CN105032908B - 一种修复有机污染土壤及地下水的装置和工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种修复有机污染土壤及地下水的装置和工艺方法，包括超声波发射装置和微生物反应装置，超声波发射装置安装于待修复的有机污染土壤中深度为6.5～7.0m的钻孔中，超声预处理结束后，将超声波发射器取出，在钻孔中安装微生物反应器的进水管路和出水管路，有机污染土壤的地下水经自吸泵抽至微生物反应器中进行处理，处理结束后回灌至地下。本发明中的装置设计简单，连接紧凑，使用方便，采用超声波预处理和微生物强化反应进行原位修复难降解高分子有机污染土壤和地下水的组合工艺，大幅降低了处理成本，对土壤结构不产生破坏，不影响土壤的正常功能，避免了土壤的二次污染，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复有机污染土壤及地下水的装置和工艺方法，属于有机污染土壤修复技术领域。
背景技术
目前，在生产制造行业，如化工、炼焦、制药、颜料合成、木材防腐剂、塑料制造、除草杀虫剂制造、矿产行业等，都会产生大量的含有有毒化学物的有机污染物，这些有机污染物也都严重污染了土壤。随着我国工业化和城市化的快速发展，污染企业关停与搬迁遗留下来大量的工业污染场地。另外，国家实施的“退二进三”、“退城进园”政策导致城市出现了大量遗弃场地，这些被遗留、遗弃的污染土地及地下水亟待开展修复治理。关于针对上述这些被污染的土壤，目前国内应用的土壤修复方法大致分为三大类，物理法、化学法以及生物法。物理法主要对污染物进行迁移，有置换法，冲洗法，填埋固化法，加热法，电化法，气相抽吸法。化学法主要是氧化方法，是向土壤中喷射或注入化学氧化剂．利用其氧化性分解有机污染物，达到净化的目标。常见的氧化剂有臭氧、芬顿试剂、高锰酸钾以及过硫酸盐。但氧化法在许多地方不能使用，如加油站、生活区等。生物法利用微生物的代谢过程将土壤中的有机污染物转化为二氧化碳、水、脂肪酸和生物体等无毒物质的修复过程。各种技术在作用原理、适用性、局限性和经济性方面均存在各自的特点。如何使其在较短时间内达到重复利用的标准是治理的关键。
对于一般的有机物污染土壤，生物法降解简单易行，处理费用低，不形成二次污染，具有很大的优越性，工程中得到广泛的应用。但对于高分子难降解有机污染物，采用常规的生物法处理，降解所需时间过长，且降解不彻底，难以达到理想的处理效果，但需要结合其他方法一起处理。超声波具有波长短而具有束射性强和易于通过聚焦集中能量的特点。超声波技术作为一种能量形式, 当其强度超过一定值时, 就可以通过它与传声媒质的相互作用, 去影响改变后者的物理化学性质。故用于工业处理与加工、加速声化学反应、超声医疗及生物技术等方面。超声波技术具有简便、高效、无二次污染等特点，能将水体中有害有机物转变为CO2、H2O、无机离子或转变为比原有机物毒性小的物质。因而，在处理难降解的有机物方面具有显著的优越性。但目前超声波技术主要应用于水污染控制，在土壤修复领域的研究很少，也未能实现大规模工程化的应用。超声波技术一般需要进一步和其他工艺联用，才能实现对土壤的有效修复。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中处理有机污染土壤和地下水时工艺复杂，装置繁琐且处理易形成二次污染，处理成本较高的问题，提供了一种装置简单，工艺方法易于操作的的修复有机污染土壤及地下水的装置和工艺方法。
本发明采用如下技术方案：一种修复有机污染土壤及地下水的装置，包括超声波发射装置和微生物反应装置，所述微生物反应装置包括微生物反应器，所述微生物反应器的下端设置有若干进水管路，所述微生物反应器的上端设置有若干出水管路，所述每条进水管路上分别设置有自吸泵，所述微生物反应器上设置有排泥口，所述微生物反应器上设置有加药口，所述微生物反应器内部底端设置有微孔隔板，所述微孔隔板上设置有微生物填料，所述微孔隔板的下方设置有曝气环，所述曝气环通过管路与曝气风机相连接。
进一步的，所述超声波发射装置安装于待修复的有机污染土壤中深度为6.5～7.0m的钻孔中，所述微生物填料上附着有经驯化后的Pseudomonas sp、Enterobacter sp或Acinetobacter高效好氧降解菌。
采用上述修复有机污染土壤及地下水的装置的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）首先在待修复的有机污染土壤中进行钻孔，先打出孔径为500~550mm深度为1~1.2m的孔，然后取出钻头用砂浆密封，待砂浆凝固后，用钻机继续钻钻孔，口径为400~450mm，成孔时用清水钻进，钻至钻孔深为6.5～7.0m停止，将超声波发射器装入钻孔内；
（2）放置好超声波发射装置后打开，超声频率大小控制为30~50kHz，超声时间为0.5~2个月；
（3）超声结束后将超声波发射装置取出，在钻孔内分别安装好进水管路和出水管路，将微生物反应器设置于待修复的有机污染土壤的地表上，分别打开进水管路上的自吸泵；
（4）待修复的有机污染土壤中的地下水经自吸泵进入至微生物反应器中进行微生物强化反应，并打开曝气风机向微生物反应器中通气，经过微生物强化反应处理的地下水经出水管路回灌至地下；
（5）每周停机一次，从加药口向微生物反应器中添加营养液，打开排泥口清理微孔隔板下方的淤泥，持续运转3~7个月，对修复后的有机污染土壤及地下水分别进行检测，结果表明，总降解率为85~92%。
进一步的，所述步骤（4）中微生物反应器内部的总营养物质的C : N : P 为100~120: 4~8 :0.5~2。
进一步的，所述步骤（4）中微生物反应器内部的pH值为6~7.5。
进一步的，所述步骤（4）中微生物反应器温度控制为20~35℃。
进一步的，所述步骤（4）曝气风机开启以150~200L/min向微生物反应器内通气。
进一步的，所述步骤（5）中从加药口加入的营养液为含磷和氮的营养物。
本发明中的装置设计简单，连接紧凑，使用方便，采用超声波预处理和微生物强化反应进行原位修复难降解高分子有机污染土壤和地下水的组合工艺，大幅降低了处理成本，对土壤结构不产生破坏，不影响土壤的正常功能，避免了土壤的二次污染，绿色环保。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记：超声波发射装置1、微生物反应装置2、微生物反应器3、进水管路4、自吸泵5、排泥口6、加药口7、微孔隔板8、微生物填料9、曝气环10、曝气风机11、出水管路12、地下水位线A、待修复的有机污染土壤区B。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，一种修复有机污染土壤及地下水的装置，包括超声波发射装置1和微生物反应装置2，超声波发射装置1安装于待修复的有机污染土壤中深度为6.5～7.0m钻孔中，微生物反应装置2包括微生物反应器3，微生物反应器3的下端设置有若干进水管路4，微生物反应器3的上端设置有若干出水管路12，每条进水管路4上分别设置有自吸泵5，微生物反应器3上设置有排泥口6，微生物反应器3上设置有加药口7，微生物反应器3内部底端设置有微孔隔板8，微孔隔板8上设置有微生物填料9，微孔隔板8的下方设置有曝气环10，曝气环10通过管路与曝气风机11相连接。
首先是超声波预处理，在待修复的有机污染土壤场地钻孔，并安装超声波发射器，启动后发生超声空化现象，附近的地下水会产生微小的空化气泡，空化气泡在超声波作用下被激化，产生的机械效应使吸附于土壤颗粒表面或者内部孔隙内的有机污染物解吸到地下水溶液中，而且空化效应所产生的热效应和化学效应具有降解有机污染物功能，空化产生的局部高温高压可以对水中的污染物进行热解作用，另一方面产生的氧化电位很高的羟基自由基，可以将溶液中难降解的高分子有机污染物降解成相对简单的小分子化合物或是最终氧化生成二氧化碳和水，超声波发射装置开启范围在30~50kHz的超声频率，处理时间为0.5~2个月，超声波发射装置只是前期运行，为微生物强化反应做预处理，当微生物强化反应进行时，超声波发射装置停止运行，并拆除，在原来的钻孔中布置抽排水管路。
启动自吸泵将地下水抽到地表进行微生物强化处理。微生物反应器内装有填料，经驯化后好氧微生物菌种附着在上面，同时在加药口向反应器内添加营养液,使得反应器内总营养物质中的C : N : P =（100~120）: （4~8）: （0.5~2）,同时将内部的PH调整到6~7.5，温度控制在20~40℃，曝气风机不断向微生物反应器中鼓风，促进微生物的反应效率，水体从微生物反应器底部进入反应器，向上经过微生物强化降解菌反应，水中的有机物可以得到有效地降解，然后从上部流出通过出水管路流出，同时微生物菌种和营养物质也通过出水管路回灌到地下，进一步处理污染区的地下水及土壤。经过水体抽出、处理、回灌的不断循环，最终达到污染区域地下水及土壤的有效修复。处理时间为2~4个月，降解率高达85%以上。
实施例一：本实施例为修复浓度为2000ppm的邻（对）二硝基氯苯污染的土壤，地下水深度为2m，污染区域占地面积为1000m2，场地内打50口钻孔，安装超声波发射器，发射器深度达到5m，开启30kHz的超声频率，运行0.5个月后，把超声波发射器取出。在其中均匀分布的25口钻孔中安装抽水管路，连接到地表自吸泵，进行微生物强化反应，另外的25口钻孔安装排水管路。微生物强化反应器内装有附着在填料上的经驯化后的Acinetobacter高效好氧降解菌。添加营养液，保证器内总营养物质的C : N : P =（100~120）: （4~8）: （0.5~2）, 同时将内部的PH调整到6~7.5，温度控制在10~30℃，曝气机开启并以150L/min向器内通气，地下水经过反应器可以有效降解有机物，并将微生物菌种跟营养液带入地下，达到地下水跟土壤的不断循环修复。每周停机一次，添加营养液，清理污泥。持续运行3~5个月，最终的邻（对）二硝基氯苯<200 ppm,总降解率达到90%以上。
实施例二：本实施例为修复浓度为2500ppm的六六六（HCHs）污染的土壤，地下水深度为4m，污染区域占地面积为500 m2。场地内打30口钻孔，安装超声波发射器，开启50kHz的超声频率，运行2个月后，把超声波发射器取出。在其中均匀分布的15口钻孔中安装抽水管路，连接到地表自吸泵，进行微生物强化反应，另外的15口钻孔安装排水管路。微生物强化反应器内装有附着在填料上的经驯化后的Pseudomonas sp高效好氧降解菌。添加营养液，保证器内总营养物质的C : N : P =（100~120）: （4~8）: （0.5~2）, 同时将内部的PH调整到6~7.5，温度控制在20~35℃，曝气机开启并以200L/min向器内通气。地下水经过反应器可以有效降解有机物，并将微生物菌种跟营养液带入地下，达到地下水跟土壤的不断循环修复。每周停机一次，添加营养液，清理污泥。持续运行4~6个月，最终的六六六（HCHs）<200ppm,总降解率达到92%以上。
实施例三：本实施例为修复浓度为1000ppm的滴滴涕（DDTs）污染的土壤，地下水深度为1m，污染区域占地面积为200 m2。场地内打10口钻孔，安装超声波发射器，发射器深度达到3m。开启35kHz的超声频率，运行1.5个月后，把超声波发射器取出。在其中均匀分布的25口钻孔中安装抽水管路，连接到地表自吸泵，进行微生物强化反应，另外的25口钻孔安装排水管路。微生物强化反应器内装有附着在填料上的经驯化后的Enterobacter sp高效好氧降解菌。添加营养液，保证器内总营养物质的C : N : P =（100~120）: （4~8）: （0.5~2）,同时将内部的PH调整到6~7.5，温度控制在20~35℃，曝气机开启并以180L/min向器内通气。地下水经过反应器可以有效降解有机物，并将微生物菌种跟营养液带入地下，达到地下水跟土壤的不断循环修复。每周停机一次，添加营养液，清理污泥。持续运行5~7个月，最终的滴滴涕（DDTs）<150 ppm,总降解率达到85%以上。
Claims (9)
1.一种修复有机污染土壤及地下水的装置，其特征在于：包括超声波发射装置（1）和微生物反应装置（2），所述微生物反应装置（2）包括微生物反应器（3），所述微生物反应器（3）的下端设置有若干进水管路（4），所述微生物反应器（3）的上端设置有若干出水管路（12），每条所述进水管路（4）上分别设置有自吸泵（5），所述微生物反应器（3）上设置有排泥口（6）及加药口（7），所述微生物反应器（3）内部底端设置有微孔隔板（8），所述微孔隔板（8）上设置有微生物填料（9），所述微孔隔板（8）的下方设置有曝气环（10），所述曝气环（10）通过管路与曝气风机（11）相连接。
2.如权利要求1所述的修复有机污染土壤及地下水的装置，其特征在于：所述超声波发射装置（1）在使用时安装于待修复的有机污染土壤中深度为6.5～7.0m的钻孔中。
3.如权利要求1所述的修复有机污染土壤及地下水的装置，其特征在于：所述微生物填料（9）上附着有经驯化后的Pseudomonas sp、Enterobacter sp或Acinetobacter高效好氧降解菌。
4.采用权利要求1所述的修复有机污染土壤及地下水的装置的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据待修复的有机污染土壤面积设计钻孔个数进行钻孔，先打出孔径为500~550mm深度为1~1.2m的孔，然后取出钻头用砂浆密封，待砂浆凝固后，用钻机继续钻钻孔，口径为400~450mm，成孔时用清水钻进，钻至钻孔深为6.5～7.0m停止，将超声波发射器装入钻孔内；
（2）放置好超声波发射装置后打开，超声频率大小控制为30~50kHz，超声时间为0.5~2个月；
（3）超声结束后将超声波发射装置取出，在钻孔内分别安装好进水管路和出水管路，将微生物反应器设置于待修复的有机污染土壤的地表上，分别打开进水管路上的自吸泵；
（4）待修复的有机污染土壤中的地下水经自吸泵进入至微生物反应器中进行微生物强化反应，并打开曝气风机向微生物反应器中通气，经过微生物强化反应处理的地下水经出水管路回灌至地下；
（5）每周停机一次，从加药口向微生物反应器中添加营养液，打开排泥口清理微孔隔板下方的淤泥，持续运转3~7个月，对修复后的有机污染土壤及地下水分别进行检测，总降解率为85~92%。
5.如权利要求4所述的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）中微生物反应器内部的总营养物质的C : N : P 为100~120: 4~8 :0.5~2。
6.如权利要求4所述的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）中微生物反应器内部的pH值为6~7.5。
7.如权利要求4所述的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）中微生物反应器温度控制为20~35℃。
8.如权利要求4所述的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：所述步骤（4）曝气风机开启以150~200L/min向微生物反应器内通气。
9.如权利要求4所述的修复有机污染土壤及地下水的工艺方法，其特征在于：所述步骤（5）中从加药口加入的营养液为含磷和氮的营养物。
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