随着石油炼化行业的快速发展,石油烃类场地污染急需重点关注,尤其是轻烃类,由于其挥发性和生物毒性而成为污染土壤/大气/水体最具危险性的污染物之一。近些年来,由于微波热修复技术相较于其它处理技术具有更快更高效等优点,逐渐成为污染土壤修复研究的热点。本文首先基于数学模型,利用COMSOL多物理场数值模拟软件建立微波辐照和红外辅助微波辐照热处理反应腔模型。通过对比实验的温度分布和升温曲线变化,验证了模型的准确性;利用模型优化了微波输入馈口位置,探讨了不同几何结构和输入功率下土壤反应腔中电场、温度空间分布,模拟结果显示:在单馈口模式下,散色参数值最低,为-26.46d B,表明微波馈口反馈的能量最低,土壤吸收能量为最优;不同土壤处理腔体几何结构下电场的分布规律大致相同,且均表现出红外辅助微波辐照加热具有更好的温度均匀性;在单独微波辐照下,300 W以下较低的微波输入功率在5 min内对土壤的加热效果并不明显,随着微波功率的增加,电场强度有所增加,温度均匀性系数随之降低;温度均匀性系数<0.15占全部实验的60%,红外辐照介入对微波辐照整体加热均匀性有促进作用。模拟结果为进一步的实验结论提供必要的参考依据。其次,在搭建的污染土壤热修复评价实验平台上,以甲苯为代表研究烷烃类对苯系物脱附行为的影响;分别在微波辐照和红外辅助微波辐照下对甲苯污染的土壤进行热修复实验研究,探讨其修复效率、修复动力学及机理等。实验结果表明,烷烃类对苯系物的脱附行为所产生的“正负”共沸影响主要取决于热源对有机物升温速率的影响;单独微波辐照热处理下,五种单因素实验结果表明对甲苯污染物去除效率的影响次序依次为:微波功率>污染物浓度>处理时间>土壤质量>含水率,在以处理时间5 min,处理土壤质量为300 g,土壤污染物浓度7633.59 mg·kg-1,土壤含水率23.1 wt%和微波功率700 W条件下,甲苯去除效率最高,为92.24%。在红外辅助微波辐照热处理下,对甲苯污染物去除效率的影响次序为:红外介入时间>红外功率,其中在红外介入9 min后,去除效率达到最高,为97.84%。对热处理后污染土壤的动力学分析表明,单独微波辐照热处理修复实验结果符合一级动力学,相关性系数R2均大于0.98;而红外辅助微波辐照热处理修复实验中,由于红外的介入增加了土壤整体的温度均匀性,修复动力学符合线性相关,相关性系数R2均大于0.9。此外,红外光谱图数据表明,两者之间的红外光谱都并无太大区别,甲苯污染物具有回收再利用的可行性。基于以上研究,本文设计了一套污染土壤热修复工艺流程,由土壤运输进料装置、微波组合红外热处理装置、尾气处理装置和土壤后处理装置四个部分组成,并对热修复工艺中主要设备进行设计和相关附件选型。本文利用红外辐照弥补微波辐照的局限性,为污染土壤建立一个均匀加热的脱附反应器,提高了能量利用效率,提升了污染物的去除效率,为微波技术规模化应用到修复苯类污染土壤提供可行性。