CN106583442A - 一种利用厌氧‑好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法 - Google Patents

一种利用厌氧‑好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用厌氧‑好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法。该方法首先将污染土壤按一定深度采挖后运输至储存区，土壤在暂存区进行风干、破碎筛分处理，筛分后的土壤与疏松剂、堆肥辅料、回流堆制后土壤等进行充分混合，将混合后的土壤输送至滚筒。再利用堆制滚筒、通风管、鼓风机等构建一个相对可控的堆制环境，最后通过滚筒的转动、鼓风等方式调节堆体状态，达到厌氧‑好氧序批式堆制的目的。堆制过程中，定期添加修复菌剂、水分等，并适时监测和采样，保障堆制的稳定运行，修复完成后回填。本发明修复方法具有可控性好、降解效率较高、成本较低和构建简单等特点，可适用于大面积中低浓度有机氯污染农田土壤的原地强化生物修复。

Description

一种利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的 方法
技术领域
本发明属于土壤污染修复技术领域，具体涉及一种利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法。
背景技术
有机氯(Organochlorines)是一类典型的环境污染物，它们通常具有较高的化学稳定性(半衰期长)、亲脂憎水性、生物富集性、生物毒性等特征。其中，多氯联苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)是自然环境中极具代表性的持久性有机氯污染物之一。PCBs是人工合成的氯代芳香烃类持久性有机污染物，由于氯在联苯上的数目、位置不同，会衍生出多种同系物单体。PCBs具有高毒性、环境持久性和长距离迁移等特性，可在生物体内富集并通过食物链放大，具有致癌、致畸、致突变的三致性，从而危害人体和整个生态系统，被列为《斯德哥尔摩公约》首批控制的12种持久性有机污染物之一。PCBs不溶于水、甘油和乙二醇，溶于多种有机溶剂，具有显著的化学惰性、热稳定性、阻燃性和绝缘性等特点，被广泛应用于电力工业、塑料加工业、化工等领域。土壤中的PCBs来源于PCBs的生产、使用和处置过程，此外，电子垃圾的拆解和焚烧等活动是形成环境PCBs污染的重要原因之一，相关研究发现我国南方的某些电子垃圾拆解区土壤存在严重PCBs污染。我国土壤PCBs污染严重，有研究对我51种PCBs开展了系统的调查和研究，结果发现全国52个采样点的PCBs浓度范围为138～1840pg·g-1，平均值为515pg·g-1。
对于有机氯污染土壤的修复，传统的方法是物理及化学修复，但是这两种修复技术的弊端是成本高、土壤原有的功能丧失、对污染物的去除不彻底且容易造成二次污染，具有一定的环境生态和健康风险。与传统的物理、化学修复方法相比，生物修复具有成本低、对生态环境破坏性小、有利于改善原有环境，基本无二次污染等优点，具有广阔的应用前景。微生物修复作为一种相对安全、费用低的生物修复技术，正受到越来越广泛的关注。微生物修复是指利用天然存在的或培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术。堆制生物修复将传统堆肥和生物治理技术相结合，通过将土壤和一些易降解有机物如木屑、粪肥、稻草、泥炭等充分混合，调节营养元素比例、pH值、水分等适宜微生物生长的条件，依靠堆制过程中微生物的作用来降解土壤中有机污染物，达到土壤清洁、修复的目。目前有方法利用厌氧-好氧交替堆制法修复难降解氯代有机物污染的土壤。该方法首先对待修复地块进行整理，对修复区内的土地进行合理分区，均匀施加有机营养物质、膨胀剂、表面活性剂等土壤改良剂并翻耕。然后原地构建条状堆体，堆体上下部均覆盖/铺设防渗透膜，形成对堆体的整体覆盖，并在底部防渗膜上铺设半部穿孔的塑料管；最后对堆体进行调控，厌氧堆制期间，将土壤湿度调节至最大土壤持水量，同时利用堆体底部的穿孔塑料管收集渗滤液，好氧堆制期间，利用风机通过底部的穿孔塑料管进行强制通风，经过两轮以上的厌氧好氧交替调控，堆制土壤即可完成修复。与该方法不同，本发明利用改进的堆制滚筒设备进行厌氧-好氧序批式堆制，添加的土壤改良剂中还包括厌氧微生物菌剂，可以强化堆制修复效率；利用改进的堆制滚筒设备，和静态条垛式堆制相比，可以在运行时根据需要调节堆制的氧气含量和水分条件，以保证微生物的最佳生长条件。本方法适合大面积中低浓度有机氯污染农田土壤的原地修复，环境条件易于控制。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供了一种利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，通过将传统的堆肥和生物治理技术结合，强化了生物修复的效率，缩短了修复时间。该技术具有较好的修复效果，操作简单，不产生二次污染物质，适合大面积中低浓度有机氯污染农田土壤的修复。
本发明所采用的具体技术方案如下：
利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，依次对待修复的污染土壤进行如下处理步骤：
1)将污染土壤按一定深度采挖后运至暂存区域；
2)将土壤在暂存区域进行自然风干以调节水分，调节水分后的土壤输运至破碎筛分一体机进行破碎筛分处理，破碎筛分后的土壤再输送至混合区，与疏松剂、堆肥辅料、回流堆制后土壤以及土壤改良剂进行充分混合，最后将混合后的土壤输送至堆制滚筒中；
3)首先保持堆制滚筒中的土壤处于厌氧环境下并维持一定时间，对污染物进行还原脱氯；然后对土壤进行鼓风同时使滚筒间歇性回转，保持堆制滚筒中的土壤处于好氧环境中并维持一定时间；
4)将土壤从堆制滚筒中排出，并将其运回原地回填，完成修复过程。
作为优选，土壤处于厌氧环境的时间不低于1个月，处于好氧环境的时间不低于2个月。
作为优选，土壤需要经风干处理后水分控制在10％以下。
作为优选，土壤破碎筛分后控制粒径在50mm以下。
作为优选，所述的疏松剂为木屑，其添加比例为土壤重量的5-8％；所述的堆肥辅料为猪粪、堆肥中的一种或两种，添加比例为土壤重量的35-40％；所述的土壤改良剂包括好氧或厌氧微生物菌剂、表面活性剂、活性污泥、蚯蚓。
作为优选，堆制过程中，对筒体内温度、氧气含量、氧化还原电位、pH值进行实时监测，并根据监测结果补充物料或药剂。
作为优选，堆制滚筒中的土壤中水分含量维持在15-30％。
作为优选，堆制滚筒中土壤的填充率约为滚筒内腔体积的50％。
作为优选，所述的堆制滚筒两侧分别设置进料口和出料口，同时堆制滚筒外壁上设置有加药口、加水口、检测口和取样口，并对所有开口都加设密封装置，以保持堆制滚筒内腔的密封性；所述的进料口前端设置上料机构；堆制滚筒通过驱动装置实现周向旋转。
作为优选，所述的堆制滚筒内腔沿周向每隔一定距离设置抄料板，抄料板沿堆制滚筒的径向延伸。
本发明采用了一种厌氧-好氧序批式堆制的工艺处理修复有机氯污染的土壤，与现有的技术相比，本发明可以更准确地控制修复的条件和参数，为有机氯污染土壤堆制修复技术提供支持，同时更具有以下优点：
1)能应用于野外中试修复。本发明有机氯污染修复方法及设施简单、适应性能强，能较好控制环境条件，使该技术的实用化、产业化成为可能。
2)具有确定的设备运行条件。本发明对设备结构作了密封、保温、通风等各方面的改进设计，具有明确的运行参数，能较好控制厌氧、好氧的堆制条件，实现厌氧-好氧序批式堆制的目的。
3)可防止对周围环境和地下水造成二次污染。本发明采用生物和堆肥技术相结合，不产生二次污染物质，改进的堆制滚筒设计与周围环境隔离，可防止对周围环境和地下水的二次污染。
4)可以满足微生物的生存需要。本发明所述的设备具有改进的小孔，运行时可以根据需要调节堆制的氧气含量和水分条件，以保证微生物的最佳生长条件。本发明还添加了微生物需要的营养(猪粪或堆肥)，使待处理有机氯污染土壤增加了氮、有机质等。可以使微生物获得比较理想的生存和繁殖环境，从而增强了微生物活性，使堆制修复具备了有利条件，另外添加木屑、蚯蚓等，可以起到蓬松的作用，也可以强化堆制修复效率。
5)修复效率较高。采用本发明厌氧-好氧序批式堆制修复有机氯污染土壤，各种环境条件便于控制，因此污染物去除效率高，对中低浓度的污染短时间内即可有良好的治理效果。
附图说明
图1为本发明的堆制滚筒结构示意图；
图2为图1中A-A剖面图；
图3为堆制过程中的温度变化。
图中：堆制滚筒1、进料口2、出料口3、加药口4、加水口5、检测口6、取样口7和抄料板8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详细阐述。
在某一PCBs污染农田中低浓度区域，运用本发明的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法。污染集中于距离表层约50cm的土壤。现采用本发明的实施方案对污染土壤进行处理。采集共5份样品分析后求出平均，其土壤中PCBs的含量如表1所示。
本实施例中采用的堆制筒体结构如图1所示，堆制滚筒1两侧分别设置进料口2和出料口3，出料口3处通过设置不同角度的挡板实现类似搅拌机的正反转控制出料。同时堆制滚筒1外壁上设置有加药口4、加水口5、检测口6和取样口7，并对所有开口都加设密封装置，以保持堆制滚筒1内腔的密封性。进料口2前端设置上料机构；堆制滚筒1通过驱动装置实现周向旋转。如图2所示，堆制滚筒1内腔沿周向每隔一定距离设置抄料板8，抄料板8沿堆制滚筒1的径向延伸。
对污染土壤进行修复的具体步骤包括：原土挖运、土壤预处理、堆体调控以及原地回填。
1)原土挖运：
先将污染土壤按一定深度(约50cm)采挖后经过农用运输车运至暂存区域，进行后续处理。
2)土壤预处理：
a)污染土壤调质：土壤在暂存区进行自然风干以调节水分，将水分调节至10％以下。
b)破碎、筛分：调节水分后的土壤经皮带输送机输运至经改进设计的破碎筛分一体机进行破碎筛分处理，破碎筛分后的土壤控制粒径在50mm以下，其中筛分后的石块等杂物被分离，剩余的杂草等通过人工运送至皮带输送机。
c)与疏松剂、堆制辅料等混合：筛分后的土壤再由皮带输送机输送至混合区，与疏松剂木屑(按土壤重量的5％左右的量添加)、堆制辅料猪粪或堆肥(添加比例约为土壤重量的37.5％)、回流堆制后土壤等进行充分混合，另外需按照实际需要添加好氧或厌氧微生物菌剂、表面活性剂、活性污泥、蚯蚓等作为土壤改良剂以强化修复效率，最后由皮带输送机将混合后的土壤输送至改进的堆制滚筒，如图1。从密封的滚筒进口加水，调节水分含量15-30％，每个滚筒单次实际处理的土方量约为15m3，填充率约为滚筒体积的50％。
3)堆体的调控：
d)厌氧堆制调控：预处理好的土壤进入滚筒后，密封后不转动滚筒，一段时间即可对含氯的有机污染物进行厌氧脱氯处理。为了保证滚筒的密封性，增设滚筒密封设计，进料口、出料口、加药、加水、检测、取样口等地方全部加设密封圈，实现堆制过程中的密封、保温。厌氧堆制的时间需要根据实际的污染物的浓度而定，运行时对堆制效果的指示参数如温度、氧气含量、氧化还原电位、pH值等进行实时监测，同时定期采样，分析污染物浓度变化。厌氧堆制的周期在一个月或以上。厌氧堆制运行期间进行以上操作过程需保持各开孔处于封闭状态，基本不扰动堆体，尽量避免空气进入。好氧堆制运行期间，根据需要调节鼓风量，使污染土壤与空气、微生物菌剂充分接触。
e)好氧堆制调控：打开密封圈，开启好氧堆制工艺，通过控制系统提供回转动力。滚筒反转时，进料进行堆制，堆制结束后滚筒正转并出料。滚筒另设通风管，根据需要进行鼓风，调节滚筒内氧气量。堆制期间滚筒间歇性回转，污染土壤在其中反复升高、跌落，充分与空气接触，使得添加的好氧微生物菌剂活性更高，能与污染土壤充分接触，强化生物修复的效率。运行时根据需要补充水分，控制水分在15-30％，补充菌剂和表面活性剂以强化生物修复去除效率，缩短修复时间。好氧堆制的时间同样需要根据实际的污染物的浓度而定，运行时对堆制效果的指示参数进行实时监测，同时定期采样，分析污染物浓度变化。好氧堆制的周期在两个月或以上。本实施例中，通过厌氧(一个月)，好氧(两个月)序批式堆制(共三个月)后，测定滚筒内土壤中PCBs的含量。
4)原地回填
土壤处理完毕后，筒体正转从出料口出料。堆制修复完成后回填。
对堆制过程中温度的监测可以发现，堆制具有较好的保温效果。堆制初期(33天)堆体温度变化，如图3，由图可见，堆制过程中堆体温度(T-DNAO)明显高于室内温度(T-Indoor)和室外温度(T-Outdoor)。堆制过程中滚筒内温度变化随室外温度的变化而变化，不同于普通的堆肥存在升温区、高温区与腐熟区。土壤中PCBs的测定结果表明，在实验的90d污染土壤PCBs的去除率达到16.1％，处理前后污染土壤中PCBs的含量见表1。由此可见，通过这种厌氧-好氧序批式堆制的方法和改进的堆制设备可以有效地原地修复有机氯污染的土壤。
表1修复前后土壤PCBs浓度比较
以上所述的实施例只是本发明的一些较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于，依次对待修复的污染土壤进行如下处理步骤：
1)将污染土壤按一定深度采挖后运至暂存区域；
2)将土壤在暂存区域进行自然风干以调节水分，调节水分后的土壤输运至破碎筛分一体机进行破碎筛分处理，破碎筛分后的土壤再输送至混合区，与疏松剂、堆肥辅料、回流堆制后土壤以及土壤改良剂进行充分混合，最后将混合后的土壤输送至堆制滚筒中；
3)首先保持堆制滚筒中的土壤处于厌氧环境下并维持一定时间，对污染物进行还原脱氯；然后对土壤进行鼓风，同时使滚筒间歇性回转，保持堆制滚筒中的土壤处于好氧环境中并维持一定时间；
4)将土壤从堆制滚筒中排出，并将其运回原地回填，完成修复过程。
2.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：土壤处于厌氧环境的时间不低于1个月，处于好氧环境的时间不低于2个月。
3.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：土壤需要经风干处理后水分控制在10％以下。
4.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：土壤破碎筛分后控制粒径在50mm以下。
5.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：所述的疏松剂为木屑，其添加比例为土壤重量的5-8％；所述的堆肥辅料为猪粪、堆肥中的一种或两种，添加比例为土壤重量的35-40％；所述的土壤改良剂包括好氧或厌氧微生物菌剂、表面活性剂、活性污泥、蚯蚓。
6.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：堆制过程中，对筒体内温度、氧气含量、氧化还原电位、pH值进行实时监测，并根据监测结果补充物料或药剂。
7.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：堆制滚筒中的土壤中水分含量维持在15-30％。
8.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：堆制滚筒中土壤的填充率约为滚筒内腔体积的50％。
9.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：所述的堆制滚筒两侧分别设置进料口和出料口，同时堆制滚筒外壁上设置有加药口、加水口、检测口和取样口，并对所有开口都加设密封装置，以保持堆制滚筒内腔的密封性；所述的进料口前端设置上料机构；堆制滚筒通过驱动装置实现周向旋转。
10.如权利要求1所述的利用厌氧-好氧序批式堆制原地修复有机氯污染土壤的方法，其特征在于：所述的堆制滚筒内腔沿周向每隔一定距离设置抄料板，抄料板沿堆制滚筒的径向延伸。
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