CN105880276A - 镉、铅污染土壤的修复方法及电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置 - Google Patents

镉、铅污染土壤的修复方法及电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置 Download PDF

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尚海
杨学城
张琦炎
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梁霞
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Abstract

本发明公开了一种镉、铅污染土壤的修复方法及电动‑微生物联合可渗透反应墙修复装置，本发明装置包括反应槽、电极、电源和可渗透反应墙，在两个可渗透反应墙之间装填添加微生物的待处理的镉、铅污染土壤，从土壤中向电极迁移的污染物被可渗透反应墙吸附，从而把镉、铅重金属从待处理的土壤中去除。本发明联合微生物、生态吸附材料和电动力学对土壤进行修复，通过多方法连用和多系统集成应用，通过PRB吸附固定移至两极的污染物，从而把重金属在土壤中去除，其中可渗透反应墙和电动法两者联用省去电动的污染物抽取系统，更加贴近实际，优化动电系统修复性能。本发明方法土壤修复周期短，成本低，对镉、铅污染土壤修复效率高，不易造成二次污染。

Description

镉、铅污染土壤的修复方法及电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置
技术领域
本发明涉及一种被污染土壤的修复方法和修复装置，特别是涉及一种电动力学方法和微生物方法联合修复方法和修复装置，应用于土壤修复技术领域。
背景技术
中国土壤重金属污染物主要来源于污水灌溉、工业废渣、城市垃圾、工业废弃物堆放及大气沉降。污水中占较大比例的工业废水成分比较复杂，不同程度地含有多种重金属，是土壤重金属污染物的主要来源。中国土壤污染除镉、汞外，铅、铬、砷及铜的污染也比较严重。
污染场地修复技术是决定污染场地修复成败的关键环节。目前，场地修复技术虽然开发与发展的速度很快，但是都因其弊端而存在一定的局限性。在异位修复中，需要把污染土壤搬运和输送到其它地方进行处理，一般耗费较高，而且各种方法都受到土地资源和污染物排放的限制；在原位修复中，植物修复因其修复深度和周期的局限很少应用到工业污染场地。微生物修复技术具有廉价、绿色以及低能耗的特点，微生物可以对土壤中的重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的。
微生物修复技术是通过在土壤中投加对有毒重金属离子具有抗性的微生物，使其不但改善土壤环境条件，而且可以使重金属进行生物转化。Silver等提出，在细菌作用下氧化还原是最有希望的生物修复过程。微生物能氧化土壤中多种重金属元素，某些自养细菌如硫-铁杆菌类(Thiobacillus ferrobacillus)能氧化As、Cu、Mo 和 Fe 等，并且增加这些重金属在土壤的可移动性；假单孢杆菌属(Pseudomonas)能使As、Fe和Mn等发生生物氧化，降低这些重金属元素的活性。但独立的微生物修复方法还不能达到理想的重金属污染物去除率。
电动法具有高效、快速、适宜于黏性土壤以及对环境不会产生大的扰动等优点，作为一种原位修复技术，能够取得良好的修复效果。电动法的系统主要包括电解槽装置和污染物抽取系统，污染物抽取系统对从土壤中去除的污染物的分离效果还不够理想。
可渗透反应墙(PRB)法通过含有零价铁、活性炭、生态凹凸棒土等的PRB吸附土壤中的污染物，由于污染物在土壤中扩散移动的速度缓慢，所以吸附效果不够理想。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种镉、铅污染土壤的修复方法及电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，联合微生物、生态吸附材料和电动力学对土壤进行修复，通过多方法连用和多系统集成应用，通过PRB吸附固定移至两极的污染物，从而把重金属在土壤中去除，其中可渗透反应墙和电动法两者联用可以省去电动的污染物抽取系统，更加贴近实际，优化动电系统修复性能。本发明土壤修复周期短，成本低，对镉、铅污染土壤修复效率高，不易造成二次污染。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：
一种镉、铅污染土壤的修复方法，具有以下的步骤：
a. 镉、铅污染土壤预处理：选取待处理的镉、铅污染土壤，其中镉污染浓度不低于50mg/kg，铅污染浓度不低于1000mg/kg，将待处理的镉、铅污染土壤装填平铺于电解反应槽中，采用具有抗镉、抗铅特性的微生物菌种嗜酸氧化硫硫杆菌，对嗜酸氧化硫硫杆菌进行活化培养，得到功能菌的菌液，将得到的功能菌的菌液离心收集、洗涤，去除培养基后，得到嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体，将得到的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到电解槽中的待处理的镉、铅污染土壤中，使待处理的镉、铅污染土壤与嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体混合在一起；优选采用LB培养基培养嗜酸氧化硫硫杆菌，LB培养基的成分优选为10g/L胰蛋白胨、10g/L氯化钠和5g/L酵母膏配制而成的材料；
b. 镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复：将两个电极安装在电解槽中，在电解槽的两个电极之间插入插入可渗透反应墙，在电解槽中，在两个可渗透反应墙之间装填在步骤a中经过预处理的镉、铅污染土壤，使菌体在投加7天后，菌体使镉、铅重金属在土壤中得到活化，嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体微生物也得到培养，然后运行电动装置，在电压梯度为至少为1V/cm的条件下，通电5天，然后交换电解槽的两个电极，继续在电压梯度为至少为1V/cm的条件下，再通电5天，通电过程结束后，移除可渗透反应墙和电极，在电解槽中得到修复后的土壤。在镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复过程中，在电解槽中，优选使镉、铅污染土壤和两个电极之间始终保持非接触状态。
一种镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，包括电解槽装置，电解槽装置由反应槽、两个电极和电源组成，将两个电极分别与电源连接，组装成电解系统，在反应槽中靠近两个电极分别设置可装卸的可渗透反应墙，在两个可渗透反应墙之间装填添加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤，使投加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤与电极被可渗透反应墙分隔开，通电使待处理的镉、铅污染土壤的电压梯度至少为1V/cm，从待处理的镉、铅污染土壤中向电极迁移的污染物被可渗透反应墙吸附，从而把镉、铅重金属从待处理的土壤中去除。
作为本发明镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置优选的技术方案，可渗透反应墙外层部分采用有机玻璃材料，可渗透反应墙内部填充吸附固定材料。
作为本发明上述方案的进一步优选的技术方案，在可渗透反应墙内部填充的吸附固定材料采用300℃高温改性凹凸棒土。
作为本发明上述方案的进一步优选的技术方案，反应槽内壁设有凹槽，能将电极和可渗透反应墙安装到嵌入安装到反应槽内壁的凹槽内进行固定。
作为本发明上述方案的进一步优选的技术方案，电极采用铂电极板，电源采用交流电源。
作为本发明上述方案的进一步优选的技术方案，在反应槽外部还设有的微生物投加装置，微生物投加装置将经过预处理的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到反应槽中的待处理的镉、铅污染土壤中。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明电动-微生物联合可渗透反应墙方法修复周期短，成本低，对镉、铅污染土壤修复效率高，不易造成二次污染，在城市工业污染场地的修复中，更倾向于应用多种修复技术集成的解决方案来治理污染土壤，本发明联合微生物、生态吸附材料和电动力学修复方法对重金属污染土壤的修复技术领域应用具有重要意义；
2. 本发明的可渗透反应墙和电动法两者联用可以省去电动的污染物抽取系统，更加贴近实际，优化动电系统修复性能。
附图说明
图1为本发明实施例一电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，包括电解槽装置，电解槽装置由反应槽1、两个电极3和电源4组成，反应槽长度为400mm，宽度100mm，电极板厚度4mm，电极3采用铂电极板，电源4采用交流电源，将两个电极3分别与电源4连接，组装成电解系统，在反应槽1中靠近两个电极3分别设置可装卸的可渗透反应墙2，在两个可渗透反应墙之间装填添加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤5，使投加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤5与电极3被可渗透反应墙2分隔开，通电使待处理的镉、铅污染土壤5的电压梯度至少为1.0V/cm，从待处理的镉、铅污染土壤5中向电极3迁移的污染物被可渗透反应墙2吸附，从而把镉、铅重金属从待处理的土壤中去除。
在本实施例中，参见图1，可渗透反应墙2外层部分采用有机玻璃材料，可渗透反应墙2内部填充吸附固定材料，在可渗透反应墙2内部填充的吸附固定材料采用300℃高温改性的凹凸棒土。
在本实施例中，参见图1，在反应槽1外部还设有的微生物投加装置，微生物投加装置将经过预处理的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到反应槽1中的待处理的镉、铅污染土壤中。
在本实施例中，参见图1，一种镉、铅污染土壤的修复方法，具有以下的步骤：
a. 镉、铅污染土壤预处理：在本实施例中进行实验，装填到反应槽1中土壤样品为人工待处理的镉、铅污染土壤污染土壤，选取待处理的镉、铅污染土壤，现场取样后分析镉、铅的含量，其中镉污染浓度为50mg/kg，铅污染浓度为1000mg/kg，将3kg的待处理的镉、铅污染土壤装填平铺于反应槽1中，高度为60mm，采用具有抗镉、抗铅特性的微生物菌种嗜酸氧化硫硫杆菌，对嗜酸氧化硫硫杆菌进行活化培养，采用LB培养基培养嗜酸氧化硫硫杆菌，LB培养基的成分为10g/L胰蛋白胨、10g/L氯化钠和5g/L酵母膏配制而成的材料，经培养后得到功能菌的菌液，将得到的功能菌的菌液离心收集、洗涤，去除培养基后，得到嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体，通过微生物投加装置，将得到的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到反应槽1中的待处理的镉、铅污染土壤中，使待处理的镉、铅污染土壤与嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体混合在一起；
b. 镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复：将两个电极3安装在反应槽1中，交流电源4直接连接两个电极3，在反应槽1的两个电极3之间插入插入可渗透反应墙2，在反应槽1中，在两个可渗透反应墙2之间装填在步骤a中经过预处理的镉、铅污染土壤，使菌体在投加7天后，菌体使镉、铅重金属在土壤中得到活化，嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体微生物也得到培养，然后运行电动装置，在电压梯度为为1V/cm的条件下，通电5天，然后交换电解槽的两个电极3，继续在电压梯度为为1V/cm的条件下，再通电5天，通电过程结束后，移除可渗透反应墙2和电极3，在反应槽1中得到修复后的土壤。
在本实施例中，参见图1，在步骤b中，在镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复过程中，在电解槽中，使镉、铅污染土壤和两个电极之间始终保持非接触状态。
本实施例实验测试分析：
对本实施例修复的镉、铅污染土壤进行理化检测，修复后的土壤中的镉浓度为18.2mg/kg，铅浓度为275.6mg/kg，去除率分别为63.6%和72.4%，达到很好的重金属去除效果。
本实施例镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置包括预处理系统、交流电源、电动电极以及可渗透反应墙2。本实施例装置将铂电极与交流电源连接，通过阴、阳电极周期性的交换，使镉、铅形态维持在可交换态，最后在可渗透反应墙2的作用下得以吸附去除。本实施例电动-微生物联合可渗透反应墙技术修复周期短，成本低，对镉、铅污染土壤修复效率高，不易造成二次污染。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，反应槽1内壁设有凹槽，能将电极3和可渗透反应墙2安装到嵌入安装到反应槽1内壁的凹槽内进行固定，方便电极3和可渗透反应墙2的安装和移除，便于实现电极交换使用。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明镉、铅污染土壤的修复方法及电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种镉、铅污染土壤的修复方法，其特征在于，具有以下的步骤：
a. 镉、铅污染土壤预处理：选取待处理的镉、铅污染土壤，其中镉污染浓度不低于50mg/kg，铅污染浓度不低于1000mg/kg，将待处理的镉、铅污染土壤装填平铺于电解反应槽中，采用具有抗镉、抗铅特性的微生物菌种嗜酸氧化硫硫杆菌，对嗜酸氧化硫硫杆菌进行活化培养，得到功能菌的菌液，将得到的功能菌的菌液离心收集、洗涤，去除培养基后，得到嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体，将得到的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到电解槽中的待处理的镉、铅污染土壤中，使待处理的镉、铅污染土壤与嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体混合在一起；
b. 镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复：将两个电极安装在电解槽中，在电解槽的两个电极之间插入插入可渗透反应墙，在电解槽中，在两个可渗透反应墙之间装填在所述步骤a中经过预处理的镉、铅污染土壤，使菌体在投加7天后，菌体使镉、铅重金属在土壤中得到活化，嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体微生物也得到培养，然后运行电动装置，在电压梯度为至少为1V/cm的条件下，通电5天，然后交换电解槽的两个电极，继续在电压梯度为至少为1V/cm的条件下，再通电5天，通电过程结束后，移除可渗透反应墙和电极，在电解槽中得到修复后的土壤。
2.根据权利要求1所述镉、铅污染土壤的修复方法，其特征在于：在所述步骤b中，在镉、铅污染土壤的电动/微生物联合可渗透反应墙修复过程中，在电解槽中，使镉、铅污染土壤和两个电极之间始终保持非接触状态。
3.根据权利要求1或2所述镉、铅污染土壤的修复方法，其特征在于：在所述步骤a中，用LB培养基培养嗜酸氧化硫硫杆菌，LB培养基的成分为10g/L胰蛋白胨、10g/L氯化钠和5g/L酵母膏配制而成的材料。
4.一种镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，包括电解槽装置，所述电解槽装置由反应槽（1）、两个电极（3）和电源（4）组成，将两个所述电极（3）分别与电源（4）连接，组装成电解系统，其特征在于：在所述反应槽（1）中靠近两个所述电极（3）分别设置可装卸的可渗透反应墙（2），在两个可渗透反应墙之间装填添加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤（5），使投加嗜酸氧化硫硫杆菌的待处理的镉、铅污染土壤（5）与所述电极（3）被所述可渗透反应墙（2）分隔开，通电使待处理的镉、铅污染土壤（5）的电压梯度至少为1V/cm，从待处理的镉、铅污染土壤（5）中向所述电极（3）迁移的污染物被所述可渗透反应墙（2）吸附，从而把镉、铅重金属从待处理的土壤中去除。
5.根据权利要求4所述镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，其特征在于：所述可渗透反应墙（2）外层部分采用有机玻璃材料，所述可渗透反应墙（2）内部填充吸附固定材料。
6.根据权利要求5所述镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，其特征在于：在所述可渗透反应墙（2）内部填充的吸附固定材料采用300℃高温改性凹凸棒土。
7.根据权利要求4～6中任意一项所述镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，其特征在于：所述反应槽（1）内壁设有凹槽，能将所述电极（3）和所述可渗透反应墙（2）安装到嵌入安装到所述反应槽（1）内壁的凹槽内进行固定。
8.根据权利要求4～6中任意一项所述镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，其特征在于：所述电极（3）采用铂电极板，所述电源（4）采用交流电源。
9.根据权利要求4～6中任意一项所述镉、铅污染土壤的电动-微生物联合可渗透反应墙修复装置，其特征在于：在所述反应槽（1）外部还设有的微生物投加装置，所述微生物投加装置将经过预处理的嗜酸氧化硫硫杆菌的菌体投加到所述反应槽（1）中的待处理的镉、铅污染土壤中。
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