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本原位电热脱附系统是原位电阻加热技术及强化抽提技术的组合及创新，可以有效处理挥发性有机物及部分半挥发性有机物，且特别适用于粘土等透水透气性差的土层。针对性的淋溶剂等表面活性剂的添加，可以进一步促进高沸点有机物溶解于液相中，实现污染物的高效去除。
关键词：原位热脱附、电阻加热、多相抽提、有机污染土壤
1、原位热脱附技术概况
原位热脱附技术是针对有机污染场地修复使用较多的技术之一。原位热脱附技术特别适合污染程度比较重的场地，尤其是对油相(非水相的液体)的污染物处理效果很好。目前，原位热脱附技术可用于处理的污染物主要为含氯有机物（CVOCs）、半挥发性有机物（SVOCs）、石油烃类（TPH）、多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）以及农药等[1]。
污染场地原位热修复技术基本按照加热方式来进行分类，主要包括电阻式加热(ERH)、蒸汽/热空气注射加热(SEE)和热传导加热(TCH)等几种形式，其中热传导加热又可分为电加热传导和燃气热传导。
传统的电阻加热通常温度分布无法均匀，场地局部区域无法满足修复目标要求。且电阻加热温度最高只能达到100℃~120℃，因此限制了对大部分沸点较高的污染物的去除，导致修复时间长且系统耗消耗高。
2、ISETER系统介绍
原位电热强化抽提回收系统（ISETER）是原位电阻加热技术及强化气相抽提技术的组合及创新，是针对土壤及地下水污染的一体化修复技术。
原位电阻技术弥补了强化气相抽提技术在粘土中处理效果不佳的难题，而强化多相抽提技术高气流量排扫加速了有机物的挥发，两者的有机结合及创新能有效处理挥发性有机物，且特别适用于粘土等透水透气性差的土层。该技术关键点如下：
（1）包气带采用强化气相抽提技术，可以通过增加空气流量、气流吹干、提高温度、减少渗析以及更具针对性的蒸汽抽提增加有机物的去除效率；
（2）注入井同时可以注入高温蒸汽、表明活性剂等，加速污染物挥发或淋溶至液体中；
（3）地下水层采用原位电加热ET-DSP，XSVE、电极棒、多相抽提井，原则以1:1:1的比例布置；
（4）包气带、水层中的污染物，经过加热后，改变了其原有的物理性质，可通过多相抽提的方式去除；
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图1 ISETER技术示意图
3、ISETER技术机理
ISETER的技术机理主要包括：
（1）温度上升降低了有机物污染物的吸附系数，提高土壤中污染物的解析率。对于大多数有机污染物，每增加 1℃，粘性大约减少 1%。污染物温度越高，粘性减少的幅度也越大，有机污染物的流动性也随之增强；
（2）ISETER系统中蒸汽的发生增加了土体的渗透性，而在高温蒸汽存在的情况下，有机物的沸点也会降低，使污染物的动态脱附效率增大，对低渗性及非 均质土壤也有效；
（3）加热条件下，有机物的亨利常数会增加5~20倍，驱使其从水中的溶解相向气相转移；
（4）蒸汽压与抽提速率成正比，且随温度升高而明显增大，通过抽提系统 使地下区域处于负压状态，从而降低污染物的沸点，增强污染物的解吸效果。通 过多相抽提系统和气相抽提系统源源不断的抽走含有污染物的蒸汽和地下水，从 而使有机污染物从土壤中持续分离出来；
（5）表面活性剂的注入能明显降低污染物的表面张力（或界面张力），增大污染物溶解度，增大污染物从土壤吸附相进入液相的速度。
4、ISETER系统组成
ISETER系统主要包括电极加热系统、电力输送系统、水循环系统、注入系统、抽提系统、模拟系统、实时监测系统、污水处理系统和废气处理系统。
（1）配电系统
配电系统（Power Delivery System，PDS）为由计算机控制的三相电流变压器。每套配电系统配有电压设置以灵活应变土壤电阻率的变化，使 ISETER系统对粘土能实现快速加热。
（2）电极加热系统
电极加热系统由若干电极组成，电极采用低碳钢制成，长度可定制，通常为3m，该种材料具有耐高温耐腐蚀的特点，并于PDS连接。为保证与土壤良好的导电效应，每个电极表面与电极井间用压实的石墨颗粒装填。加热温度最高至 150℃。利用三相电流加热模式，应用不同的有效电极数量可以实现不同污染区的加热温度需求。
（3）注水系统
水循环系统是 ISETER系统的必要组成部分，由电脑控制。水循环系统有三个主要功能防止电极过热、保持地下土壤的导电性能、实现热对流传热，注水速率范围为 0.2~2L/min[1]。。
（4）监测系统
整个系统运行过程中，实时对单个电极井进行监测，包括电流状况、压力及土壤中温度和压力。监测数据通过网络传输，可以远程进行监控。单独的电极可以独立控制，使土壤温度变化能够进行整体和局部调控。
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图2 温度传感器及压力传感器
（5）实时网络模拟系统
通过温度传感器和气压传感器检测土壤中的温度及气压数据，通过数据线分别上传至温度监视器和气压监视器中显示。温度监视器与气压监视器将数据上传至上位机，在上位机上通过软件进行数据处理，转换为三维图示显示。
利用网络载体，ISETER技术可以与项目监测系统无缝衔接，提供实时监测和项目进程追踪的服务。该网络交互页面，可以全程实时监控项目的各类信息。
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图3 模拟软件三维模拟界面
（6）极限抽提系统
该系统主要于污染区包气带设置一个气体回收井，井中设置真空泵抽除污染气体，并且在同一井孔中，井底设置沉水泵，抽除污染地下水及非水相污染物。
经多相抽提系统抽出的蒸汽经气液分离后，分别进入气体处理系统和废水处理系统进行处理。废水处理后将进行水循环注入利用或达标排放。
（6）注入系统
注入井设于抽提井影响半径范围内，或设于抽提井所在地下水流向上游的位置。淋溶试剂通过抽水泵向注射井注入，具体添加剂量需要根据污染物浓度和范围确定[1]。淋溶试剂包括无机淋洗剂、螯合剂、表面活性剂、生物表面活性剂以及复合淋洗剂等。
5、ISETER技术设计
（1）电极系统设计
电极经专业定制，电极直径最大可达30cm，长度在1~3m不等，，温度最高至150℃。利用三相电流加热模式，应用不同的有效电极数量可以实现不同污染区的加热温度需求。电极组的设计是向土体中定向传递电流，而在每个电极内嵌入设计水循环系统，可以避免电极附近的土壤过度加热。电极由耐高温材料制成，并与配电系统连接。为保证与土壤良好的导电效应，每个电极表面与电极井间由压实的石墨颗粒装填。
电极井的布置是本原位热脱附系统工艺关键，需要综合考虑污染物浓度、地下水及工期等要求。电极棒的长度依据污染深度而定。
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图4 电极构造图
（2）注入井与抽提井布设
注入井和抽提井的个数相同，注入井和原位加热电极的个数比为 1：3 至 1：6， 根据场地具体情况设计[1]。抽取出的气体、地下水和非水相污染物到地面进行相分离及处理。主要设备包括真空泵(水泵)、输送管道、气液分离器（或非水相液体/水分离器）、传动泵、控制设备、气/水处理设备等。
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图5 抽提井示意图
（3）监测系统设计
参数的即时获取是原位热脱附系统运行重要的关注点。本原位电热脱附系统中，温度传感器采集的数据通过无线网络传输至中心服务器，该服务器同时将数据上传至项目网站监测系统，关联的监测软件可显示各监测点的温度变化图，以及场地的3D温度分布图，以供技术人员实时监测修复区域的温度分布与变化，并对出现问题的点位及时做出反馈与调控。
为实时监测系统的加热效果，修复区域内将布设一定密度的监测井，每个监测井垂直深度上每隔1m将安装一个温度传感器。传感器将通过局域网将实时温度数据上传到项目管理网站数据库。一般情况，监测井安装在两个电极井的中间，或者三个电极井的三角形中心区域。
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图6 ISETER系统平面布置示意图
6、总结
本原位热脱附修复系统主要包括配电系统、电极加热系统、水循环系统、多相抽提及处理系统以及监测系统。电极加热结合传热，增加了电热过程的传导效率，节能、高效，使得该技术的热效率远高于传统电热技术。淋溶剂的加入进一步拓宽了本系统可以处理的污染物的范围，对大部分有机物具有很好的处理效果。
参考文献：
[1] 一种污染土壤原位热脱附修复系统的制作方法，罗启仕，杨仔等，专利号：201721805427.4；