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焦化类污染场地是目前北京市规模最大、开发需求最为迫切的污染场地类型之一,也是多环芳烃(PAHs)污染土壤修复的典型代表。土壤热脱附技术是通过热交换将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度,以使有机污染物从污染介质上得以挥发或分离的过程。相对于土壤洗涤、生物降解等修复技术,热脱附技术具有高去除率、低成本、快速等优势,已成为最常见的通用修复技术之一。本文以北京某焦化厂PAHs污染土壤为研究对象,分析了该场地PAHs的赋存行为,在此基础上对污染土壤分别进行实验室回转炉热脱附测试和水泥窑中试热脱附测试,研究了焦化污染场地土壤中PAHs热脱附行为,以期为污染场地修复提供依据。本文的主要研究内容和结论如下：1、焦化厂不同粒径土壤中PAHs的赋存特征。将北京焦化厂长期受PAHs污染的土壤进行粒度分级[P1(0.5-1.0mm)、P2(0.25～0.5mm)、P3(0.15～0.25mm)、P4(0.106～0.15mm)、P5(0.075～0.106mm)、P6(<0.075mm)],通过测定各粒径土壤的理化性质及土壤中USEPA优先控制的16种PAHs的浓度发现,各粒径土壤中16种PAHs均有检出,最高浓度大多出现在P1中,最低浓度出现在P4、P5中。各粒径土壤中2-3(低)环PAHs、EPAHs浓度趋势相似为P1>P2>P3、P4、P6>P5(P<0.05),4(中)、5-6(高)环PAHs浓度趋势类似为P1、P2>P3>P6>P4、P5(P<0.05)。比表面积(SA)、总有机碳(TOC)、可溶解性有机碳(DOC)与PAHs的含量呈现一定的相关性,各类PAHs浓度随SA的增大呈先增大随后减小趋势,最大浓度所对应的SA为38～41m2·g-1,随TOC的增加呈先减小随后增大趋势,最小浓度所对应的TOC为7.0-8.7g-kg-1。不同粒径土壤颗粒中,基于污染物毒性当量因子(TEF)的等效浓度与污染物实际质量浓度变化趋势并不相同,PAH总含量实际浓度为P1>P2、P3、P4、P6>P5(p<0.05),而PAH等效浓度则为P1、P2、P3、P4、P6>P5(P<0.05)。相比于PAHs污染土壤,不同粒径下DDT、HCB污染土壤的赋存行为与PAHs污染土壤不尽相同,这与不同土壤的特性与污染物种类有关。2、焦化厂土壤中PAHs的热脱附行为及其对土壤性质的影响。采用实验室回转炉测试设备和方法(专利申请号：201220468562.5),在50-450℃加热温度和30min停留时间的脱附条件下,通过测试焦化厂污染场地低、高含量PAHs污染土S1、S2中16种PAHs的热脱附效率和残留量的变化,和初步分析热脱附处理对土壤有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、比表面积(SA)和粒径分布的影响。结果表明：焦化厂土壤中PAHs的脱附率随加热温度的递增基本呈现升高趋势,土壤中PAHs含量、PAHs分子量和加热温度对PAHs的脱附率均存在极显著影响(p<0.01),其中加热温度影响程度最大,低分子量PAHs (LPAHs)和高分子量PAHs(HPAHs)的脱附率分别在50～100℃和200℃显著上升(p<0.05),总PAHs (∑PAHs)脱附率能够达到91.3%和98.4%；450℃加热温度条件下,S1和S2土壤中8种目标PAHs的含量范围分别为0.07～0.71mg·kg-1和0.26～40.20mg·kg-1, S2土壤中大部分PAHs仍超过相应的北京市场地土壤环境风险评价住宅用地筛选值；450℃加热温度条件下,S1和S2土壤中TOC含量分别下降51.4%(p<0.05)和23.1%(p<0.05),S1和S2土壤中DOC变化趋势相反,SA的下降与较粗颗粒比例略有增加和电镜扫描中土壤颗粒团聚现象结果相吻合。3、焦化厂PAHs污染土壤热脱附中试测试。采用逆流式回转窑,在不同加热温度条件下进行焦化厂PAHs污染土壤的热脱附测试,检测PAHs残留量、土壤理化性质等的变化。试样热重-红外分析结果表明,热解最佳反应温度区段平衡温度控制在400～450℃,为避免粘土类矿物大量分解,处置温度不宜高于700℃。在窑头物料温度520。C,停留时间约15min条件下,焦化厂土壤中的PAHs残留量低于0.1mg·kg-1,低于修复目标值。热脱附处置后,土壤塑性指数略有下降,为砂性土壤,且处置过前后重金属含量没有明显变化。综上,水泥窑热脱附技术用于北京焦化厂PAHs污染土壤是可行的。4、真空度和石灰添加对低温热脱附过程的影响。采用实验室回转炉测试设备和方法(专利申请号：201220468562.5),在200℃加热温度、5-30min停留时间下测试常压、真空、加碱热脱附后土壤PAHs残余浓度,研究发现PAHs残余浓度与脱附时间的拟合曲线符合一级动力学模型。真空热脱附下PAHs尤其是中、高环PAHs的脱附速率明显提高,可以有效去除可生物利用的PAHs和大部分非生物利用PAHs,且能够以较低能耗获得更高的脱附效率,尤其可以显著降低高环PAHs热脱附所需能量。石灰的添加对中环PAHs的脱附率有较大影响,对其他类PAHs的脱附影响不大。