CN106694534A - 一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆‑土壤淋洗系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆‑土壤淋洗系统，包括生物堆系统、营养水分添加及淋洗系统、送风系统和液气收集及处理系统；土壤堆体基础层由至少一个基础层单元构成；投加管网均匀地铺设于土壤堆体的上方，营养液及淋洗剂添加罐交替地向投加管网输送营养液、水和淋洗剂；渗滤液收集槽铺设于基础层单元的中心部位，基础层单元由四周向渗滤液收集槽倾斜，渗滤液及气体抽提花管内置于渗滤液收集槽；送风管插设在土壤堆体内部，与渗滤液及气体抽提管道相配合而形成生物堆体内气体的流动循环。本发明通过生物堆与土壤淋洗的合理组合，简化了系统，可以有效地修复不同土壤污染物组合，并保持土壤原有的使用功能。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，具体涉及一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆-土壤淋洗系统，该系统主要应用于环境保护行业中的重金属和石油类污染土壤的修复及改善。
背景技术
土壤污染涉及的污染物种类繁多，主要是各类有机污染物和重金属污染物，如农药、石油烃、多氯联苯、汞、铅、砷等等。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。
鉴于土壤污染的复杂性，其治理技术也是多样化的。按照是否将污染源土壤进行清挖后处理分为原位修复技术和异位修复技术，按照技术原理分为物理化学技术、生物技术、热处理技术等。而且针对具体的某个污染场地的土壤污染问题，一项技术往往没法解决其环境问题，每种土壤修复技术都有不同的适用性和局限性。根据污染物的特征筛选出合适的修复技术，并对筛选出来的修复技术进行有机组合，形成系统性的土壤污染修复方案。
针对土壤中的重金属污染修复技术主要有固化稳定化、土壤淋洗、水泥窑协同处置、植物修复、阻隔填埋等；对土壤中石油类污染的修复技术主要有化学氧化、热脱附、生物堆等。
土壤淋洗其原理是运用试剂与土壤固相中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属络合物，然后用清水把污染物冲至根层外，再利用含有一定配位体的化合物冲淋土壤，使之与重金属离子形成更稳定的络合物；或用带有阴离子的溶液，如碳酸盐、磷酸盐冲洗土壤，使重金属形成化合物沉淀。
土壤生物堆技术是将受污染的土壤从污染地区挖掘出来，运送到一个指定的地点(布置了防止渗漏衬底，通风管道等)，进行生物降解的异位修复技术。这种方法包括将受污染的土壤堆放，并且依靠通风、加入营养物质和微量元素以及增加湿度等手段，模拟土壤中的好氧生物降解以去除土壤中吸附的石油组分。
土壤淋洗以柱淋洗或堆积淋洗更为实际和经济，适用于面积小污染重的土壤治理，但也易引起二次污染，导致某些营养元素的淋失和沉淀，破坏了土壤微团聚体结构，同时容易导致地下水污染。不宜用于土壤细粒（粘/粉粒）的土壤。而土壤生物堆是通过人工强化手段促使好氧生物降解去除土壤中的石油类污染物，若土壤中的重金属浓度过高会抑制土壤的微生物活性，减慢生物堆的生物降解作用。
发明内容
针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆-土壤淋洗系统，该系统结构简单、成本较低、修复时间短，可有效修复不同土壤污染物组合的作用。
为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：
一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆-土壤淋洗系统，其特征在于：该系统包括生物堆系统、营养水分添加及淋洗系统、送风系统和液气收集及处理系统；所述生物堆系统包括土壤堆体和位于土壤堆体底部的基础层，所述基础层由至少一个基础层单元构成；所述营养水分添加及淋洗系统包括依次相连接的营养液及淋洗剂添加罐、投加泵和投加管网，所述投加管网均匀地铺设于土壤堆体的上方；所述营养液及淋洗剂添加罐交替地向投加管网输送营养液、水和淋洗剂；所述液气收集及处理系统包括渗滤液收集槽、渗滤液及气体抽提花管和渗滤液及气体抽提管道，渗滤液及气体抽提花管的管壁上设有割缝；所述渗滤液收集槽铺设于基础层单元的中心部位，所述基础层单元由四周向渗滤液收集槽倾斜；所述渗滤液及气体抽提花管内置于渗滤液收集槽，并通过渗滤液及气体抽提管道与液气处理装置相连接；所述送风系统包括依次相连接的鼓风机、送风主管、送风连接支管和送风管，送风管的管壁上开设有出风孔；所述送风管插设在土壤堆体内部，与渗滤液及气体抽提管道相配合而形成生物堆体内气体的流动循环。
所述基础层单元由四周向渗滤液收集槽倾斜的坡度为3%至10%。
所述基础层单元分为上下两层，上层为砾石导流层，下层为混凝土防渗层。
所述砾石导流层的上方覆盖有高强度透水性土工布。
所述液气处理装置包括液气分离器、抽风机、活性炭吸附罐、离心泵和渗滤液储罐；所述液气分离器的入口与渗滤液及气体抽提管道相连通，气相出口通过抽风机连接至活性炭吸附罐，液相出口通过离心泵连接至渗滤液储罐。
所述土壤堆体的上方设有至少一个土壤气测量口，所述土壤气测量口与插设于土壤堆体内部的土壤气探头相连接。
所述土壤堆体呈棱台状结构，其四面的倾斜角度为35°至45°。
所述土壤堆体的顶部覆盖有防雨布。
所述渗滤液收集槽的底部设有混凝土防渗层。
所述投加管网为带有回流管路的滴灌管路。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）将生物堆与土壤淋洗两种技术进行优化组合，可以达到有效修复重金属和石油类复合污染物的作用，缩短修复时间，简化了系统，节约了成本。
（2）通过营养水分添加及淋洗系统向土壤堆体交替地添加营养液、水和淋洗剂，一方面，添加重金属淋洗剂淋洗对土壤堆体进行淋洗，并通过底部的渗滤液抽提花管将淋洗液收集并单独处理，既达到去除土壤中重金属污染物的目的，同时也降低重金属浓度对促进土壤的微生物活性的作用；另一方面，通过营养剂-水-淋洗剂的交替添加来进行土壤养分的添加，为土壤中微生物提供养分和水分，保持了土壤的肥力，补充了淋洗过程中的营养元素的流失，将污染土壤修复达标后无害化利用，恢复土壤原有的使用功能。
（3）采用模块化的生物堆基础层单元以及基础层单元由四周向中心的渗滤液收集槽倾斜的设计，可有效地收集渗滤液并与气体同时抽出，节约成本；同时也可使堆体单元化操作，方便扩大土壤堆体的体积，节省空间。
（4）土壤堆体内的送风管与底部的渗滤液及气体抽提管道组成土壤堆内气体的循环系统，有效地保持了土壤堆体内通风均匀。
附图说明
图1：本发明生物堆-土壤淋洗系统的俯视结构示意图。
图2：本发明生物堆-土壤淋洗系统的侧视结构示意图。
图中，1、营养液及淋洗剂添加罐；2、投加泵；3、投加管网；4、土壤堆体；5、渗滤液收集槽；6、渗滤液及气体抽提花管；7、送风管；8、送风连接支管；9、阀门；10、压力表；11、鼓风机；12、渗滤液及气体抽提管道；13、气液分离罐；14、抽风机；15、活性炭吸附罐；16、离心泵；17、渗滤液储罐；18、送风主管；19、土壤气测量口；20、土壤气探头；21、砾石导流层；22、混凝土防渗层。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
本发明为异位土壤修复，在将受污染土壤进行清挖后，通过一定的预处理后进入本发明中的系统进行处理。预处理主要为通过破碎机和筛分机处理，将大块土壤破碎至粒径小于2.5cm，石块、垃圾等杂质筛分后单独处理。经过筛分后的污染土壤添加木屑和秸秆作为土壤膨松剂，增大土壤的孔隙度。
如图1和图2所示，一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆-土壤淋洗系统，包括生物堆系统、营养水分添加及淋洗系统、送风系统和液气收集及处理系统。
所述生物堆系统包括土壤堆体4和基础层；基础层位于土壤堆体4的底部，由至少一个呈并排布置的基础层单元构成；基础层采用模块化操作，可根据实际情况的需要，选择适宜数量的基础层单元进行组合来扩大生物堆体4的体积，节省了空间和成本。本实施例中，生物堆系统的尺寸为10m×15m，基础层由三个基础层单元构成，每个基础层单元的尺寸为10m×5m。
土壤堆体4呈棱台状结构，其底部尺寸为10m×15m，高度为1.5m，四面的倾斜角度为35°至45°；土壤堆体4的内部插设有多个土壤气探头20和多根下文将要作进一步说明的送风系统的送风管7，上方设有多个土壤气测量口19，该土壤气测量口19与土壤气探头20相连接，用来监测不同位置和深度的土壤中的氧气浓度。
所述基础层单元分为上下两层，上层为厚度0.2m的砾石导流层21，下层为厚度0.3m的混凝土防渗层22；每个基础层单元的中心部位铺设有一条下文将要详细说明的液气收集及处理系统的渗滤液收集槽5，基础层单元由其四周向渗滤液收集槽5倾斜，倾斜的坡度为3%至10%。与现有生物堆基础层向某一方向倾斜的设计相比，每个基础层单元采用由四周向中心倾斜的结构，既便于收集土壤渗滤液，也克服了现有生物堆基础层向某一方向倾斜限制土壤堆体整体大小的难题。
所述营养水分添加及淋洗系统，包括依次相连接的营养液及淋洗剂添加罐1、投加泵2和投加管网3；投加管网3为带有回流管路的滴灌管路，均匀地铺设于土壤堆体4的上方，用来向土壤堆体4添加营养液、水和淋洗剂，回流管路回收过量的营养液、水和淋洗剂，带有回流管路的滴灌管路可以保证营养液和淋洗剂添加的均匀性；营养液及淋洗剂添加罐1交替地向投放管网3输送营养液、水和淋洗剂。与现有的生物堆处理技术中的营养水分添加系统相比，本发明的营养水分添加及淋洗系统，一方面，用来添加重金属淋洗剂对土壤堆体4进行淋洗，并通过底部的渗滤液及气体抽提管道，将淋洗液收集并单独处理，既达到了去除土壤中重金属污染物的目的，也在降低重金属浓度的同时还起到促进土壤的微生物活性的作用；另一方面，通过营养剂-水-淋洗剂的交替添加来进行土壤养分的添加，为土壤中微生物提供养分和水分，保持了土壤的肥力，补充了淋洗过程中的营养元素的流失。
本实施例中，营养液主要包括尿素、过磷酸钙、磷酸一胺和氯化钾，根据土壤中养分含量适时适量添加营养物质，保证土壤中碳、氮、磷、钾比例维持在100：10：1：1左右，含水率在20%至30%，维持好氧微生物活性以降解石油类污染物。淋洗剂采用0.5%的鼠李糖脂作为生物表面活性剂，通过管路对土壤进行淋洗来吸附去除土壤中的重金属；当然，淋洗剂也可采用其他表面活性剂或者有机螯合剂。
所述液气收集及处理系统，包括渗滤液收集槽5、渗滤液及气体抽提花管6、渗滤液及气体抽提管道12和液气处理装置；所述液气处理装置包括液气分离罐13、抽风机14、活性炭吸附罐15、离心泵16和渗滤液储罐17。
渗滤液收集槽5铺设于基础层单元的中心部位，其长宽高尺寸为6m×0.5m×0.5m；渗滤液收集槽5的底部设有厚度0.2m的混凝土防渗层，内置有一根渗滤液及气体提花管6；渗滤液及气体提花管6的管径为4英寸，管壁上设有宽度为2mm的割缝，能使液体和气体进入管内；渗滤液及气体提花管6与渗滤液收集槽5之间填充有砾石，防止土壤颗粒堵塞渗滤液及气体抽提花管6的割缝。土壤的渗滤液在土壤堆体4的底部坡度的重力作用下，通过砾石导流层21汇集到中间部位的渗滤液收集槽5中，一方面通过渗滤液及气体抽提花管6将渗滤液及土壤气抽出；另一方面，在土壤堆体4底部的渗滤液及气体抽提花管6抽气与送风系统的送风管7送气相配合而形成循环，使土壤堆体4内气体流动。
液气分离罐13的入口与渗滤液及气体抽提管道（12）相连接，气相出口通过抽风机14连接至活性炭吸附罐15，液相出口通过离心泵16连接至渗滤液储罐17。渗滤液通过液气分离罐13后存留在罐体的底部，通过其液相出口、管道、离心泵16抽至渗滤液储罐17内，并运送至污水处理站进行污水重金属处理；气体通过抽风机14从气相出口抽出，经活性炭吸附罐15吸附其中的挥发性有机物后，排放至大气。
所述送风系统，包括依次相连接的鼓风机11、送风主管18、送风连接支管8和送风管7；送风管7为管壁上开设有出风孔的PVC管，管长为1.5m，管径为2英寸；送风管7插设在土壤堆体4的内部，与渗滤液及气体抽提管道12相配合而形成生物堆4内气体的流动循环。通过鼓风机11将新鲜空气注入土壤堆体4的内部，使土壤堆体4内的氧气含量维持在7%以上；送风系统每2小时运行一次。具体实施例中，送风连接支管8处于与送风主管18的连接处，还设有阀门9和压力表10，用来控制送风的风量。
具体实施例中，土壤堆体4的顶部覆盖有防雨布，防止扬尘、水分蒸发及雨水进入堆体，减少外界气象原因影响堆体渗滤液产生和土壤水分含量波动；导流层21的上方覆盖有高强度透水性土工布，以防止土壤细颗粒堵塞导流层21的空隙。
本系统处理重金属和石油类污染物周期约为3至6个月。
根据本实施例的教导，本技术领域的技术人员完全可实现其它本发明保护范围内的技术方案。
Claims (10)
1.一种修复重金属和石油类土壤污染的生物堆-土壤淋洗系统，其特征在于：该系统包括生物堆系统、营养水分添加及淋洗系统、送风系统和液气收集及处理系统；
所述生物堆系统包括土壤堆体（4）和位于土壤堆体（4）底部的基础层，所述基础层由至少一个基础层单元构成；
所述营养水分添加及淋洗系统包括依次相连接的营养液及淋洗剂添加罐（1）、投加泵（2）和投加管网（3），所述投加管网（3）均匀地铺设于土壤堆体（4）的上方；所述营养液及淋洗剂添加罐（1）交替地向投加管网（3）输送营养液、水和淋洗剂；
所述液气收集及处理系统包括渗滤液收集槽（5）、渗滤液及气体抽提花管（6）和渗滤液及气体抽提管道（12），渗滤液及气体抽提花管（6）的管壁上设有割缝；所述渗滤液收集槽（5）铺设于基础层单元的中心部位，所述基础层单元由四周向渗滤液收集槽（5）倾斜；所述渗滤液及气体抽提花管（6）内置于渗滤液收集槽（5），并通过渗滤液及气体抽提管道（12）与液气处理装置相连接；
所述送风系统包括依次相连接的鼓风机（11）、送风主管（18）、送风连接支管（8）和送风管（7），送风管（7）的管壁上开设有出风孔；所述送风管（7）插设在土壤堆体（4）内部，与渗滤液及气体抽提管道（12）相配合而形成生物堆体（4）内气体的流动循环。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述基础层单元由四周向渗滤液收集槽（5）倾斜的坡度为3%至10%。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述基础层单元分为上下两层，上层为砾石导流层（21），下层为混凝土防渗层（22）。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述砾石导流层（21）的上方覆盖有高强度透水性土工布。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述液气处理装置包括液气分离器（13）、抽风机（14）、活性炭吸附罐（15）、离心泵（16）和渗滤液储罐（17）；所述液气分离器（13）的入口与渗滤液及气体抽提管道（12）相连通，气相出口通过抽风机（14）连接至活性炭吸附罐（15），液相出口通过离心泵（16）连接至渗滤液储罐（17）。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述土壤堆体（4）的上方设有至少一个土壤气测量口（19），所述土壤气测量口（19）与插设于土壤堆体（4）内部的土壤气探头（20）相连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述土壤堆体（4）呈棱台状结构，其四面的倾斜角度为35°至45°。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述土壤堆体（4）的顶部覆盖有防雨布。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述渗滤液收集槽（5）的底部设有混凝土防渗层。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述投加管网（3）为带有回流管路的滴灌管路。
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