CN102921720B - 一种单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置和方法，属于环保设备技术领域。本发明的装置包括用来加药的依次由管路相连的加药槽、加药罐、加药泵和单井双灌井；用来供应空气的空压机和单井双灌井通过管路相连；用来喷淋的喷淋液水箱、喷淋液加压泵和喷淋管道通过管路依次相连；整个装置通过智能电气控制系统进行自动化控制。本发明的方法为：在污染场地安装单井双灌井和喷淋管道系统；通过喷淋管道系统给地面喷水保持湿度；通过加药系统向污染场地地下注入降解菌和相应的营养物质，通过空压机给降解菌供应所需的氧气，从而利用降解菌讲解污染物质。本发明适合处理各种污染物，修复时间短，具有高效、节能、快速等优点。
Description
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，特别涉及一种单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置和方法。
背景技术
随着城市扩大化，大批处于新城区的化工企业和污染企业需要搬离，留下了一片片被污染的土地，仅2008年全国关停转迁的企业数就高达22488个（廖晓勇等.城市工业污染场地:中国环境修复领域的新课题[J].环境科学，2011，32（3）：784-794.）。而2012年，国家环保部规定受污染的土地未修复之前是不准再次利用开发。因此需要大量的技术和资金运用到场地修复。
目前国内外的修复技术主要分为三大类：生物修复方法、物理修复方法、化学修复方法。传统的生物修复方法主要利用植物根、茎、叶等来吸收土壤中的污染物；但这一方法修复时间较长，且修复效果不彻底，土壤中始终存在污染物。物理方法主要利用客土法、卫生填埋，这种修复方式虽然彻底清理了污染场地的污染物，但同时也将给其他地区造成污染，形成二次污染，且这些修复方式不可持续的，修复代价巨大。而化学方法涉及到土壤挖掘，并且需向污染的土壤投加化学试剂，因此修复费用高，是不可持续的修复方法。
为了解决土壤修复难，费用高等问题，国内外学者做了大量的研究。例如在生物修复方面，研究者一直努力在寻找高效的污染物降解菌，从污染的土壤中提取土著污染物降解菌，并进行培养，最后连同土著菌营养基注入受污染的场地，强化土著菌对污染场地的污染。例如齐建超（齐建超,张承东,乔俊,郭婷,张清敏,陈威. 微生物与有机肥混合剂修复石油污染土壤的研究[J]. 农业环境科学学报,2010,01:66-72.）公开了在实验室条件下添加菌剂与复合有机肥对石油污染土壤有较好的修复效果。他们通过采用含有4 种菌的菌剂与多种有机肥联合修复石油污染土壤，通过盆栽实验对不同浓度菌剂处理土壤中的石油烃降解率、16 种多环芳烃（PAHs）浓度、脱氢酶活性、pH、阳离子交换量和微生物多样性等变化进行了研究。结果表明，腐植酸、诺沃肥和生物有机钙等有机肥和菌剂（4％处理）的加入使土壤盐碱环境得到明显改善，土壤pH 稳定于6.9，阳离子交换量为201.94 cmol·kg-1；对比4个不同浓度菌剂处理的效果，4％菌剂处理与有机肥联合作用修复效果最显著，石油烃降解率可达到73％，大部分所测PAHs浓度显著降低，其中萘、蒽、苯并（a）芘和苯并（g， h， i）芘降解率分别达到了65.5％、57.7％、74.7％和55.5％，土壤微生物数量增加，多样性更为丰富。但这一方法在大规模使用上未能得到突破。
王隆丹（王隆丹. 高效原油降解真菌对原油污染土壤的修复研究[D].东北师范大学,2008.）进行了高效原油降解真菌对原油污染土壤的修复研究。他通过从受污染的湿地土壤中分离出能够以原油作为碳源生长的真菌，进而用原油琼脂培养基对真菌进行驯化，筛选出生长较快、生物量较大的菌种。再分别以不同的烃类化合物为碳源培养真菌，测定真菌生物量随时间的变化，判断真菌对不同烃类化合物的降解能力。最后取污染场地的土壤进行室内模拟修复实验。经过5周的驯化周期和相应的模拟修复实验，结果表明从污染场地提取的土著降解菌能有效降解污染场地的污染物。
此外，大批学者在化学修复方面也做了大量的工作。其中最受关注的化学技术为化学淋洗和化学药剂固定稳定化。例如籍国东等（籍国东,周国辉. 异位化学淋洗修复石油类污染土壤[J]. 北京大学学报(自然科学版),2007,06:863-871.）研究了土壤的异位淋洗中涉及的相关问题和化学淋洗剂选择问题。他们发现异位化学淋洗修复石油类污染土壤主要的影响因数是：（1）土壤的性质；（2）污染物的性质、浓度和老化时间；（3）淋洗试剂的性质和浓度；（4）淋洗工艺条件（液固比、淋洗时间（20~60min）、淋洗温度、搅拌强度）。
在土壤化学淋洗修复设备也有相关研究开发，申请号为201020260722.8的中国专利申请提出的土壤中污染物迁移转化的淋滤装置虽然提供了异位淋洗设备，但是同样涉及大规模的土壤挖掘，修复过程耗费大量的人力物力资源。这是一个亟待解决的问题。
目前我国的修复技术和设备大多是异位修复技术和设备，而且像土壤气提、化学氧化、热脱附、淋洗修复设备处在研发和实验样机阶段，修复设备的产业化应用很少。虽然国外已研发出先进的技术和设备，但是技术和设备的引进费用相当高，且不一定设备和技术能本土化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置和方法。
所述的单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置结构如下：
加药槽1通过管道和位于其下方的加药罐3相连，在连接加药槽1和加药罐3的管道上设置有加药槽阀门2；在所述的加药罐3上设置有加药罐压力表4；加药泵7的两端通过管道分别与加药罐3和单井双灌井19相连；在所述的加药罐3和加药泵7之间的管道上安装有加药罐阀门6；在所述的加药泵7上安装有加药电磁流量计11；在加药泵7和单井双灌井19之间安装有加药泵阀门12；
所述的单井双灌井19由内外两层套管组成；在内管的底端安装有高压喷头22，在内管的中部和下部均匀布置有多个直径约为2mm的微孔20；外管的中部和下部均匀布置有多个直径为5mm的加药小孔21；在外管上、加药小孔21的上端分布有多个分支管路，每个分支管路上均匀布置有多个微孔；所述的支管均和主管相通，中下部均匀开有多个加药小孔21；
喷淋液加压泵15的两端通过管道分别与喷淋液水箱23和喷淋管道系统17相连；在所述的喷淋液水箱23和喷淋液加压泵15之间安装有喷淋阀门13；在所述的喷淋液加压泵15上安装有喷淋液电磁流量计8；在喷淋液加压泵15和喷淋管道系统17之间安装有喷淋液加压泵阀门24；所述的喷淋管道系统17有多个分支的喷淋管道，每个分支管道的末端均有多个微孔喷头18；
空压机9通过管道和所述的单井双灌井19的内管相连，二者之间的管道上安装有鼓风阀门14，二者相接的部位由井盖16密封；所述的空压机9上安装有空压机压力表10；
智能电气控制系统5通过导线和加药槽阀门2、加药罐压力表4、加药罐阀门6、加药泵7、喷淋液电磁流量计8、空压机9、空压机压力表10、加药电磁流量计11、加药泵阀门12、喷淋阀门13、鼓风阀门14、喷淋液加压泵15以及喷淋液加压泵阀门24相连。
所述的高压喷头22使用镀锌管材，其它管道可以使用PVC管材；除单井双灌井19和喷淋管道系统17外的所有装置都安装在集装箱内，集装箱可固定在运货车上，从而可以根据场地的位置随处安装。
一种利用所述的单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置进行土壤修复的方法包括如下步骤：
（1）在污染场地安装单井双灌井19，在距离污染场地地面高0.2~0.3m处安装喷淋管道系统17；
（2）在降解菌菌液注入污染场地之前3~4天，通过安装好的喷淋管道系统17向污染场地喷洒喷淋液，喷洒时间为2~3天，喷淋速率为0.02~0.05m3/d，每次喷淋间隔2~3小时；以确保土壤中的水的饱和度在20~30%之间；喷淋液可将附着在土壤颗粒上或者藏在土壤空隙中的污染物清洗出来，便于和降解菌接触；一般的修复场地喷淋液为水；
（3）将降解菌菌液通过加药槽1加入加药罐3，经加药泵7加压后通过安装好的单井双灌井19注入污染场地；所述的菌液浓度在106~108个/L，注入速率为2~5mL/min，用量为6~12L/m2；
（4）通过空压机9和单井双灌井19向污染场地注入空气，通过单井双灌井19向污染场地注入降解菌所需的营养物质；其中，所述的营养物质在空气注入前1min注入，注入量为800~1600mL/m2场地面积，注射周期为2~4天/次，营养物质中的C:N:P的物质的量比为（90~110）:（8~12）:（1~5）；所述的空气的注入压力在0.6~1.0MPa，空气注入时长每次1~2min，每隔20~30min注入一次。
其中，
所述的降解菌为从污染场地提取的土著降解菌经过驯化培养后获得的；
所述的降解菌、营养物质、空气和喷淋液的注入或喷洒均由智能电气控制系统5控制。
本发明的有益效果为：
本发明克服了微生物修复土壤所需的时间长、淋洗产生二次污染等问题；
本发明提出的单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置填补了目前国内市场的修复设备的空白；该设备基于原位修复技术，工程造价可节约40~60%；在运行过程中仅需几台电泵用电可节约用电成本，运行管理费用节约20~30%；可大大降低土壤的修复成本，推动我国土壤修复产业向良性可持续方向发展；
本发明提供的装置和方法不受场地限制，适合处理各种污染物，尤其是在处理有机污染物时去除率可高达90%以上；与传统的生物处理方法相比，相比于自然修复可将修复时间缩短到原来的20~30%，很好的解决了对污染土壤的再次利用问题；此外，与传统的修复技术相比，具有高效、节能、快速等特点；整个修复设备采取智能控制，可实行无人操作，设备安装在集装箱内，可灵活适用不同场地的需要。
附图说明
图1 为本发明的装置结构示意图；
图2 为单井双灌井结构示意图；
图3 为喷淋管道系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
首先在待处理的污染场地提取土著降解菌，并对提取的土著降解菌进行驯化培养；同时对待处理的污染场地进行调查，获得污染场地的污染物等参数，再根据获得的参数确定使用本发明的单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置和方法进行修复的各种参数，将参数输入智能电气控制系统5，从而实现对整个修复过程的自动控制；
（1）在污染场地安装单井双灌井19，在距离污染场地地面高0.25m处安装喷淋管道系统；
（2）在将土著降解菌菌液注入污染场地之前4天，将水装入喷淋液水箱23，打开喷淋阀门13，水经喷淋液加压泵15加压后，通过安装好的喷淋管道系统向污染场地喷水，喷洒时间为3天，喷淋速率为0.04m3/d，每次喷淋间隔2.5小时；以确保土壤中的水的饱和度在20~30%之间；喷淋液可将附着在土壤颗粒上或者藏在土壤空隙中的污染物清洗出来，便于和土著降解菌接触；
（3）将土著降解菌菌液通过加药槽1加入加药罐3，经加药泵7加压后通过安装好的单井双灌井19注入污染场地；所述的菌液浓度在107个/L，注入速率为4mL/min，用量为8L/m2；
（4）通过空压机9和单井双灌井19向污染场地注入空气，通过单井双灌井19向污染场地注入土著降解菌所需的营养物质；其中，所述的营养物质在空气注入前1min注入，注入量为1200mL/m2场地面积，注射周期为3天/次，营养物质中的C:N:P的物质的量比为100:10:1；空气的注入压力在0.6~1.0MPa之间，空气注入时长每次90S，每隔30min注入一次。
Claims (6)
1.一种单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置，其特征在于，所述的装置结构如下：
加药槽（1）通过管道和位于其下方的加药罐（3）相连，在连接加药槽（1）和加药罐（3）的管道上设置有加药槽阀门（2）；在所述的加药罐（3）上设置有加药罐压力表（4）；加药泵（7）的两端通过管道分别与所述的加药罐（3）和单井双灌井（19）相连；在所述的加药罐（3）和加药泵（7）之间的管道上安装有加药罐阀门（6）；在所述的加药泵（7）上安装有加药电磁流量计（11）；在所述的加药泵（7）和单井双灌井（19）之间安装有加药泵阀门（12）；
所述的单井双灌井（19）由内外两层套管组成；在内管的底端安装有高压喷头（22），在内管的中部和下部均匀布置有多个微孔（20）；外管的中部和下部均匀布置有多个加药小孔（21）；
喷淋液加压泵（15）的两端通过管道分别与喷淋液水箱（23）和喷淋管道系统（17）相连；在所述的喷淋液水箱（23）和喷淋液加压泵（15）之间安装有喷淋阀门（13）；在所述的喷淋液加压泵（15）上安装有喷淋液电磁流量计（8）；在喷淋液加压泵（15）和喷淋管道系统（17）之间安装有喷淋液加压泵阀门（24）；
空压机（9）通过管道和所述的单井双灌井（19）的内管相连，二者之间的管道上安装有鼓风阀门（14），二者相接的部位由井盖（16）密封；所述的空压机（9）上安装有空压机压力表（10）；
智能电气控制系统（5）通过导线和加药槽阀门（2）、加药罐压力表（4）、加药罐阀门（6）、加药泵（7）、喷淋液电磁流量计（8）、空压机（9）、空压机压力表（10）、加药电磁流量计（11）、加药泵阀门（12）、喷淋阀门（13）、鼓风阀门（14）、喷淋液加压泵（15）以及喷淋液加压泵阀门（24）相连；
所述的微孔（20）的直径为2mm；所述的加药小孔（21）的直径为5mm；在所述的单井双灌井（19）的外管上、加药小孔（21）的上端分布有多个分支管路，每个分支管路上均匀布置有多个微孔，所述的支管均和主管相通，中下部均匀开有多个加药小孔（21）；
所述的喷淋管道系统（17）有多个分支的喷淋管道，每个分支管道的末端均有多个微孔喷头（18）；
所述的高压喷头（22）使用镀锌管材，其它管道使用PVC管材；
除单井双灌井（19）和喷淋管道系统（17）外的所有装置都安装在集装箱内，集装箱固定在运货车上。
2.一种利用权利要求1所述的单井双灌生物强化喷淋土壤修复装置进行土壤修复的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
（1）在污染场地安装单井双灌井（19），在距离污染场地地面高0.2～0.3m处安装喷淋管道系统（17）；
（2）在降解菌菌液注入污染场地之前3～4天，通过安装好的喷淋管道系统（17）向污染场地喷洒喷淋液，喷洒时间为2～3天，喷淋速率为0.02～0.05m3/d，每次喷淋间隔2～3小时；以确保土壤中的水的饱和度在20～30%之间；
（3）将降解菌菌液通过加药槽（1）加入加药罐（3），经加药泵（7）加压后通过安装好的单井双灌井（19）注入污染场地；
（4）通过空压机（9）和单井双灌井（19）向污染场地注入空气，通过单井双灌井（19）向污染场地注入降解菌所需的营养物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的喷淋液为水。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的降解菌为从污染场地提取的土著降解菌经过驯化培养后获得的；步骤（3）中所述的降解菌菌液的浓度为106～108个/L，菌液注入的速率为2～5mL/min，用量为6～12L/m2。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的营养物质在空气注入前1min注入，注入量为800～1600mL/m2场地面积，注射周期为2～4天/次，营养物质中的C:N:P的物质的量比为90～110:8～12:1～5；空气的注入压力为0.6～1.0MPa，注入时长为每次1～2min，每隔20～30min注入一次。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述的降解菌、营养物质、空气和喷淋液的注入或喷洒均由智能电气控制系统（5）控制。
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