VOCsSVOCs污染土壤常用修复技术及其在美国超级基金污染场地中的应用

马妍，董彬彬，徐东耀，谷庆宝，谢云峰，史怡，杜晓明*

1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京　1000832.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，北京　100012



马妍1，董彬彬1，徐东耀1，谷庆宝2，谢云峰2，史怡2，杜晓明2*

1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京1000832.环境基准与风险评估国家重点实验室，中国环境科学研究院，北京100012

摘要美国超级基金污染场地修复实践表明：美国有84%的污染土壤是由挥发性有机物(VOCs)或半挥发性有机物(SVOCs)引起的。发达国家对VOCsSVOCs污染土壤的工程修复技术已较为成熟，并广泛应用。我国污染场地修复处于起步和发展阶段，相应的实际工程修复案例较少。对目前国内外常用的VOCsSVOCs污染土壤修复技术进行讨论，重点介绍了土壤气提、土壤淋洗、固化稳定化、热处理和生物泥浆系统的原理，并对其修复效果、周期、成本和适用范围进行比较，探讨了修复技术的应用情况和发展趋势，以期为我国和其他发展中国家的VOCsSVOCs污染土壤修复提供参考和建议。

关键词挥发性有机物；半挥发性有机物；污染土壤；修复技术；超级基金；应用

挥发性有机物(VOCs)与半挥发性有机物(SVOCs)是污染场地土壤中常见的典型污染物。VOCs主要包括低分子量的卤代烃、简单的芳烃和苯系物等；SVOCs主要包括苯酚类、苯胺类、氯代芳烃类和多环芳烃类等。VOCsSVOCs由于其多样性、挥发性和高毒害性以及对土壤污染的隐蔽性和累积性，已被很多国家列入优先控制污染物名录[1]。

土壤的有机污染问题在全世界范围内广泛存在[2]。2011年美国超级基金对323个污染场地中的535个可操作单元的污染物分类情况进行统计，有449个操作单元受到不同程度的VOCsSVOCs污染，其中受VOCs污染单元为359个，受SVOCs污染单元为317个，受VOCsSVOCs污染单元所占比例高达84%(图1)[3]。

图1　2011年美国超级基金污染场地污染物分类情况[3]18Fig.1　Contaminant group in US Superfund Sites 2011

2011年美国超级基金对最常引发场地污染的物质进行统计，数据来源于323个污染场地的447个可操作单元(图2)[3]，研究发现三氯乙烯(TCE)是最常见的VOCs，多氯联苯(PCBs)是最常见的SVOCs。欧洲存在类似情况，Jelusic等[4]的研究表明，欧洲60%的污染场地是由有机污染物引起的。中国的污染场地也面临同样挑战，大量化工、石油、焦化企业从城区搬迁，遗留下受到有机物污染的“棕地”数量不断增多，这些污染场地严重威胁着周边居民的身体健康和环境状况，也阻碍了土地的再次利用，迫切需要采取措施加以治理[5]。从欧美国家的污染场地修复经验来看，修复技术种类繁多，笔者对国内外比较成熟的VOCsSVOCs污染土壤修复技术进行讨论，并借鉴美国超级基金污染场地修复的应用经验，以期为中国和其他发展中国家VOCsSVOCs污染土壤的修复提供参考和建议。

图2　2011年美国超级基金污染场地最常见污染物统计[3]17Fig.2　Most frequently occurring contaminantsin US Superfund Sites 2011

虽然有许多技术可用于污染场地的修复，但最终的技术选择取决于污染物和场地的特点、监管需求、成本和时间限制，需综合考虑各方面因素，遴选出最佳的修复技术[6]。

1.1土壤气提

土壤气提(soil vapor extraction，SVE)技术是处理VOCsSVOCs污染场地应用最广泛的工程修复技术，可用于原位或异位处理。SVE技术通过垂直或水平井贯穿整个污染的土壤，抽真空作用蒸发了土壤中的易挥发污染物，产生的负压迫使空气流动，萃取出污染物(图3)，同时由SVE技术使空气加速刺激不易挥发的污染物降解[7-8]。

图3　土壤气提技术修复污染土壤过程Fig.3　Remediation of contaminated soil withsoil vapor extraction

SVE技术可将苯、甲苯、二甲苯、萘、联苯、四氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷和汽油从污染的土壤中有效去除，去除率可达90%以上，但土壤的渗透性以及地下水深度会影响SVE技术的处理效果。SVE技术可以以合理的成本处理大量污染土壤，其成本为20～50美元t[9]。随着修复技术的不断发展，SVE技术和其他修复技术联用以便达到更好的处理效果，称为SVE强化修复技术，如热空气注入SVE强化修复技术、射频加热SVE强化修复技术、电磁波加热SVE强化修复技术和生物通风SVE强化修复技术[10-12]。

1.2土壤淋洗

图4　土壤淋洗技术修复污染土壤过程Fig.4　Remediation of contaminated soil withsoil flushingwashing

1.4热处理

图5　热处理技术修复污染土壤过程Fig.5　Remediation of contaminated soil withthermal treatmentdesorption

1.5生物泥浆系统

生物泥浆系统(bioslurry systems)是将挖掘的土壤、水、添加剂和用于分解污染物的细菌混合形成生物泥浆。为保持固体悬浮物、微生物与污染物充分接触，在一个受控的生物反应器中对污染土壤进行处理。在反应器中，生物降解速度很快，1～6个月就能完成修复；之后，泥浆进行脱水，处置处理后的土壤，达到修复目的[9,19]。生物泥浆系统可成功治理污染土壤中的非卤化VOCsSVOCs，对其他污染物(如农药和多氯联苯)需添加特定的细菌或厌氧好氧微生物，以达到降解的目的，其去除率在90%以上。该技术在应用前需获取大量的场地和污染物特性，如化学反应性、蒸汽压力和生物降解性等。生物泥浆系统的成本为50～150美元t[9]。

对于污染场地，选择一个或多个特定的修复技术至关重要。许多因素影响选择的结果，包括场地条件、污染物特性、修复时间和成本要求等。对VOCsSVOCs污染土壤常用修复技术进行比较，结果如表1所示。

表1　VOCsSVOCs污染土壤常用修复技术比较[9]

Table 1　Comparative evaluation of common used soil remediation

technologies for VOCsSVOCs-containmented site

表1　VOCsSVOCs污染土壤常用修复技术比较[9]

修复技术适用土壤类型1)成本∕(美元∕t)修复效果∕%修复周期∕月土壤气提F～I25～50>906～24土壤淋洗F～I10～7550～901～12固化∕稳定化A～I75～150>906～12热处理A～I10～75>901～12生物泥浆系统D～I50～150>901～6

1)A为细黏土；B为中等黏土；C为粉质黏土；D为黏壤土；E为粉质壤土；F为粉土；G为砂质黏土；H为砂质壤土；I为砂土。

美国超级基金是解决美国污染场地问题的管理制度，在世界上极具代表性，对多数国家建立土壤污染管理制度有借鉴意义[20]。美国在1980年颁布了《超级基金法》，1982年开始对污染场地进行国家层面管理。美国超级基金中的源控制专指对土壤、沉积物、污泥和固体废物等的修复，不包括对地下水的修复。1982—2011年，美国超级基金污染场地涉及源控制修复技术的有1 266个，其中最常被选用的修复技术为土壤气提和固化稳定化技术，所占比例分别为24%和22%(图6)[3]。

图6　1982—2011年美国超级基金源控制污染场地修复技术应用统计[3]B-1Fig.6　The application of source control remediesin US Superfund Sites 1982-2011

美国超级基金对1982—2004年、2005—2008年和2009—2011年污染场地土壤修复技术的应用进行统计(图7)[3,21]，研究发现：化学处理所占比例逐步攀升，由2.5%升至15.3%；焚烧技术所占比例下降趋势显著，2009—2011年未采用焚烧技术修复污染土壤，可能原因是焚烧技术的成本过高，且容易产生二次污染，因此逐渐被淘汰；其他技术主要包括土壤机械通风、植物修复、电动修复、多相提取和光化学修复等，其所占比例上升趋势较为明显，可能原因是随着技术的不断发展，其他修复技术趋于成熟，更多地应用在实际土壤修复中。

图7　1982—2004年、2005—2008年和2009—2011年美国超级基金污染场地修复技术应用对比[3]8,[21]9Fig.7　Comparison of the remediation technologiesin US Superfund Sites 1982-2004，2005-2008 and 2009-2011

1982—2011年，源控制1 266个场地中采用异位修复技术的有666个，采用原位修复技术的有600个；原位修复技术由1982—2008年的47.1%上升至2009—2011年的50%，说明原位修复技术所占比例呈上升趋势(图8)[3]。图9对各修复技术的原位和异位修复使用情况进行了统计。由图9可知，土壤气提和化学处理技术多用于原位修复；固化稳定化技术多用于异位修复[3]。

注：1982—1985年数据合并，使用原位修复技术的污染场地所占比例为33.3%，使用异位修复技术的污染场地所占比例为66.7%。图8　1982—2011年美国超级基金污染场地异位与原位修复技术使用情况[3]Fig.8　Comparison of in-situ with ex-situ remediationtechniques in US Superfund Sites 1982 to 2011

图9　1982—2011年美国超级基金污染场地常用修复技术的原位和异位修复情况[3]Fig.9　Comparison of 5 in-situ remediation techniques inUS Superfund Sites with ex-situ techniques 1982 to 2011

3结论

与发达国家相比，中国的污染场地修复处于起步阶段，各项相关制度还不够完善，但企业搬迁遗留大量污染场地，而城市化进程的加速要求土地修复工作尽可能在较短时间内完成。因此，快速、高效、简单的异位修复技术成为现阶段中国污染场地修复的首选。从污染场地修复发展历程可见，选择修复技术要综合考虑场地条件、污染特征、修复周期和经济可行性等各种因素，做到因地制宜，择优选择。

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Common Used Remediation Technologies for Volatile and Semivolatile Organic Compounds Contaminated Soils and Their Application in US Superfund Sites

MA Yan1, DONG Binbin1, XU Dongyao1, GU Qingbao2, XIE Yunfeng2, SHI Yi2, DU Xiaoming2

1.School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083, China2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

AbstractThe US Superfund contaminated sites remediation practice shows that 84% of the soil contamination is caused by volatile organic compounds (VOCs) or semivolatile organic compounds (SVOCs). The remediation technologies of VOCsSVOCs-contaminated sites have been relatively mature and widely used in developed countries, while there are fewer cases of engineering remediation applications in China as the site remediation has just started. Common organic contaminated soil remediation technologies in both China and abroad were introduced, with the focus on the principle of soil vapor extraction, soil flushingwashing, solidificationstabilization, thermal treatmentdesorption and bioslurry systems. The efficiency, duration, cost and application of these technologies were compared, and current and future applications of these technologies discussed, in order to provide references and suggestions to the remediation of VOCsSVOCs-contaminated sites in China and other developing countries.

Key wordsvolatile organic compounds; semivolatile organic compounds; contaminated soil; remediation technologies; Superfund; application

收稿日期：2016-01-11

基金项目:国家环境保护公益性行业科研专项(201409047)

作者简介：马妍(1983—)，女，博士，主要从事场地污染土壤治理及修复研究，mayan2202@163.com *通讯作者：杜晓明(1963—)，男，研究员，主要从事场地调查、评估与修复，duxm@craes.org.cn

中图分类号:X53

文章编号:1674-991X(2016)04-0391-06

doi:10.3969j.issn.1674-991X.2016.04.058

MA Y, DONG B B, XU D Y, et al.Common used remediation technologies for volatile and semivolatile organic compounds contaminated soils and their application in US Superfund Sites[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2016,6(4):391-396.