我国部分地区土壤污染严重,许多原有的工业用地被逐步开发为居住用地或商业用地,部分废弃用地土壤环境问题突出。我国污染场地修复整体起步较晚,土壤修复技术和工程实践经验也存在不足之处,目前主要依靠引进和借鉴国外的先进技术,但国外先进技术不能够完全适应我国污染土壤现状。微波修复具有热效率高、环境友好的特点,已经受到越来越多的国内外学者的关注。本论文通过数值模拟和实验两种方法对微波处理过程中热效应的影响因素进行研究,模拟了在不同输入功率、不同频率以及不同波导位置下的电场和样品中的温度分布情况。模拟结果表明当反应腔中放置介质后,电场强度下降了 28%,且微波功率、微波频率以及波导位置等因素都会对微波腔体中的电场强度和温度分布产生影响。实验结果与模拟结果规律一致,证明了数值模拟所建立的模型具有可信性。论文中首先对二甲苯污染土壤分别进行了微波、超声波方法单因素和响应曲面法优化工艺参数实验,优化得到两种方法的最优工艺参数:当微波功率为530 W,辐照时间为3.4 min,含水率为32.88%,预测结果为79.745%,实验平均去除率为81.25%,两者相对误差为1.89%;当超声功率为400 W,超声波时间为11 min,含水率为30%,预测结果为83.52%,实验平均去除率为82.97%,两者相对误差为0.66%。结果表明响应曲面法建立的二次回归方程拟合性较好,可用于准确预测给定工艺参数条件下的修复效果。然后使用不同微波-超声波耦合作用方式对二甲苯、石油和原油三种有机污染土壤进行修复并比较其修复效果,发现微波-超声波耦合作用方式修复效果较好,其中微波-超声波耦合作用对汽油与原油污染土壤的修复效果具有非常明显的提升作用,两者的去除率分别从单纯微波作用的33.96%和12.5%提升到72.9%和29.27%,去除率增长了超过100%。并且使用红外光谱法对汽油和原油污染土壤修复前后污染物变化进行了机理分析。在微波作用过程中添加粉煤灰和活性炭作为敏化剂,对比研究其对修复效果的影响,实验结果表明,当粉煤灰添加量为15%时二甲苯的去除率可达到98.42%,污染土壤中二甲苯浓度小于315mg/kg时,修复后土壤可满足《展览会用地土壤环境质量评价标准》中A级标准。在汽油和原油污染土壤微波修复中,粉煤灰对修复效果的提升作用明显。在此基础上结合数值模拟与实验结果设计了一种有机污染土壤微波处理设备,该设备可用于进行不同工艺参数下微波对土壤的修复效果的验证,集成化程度高,并且可进行工业化应用试验。通过三维建模及数值模拟优化得到四个波导输入为最佳输入形式,其最佳结构尺寸:长度为50 mm,宽度为15 mm,高度为6 mm。本论文使用微波-超声波耦合作用方式进行实验,为提高微波修复方法的修复效果提供了更宽广的研究方向;在微波修复过程中添加粉煤灰显著提高了有机污染土壤的修复效果,有利于推进粉煤灰的资源化利用;所设计的连续型有机污染土壤微波处理设备,为微波修复方法和设备的工业化应用提供了理论基础。