CN106495318B - 一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的渗透反应墙系统与方法 - Google Patents

一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的渗透反应墙系统与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统与方法，属于地下水修复领域。本发明通过含石油烃的地下水沿水流方向流经渗透反应墙，利用微生物在厌氧条件下形成的硝酸盐还原菌和硫酸盐还原菌群，将地下水中的石油烃降解，从而达到修复石油烃污染地下水的目的。本发明有效解决了利用土著微生物菌群原位修复地下水中石油烃存在着效率低、动力消耗大的难题，具有作用时间长、修复效率高、可操作性强、修复效果好的优点。

Description

一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的渗透 反应墙系统与方法
技术领域
本发明涉及地下水原位修复技术，更具体地说是一种利用强化厌氧生物技术修复地下水中石油烃的渗透反应墙的系统与方法。具体通过强化厌氧微生物技术激活地下水中土著生物群落中的硝酸盐还原菌和硫酸盐还原菌，将石油烃厌氧生物降解的地下水原位修复方法。
背景技术
在石油化工生产区、加油站等地，由于石油开采过程中的井下作业和油气集输、管道、油箱或其他运输工具的渗漏、排污管渠中含油污水的渗漏及事故性泄漏等原因，使大量石油污染物进入土壤或地下水中。石油污染物组分复杂，其中的烃类包括烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃等，其中大部分组分均对生物具有致癌、致畸和致突变性，对人体危害极大，而且地下水土一旦遭受污染，对植被生态会造成持续的影响。
目前我国处理石油污染地下水的方法主要有物理处理法、水动力控制法、抽出处理法和原位处理法。其中污染物的原位修复技术是近年来研究的重点。常用的地下水石油污染原位修复技术包括监测自然衰减、原位曝气、反应带技术和原位生物降解技术。原位生物降解技术主要有两种：第一种方法是通过添加负载功能菌群的介质作为填料，以实现对石油烃的生物降解，这种方法的优点是对功能菌群的固定化率较高，在运行期间能够保持较高的生物量，缓解了传统的原位处理技术中堵塞的问题；另一种方法是强化生物技术，即通过添加能够刺激土著菌种的生长和繁殖的药剂(如硝酸根、铁(Ⅲ)和硫酸盐等)来加速石油烃的生物降解，这种方法的优点是可操作性强、修复成本低、无二次污染。但是这两种技术在实际应用时面临着以下的难题：
(1)添加负载功能菌群的介质作为填料面临的难题：地下水的污染现场修复过程中，场外培育的富集菌种在实际治理过程中很难存活并降解污染物，这是因为添加的菌种是在较理想的条件驯化来的，而在治理现场往往是较为恶劣的环境条件，与实验室理想的驯化条件相差甚远，同时由于治理现场大量土著菌的存在，也极大抑制了外来添加菌种的繁殖，从而导致添加的菌种很难成为优势菌种，也就无法有效降解石油烃。
(2)强化生物技术面临的难题：在地下水中石油烃生物降解过程中，由于微生物利用溶解在地下水中的石油烃作为电子供体，优先利用氧气作为最终电子受体，逐步形成厌氧环境，随后其它电子受体如硝酸根、铁(Ⅲ)和硫酸盐等，也会随着石油烃的降解而消耗完全，从而限制了石油烃的厌氧生物降解。现有去除石油烃的强化生物降解技术主要通过加入氧气以刺激微生物的活性增强和数量增加，来加快自然生物降解。但在地下水所处的厌氧环境中加入氧气的效果并不理想(因为氧气在水中溶解度极低，且诸多化学过程如还原性质的矿物或者非污染物的氧化会快速消耗)。近些年，虽然有研究发现将硝酸盐添加到地下水中能够增强溶解的石油烃的生物降解，但由于大量的碳源和氮源的存在将土壤和地下水中的磷源消耗完全，从而又使得磷酸根含量成为限制石油烃生物降解过程中的重要因素。而添加正磷酸盐的方式又会导致地下水中的钙离子、镁离子和铁离子的沉淀，反而使得磷酸根无法被微生物所利用。
现有公开的相关现有技术如下：中国公开专利1：以电气石作为添加介质原位修复石油烃污染地下水的方法，专利公开号CN1254623A。该专利通过将扩大培养的功能菌固定在湿状泥炭上，再将负载功能菌的泥炭、电气石、粗砂按照4:1:15的体积比均匀混合制备成反应墙介质填入经石油烃污染的地下水中。该方法通过电气石的调节作用，提高了水中的溶解氧，增强了脱氢酶的活性，从而提高了对石油烃生物降解效率。但是地下水的污染现场修复过程中，这种场外培育的富集菌种因实际修复场所的环境条件与实验室培育条件差异较大，以及实际修复场所大量土著菌的竞争，导致其难以成为优势菌种，对地下水中污染物往往很难达到预期的降解效果。
中国公开专利2：过氧化氢脲用于土壤有机物污染的原位修复，专利公开号CN101745525A。该专利通过利用加入过氧化氢脲分解成氧气和氮源尿素的方式，为土壤和地下水中的可降解有机物提供电子受体，以加快深层土壤中的有机污染物质降解的速率。该专利的实施案例在土壤中加入质量浓度1％的过氧化氢脲、3％的磷酸二氢钾或磷酸氢二钾，经过190天得原位生物修复，实施区域中土壤的总石油烃含量降解率达到78％。但是这种方法依然存在较大的局限性，一方面由于氧气在水中溶解度较低，对地下水中的有机物降解效果并不高；另一方面，一旦土壤中存在较多的还原性矿物或者其它还原性非污染物，会加速对氧气的消耗，导致有机污染物物的生物降解效率降低。
中国公开专利3：使用电子受体盐原位生物修复污染的地下水，专利公开号CN103635265A。该专利通过在受污染地下水中的地表覆盖添加至少一种电子受体包括硫酸盐、石膏和泻利盐七水合物，以激活地下水中的土著生物菌群降解地下水中的苯系物。该专利中的实施例通过将650磅石膏土地使用到污染区域上经8天用95，000升水灌溉，经过500天得修复过程，石油烃降解率仅为73.3％左右。由此可见仅通过添加硫酸盐作为电子受体对于石油烃的生物降解并不完全。这种方法的缺陷主要在于添加硫酸盐后，刺激土壤和地下水中的硫酸盐还原菌快速活化，硫酸盐还原菌以是以石油烃为碳源利用在污染区域存在的氮源和磷酸根为营养元素进行新陈代谢活动，但是由于大量碳源的存在，氮源和磷酸根作为电子受体很快被利用完全，从而使得微生物代谢缓慢，对石油烃的降解效率较低。
发明内容：
1、发明要解决的技术问题
针对现有技术中生物降解法处理石油烃污染地下水存在的实际难题：(1)采用异位处理方法需将地下水抽出，处理成本较高；(2)而采用好氧或者厌氧原位生物修复技术不仅存在着石油烃在地下水中溶解性低，污染物不易与微生物接触降解的难题，还存在着好氧生物处理时氧气传质效率低，以及强化厌氧生物处理添加单一电子受体导致处理效果低等缺陷；上述难题限制了生物降解技术在石油烃污染地下水原位修复中的应用。本发明提供了一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的渗透反应墙系统与方法，如图2所示的机理，将含石油烃(包括己烷、苯、甲苯、二甲苯等)的地下水沿水流方向流经渗透反应墙系统，利用微生物在厌氧条件下形成的硝酸盐还原菌和硫酸盐还原菌群，加快石油烃的厌氧生物降解，将地下水中的石油烃降解，从而达到修复石油烃污染地下水的目的。
利用表面活性剂、硝酸盐非离子活性剂Ivey-sol增加石油烃在地下水中的溶解性，添加硝酸盐刺激硝酸盐还原菌的生长和繁殖，之后通过添加有机磷和过硫酸盐，产生正磷酸盐和硫酸盐，加速硝酸盐还原菌和硫酸盐还原菌的新陈代谢，过程。
2、技术方案
一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井、装填有沙子的井管、挡板、隔水层和注射井，注射井通过水管与储药罐相连；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽的下游、垂直于地下水流动的方向设置有沟槽，将填有沙子的井管置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板，沟槽中间为注射井，设置在地面的储药罐通过水管注射进入地下水中，在注射井的上游和下游均设置有监测井，渗透反应墙系统的下部为隔水层。
所述渗透反应墙系统的个数设置不少于1个，渗透反应墙系统总宽度为污染羽宽度的1.2～1.5倍为宜。
优选的，所述装填有沙子的井管中，沙子粒径为0.5-1mm。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
具体为：设置如上所述的渗透反应墙系统，向注射井中投加水和非离子表面活性剂Ivey-sol，污染物总石油烃与表面活性剂的体积浓度比为1:800～1000。非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的石油烃溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向注射井中添加硝酸盐，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分石油烃降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制石油烃厌氧生物降解的重要因素。其中，污染物总石油烃与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:500～800；
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向注射井中添加水、过硫酸盐和有机磷；过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的石油烃的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井下游设置的监测井定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、磷酸根、硫酸根和石油烃质量浓度，直至石油烃污染地下水中的石油烃浓度被降解完全。
优选的，步骤(2)中：所添加的硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵中任意一种或者几种。
优选的，步骤(3)中：所添加的过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钙或过硫酸镁中的一种或几种，所添加的有机磷为可被过硫酸盐矿化为正磷酸盐的磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种。
优选的，所述功能微生物为厌氧微生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
3、有益效果
(1)在井管中填充沙子，沙子粒径为0.5-1mm，一方面可以增加墙体的厚度，增加水力停留时间，同时也控制了污染物的迁移，尤其是避免夏天由于地下水位变化造成的污染物迁移的发生；
(2)通过向含有石油烃污染地下水中添加非离子表面活性剂Ivey-sol，提高石油烃在地下水中的溶解性，从而增加石油烃的生物可利用性；
(3)通过向注射井中添加硝酸盐作为电子受体，激活硝酸盐还原菌，直接利用受污染地下水环境中的土著功能微生物菌群将地下水中的石油烃进行厌氧生物降解，无需辅助添加氧气，操作简便，处理成本降低，可实现地下水的原位修复；
(4)通过后续添加磷酸三乙酯和过硫酸盐，利用过硫酸盐将磷酸三乙酯的矿化成为正磷酸盐，不仅能够补充磷源，还能同时产生硫酸根作为新的电子受体，有效加速硫酸盐还原菌和硝酸盐还原菌对石油烃的厌氧降解效率。此外，避免了直接添加磷酸盐与钙离子、镁离子和铁离子产生沉淀而降低磷酸盐在水中的传递效率；同时，未经活化的过硫酸盐也不会对微生物产生抑制作用，提高了微生物厌氧降解石油烃的效率。
(5)整个原位修复过程不添加任何有毒的化学试剂，不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为渗透反应墙系统处理地下水中石油烃的示意图。
图2为强化厌氧生物降解石油烃的机理。
图3为实施例1中硝酸根浓度变化图。
图4为实施例1中硫酸根浓度变化图。
图5为实施例1中磷酸根浓度变化图。
图6为实施例1中总石油烃(THP)降解效果图。
图7为实施例2中苯降解效果图。
图8为实施例3中苯降解效果图。
图9为实施例3中甲苯降解效果图。
图10为实施例4中己烷降解效果图。
图11为实施例5中二甲苯降解效果图。
图中，1-监测井，2-注射井，3-井管，4-挡板，5-沙子，6-储药罐，7-水管，8-污染源，9-污染羽，10-地下水流动的方向，11-包气带，12-地下水水位，13-含水层，14-隔水层。
具体实施方式
实施例1：
实施区域进行地质学分析显示，从地表到地下约为1.2米处为砂石和粘土组成，在地下3米处是低塑性的粉质粘土组成。
如图1所示，地下水水位12大概在地下3.1米处波动，地下水流动的方向10如图1所示，包气带11，监测发现，场地地下水中的主要有机污染物是石油类污染物，在含水层13中存在一个长约200米、宽约130米、厚约5.9米的石油烃类污染羽。建造一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井1、装填有沙子5的井管3、挡板4、隔水层14和注射井2，注射井通过水管与储药罐相连；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽9的下游、垂直于地下水流动的方向10设置有沟槽，将填有沙子5的井管3置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板4，沟槽中间为注射井2，注射井设置在地下9.5米至10米范围内，高度约为6.9米至7.4米，个数为10个，在地下10米至10.5米范围内设置了3个监测井，设置在地面的储药罐6通过水管7注射进入地下水中，注射井2的上游和下游均设置有监测井1，渗透反应墙系统的下部为隔水层14，渗透反应墙系统总宽度为污染羽宽度的1.2倍，所述装填有沙子5的井管3中，沙子粒径为0.5mm。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
设置如上所述的渗透反应墙系统，根据总石油烃的浓度，向储药罐6中投加14000L水，非离子表面活性剂Ivey-sol体积300L，药剂通过水管7进入10个注射井中，污染源8中总石油烃与表面活性剂的体积浓度比为1:850；非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的石油烃溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向储药罐6中添加硝酸钾450kg，注射井中污染物总石油烃与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:800，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分石油烃降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制石油烃厌氧生物降解的重要因素。
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
三个月之后，当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向储药罐6中投加16000L水，添加过硫酸钠43000kg、115kg磷酸三乙酯(TEP)。此时总石油烃与表面活性剂的体积浓度比为1：1000，有机磷与过硫酸盐(以过硫酸根计)的质量浓度比为1：800，有机磷与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1：2.5，过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的石油烃的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井2下游设置监测井1定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、磷酸根、硫酸根和石油烃质量浓度，其中硝酸根、硫酸根、磷酸根和总石油烃(TPH)的浓度其浓度变化分别如图3、4、5和6所示；图3中，在投加硝酸钾后，NO3 -浓度迅速上升，而当投入过硫酸钠和TEP后其浓度渐渐降低直至检出限以下；图4和图5中，在投加过硫酸钠和TEP后，SO4 2-和PO4 3-呈现了一致的趋势，即先迅速升高后降低；图6表明，经过6个月的修复，总石油烃的浓度低于检出限以下。
所述功能微生物为厌氧生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
实施例2：
实施区域进行地质学分析显示，从地表到地下约为1米处为泥沙、砂砾和粘土组成，在地下2.5米处是由风化岩石组成。地下水位大概在地下2.8米处波动。
监测发现，场地地下水中的主要有机污染物是苯，在含水层中存在一个长约60米、宽约40米、厚约4米的苯污染羽。建造一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井1、装填有沙子5的井管3、挡板4、隔水层14和注射井2；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽9的下游、垂直于地下水流动的方向10设置有沟槽，将填有沙子5的井管3置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板4，沟槽中间为注射井2，注射井设置在地下7.3米至7.8米范围内，高度约为5米至5.5米，个数为3个，在地下5.5米至6米范围内设置了2个监测井，设置在地面的储药罐6通过水管7注射进入地下水中，在注射井2的上游和下游均设置有监测井1，渗透反应墙系统的下部为隔水层14，渗透反应墙系统总宽度为污染羽宽度的1.5倍，所述装填有沙子5的井管3中，沙子粒径为1mm。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
设置如上所述的渗透反应墙系统，根据苯的浓度，向储药罐6中投加5000L水，非离子表面活性剂Ivey-sol体积50L，药剂通过水管7进入3个注射井中，污染源8中苯与表面活性剂的体积浓度比为1:1000；非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的苯溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向储药罐6中添加硝酸钠33kg，注射井中污染物苯与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:650，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分苯降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制苯厌氧生物降解的重要因素。
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
三个月之后，当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向储药罐6投加6000L水，添加过硫酸钾8000kg、20kg磷酸三甲酯(TMP)。此时苯与表面活性剂的体积浓度比为1：1000，有机磷与过硫酸盐(以过硫酸根计)的质量浓度比为1：400，有机磷与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1：1.6。过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的苯的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井2下游设置监测井1定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、硫酸根和苯。其中苯的降解效果如图7所示，结果表明，经过6个月修复，污染场地的地下水苯浓度低于检出限以下。
所述功能微生物为厌氧生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
实施例3：
实施区域进行地质学分析显示，实施区域进行地质学分析显示，从地表到地下约为1.5米处为砂砾、细中砂和粘土组成，在地下3.2米处是由粉细砂组成。地下水位大概在地下3.5米处波动。
监测发现，场地地下水中的主要有机污染物是苯和甲苯，在含水层中存在一个长约160米、宽约100米、厚约5.2米的苯和甲苯污染羽。建造一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井1、装填有沙子5的井管3、挡板4、隔水层14和注射井2；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽9的下游、垂直于地下水流动的方向10设置有沟槽，将填有沙子5的井管3置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板4，沟槽中间为注射井2，注射井设置在地下9.2米至9.7米范围内，高度约为6.2米至6.7米，个数为8个，在地下6.7米至7.2米范围内设置了2个监测井，设置在地面的储药罐6通过水管7注射进入地下水中，在注射井2的上游和下游均设置有监测井1，渗透反应墙系统的下部为隔水层14，渗透反应墙系统总宽度为污染羽宽度的1.3倍，所述装填有沙子5的井管3中，沙子粒径为0.8mm。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
设置如上所述的渗透反应墙系统，根据苯、甲苯的浓度，向储药罐6中投加10000L水，非离子表面活性剂Ivey-sol体积150L，药剂通过水管7进入注射井中，污染源8中苯、甲苯与表面活性剂的体积浓度比为1:1000；非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的苯和甲苯溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向储药罐6中添加硝酸铵95kg，注射井中污染物苯、甲苯与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:500，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分苯和甲苯降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制苯和甲苯厌氧生物降解的重要因素。
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
三个月之后，当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向储药罐6中投加12000L水，添加过硫酸钾36000kg、60kg磷酸三乙酯(TEP)。有机磷与过硫酸盐(以过硫酸根计)的质量浓度比为1：600，有机磷与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1：1.6。过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的苯和甲苯的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井2下游设置监测井1定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、硫酸根、苯和甲苯。其中苯、甲苯的降解效果如图8、9所示，结果表明，经过6个月修复，污染场地的地下水苯、甲苯浓度均低于检出限以下。
所述功能微生物为厌氧生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
实施例4：
实施区域进行地质学分析显示，从地表到地下约为1.1米处为砂石、粘土组成，在地下2.5米处是由粉细砂组成。地下水位大概在地下2.8米处波动。监测发现，场地地下水中的主要有机污染物是乙苯，在含水层中存在一个长约180米、宽约100米、厚约5.5米的石油烃类污染羽。建造一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井1、装填有沙子5的井管3、挡板4、隔水层14和注射井2；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽9的下游、垂直于地下水流动的方向10设置有沟槽，将填有沙子5的井管3置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板4，沟槽中间为注射井2，注射井设置在地下8.3米至8.8米范围内，高度约为6.5米至7米，个数为5个，在地下8.8米至9.3米范围内设置了2个监测井，设置在地面的储药罐6通过水管7注射进入地下水中，在注射井2的上游和下游均设置有监测井1，渗透反应墙系统的下部为隔水层14。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
设置如上所述的渗透反应墙系统，根据乙苯的浓度，向储药罐6中投加8000L水，非离子表面活性剂Ivey-sol体积100L，药剂通过水管7进入5个注射井中，污染源中总石油烃与表面活性剂的体积浓度比为1:800；非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的乙苯溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向储药罐6中添加硝酸钠100kg，污染物乙苯与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:800，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分乙苯降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制乙苯厌氧生物降解的重要因素。
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
三个月之后，当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向储药罐6中投加10000L水，添加过硫酸钠16000kg、40kg磷酸三乙酯(TEP)。此时乙苯与表面活性剂的体积浓度比为1：1000，有机磷与过硫酸盐(以过硫酸根计)的质量浓度比为1：800，有机磷与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1：1.6。过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的乙苯的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井2下游设置监测井1定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、硫酸根和乙苯浓度。其中己烷的降解效果如图10所示，结果表明，经过6个月修复，污染场地的地下水己烷浓度低于检出限以下。
所述功能微生物为厌氧生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
实施例5：
实施区域进行地质学分析显示，从地表到地下约为1.8米处为细中砂和粘土组成，在地下3.4米处是由粉细砂组成。地下水位大概在地下3.6米处波动。监测发现，场地地下水中的主要有机污染物是二甲苯，在含水层中存在一个长约160米、宽约110米、厚约5.6米的石油烃类污染羽。建造一种利用强化厌氧生物技术原位修复石油烃污染地下水的渗透反应墙系统，包括监测井1、装填有沙子5的井管3、挡板4、隔水层14和注射井2；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽9的下游、垂直于地下水流动的方向10设置有沟槽，将填有沙子5的井管3置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板4，沟槽中间为注射井2，注射井设置在地下9.2米至9.7米范围内，高度约为6.6米至7.1米，个数为5个，在地下9.7米至10.2米范围内设置了2个监测井，设置在地面的储药罐6通过水管7注射进入地下水中，在注射井2的上游和下游均设置有监测井1，渗透反应墙系统的下部为隔水层14。
一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
设置如上所述的渗透反应墙系统，根据二甲苯的浓度，向储药罐6中投加6000L水，非离子表面活性剂Ivey-sol体积60L，药剂通过水管7进入5个注射井中，污染源中二甲苯与表面活性剂的体积浓度比为1:1000；非离子表面活性剂Ivey-sol使得部分吸附在土壤和砂石中的二甲苯溶解至地下水中；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向储药罐中添加硝酸钠60kg，污染物二甲苯与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1:800，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中，硝酸盐还原菌将土壤和地下水的一部分二甲苯降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制二甲苯厌氧生物降解的重要因素。
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
三个月之后，当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向储药罐中投加8000L水，添加过硫酸铵12000kg、40kg磷酸三甲酯(TMP)。此时二甲苯与表面活性剂的体积浓度比为1：1000，有机磷与过硫酸盐(以过硫酸根计)的质量浓度比为1：800，有机磷与硝酸盐(以硝酸根计)的质量浓度比为1：1.5。过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的二甲苯的厌氧生物降解。
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井2下游设置监测井1定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、硫酸根和二甲苯浓度。其中二甲苯的降解效果如图11所示，结果表明，经过8个月修复，污染场地的地下水二甲苯浓度均低于检出限以下。
所述功能微生物为厌氧生物，包括Flavobacterium SP(黄杆菌属)、Comamonadaceae SP(丛毛单胞菌属)、Firmicutes phylum(厚壁菌门)、Treponema SP(密螺旋体属)、Desulfovibrio SP(脱硫弧菌属)、Microbacterium SP(微杆菌属)、StreptomycesSP(链霉菌属)、Bacillus SP(芽孢杆菌属)、Pseudomonadaceae SP(假单胞菌属)、Algoriphagus SP(嗜冷杆菌属)，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。

Claims (8)

1.一种利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其步骤为：
步骤1：提高石油烃在地下水中的增溶效果
具体为：设置渗透反应墙系统，向注射井中投加水和非离子表面活性剂Ivey-sol，污染物总石油烃与表面活性剂的体积浓度比为1:800～1000；所述渗透反应墙系统，包括监测井(1)、装填有沙子(5)的井管(3)、挡板(4)、隔水层(14)和注射井(2)；注射井(2)通过水管(7)与储药罐(6)相连；所述渗透反应墙系统在地下水污染羽(9)的下游、垂直于地下水流动的方向(10)设置有沟槽，将填有沙子(5)的井管(3)置于沟槽中，并在沟槽右侧设置挡板(4)，沟槽中间为注射井(2)，设置在地面的储药罐(6)通过水管(7)注射进入地下水中，在注射井(2)的上游和下游均设置有监测井(1)，渗透反应墙系统的下部为隔水层(14)；
步骤2：激活地下环境中的硝酸盐还原菌
具体为：向注射井中添加硝酸盐，以激活地下水中的硝酸盐还原菌并使污染羽处于厌氧环境中；硝酸盐还原菌将土壤和地下水的石油烃降解，此时土壤和地下水中的磷素消耗完全，磷酸盐成为控制石油烃厌氧生物降解的重要因素；
步骤3：激活地下环境中的硫酸盐还原菌
当地下水中硝酸盐浓度在持续升高之后下降，继而向注射井中添加水、过硫酸盐和有机磷；过硫酸盐通过将有机磷矿化成为正磷酸盐并产生硫酸根，激活硫酸盐还原菌对剩余的石油烃的厌氧生物降解；
步骤4：持续调控土著功能微生物菌群
在维持渗透反应墙系统无氧的条件下，对功能微生物群落进行持续调控，在注射井下游设置的监测井定期检测地下水中的水质参数包括：温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位、pH以及硝酸根、磷酸根、硫酸根和石油烃质量浓度，直至石油烃污染地下水中的石油烃浓度被降解完全。
2.根据权利要求1所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述渗透反应墙系统的个数设置不少于1个，渗透反应墙系统总宽度为污染羽宽度的1.2～1.5倍为宜。
3.根据权利要求1或2所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述装填有沙子(5)的井管(3)中，沙子粒径为0.5-1mm。
4.根据权利要求1所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述步骤(2)中：所添加的硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵中任意一种或者几种。
5.根据权利要求4所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述步骤(2)中：其中，污染物总石油烃与硝酸盐的质量浓度比为1:500～800。
6.根据权利要求1所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述步骤(3)中：所添加的过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的一种或几种，所添加的有机磷为可被过硫酸盐矿化为正磷酸盐的磷酸三甲酯或磷酸三乙酯中的一种。
7.根据权利要求6所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述有机磷与过硫酸盐的质量浓度比为1:400-800，有机磷与硝酸盐的质量浓度比为1:1.5～2.5。
8.根据权利要求1所述的利用强化厌氧生物技术原位修复地下水中石油烃的方法，其特征在于，所述功能微生物为厌氧微生物，包括Flavobacterium SP、Comamo nadaceae SP、Firmicutes phylum、Treponema SP、Desulfovibrio SP、Microbact erium SP、Streptomyces SP、Bacillus SP、Pseudomonadaceae SP、Algoriphagus SP，其生长环境的氧浓度低于0.2mg/L。
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