《污染場地原位熱處理耦合化學修復技術指南》編制說明

《原位熱處理耦合化學修復技術指南》編制說明

一、工作簡況

1.1任務來源

為貫徹《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共和國土壤污染防治法》

等法律法規(guī)，防治環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán)境質量，在減污降碳的雙重目標下，提

高修復效率、降低能耗與成本，規(guī)范原位熱處理耦合化學修復技術工程建設和運

行，編制《原位熱處理耦合化學修復技術指南（試行）（征求意見稿）》（以下簡

稱指南）。本指南規(guī)定了污染場地原位熱處理耦合化學修復工程的設計、施工、

及運行維護等技術要求。

本文件由中國土壤學會團體標準工作管理委員會提出并歸口。

1.2協(xié)作單位及起草組成員分工

本指南參編單位包括：北京建工環(huán)境修復股份有限公司、武漢大學、南京大

學、生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學研究所。

劉鵬為本指南編制的負責人，對指南進行整體把控和指導；高士祥、鐘華、

朱長銀、萬金忠提供技術原理及技術參數(shù)；韋云霄、王鏑翔、李昕、解琳、邢軼

蘭、劉淵文和宋少宇主要負責指南編寫工作。

1.3主要工作過程

2023年1月，主編單位組織召開了《污染場地原位熱處理耦合化學修復技

術指南》編制啟動會，成立本指南編制小組。

2023年2月～8月，編制組調研了與污染場地原位熱處理和化學修復技術相

關的標準規(guī)范、技術導則、工程應用案例等內容，結合編制團隊的研究與實踐，

確定了本指南的適用范圍和編制內容，并于2023年8月完成《污染場地原位熱

處理耦合化學修復技術指南》初稿。

2023年9月，中國土壤學會團體標準工作管理委員會接收編制組提交的《污

染場地原位熱處理耦合化學修復技術指南》立項申請表，并組織召開了團體標準

立項評審會。與會專家一致同意《污染場地原位熱處理耦合化學修復技術指南》

立項。

2023年10-12月，根據(jù)專家修改意見和建議，編制組完成修改工作并形成

《污染場地原位熱處理耦合化學修復技術指南》（征求意見搞）。

二、標準編制原則與編制內容

2.1標準編制原則

本指南的編制工作遵循規(guī)范性、合理性、可操作性和適用性的原則。

首先，本指南嚴格按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化

文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)則起草，確保編制程序、格式內容等規(guī)范。本指南

作為國家和行業(yè)標準/指南的必要補充，符合有關法律法規(guī)的要求，并在突出原

位熱處理耦合化學修復技術特點的同時，做好與現(xiàn)行相關標準/指南的銜接工作，

保證系列標準框架內容一致，易于理解、使用便捷。其次，充分調研了國內外污

染場地原位熱修復、化學修復相關案例、標準/指南，結合編制組在原位熱處理耦

合化學修復示范工程中獲得的實踐經(jīng)驗，提出詳細的技術要求，使指南具有更好

的指導意義。

2.2標準編制內容

2.2.1適用范圍

本技術指南適用于多環(huán)芳烴、石油烴、氯代烴等有機污染類，及各類有機復

合污染場地修復工程，可作為工程設計、施工、運行及維護的指導文件。

2.2.2技術原理

在加熱條件下可提高氯代烴、多環(huán)芳烴、石油烴等非極性有機污染物在水中

的溶解度，提高污染物與氧化藥劑接觸的傳質效率，促進反應高效進行。同時加

·?

熱條件下過硫酸鈉熱活化產(chǎn)生強氧化性的硫酸根自由基（SO4），過硫酸鈉或

·-

SO4自由基與有機污染物發(fā)生氧化反應并將之去除。以上反應中，加熱溫度的設

定至關重要。超過50℃時，有機物熱增溶現(xiàn)象明顯，硫酸根自由基生成，氧化反

應速率明顯加快。但加熱溫度越高，所需能耗越大，研究表明加熱溫度設定在

50~80℃范圍內可實現(xiàn)有機污染物的低能耗、低成本修復。

2.2.2.3工藝流程

原位熱處理耦合化學修復施工分為加熱、化學注入和檢測驗收三個階段，并

將全過程納入檢測及過程控制范圍，耦合修復技術路線如下。

圖1原位熱處理耦合化學修復技術路線

2.2.3主要技術要點說明

2.2.3.1平面布設技術要求

原位熱處理耦合化學修復技術應從技術有效性和安全性出發(fā)，合理布置加熱

井、化學注入井和監(jiān)測井。因加熱后地層溫度保持在50~80℃，氧化藥劑受熱活

化后消耗速度加快，其在土壤中的遷移擴散規(guī)律與一般化學注入有顯著差異，需

結合地層滲透性設計注入井間距，以保證藥劑的有效傳輸和反應時間。注入井間

距應小于或等于兩倍藥劑擴散半徑。藥劑擴散可分為注入過程中擴散和停止注入

后彌散兩個階段。停止注漿后氧化藥劑在50~80℃下很快衰減，僅隨地下水進行

極為有限的遷移，因此耦合修復過程中的藥劑擴散主要考慮注入過程。通過設定

初始濃度、反應溫度，擴散通量（注入壓力或流量）等初始和邊界條件，采用有

限元法得出藥劑擴散半徑。根據(jù)正文式（1）計算不同注入井頭壓力和地層滲透

系數(shù)下的最大注入流量（正文附表二）。采用定流量邊界條件計算相應注入流量

下的擴散半徑（正文附表三），可通過附表直接估算擴散半徑。

溫度監(jiān)測井應布置在加熱井冷點和遠點位置，以充分判斷修復區(qū)域在不利條

件下的升溫情況。當區(qū)域冷點和邊緣位置溫度達到目標溫度，標志著原位加熱全

域滿足耦合修復要求。地下水監(jiān)測井應布置于化學注入井幾何中心、污染嚴重區(qū)

域以及修復區(qū)域的上、中、下游，實時測定含水層中的藥劑濃度、地下水pH值、

EC、Eh等參數(shù)，以判斷藥劑擴散效果，并及時反饋調整注入。

注入井和監(jiān)測井應距加熱井至少1m，防止大流量注入的藥劑立即發(fā)生局部

過熱的暴沸現(xiàn)象。

2.2.3.2運行實施技術要求

在原位熱處理耦合化學修復實施中，需對地層溫度、地下水各項指標等進行

動態(tài)持續(xù)監(jiān)測，并按照控制節(jié)點管理修復進程。

圖2原位熱處理耦合化學修復運行過程和控制節(jié)點

（1）運行過程

工藝運行過程中，動態(tài)監(jiān)測分析地層溫度、地下水水位、水質、藥劑濃度等

關鍵指標，并相應動態(tài)調整運行參數(shù)，以達到傳熱均勻、藥劑均勻擴散的狀態(tài)。

原位加熱過程中對地層溫度的監(jiān)測是判斷熱處理向耦合化學修復過渡的關

鍵。在地層達到目標溫度后開始保溫，并進入原位化學注入階段。一方面確保耦

合化學修復處于適宜的反應溫度范圍，另一方面也確保了能源的精確使用，降低

能耗。

原位注入過程的還原階段，通過測試地下水pH、Eh等指標可實現(xiàn)對地下含

水層中還原狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)過程監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調整具體注入井的藥劑注入

量、注入時間和頻次，直至達到還原控制節(jié)點。

原位注入過程的氧化階段，對地下水EC、Eh、藥劑濃度、水位等指標的監(jiān)

測可反映注入藥劑擴散后的時空分布特征，是調節(jié)藥劑注入的關鍵信息反饋。過

硫酸鹽等氧化藥劑在熱激活條件下半衰期短，氧化劑停留時間縮短，需根據(jù)監(jiān)測

數(shù)據(jù)及時調整注入?yún)?shù)，維持地層中氧化劑的均勻分布和反應濃度。

（2）控制節(jié)點

溫度控制節(jié)點：修復區(qū)域的邊緣或冷點地層溫度均達到50℃~80℃，此時達

到溫度控制節(jié)點。

還原控制節(jié)點：還原階段控制地下含水層Eh＜–150mV，直到被脫氯污染物

濃度降低至修復目標值。隨后，當?shù)叵滤畃H、Eh自然恢復至接近還原前水平或

地下水Eh≥0mV，此時達到還原控制節(jié)點。

氧化控制節(jié)點：保持地下水中氧化劑濃度在注入藥劑濃度的20%以上，直到

地下水Eh持續(xù)高于0mV，EC＞50mS/cm，目標污染物濃度達到修復目標值，

此時達到氧化控制節(jié)點。

在修復實施過程中應按照控制節(jié)點要求依次推進（圖3）。

（3）自檢驗收和關機

當加熱溫度、藥劑注入量及擴散達到設計要求，且土壤和地下水中污染物濃

度降低至低于修復目標值時，可暫停保溫和藥劑注入，開展自檢和效果評估采樣。

系統(tǒng)停機順序為：加熱系統(tǒng)保溫、化學注入系統(tǒng)暫?！詸z和效果評估通過—加

熱系統(tǒng)停機—化學注入系統(tǒng)停機—監(jiān)測系統(tǒng)停機。系統(tǒng)停機后進行設備設施拆除。

如需要可適當保留監(jiān)測系統(tǒng)一段時間，持續(xù)觀測溫度、地下水水質等信息，最終

關機拆除。

2.2.3.3監(jiān)測技術要求

在原位熱處理耦合化學修復實施過程中，需對土壤、地下水及區(qū)域環(huán)境各項

指標進行實時或定期監(jiān)測，指標參考見正文附表五。對于加熱棒溫度、土壤地下

水溫度、注入流量等參數(shù)宜采用實時監(jiān)測，對于設備運行參數(shù)、土壤地下水水質、

周邊環(huán)境質量等參數(shù)等宜采用定期監(jiān)測。

其中，施工開始前和完成后、控制節(jié)點前后應完成環(huán)境監(jiān)測、土壤地下水質

量參數(shù)監(jiān)測，并記錄燃氣、電量、藥劑和水等消耗量?；瘜W注入階段宜提高監(jiān)測

頻率，以便準確判斷控制節(jié)點，實現(xiàn)精準修復。

三、基礎研究與經(jīng)濟效益分析

3.1基礎研究

為探明原位熱處理耦合化學修復技術的機理，編制單位開展了實驗室小試、

土柱實驗、現(xiàn)場沙箱實驗、場地中試研究和示范工程研究，闡明了熱耦合化學修

復相關機理，驗證了修復效果，并提煉總結了技術工程參數(shù)和實踐經(jīng)驗。

實驗室研究階段，采用污染物溶液和藥劑的純體系，在20~90℃加熱條件下

對熱耦合化學氧化還原反應有效性進行了驗證，然后采用場地污染土進行了批實

驗，確定了最適反應溫度為50-80℃。土柱實驗和沙箱實驗采用場地土壤填充，

并在土柱中設置小型加熱棒，在沙箱中建造與工程應用一致的加熱井，并開展了

注入過程的地下水流場模擬。闡明了加熱點周邊熱量擴散規(guī)律，確定了耦合修復

程序。

場地中試采用與修復工程一致的工藝工程設計原則，著重研究了耦合修復裝

備調試與應用方法，加熱控制方法，藥劑注入工法，以及場地條件下污染物去除

規(guī)律，傳熱與藥劑擴散的傳熱傳質規(guī)律。進一步驗證了耦合修復效果，核算了中

試規(guī)模能耗和成本水平，解決了平面布置、井反漿暴沸、注入流量控制、地下水

水質監(jiān)測等諸多工程關鍵問題。通過ArcGIS、Sufer、Comsol等仿真軟件模擬不

同輸入熱量下的土壤溫度分布情況、不同注入條件下的藥劑擴散半徑和停留時間，

并在中試實驗中得到驗證，為耦合技術的工程化應用積累了寶貴經(jīng)驗。

在原位熱處理耦合化學修復示范工程中，優(yōu)化了運行控制步驟，驗證了耦合

修復效果、能耗和成本降低水平，并進一步優(yōu)化了關鍵技術指標和監(jiān)測指標，確

定了工藝流程、平面設計、修復單元建造等技術要求，及材料要件性能要求、檢

測和過程控制要點、運行維護要求等。

3.2經(jīng)濟效益分析

原位熱處理耦合化學修復技術修復高效、無二次污染且修復成本顯著降低，

具有廣泛的應用前景。本指南的實施可有效推廣該技術，促進我國污染場地修復

技術的綠色可持續(xù)發(fā)展，以及相關裝備和材料的產(chǎn)業(yè)化水平，推動土壤修復產(chǎn)業(yè)

良性發(fā)展，持續(xù)地創(chuàng)造社會經(jīng)濟效益。

四、標準涉及的相關知識產(chǎn)權說明

本技術指南版權歸土壤學會所有，由土壤學會統(tǒng)一負責團體標準的出版和發(fā)

行事宜。標準中涉及專利的問題按照國家相關規(guī)定處理。

五、與現(xiàn)行標準、法規(guī)的關系

本指南與相關標準及法律法規(guī)協(xié)調一致，沒有沖突。國內現(xiàn)有相關標準及法律

法規(guī)如下：

(1)《中華人民共和國土壤污染防治法》（2019年1月1日起實施）

(2)《中華人民共和國環(huán)境保護法》（2014年修訂，2015年1月1日起施行）

(3)《土壤污染防治行動計劃》（國發(fā)〔2016〕31號）

(4)《土壤環(huán)境質量建設用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB36600-2018）；

(5)《建設用地土壤污染狀況調查技術導則》（HJ25.1-2019）

(6)《建設用地土壤污染風險管控和修復