CN106881347B

CN106881347B - 一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法

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Publication number: CN106881347B
Application number: CN201710159678.8A
Authority: CN
Inventors: 郭书海; 王卅; 李凤梅; 王加宁; 吴波; 李刚; 张凯
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: CN106881347A

Abstract

本发明涉及有机污染土壤微生物修复技术领域，具体说是一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法。采用温度湿度控制系统提高生物堆体温度达到30～40℃和维持生物堆体湿度达到25％～35％(v/w)；温度湿度控制系统由发生设备和输出管路构成，发生设备设于生物堆体外，并与输出管路相连，输出管路通入生物堆体。采用本发明方法有效增强了土壤堆体温度，使其维持在30～40℃的中温范围，并促进了土壤温度场分布的均匀性；同时维持了土壤湿度在25％～35％(v/w)的最佳范围内，实现了土壤空气补给、热量供给及湿度保持的“一举三得”的作用效果。

Description

一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法

技术领域

本发明涉及有机污染土壤微生物修复技术领域，具体说是一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法。

背景技术

微生物修复技术作为一种应用广泛的污染土壤治理修复技术，早已得到广泛的研究和应用。其环境友好、价格低廉、操作简单等优点吸引着环保工作者的目光。然而，修复周期长、修复效率不稳定等劣势也一定程度上限制了微生物修复技术的应用范围。随着近年来微生物修复技术的不断发展，多种微生物修复技术形式如土壤耕作、预制床、生物泥浆反应器及生物堆等涌现出来，针对各种影响微生物修复效率的因素进行针对性改良和调控，以追求高效快速的微生物修复效果。

土壤温度、土壤湿度及土壤空气量是影响微生物生长代谢活性的重要环境因素。适宜的土壤温度为微生物代谢酶类提供良好的酶促反应条件，保障有机污染物代谢活性的畅通；适度的土壤水分含量具有平衡土壤内微生物细胞内外渗透压得作用，并促进对营养物质的摄取以及提高有机污染物的生物可接触性，满足微生物修复需求；足量的土壤空气含量是保障好氧微生物代谢的基础，空气中的氧分子作为好氧代谢有机污染物的电子受体，是参与有机污染物生物氧化过程必不可少的条件之一。

目前，在生物堆等微生物修复技术形式的应用过程中，多应用自然通风或鼓风机主动通风形式进行土壤通气，但通风温度往往均为自然条件下的空气温度，且通风过程中势必增加水分散失，并进一步降低土壤堆体内部温度。从而造成虽然得到空气补给，但温度与湿度等关键环境因素不利于微生物生长代谢的局面。此外，在对生物堆堆体进行水分补给调控的过程中还存在水分补给不均匀等问题，同样限制了生物堆技术的整体修复效果。

对此，通过采用新的技术手段在生物堆体进行通气处理的同时进行土壤温度及土壤湿度的有效调节，将有利于最佳环境条件对微生物代谢促进作用的优势放大，从而实现生物堆修复技术对有机污染土壤的高效快速修复。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法，采用温度湿度控制系统提高生物堆体温度达到30～40℃和维持生物堆体湿度达到25％～35％(v/w)；

温度湿度控制系统由发生设备和输出管路构成，发生设备设于生物堆体外，并与输出管路相连，输出管路通入生物堆体。

所述输出管路由管路A、B、C、D和E组成；两个并联管路B一端通过管路A与温度湿度控制系统中的管道式气体加热器相连，另一端与管路C相连，管路C上并联多个分支管路D，每个管路D在生物反应堆内设有与其垂直的管路E，使其呈“倒T字”型。

所述并联的两个管路B上分别设有阀门，其中一条管路的阀门至与管路C相连之间设有雾化加湿器。

所述通入反应堆内的管路表面上设有孔。

所述每个管路D间隔1～2m；每个管路D设置的孔位于管路横向管壁的上表面(即，每个管路D水平放置孔设于其上表面)。

所述每个管路E设置的孔位于管路上两两垂直的相邻切面的切点所延伸的直线上(即，每个管路E竖直布设，孔位于围绕管壁在两两垂直的相邻切面的切点所延伸的直线上)。

所述孔在管路表面每隔30～50mm间距开设，孔口径为5～8mm。

所述反应堆外设置的管路外壁采用厚度为1～2cm的隔热真空板以长方体形式包裹，孔隙部分采用碎岩棉填充；反应堆内部的管路表面由细孔纱布包裹。

所述管路E的高度与反应堆相当，管路D伸入反应堆内，但不超出其宽的长度。

在生物堆修复过程中，当土壤湿度与温度均不足需补给调节时，关闭热空气单独输送线路阀门，打开热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门进行热空气与雾化水汽的同时供给；当土壤监测指示土壤堆体湿度达到25％～35％(v/w)时，关闭热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门，打开热空气单独输送线路阀门，只进行热空气供给；当土壤监测指示土壤堆体温度达到30～40℃时，关闭空气加热功能，转而进行自然温度空气补给。

所述的发生设备为管道式气体加热器和雾化加湿器，设备功率以每千瓦功率对应处理2～3m³土方量为基准，热空气和常温雾化水汽分别通过管路输送至土壤堆体内；所述输出管路由聚乙烯塑料管(PE)(口径为50～70mm)经保温处理后由丝扣连接组成。

在系统运行过程中，热空气加热器的出风温度为40～45℃，管线保温效果根据热空气进入温度与管孔出气温度计算，热空气单独输送线路热量传递效率达到80％～90％，热空气与常温雾化水汽同时输送线路热量传递效率达到70％～80％。此效率满足实现生物堆温度及湿度补给目标的需求。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本发明所建立的生物堆土壤温度湿度控制系统，有利于提高生物堆体内的环境温度，形成中温(30～40℃)的温度场，此温度下利于微生物代谢活性的提高；以热空气的形式将热量补入土壤堆体内，伴随热空气在土壤孔隙内的扩散，更有利于实现土壤堆体内温度的均匀调控及保持整体温度的一致性。

2.本发明所采用的“倒T字”的生物堆体内分支管路布设方式及相邻两分支管路间隔1～2m的设计要求，更有利于在土壤内部形成适宜的温度场及土壤湿度补给区域，调控的均匀性更强。

3.本发明对露在外的总管路采用保温处理有效减小了热空气从管道式气体加热器送出经管路输送至生物堆体内的过程所耗散的热量，提高热空气热能利用率。

4.本发明所采用的热空气与常温雾化水汽同时输送的方式，有利于热空气在堆体土壤孔隙内扩散的同时携带水汽在堆体内分布，扩大了土壤湿度的调控范围；并且，这种以雾化水汽的形式进行补给的温和补水方式更利于土壤微生物的代谢利用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的含温度与湿度控制系统布设的生物堆立体示意图。

图2为本发明实施例提供的含温度与湿度控制系统布设的生物堆平面示意图。

图3为本发明实施例提供的含温度与湿度控制系统布设的管路表面开孔的位置及分布示意图。

图4为本发明实施例提供的含温度与湿度控制系统布设的生物堆纵剖面示意图。

图5为本发明实施例提供的堆体外管路保温处理示意图。

图6为本发明实施例提供的采用温度与湿度控制系统的生物堆(Biopile-T)修复污染土壤石油烃降解率与普通生物堆(Biopile)修复的污染土壤石油烃降解率图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

生物堆修复技术的堆体温度与湿度制约堆体内微生物的生长代谢活性，影响微生物修复有机污染土壤的效率及其可持续修复性。本发明通过建立生物堆修复技术堆体温度和湿度的控制系统，将热空气及雾化水汽共同输入堆体内部，在控制管路能耗损失的条件下，有效增强了土壤堆体温度，使其维持在30～40℃的中温范围，并促进了土壤温度场分布的均匀性；同时维持了土壤湿度在25％～35％(v/w)的最佳范围内，实现了土壤空气补给、热量供给及湿度保持的“一举三得”的作用效果。

实施例1

提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法：

1).采用发生设备与输出管路搭配使用的方法，将产生的热源与水汽源通过管路向堆体内输送，均进行管路上阀门的调节，使得生物堆体的目标温度可达到30～40℃，目标湿度可达到25％～35％。

2).上述产生的热源与水汽源由发生设备管道式气体加热器和雾化加湿器提供，其功率选择以每千瓦功率对应处理2～3m³土方量为基准，输送管道的材质选择为聚乙烯塑料管(PE)(口径为50～70mm)。

3).根据修复试验生物堆体大小进行管路长度选择及管路连接布设，总管路由热空气单独输送线路(管路B)及热空气与雾化水汽同时输送线路(管路B’)等两路组成，每条总管路安装球形阀门，伸入堆体的分支管路(管路D和E)的每一支呈“倒T字”布设，即在水平放置的管线长度中心处采用三通竖直连接新管路(管路E)；伸入堆体的分支管线的PE管表面每隔30～50mm间距开设口径为5～8mm的孔，伸入反应堆内的分支管路(部分管路D和E)表面由细孔纱布包裹。暴露在堆体外部的管路(管路A、B、B’、C和部分D)外壁采用厚度为1～2cm的隔热真空板以长方体形式包裹，孔隙部分采用碎岩棉填充；在系统运行过程中，热空气加热器的出风温度为40～45℃。

4).系统运行时的总管阀门根据土壤性质需求进行开关，从而调节热能与水汽向生物堆体中的输送，使堆体修复性质保持在最佳状态。

实施例2

胜利油田石油污染土壤生物堆修复堆体温度和湿度调控

试验所用污染土壤为吉林油田石油污染土壤，石油污染物浓度为4％(w/w，g/g)。将污染土壤预设制成长4m，底宽2m，顶宽1.4m，高1m的台体(图1、图2)。堆体制备前进行堆体温度和湿度调控系统管路铺设。

输出管路由管路A、B、B’、C、D、E和F组成；两个并联的管路B和B’，一端通过管路A与温度湿度控制系统中的管道式气体加热器相连，另一端与管路C相连，管路C上并联多个管路D，每个管路D在生物反应堆内设有与其垂直的管路E，使其呈“倒T字”型。

所述并联的两个管路B和B’上分别设有阀门，其中一条管路B’的阀门至与管路C相连之间通过管路F连接雾化加湿器。

所述通入反应堆内的管路表面上每隔30～50mm设有孔，孔径为5～8mm。

所述每个管路D间隔1～2m；每个管路D设置的孔位于管路横向管壁的上表面(即，每个管路D水平放置孔设于其上表面)(图3B)。

所述每个管路E设置的孔位于管路上两两垂直的相邻切面的切点(图3A)所延伸的直线上(即，每个管路E竖直布设，孔位于围绕管壁在两两垂直的相邻切面的切点所延伸的直线上)。

根据堆体尺寸，总管路长度为3.2m，每米长度的堆体内分配一个管路D，共4个，管路D长1.4m，管路D长度中心以“倒T字”的形式通过三通连接长度为1m的竖直管路E(图4)。管路选用聚乙烯塑料管(PE)(口径为50～70mm)。伸入反应堆内的管路外壁采用细纱布包裹，裸露在反应堆外的管路外壁采用隔热真空板固定包裹，孔隙内填充碎岩棉(图5)。管路间连接及堆体建设完毕后，连接发生设备，即管道式气体加热器和雾化加湿器。根据堆体体积(6.6m³)选择设备功率为2.2kw。系统运行过程中，热空气加热器的出风温度为42～45℃。

系统运行时的总管阀门根据土壤性质需求进行开关，当土壤湿度与温度均不足时，关闭热空气单独输送线路阀门，打开热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门进行热空气与雾化水汽的同时供给；当土壤监测指示土壤堆体湿度达到目标范围时25％～35％，关闭热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门，打开热空气单独输送线路阀门，只进行热空气供给；当土壤监测指示土壤堆体温度达到目标范围时(30～40℃)，关闭空气加热功能，转而进行自然温度空气补给。

试验共设置含堆体温度和湿度调控系统的生物堆处理及普通通气生物堆处理。试验共运行60天，每隔10天取样一次，进行石油烃降解率测定。

试验结果表明(图6)，修复60天后，安装堆体温度和湿度调控系统的生物堆体内(Biopile-T)石油烃降解率达41.3±3.1％，较普通生物堆(Biopile)高出9.1％。表明应该该发明系统的应用有效增强的生物堆修复技术对石油污染土壤的修复。

Claims

1.一种提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法，其特征在于：采用温度湿度控制系统提高生物堆体温度达到30~40 ℃和维持生物堆体湿度达到25%~35%v/w；

温度湿度控制系统由发生设备和输出管路构成，发生设备设于生物堆体外，并与输出管路相连，输出管路通入生物堆体；

所述输出管路由管路A、B、C、D和E 组成；两个并联管路B一端通过管路A与温度湿度控制系统中的管道式气体加热器相连，另一端与管路C相连，管路C上并联多个分支管路D，每个管路D在生物堆内设有与其垂直的管路E，使其呈“倒T字”型；

所述并联的两个管路B上分别设有阀门，其中一条管路的阀门至与管路C相连之间设有雾化加湿器；

所述通入生物堆内的管路表面上设有孔，每个管路D间隔1~2 m；

所述生物堆外设置的管路外壁采用厚度为1~2 cm的隔热真空板以长方体形式包裹，孔隙部分采用碎岩棉填充；生物堆内部的管路表面由细孔纱布包裹。

2.按权利要求1所述的提高生物堆修复技术中堆体温度和湿度的方法，其特征在于：当土壤湿度与温度均不足需补给调节时，关闭热空气单独输送线路阀门，打开热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门进行热空气与雾化水汽的同时供给；当土壤监测指示土壤堆体湿度达到25%~35%v/w时，关闭热空气与常温雾化水汽同时输送线路的阀门，打开热空气单独输送线路阀门，只进行热空气供给；当土壤监测指示土壤堆体温度达到30~40 ℃时，关闭空气加热功能，转而进行自然温度空气补给。