统和双泵系统。其中单泵系统仅由真空设备提供抽提动力，双泵系统则由真空设备和水泵共同提供抽提动力。单泵系统与双泵系统的工艺流程简图如图１所示。图１ ＭＰＥ修复系统的工艺流程Ｆｉｇ１ ＦｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅＭＰＥｓｙｓｔｅｍ（１）单泵系统单泵系统主要由真空泵、抽提管路和井口密封装置组成，如图２所示。通过真空设备在抽提管路中形成负压，管口附近的地下水及ＮＡＰＬ在高速气流的裹挟推动下进入抽提落管（ｄｒｏｐｔｕｂｅ）内，再进入地表的收集处理单元中。单泵系统的抽提落管内输送的物质为“气－水－油”３相的混合物，因此单泵系统必须配置相应的多相分离装置。单泵系统结构一般较为简单，适合渗透性较低的场地，处理深度一般在１０ｍ以内。（２）双泵系统双泵系统的抽提部分结构如图２所示。双泵系统通过真空设备抽提包气带的土壤气体，通过水泵抽提液态流体（地下水以及ＮＡＰＬ）。抽提井内分别设有气体管路与液体管路。气体和液体被抽离地下环境后，分别进入相应的收集处理单元。双泵系统的运行较为灵活，修复深度可以大于１０ｍ，对一定范围内的含水层具有较好的适应性。１１２ 多相分离多相分离指为保证抽出物的处理效率而进行的气－液及液－液分离过程（图３）。分离后的气体进入气体处理单元，液体会通过其他方法进行处理。典型的油水分离设备一般利用重力沉降原理将浮油层刮去，分离出含油量低的水。１１３ 污染物处理经过多相分离后，含有污染物的流体被分为气相、液相和有机相等形态，结合常规的环境工程处理方法即可进行相应的处理处置。气相中污染物的处理方法目前主要有热氧化法、催化氧化法、吸 第２期 王 磊等：用于土壤及地下水修复的多相抽提技术研究进展·１３９ ·附法、浓缩法、生物过滤及膜法过滤等［１４］７９－９０。污水中的污染物处理目前主要采用膜法（反渗透和超滤）、生化法（活性污泥）和物理法等技术，并根据相应的排放标准选择配套的水处理设备。图２ 单泵系统和双泵系统的抽提部分结构［６］Ｆｉｇ２ Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅ⁃ｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｗｏ⁃ｐｕｍｐｓｙｓｔｅｍ图３ 常见的油水分离设备示意Ｆｉｇ３ Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｏｉｌ⁃ｗａｔｅｒｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ１２ 修复原理１２１ 包气带中污染物的修复包气带中的挥发性和半挥发性有机污染物（ＶＯＣｓ／ＳＶＯＣｓ）在ＭＰＥ所施加的真空作用下可以加速挥发释放，进入土壤气相，再随气流被抽离土壤。同时，由于气体流动增强，向土壤内提供更多的氧气，为可好氧生物降解的污染物提供电子受体，从而加速好氧生物降解［１５－１６］，［１７］１４－２１。如果在设计修复技术方案时，考虑采用好氧生物降解作为去除污染物的重要途径，则在进行多相抽提时，必须对土壤微生物环境进行必要的改变或维持，如控制适宜的温度、ｐＨ值和氧化还原电位等。在利用真空泵或潜水泵对地下水进行抽提的过程中，潜水位的高度逐渐降低，抽提井附近原来位于饱和带的部分土壤成为非饱和土壤，使气相抽提处理的空间范围得到扩大。这一优势使ＭＰＥ非常适合于处理位于潜水水位线附近的挥发性有机物污染土壤。１２２ 处理轻质非水相液体（ｌｉｇｈｔｎｏｎ⁃ａｑｕｅｏｕｓｐｈａｓｅｌｉｑｕｉｄ，ＬＮＡＰＬ）由于土壤是含有大量孔隙结构的多孔介质，在地下水水位附近，地下水在土壤孔隙毛细力的作用影响下上升，形成高于地下水静水位的饱和带，称为毛细管带［１８］，［１９］５３－８８，［２０］２７－４０。在孔隙尺度较小的土壤中