CN105234164A - 一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法 - Google Patents

一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法，属于环境有机污染物修复技术领域，适用于目标污染物为挥发性有机物及可生物降解有机物且土壤通透性好的场地的修复处理。本发明装置包括生物堆、通气模块、污染物监测模块、尾气处理模块、滴灌模块、渗滤液收集模块和供电控制系统。各模块系统协同工作实现对有机污染土壤中的挥发性有机污染物的异位抽提、生物降解处理，将土壤气相抽提和生物通风两种修复技术耦合，可实现对土壤中挥发性有机物和可生物降解有机物的快速有效去除，设备安装简便，系统设计合理，运行成本较低，适用于土壤中挥发性有机污染物浓度较高的场地修复，可实现就地异位快速修复和治理。

Description

一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法
技术领域
本发明属于环境有机污染物修复技术领域，具体涉及的是一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法。
背景技术
土壤作为人类生态环境的重要组成部分，随着城市化速度加快和现代工农业的快速发展，城市规划置换出来的冶炼、有机化工工业搬迁场地越来越多，由于生产活动中“跑冒滴漏”现象造成的有机污染物进入土壤，不仅破坏了土壤本身的生态系统，甚至对地下水资源也构成威胁；另外石油开采、冶炼、使用和运输过程的污染和泄漏及含油废水的排放等对土壤的污染也已成为当前国际土壤生态环境保护与治理的焦点问题，日益引起国内外环境领域的广泛关注与重视。
挥发性有机污染物进入土壤后使土壤的理化性质发生变化，改变土壤质量，影响土壤微生物的活性，低农作物和植物造成危害，对人体健康造成严重威胁。针对这种挥发性有机污染物的治理，往往采用物理抽提或者化学氧化等方法去除，但这样的处理由于有化学反应发生，容易造成二次污染，物理抽提往往会出现“拖尾”现象，导致污染物不能有效地被去除。我们提出土壤气相抽提(物理处理方法)和生物通风(生物修复方法)耦合联用的装置和方法对挥发性有机物进行处理，具有应用范围广、操作灵活且费用低、不造成二次污染等优点，在挥发性有机污染土壤的修复治理方面具有很好的应用前景。
发明内容
本发明针对挥发性有机污染土壤快速修复的现实需求，提出了一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置和方法，利用物理处理和生物修复方法进行联用，针对石油烃类污染土壤中的挥发性有机污染物和可生物降解有机污染物，进行异位生物堆修复应用，实现土壤质量改善和净化后安全再利用。
本发明采用的技术方案为：一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，具体的方案为：装置包括生物堆、通气模块、污染物监测模块、尾气处理模块、滴灌模块、渗滤液收集模块和供电控制系统。通气模块与污染物监测模块连接，分布于生物堆体土壤中；尾气处理模块与通气模块连接，滴灌模块分布于生物堆体顶部，渗滤液收集模块分布于生物堆体周围，供电控制系统与通气模块连接。
其中，所述生物堆为将挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤挖离污染区域后放置成一定形状的堆体，堆体土方量约200m3，生物堆高度不超过2m，堆体底部为水泥板层，设有1mm厚HDPE防渗膜，上铺有30cm粘土层，防止气体短路。
其中，所述通气模块包括高压漩涡气泵、气液分离器、抽气井兼做通气井。高压漩涡气泵一端与供电控制系统连接，一端与气液分离器连接，气液分离器另一端与抽气井/通风井连接。
其中，所述污染物监测模块包含土壤气体取样器和压力、土壤气体和CO2/O2采样孔、监测井等。尾气处理模块主要为活性炭吸附罐，进气口位于活性碳吸附罐。滴灌模块主要为供药罐和滴灌软管，用于调节土壤水分、添加营养物质和微生物。渗滤液收集模块配合滴灌模块使用，用于异位生物堆体土壤中渗滤液的收集。
其中，通气模块还包括气体流量计、节流阀、单向阀。所述气体流量计、节流阀位于高压涡旋气泵与气液分离器之间。单向阀位于高压涡旋气泵与尾气处理模块之间。
其中，高压涡旋气泵为吹吸双功能。
其中，所述抽气井兼做通气井为隙缝式水平筛管，外部包覆不锈钢滤网。
其中，抽气井兼做通气井外部包括还滤料层，滤料主要为石英砂、砾石，位于不锈钢滤网包覆的隙缝式水平筛管外。
其中，抽气井兼做通气井井口设压力表和气体采样孔，通过流量计与通气模块连接，另一端用管帽封口。
本发明另外提供一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复方法，具体的工作过程和方法为：将挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤挖离污染区域后放置成一定形状的堆体，生物堆堆体底部为水泥板层，设有1mm厚HDPE防渗膜，上铺有30cm粘土层，防止气体短路，生物堆建成后覆盖1mm厚HDPE防渗膜。在生物堆建设过程中在土壤中置入一组水平抽气井/通气井，为隙缝式水平筛管，抽气井数量依据生物堆长度和抽气半径决定，井屏长度略小于生物堆宽度，井口设压力表和气体采样孔，通过流量计与通气模块连接，另一端用管帽封口，井口设有压力表。生物堆内部埋设土壤气体采样器，土壤气体采样器用硅胶管连接于土壤堆体外部，用于试验通风系统运行期间土壤气体的采集，以便随时监测土壤气体中污染物的变化情况。生物堆顶部设有土壤气体和CO2/O2采样孔、监测井。生物堆顶部用PVC软管呈蛇形回路铺在土壤表面，管底部设有小孔，包覆纱网和滤料，滴灌软管接供药罐，用于滴灌添加营养物质或者水份。渗滤液收集系统配合滴灌系统使用，用于堆体土壤中渗滤液的收集，堆体四周有深度低于水泥板层的排水沟，沟内布设有PVC排水管，外接渗滤液收集池，四周设有坡度，便于渗滤液流向收集池。
装置运行分为土壤气相抽提和生物通风两个阶段。抽气时，土壤气体中的挥发性有机物从抽气井出，经气液分离器、高压漩涡气泵，入尾气处理模块，经吸附达标后排入大气，从而减少土壤气体中挥发性有机污染物的含量。当抽气达到“拖尾”阶段时，即抽出的气体中挥发性污染物浓度很低且不再下降时，系统从土壤气相抽提切换至生物通风模式，即高压漩涡气泵变更到吹风状态，为了更好地促进微生物对氧气的利用，在生物通风模式时气体流量低于抽气流量，气体经高压涡旋气泵、流量计、气液分离器进入通气井，扩散至生物堆土壤内部，促进土壤中土著微生物的生长代谢，从而实现对有机污染物的生物降解，达到降低土壤中可生物降解的有机污染物的目的。
与现有技术相比，本发明中的装置的优点如下：
(1)将土壤气相抽提和生物通风两种修复技术耦合，可实现对土壤中挥发性有机物和可生物降解有机物的快速有效去除；
(2)设备安装简便，系统设计合理，运行成本较低；
(3)适用于土壤中挥发性有机污染物浓度较高的场地修复，可实现就地异位快速修复和治理；
(4)本发明具有很好的推广价值，污染物监测模块可实现自动化控制，便于实时掌握土壤气体中污染物的变化情况。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图(气相抽提模式)。
图2为本发明装置的生物堆和滴灌模块、渗滤液收集模块示意图。
图3为本发明装置的生物通风模式示意图。
附图标记：1.高压涡旋气泵，2.气液分离器，3.流量计，4.节流阀，5.压力表和气体采样孔，6.抽气井(兼做通气井)，7.生物堆，8.土壤气体采样器，9.单向阀，10.活性炭吸附罐，11.供药罐(营养物质、水)，12.渗滤液收集池，13.渗滤液排水沟和PVC管，14.滴灌软管。Ⅰ.通气模块，Ⅱ.污染物监测模块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明装置和方法。
实施例1
如图1所示，本发明装置包括生物堆7、通气模块Ⅰ、污染物监测模块Ⅱ、尾气处理模块、滴灌模块、渗滤液收集模块和供电控制系统。通气模块Ⅰ与污染物监测模块Ⅱ连接，分布于生物堆7土壤中；尾气处理模块与通气模块Ⅰ连接，滴灌模块分布于生物堆7顶部，渗滤液收集模块分布于生物堆7周围，供电控制系统与通气模块Ⅰ连接。通气模块Ⅰ包括高压漩涡气泵1、气液分离器2、抽气井兼做通气井6。高压漩涡气泵1一端与供电控制系统连接，一端与气液分离器2连接，气液分离器2另一端与抽气井/通风井6连接。通气模块Ⅰ还包括气体流量计3、节流阀4、单向阀9、压力表和气体采样孔5。所述气体流量计3、节流阀4位于高压涡旋气泵1与气液分离器2之间。单向阀9位于高压涡旋气泵1与尾气处理模块(活性炭吸附罐10)之间。高压涡旋气泵1为吹吸双功能。抽气井兼做通气井6井口设压力表和气体采样孔5，通过流量计3与通气模块Ⅰ连接，另一端用管帽封口。生物堆7内部埋设土壤气体采样器8，土壤气体采样器8用硅胶管连接于土壤堆体外部。生物堆顶部设有CO2/O2采样孔、监测井。生物堆顶部用PVC滴灌软管14呈蛇形回路铺在土壤表面，管底部设有小孔，包覆纱网和滤料，滴灌软管14接供药罐11，用于滴灌添加营养物质或者水份。渗滤液收集系统配合滴灌系统使用，用于堆体土壤中渗滤液的收集，堆体四周有深度低于水泥板层的排水沟13，沟内布设有PVC排水管13，外接渗滤液收集池12，四周设有坡度，便于渗滤液流向收集池12。
本发明装置在气相抽提模式下的工作过程如下：如图1所示，抽气时，土壤气体中的挥发性有机物从抽气井6出，经气液分离器2、高压漩涡气泵1，入尾气处理模块(活性炭吸附罐10)，经吸附达标后排入大气，从而减少土壤气体中挥发性有机污染物的含量。
在广东某柴油污染场地应用本发明装置和方法进行异位生物堆修复示范，经过30天间歇抽气，土壤中总石油烃原始平均浓度为4817mg/kg，抽提后污染物平均浓度下降至823mg/kg，平均去除效率为82.12％。
实施例2
本发明装置在生物通风模式下的工作过程如下：如图3所示，在生物通风模式时气体流量较低，气体经高压涡旋气泵1、流量计3、气液分离器2进入通气井6，扩散至生物堆7土壤内部，促进土壤中土著微生物的生长代谢，从而实现对有机污染物的生物降解，达到降低土壤中可生物降解的有机污染物的目的。
在广东某柴油污染场地应用本发明装置和方法进行异位生物堆修复示范，经过25天生物通风修复，土壤中总石油烃TPH原始平均浓度为1252mg/kg，生物通风后污染物平均浓度下降至152mg/kg，土壤中的柴油烃去除率达到81.47％。
本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

Claims (10)

1.一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：该装置包括生物堆(7)、通气模块(Ⅰ)、污染物监测模块(Ⅱ)、尾气处理模块、滴灌模块、渗滤液收集模块和供电控制系统；通气模块(Ⅰ)与污染物监测模块(Ⅱ)连接，通气模块(Ⅰ)与污染物监测模块(Ⅱ)分布于生物堆体土壤中；尾气处理模块与通气模块(Ⅰ)连接，滴灌模块分布于生物堆(7)的堆体顶部，渗滤液收集模块分布于生物堆体周围，供电控制系统与通气模块(Ⅰ)连接。
2.根据权利要求1所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述生物堆(7)为将挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤挖离污染区域后放置成一定形状的堆体，堆体土方量约200m3，生物堆高度不超过2m，堆体底部为水泥板层，设有1mm厚HDPE防渗膜，上铺有30cm粘土层，防止气体短路。
3.根据权利要求1所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述通气模块(Ⅰ)包括高压漩涡气泵(1)、气液分离器(2)和抽气井(6)；抽气井(6)在生物通风模式时兼做通气井，高压漩涡气泵(1)一端与供电控制系统连接，一端与气液分离器(2)连接，气液分离器(2)另一端与抽气井(6)连接。
4.根据权利要求1所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：污染物监测模块(Ⅱ)包含土壤气体取样器(8)和压力表和气体采样孔(5)和监测井；压力表用于测量气体压力，气体采样孔为土壤气体和CO2/O2采样孔；尾气处理模块包括活性炭吸附罐(10)；滴灌模块包括供药罐(11)和滴灌软管(14)，滴灌模块用于调节土壤水分、添加营养物质和微生物；渗滤液收集模块配合滴灌模块使用，用于异位生物堆体土壤中渗滤液的收集。
5.根据权利要求3所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述通气模块(Ⅰ)还包括气体流量计(3)、节流阀(4)和单向阀(9)，所述气体流量计(3)、节流阀(4)位于高压涡旋气泵(1)与气液分离器(2)之间，单向阀(9)位于高压涡旋气泵(1)与尾气处理模块之间。
6.根据权利要求3或5所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述高压涡旋气泵(1)为吹吸双功能。
7.根据权利要求3或5所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述抽气井(6)为隙缝式水平筛管，外部包覆不锈钢滤网。
8.根据权利要求3或5所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述抽气井(6)外部还包括滤料层，滤料主要为石英砂、砾石，位于不锈钢滤网包覆的隙缝式水平筛管外。
9.根据权利要求3或5所述的有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复装置，其特征在于：所述抽气井(6)井口设压力表和气体采样孔(5)，通过气体流量计(3)与通气模块(Ⅰ)连接，另一端用管帽封口。
10.一种有机污染土壤的异位生物堆气相抽提/生物通风修复方法，其特征在于：该方法具体的过程为：
步骤1)、将挥发性有机物及可生物降解有机物复合污染土壤挖离污染区域后放置成一定形状的生物堆堆体，生物堆堆体底部为水泥板层，设有1mm厚HDPE防渗膜，上铺有30cm粘土层，防止气体短路，生物堆建成后覆盖1mm厚HDPE防渗膜；在生物堆建设过程中在土壤中置入一组水平抽气井/通气井，为隙缝式水平筛管，抽气井数量依据生物堆长度和抽气半径决定，井屏长度略小于生物堆宽度，井口设压力表和气体采样孔，通过流量计与通气模块连接，另一端用管帽封口，井口设有压力表；生物堆内部埋设土壤气体采样器，土壤气体采样器用硅胶管连接于土壤堆体外部，用于试验通风系统运行期间土壤气体的采集，以便随时监测土壤气体中污染物的变化情况；生物堆顶部设有CO2/O2采样孔、监测井；生物堆顶部用PVC软管呈蛇形回路铺在土壤表面，管底部设有小孔，包覆纱网和滤料，滴灌软管接供药罐，用于滴灌添加营养物质或者水份；渗滤液收集系统配合滴灌系统使用，用于堆体土壤中渗滤液的收集，堆体四周有深度低于水泥板层的排水沟，沟内布设有PVC排水管，外接渗滤液收集池，四周设有坡度，便于渗滤液流向收集池；
步骤2)、装置运行分为土壤气相抽提和生物通风两个阶段：抽气时，土壤气体中的挥发性有机物从抽气井出，经气液分离器、高压漩涡气泵，入尾气处理模块，经吸附达标后排入大气，从而减少土壤气体中挥发性有机污染物的含量；当抽气达到“拖尾”阶段时，即抽出的气体中挥发性污染物浓度很低且不再下降时，系统从土壤气相抽提切换至生物通风模式，即高压漩涡气泵变更到吹风状态，为了更好地促进微生物对氧气的利用，在生物通风模式时气体流量低于抽气流量，气体经高压涡旋气泵、流量计、气液分离器进入通气井，扩散至生物堆土壤内部，促进土壤中土著微生物的生长代谢，从而实现对有机污染物的生物降解，达到降低土壤中可生物降解的有机污染物的目的。
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