CN107716539A - 一种修复有机污染土壤的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种修复有机污染土壤的装置，包括筒体部，其底部设有便于钻入地下的锥体部；筒体部包括内筒和外筒，外筒筒壁上设有可供有机物质和有机污染物渗入的孔，内筒筒壁和外筒筒壁之间装有可吸附有机污染物的吸附性颗粒与可降解有机污染物的微生物群的混合培养物，且吸附性颗粒中设有石墨棒；内筒由导电材料制成，其筒壁上设有可供未及分解的有机物质和有机污染物随水渗入的孔，且内筒筒壁上供有氧气，石墨棒和吸附性颗粒共同构成生物阳极，与作为空气阴极的内筒筒壁之间形成生物燃料电池；内筒内部还设有排水系统。该装置能够高效地修复地下水和污染土壤、降低修复费用，且能够处理不同类型的有机污染物、适用于不同湿度和土壤类型。
Description
技术领域
本发明涉及一种修复有机污染土壤的装置，特别涉及一种基于生物电化学、吸附颗 粒及高效污染物降解菌群的修复有机污染土壤的装置。
背景技术
土壤修复是在环保产业的重点发展之列并明确提出要强化土壤污染防治监督管理。 相比于异位修复技术，原位修复技术具有无需挖运土壤、修复成本低、适宜对深层污染介质修复、对施工人员健康影响小等特点。因此，除非污染已经对人类或生态健康存在 影响，应采用原位修复污染土壤。
生物原位修复是一种成本效益高和非侵入性处理受有机物污染土壤的方法。为了提 高原位生物修复效果，通常采用生物强化技术，如补充专一、高效的微生物种群，添加有利于提升微生物降解效果的营养物质。有机污染物要彻底的氧化分解为CO2和H2O 需要有充足的电子受体，如O2、NO3 -和SO4 2-等接受多余的电子。因此，生物处理技术 受限于电子供体的不足，往往处理效果不佳。
生物燃料电池技术是强化生物处理有机污染物的可选方案。在电池阳极有机污染物 作为电子供体被产电微生物氧化，产生的电子转移至胞外，通过电路在电池的阴极将O2还原成H2O。目前，生物燃料电池技术在土壤修复中有所应用，但是其在土壤有机物 处理中的应用受到诸多限制，如土壤的含水率要低、仅可降解靠近电极的污染物等。
发明内容
发明目的：本发明针对现有生物处理技术处理效果不佳、生物燃料电池技术应用受 限等问题，提供一种修复有机污染土壤的装置。
技术方案：本发明所述的修复有机污染土壤的装置，包括用于分解有机物质或有机 污染物的筒体部，其底部设有便于钻入地下的锥体部；所述筒体部包括套叠设置的内筒和外筒，外筒筒壁上设有可供有机物质和有机污染物渗入的孔，内筒筒壁和外筒筒壁之 间装有可吸附有机物质及有机污染物的吸附性颗粒与可降解有机污染物的微生物群的 混合培养物，且吸附性颗粒中设有石墨棒；所述内筒由导电材料制成，内筒筒壁上设有 可供未及分解的有机物质和有机污染物随水渗入的孔，且内筒筒壁上供有氧气，所述石 墨棒和吸附性颗粒共同构成生物阳极，与作为空气阴极的内筒筒壁之间形成生物燃料电 池，用于转移降解过程中产生的电子和H+；所述内筒内部还设有用于将渗入内筒的水 排出的排水系统。
具体的，排水系统包括水位感应器和排水管，排水管一端伸入内筒底部，另一端伸出装置外部、用于与排水泵连接，当内筒中水位超出水位感应器后，排水泵启动，土壤 中渗入内筒的水由排水管排出装置外部。
该装置还可包括为内筒筒壁提供氧气的供氧系统，该供氧系统包括空气进气管、排 气管以及位于内筒中的布气装置，空气进气管一端伸入内筒中、与布气装置连接，另一端伸出装置外、用于与供气泵连接；排气管一端伸入内筒中，另一端与装置外部连通。
较优的，外筒内壁上贴覆有可阻止微生物的通过、允许水和有机污染通过的滤膜。进一步的，滤膜的孔径小于或等于0.2μm。
内筒筒壁和外筒筒壁之间的吸附性颗粒优选具有高比表面积比，如生物质炭。
优选的，内筒可由带网眼的金属材料制成，如带网眼的不锈钢。外筒也优选采用带网眼的不锈钢制成。
外筒和内筒可为圆柱形筒体，作为一个优选方案，外筒直径为20-30cm，内筒直径为8-15cm，筒体高度为50-100cm。
工作原理：将本装置置于受污染的土层中，土壤中的有机物和污染物可通过外筒壁 上的孔和滤膜进入装置。外筒壁和内筒壁之间为吸附有机物质和有机污染物的吸附性颗 粒，以及高效的有机物降解微生物菌群，在吸附有机物质和有机污染物的同时，吸附性颗粒和石墨棒作为生物阳极将有机物降解过程中多余的电子和H+转移至内筒筒壁(阴 极)与内筒中的氧气发生反应生成H2O，电子和H+的转移有利于微生物菌群对有机物 质的进一步降解；未及分解的有机物质和有机污染物随水渗入内筒中，当积累到一定高 度后触发水位感应器，启动排水系统，将内筒中的水排出装置外的土壤中，循环处理直 至达标。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的修复有机污染土壤的装置基于生物电化学、吸附颗粒及高效的污染物降解菌群，能够对土壤中的有机污染进行
附图说明
图1为本发明的一种修复有机污染土壤的装置的结构示意图；
图2为实施例1中经本发明的装置处理后的土壤渗出液及未处理的土壤渗出液中 COD含量随时间变化的曲线图；
图3为实施例1中经本发明的装置处理过的土壤及未处理的土壤中DDT含量随时 间变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1，本发明的一种修复有机污染土壤的装置，包括筒体部和锥体部8，筒体部采用双层套筒结构，用于分解有机物质或有机污染物；锥体部8为位于筒体部底部的锥 形结构，便于将整个装置钻入地下。
筒体部包括套叠设置的外筒1和内筒2，外筒1和内筒2可为圆柱形筒体，锥体部 8可为圆锥形，整个装置呈底部为锥状的圆柱形。推荐设计为如下尺寸：外筒1直径为 20-30cm，内筒2直径为8-15cm，筒体高度为50-100cm。
外筒1筒壁上有孔，供有机物质和有机污染物渗入，其优选采用带网眼的金属材料制成，如可采用带网眼的不锈钢制成外筒。
内筒2筒壁和外筒1筒壁之间装有吸附性颗粒与微生物群的混合培养物3，含有丰富的有机物分解菌群；其中，微生物群在吸附性颗粒表面形成生物膜，吸附性颗粒用于 吸附有机物质和有机污染物，微生物群可降解有机污染物；吸附性颗粒可具有高的比表 面积比，如可选用生物质炭，其吸附效果优异；吸附性颗粒层中可插有石墨棒5，石墨 棒5和吸附性颗粒可共同构成生物阳极。为防止内筒筒壁与外筒筒壁之间的微生物受到 污染，外筒1内壁上可设置滤膜4，阻止微生物的通过，但允许水和有机污染可以透过； 滤膜4的孔径一般小于或等于0.2μm。
内筒2采用导电材料制成，内筒2筒壁上有孔，供未及分解的有机物质和有机污染物随水渗入，如可采用带网眼的不锈钢制成内筒；内筒2筒壁上供有氧气，石墨棒5与 内筒2筒壁之前通过电路连接，构成生物燃料电池，其中，内筒2筒壁作为空气阴极， 石墨棒5和吸附性颗粒共同构成生物阳极；阳极微生物在降解有机物过程中产生的H+和电子转移至内筒2筒壁，将内筒2筒壁上的氧气还原成水。
内筒2筒壁上的氧气可通过供氧系统提供，供氧系统包括空气进气管9、布气装置7和排气管10，布气装置7位于内筒中，空气进气管9一端伸出装置外、与供气泵连接， 另一端连接布气装置7；排气管10一端伸入内筒2中，另一端与装置外部连通。
内筒2内部还可设有排水系统，用于将土壤中渗入内筒的水排出。排水系统可包括水位感应器6和排水管11，排水管11可与装置外部的排水泵连接，当内筒2中水位超 出水位感应器6后，排水泵启动，将土壤中渗入内筒的水由排水管11排出。排水系统 还可包括控制系统，控制系统与水位感应器6及排水泵连接，水位感应器6将测得的水 位信息通过无线或有线传输方式传递至控制系统，控制系统向排水泵发出控制指令，控 制排水泵启动，将内筒2中的水从排水管11中排出。
工作原理：将本发明的修复有机土壤的装置置于受污染的土层中，土壤中的有机物 和污染物可通过外筒1壁上的孔和滤膜4进入装置。外筒1筒壁和内筒2筒壁之间为吸 附有机物质和有机污染物的吸附性颗粒以及高效的有机物降解微生物菌群，在吸附有机 物质和有机污染物的同时，吸附性颗粒和石墨棒作为生物阳极将有机物降解过程中多余 的电子和H+转移至内筒2筒壁(阴极)、与内筒中的氧气发生反应生成H2O，电子和 H+的转移有利于吸附性颗粒层中的微生物对有机物质的进一步降解；未及分解的有机物 质和有机污染物随水渗入内筒2中，当积累到一定高度后触发水位感应器6，启动排水 系统，将内筒2中的水排出装置外的土壤中，循环处理直至达标。
实施例1
某造纸废水污灌区，心土层土壤渗出液中的COD含量为3697mg/L。
将本发明的修复有机污染土壤的装置(外筒直径25cm、内筒直径10cm、筒高60cm；外筒壁与内筒壁之间装填有接种造纸废水驯化后的微生物菌群的生物质炭)钻入地表20cm以下，每平方米土壤中设置4个该装置。定期检测渗出液中的COD值，与未经处理 的土壤渗出液中的COD含量进行比较，结果如图2；可以看到，经本发明的装置处理 后，土壤渗出液中的COD含量显著降低。
实施例2
某受DDT污染土壤中，地表下30cm土壤中DDT的含量为1.07mg/kg。
将本发明的修复有机污染土壤的装置(外筒直径25cm、内筒直径10cm、筒高60cm；外筒壁与内筒壁之间装填有接种DDT驯化微生物菌群的生物质炭)置于地表下20cm， 每平方米土壤中设置4个该装置。定期检测土壤中DDT含量，与未经处理的土壤中的 DDT含量比较，结果如图3；可以看到，经本发明的装置处理过的土壤中DDT含量大 幅降低。
Claims (8)
1.一种修复有机污染土壤的装置，其特征在于，包括用于分解有机物质或有机污染物的筒体部，其底部设有便于钻入地下的锥体部；所述筒体部包括套叠设置的内筒和外筒，外筒筒壁上设有可供有机物质和有机污染物渗入的孔，内筒筒壁和外筒筒壁之间装有可吸附有机物质及有机污染物的吸附性颗粒与可降解有机污染物的微生物群的混合培养物，且吸附性颗粒中设有石墨棒；所述内筒由导电材料制成，内筒筒壁上设有可供未及分解的有机物质和有机污染物随水渗入的孔，且内筒筒壁上供有氧气，所述石墨棒和吸附性颗粒共同构成生物阳极，与作为空气阴极的内筒筒壁之间形成生物燃料电池，用于转移有机污染物降解过程中产生的电子和H+；所述内筒内部还设有用于将渗入内筒的水排出的排水系统。
2.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，该装置包括为内筒筒壁提供氧气的供氧系统，该供氧系统包括空气进气管、排气管以及位于内筒中的布气装置，所述空气进气管一端伸入内筒中、与布气装置连接，另一端伸出装置外、用于与供气泵连接，所述排气管一端伸入内筒中，另一端与装置外部连通。
3.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述排水系统包括水位感应器和排水管，排水管一端伸入内筒底部，另一端伸出装置外部、用于与排水泵连接，当内筒中水位超出水位感应器后，排水泵启动，土壤中渗入内筒的水由排水管排出装置外部。
4.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述外筒内壁上贴覆有可阻止微生物的通过、允许水和有机污染通过的滤膜。
5.根据权利要求4所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述滤膜的孔径小于或等于0.2μm。
6.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述内筒由带网眼的金属材料制成。
7.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述吸附性颗粒为生物质炭。
8.根据权利要求1所述的修复有机污染土壤的装置，其特征在于，所述外筒和内筒为圆柱形筒体，外筒直径为20-30cm，内筒直径为8-15cm，筒体高度为50-100cm。
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