CN108746198A - 一种微生物修复污染土壤的实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微生物修复污染土壤的实验装置及方法。该实验装置包括：菌剂添加槽、土壤剪切槽、加热带、搅拌设备、加水设备；其中，土壤剪切槽设置在菌剂刺激剂添加槽的上部；土壤剪切槽的外表面包裹有加热带；菌剂刺激剂添加槽的外表面包裹有加热带；加水设备用于将底部菌剂刺激剂添加槽内的液体由下至上打入土壤剪切槽内；搅拌设备用于增加土壤剪切槽内土壤的孔隙度；土壤剪切槽的底部设置有丝网过滤盘。本发明还提供了利用上述装置完成的微生物修复污染土壤的方法。本发明的修复污染土壤的实验装置及方法可以提供适宜的菌体温度及土壤环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种微生物修复污染土壤的实验装置，属于土壤修复技术领域。
背景技术
当今土壤污染已成为世界性问题，土壤污染物大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等；有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并芘以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。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，间接被人体吸收，危害人体健康。
现有的修复污染土壤的方法主要有物理修复、化学修复和生物修复等。传统的物理、化学修复方法对污染物类型和浓度不敏感、修复时间短，但成本高且容易带来二次污染；微生物修复方法虽然修复时间长，但成本相对低廉，通过吸收、降解和转化土壤中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平。
在采用微生物菌剂、微生物刺激剂修复污染场地前，均需对菌剂刺激剂的投加量、投加类型、修复环境、修复流程进行前期模拟即小试实验，以达到最好的修复效果。但是小试过程中容易出现的一些问题包括：实验室条件跟现场环境条件(早晚温差、湿度)差异很大；实验室花盆实验和现场修复运行效果差异较大；市面上有很多微生物修复菌剂和刺激剂(土壤调理剂)，但由于缺乏标准化的实验仪器和评估评价方法，无法对它们进行同一标准的效果评估和对比。
因此，在特定工艺下，为了方便对修复菌剂刺激剂进行快速有效的评估，开发其小型实验装置是必要的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以克服人工因素干扰，符合土壤实际情况的利用微生物修复污染土壤的实验装置。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种微生物修复污染土壤的实验装置，该实验装置包括：菌剂刺激剂添加槽、土壤剪切槽、加热带、搅拌设备、加水设备；其中，
土壤剪切槽设置在菌剂刺激剂添加槽的上部；
土壤剪切槽的外表面包裹有加热带；
菌剂刺激剂添加槽的外表面包裹有加热带；
加水设备用于将底部菌剂刺激剂添加槽内的液体由下至上打入土壤剪切槽内；
搅拌设备用于增加土壤剪切槽内土壤的孔隙度；
土壤剪切槽的底部设置有丝网过滤盘。
根据本发明的具体实施方式，菌剂刺激剂添加槽中可以添加微生物菌剂也可以添加微生物刺激剂。土壤剪切槽设置在菌剂刺激剂添加槽的上部，当下部菌剂刺激剂添加槽中添加微生物菌剂或微生物刺激剂时，可以先在下部的菌剂刺激剂添加槽中进行培养，并循环打入上部的土壤剪切槽的土壤内，同时利用搅拌装置连续搅拌，净化污染土壤。
根据本发明的具体实施方式，搅拌设备搅拌土壤以增加土壤剪切槽内土壤的孔隙度，进而使土壤颗粒表面微生物接触更多空气中的氧。
在本发明的实验装置中，优选地，土壤剪切槽的直径为100mm-500mm(更优选为200mm)。即可以保证搅拌混合液的速率，又能保证加入土壤的总量合适。
根据本发明的具体实施方式，土壤剪切槽的底部设置有丝网过滤盘，使土壤剪切槽内的土壤渗滤液可以下渗至菌剂刺激剂添加槽内，持续驯化添加槽内的菌体，进而提高菌液石油烃的降解能力。
在本发明的实验装置中，优选地，包裹土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽的加热带在垂直方向上分为三段；将加热带在垂直方向上分为三段以达到更精确控温的目的。
根据本发明的具体实施方式，为了避免土壤剪切槽在土壤净化过程中出现错位现象，将土壤剪切槽在垂直方向上分为两段，每段均靠螺纹连接，可以拆卸下来进行清洗，换装。
在本发明的实验装置中，优选地，丝网过滤盘的孔径为100μm-250μm(更优选为200μm)。控制丝网滤盘的孔径既能保证不被土壤颗粒堵塞，又能保证菌液及刺激剂由土壤剪切槽回流至菌剂刺激剂添加槽的速度。
在本发明的实验装置中，优选地，该实验装置还包括曝气设备，用于为菌剂刺激剂添加槽提供氧气。
根据本发明的具体实施方式，曝气设备与菌剂刺激剂添加槽连通。曝气设备具体可以为空气压缩机。曝气设备工作时，向菌剂刺激剂添加槽、土壤剪切槽中通气，以向土壤及微生物菌剂刺激剂提供氧气，可以使降解菌更好的繁殖。
在本发明的实验装置中，优选地，该实验装置还包括温湿度传感器，用于检测土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽内的温度和湿度。
根据本发明的具体实施方式，温湿度传感器分别与土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽连通。
在本发明的实验装置中，优选地，该实验装置还包括控制面板，用于调控反应环境。
在本发明的实验装置可连续24h运行，可通过土壤渗滤液驯化菌剂刺激剂添加槽内的微生物，在投加菌剂的情况下，使外源降解菌更快适应土著微生物(土壤里面本来就含有的石油烃降解微生物)；在投加微生物刺激剂的情况下，使原位降解菌快速增殖。
根据本发明的具体实施方式，该实验装置中的搅拌设备为无级调速，转速为0-25rpm，功率为0.35kW。既保证了菌剂刺激剂的溶解速度，又保证在该转速条件下土壤不会发生板结，保证土壤的完整性。同时可以使土壤与上清液分离，上清液通过可拆卸丝网过滤盘回流至菌剂刺激剂添加槽，土壤沉淀到底部。
根据本发明的具体实施方式，该实验装置中，所有设备的材质均为304不锈钢材质，主要反应器、箱体设计有超声波水位计以及溢流、放空及相应的安全保护措施。
本发明的实验装置具体用于修复污染土壤时，包括以下步骤：
将微生物菌剂或微生物刺激剂投加在菌剂刺激剂添加槽中，加入水，利用加热带加热至35℃；
经曝气设备微曝气，为微生物菌液或刺激剂液提供溶解氧；
通过加水设备将菌液或刺激剂由菌剂刺激剂添加槽喷洒至土壤剪切槽中的土壤的表面，同时开启搅拌设备连续搅拌，转速为5rpm-25rpm；
在土壤剪切槽中，污染土壤的石油烃被微生物降解，土壤和菌液刺激剂的混合液经过搅拌后通过丝网过滤盘使剩余的土壤渗滤液回流进入菌剂刺激剂添加槽，土壤不下渗，运行过程中保持土壤的饱和持水度为60％，完成采用对污染土壤的修复。
本发明的实验装置可以用于评估油田、炼化企业和加油站等石油烃污染土壤修复的微生物菌剂、微生物刺激剂修复效果。
本发明的修复污染土壤的实验装置采用加热带包裹土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽，可以使土壤受热均匀，为微生物的生存与繁殖提供适宜的温度。
本发明的修复污染土壤的实验装置，通过加热带，实现对土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽中的温度的调控；通过加水设备，将底部菌剂刺激剂添加槽内的液体由下至上打入土壤剪切槽内；通过曝气设备，实现溶解氧浓度的调控；通过搅拌设备实现定期定时搅拌，增加土壤剪切槽内土壤的孔隙度。
本发明的修复污染土壤的实验装置可以提供真实的土壤环境，模拟变温自然环境，提供适宜的菌体温度及土壤环境，设备维护简单，具有扩展性和二次开发功能。
本发明的修复污染土壤的实验装置可以实现对石油烃污染土壤的微生物修复，提高微生物修复效率。
附图说明
图1为实施例1中的修复污染土壤的实验装置的结构示意图。
图2为实施例1中的丝网过滤盘的结构示意图。
主要附图符号说明
1土壤剪切槽 2菌剂刺激剂添加槽 3加热带 4搅拌器 5加水设备
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种修复污染土壤的实验装置，其结构如图1所示，该实验装置包括：
菌剂刺激剂添加槽2、土壤剪切槽1、加热带3、搅拌器4、加水设备5；其中，
土壤剪切槽1设置在菌剂刺激剂添加槽2的上部；
土壤剪切槽1的外表面包裹有加热带3；
菌剂刺激剂添加槽2的外表面包裹有加热带3；
土壤剪切槽1的底部设置有丝网过滤盘，其结构如图2所示，丝网过滤盘的孔径为200μm。
本实施例的上述实验装置具体用于修复污染土壤时，按照以下步骤进行：
将微生物菌剂投加在菌剂刺激剂添加槽中，加入纯水，利用加热带加热至35℃，空气压缩机通过软管与菌剂刺激剂添加槽底部连接，经空气压缩机微曝气，为微生物菌液提供溶解氧，通过加水设备将菌液由菌剂刺激剂添加槽喷洒至土壤剪切槽中的土壤的表面，同时开启搅拌设备连续搅拌，转速为15rpm；在土壤剪切槽中，污染土壤的石油烃被微生物降解，土壤和菌液的混合液经过搅拌后通过丝网过滤盘使剩余的土壤渗滤液回流进入非标菌剂刺激剂添加槽，土壤不下渗，运行过程中保持土壤剪切槽中土壤的饱和持水度为60％，实际的微生物降解过程发生在土壤剪切槽内。
修复周期为7天，修复结束后，土壤含油率由18％降至7％，饱和烃含量由60％降至27％，芳香烃含量由16％降至8％，非烃含量由22％降至13％，沥青质含量由1％降至0.67％。
以上实施例说明，本发明的修复污染土壤的实验装置用于修复石油烃污染土壤时，可以提高微生物修复效率。
Claims (9)
1.一种微生物修复污染土壤的实验装置，其特征在于，该实验装置包括：菌剂刺激剂添加槽、土壤剪切槽、加热带、搅拌设备、加水设备；其中，
所述土壤剪切槽设置在所述菌剂刺激剂添加槽的上部；
所述土壤剪切槽的外表面包裹有加热带；
所述菌剂刺激剂添加槽的外表面包裹有加热带；
所述加水设备用于将底部菌剂刺激剂添加槽内的液体由下至上打入土壤剪切槽内；
所述搅拌设备用于增加所述土壤剪切槽内土壤的孔隙度；
所述土壤剪切槽的底部设置有丝网过滤盘。
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述土壤剪切槽的直径为100mm-500mm。
3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，包裹土壤剪切槽和菌剂刺激剂添加槽的加热带在垂直方向上分为三段。
4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述丝网过滤盘的孔径为100μm-250μm。
5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，该实验装置还包括曝气设备，用于为所述菌剂刺激剂添加槽提供氧气。
6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，该实验装置还包括温湿度传感器，用于检测所述土壤剪切槽和所述菌剂刺激剂添加槽内的温度和湿度。
7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，该实验装置还包括控制面板，用于调控反应环境。
8.一种微生物修复污染土壤的方法，其特征在于，该方法是通过权利要求1-7的实验装置完成的。
9.根据权利要求8所述的微生物修复污染土壤的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将微生物菌剂或微生物刺激剂投加在菌剂刺激剂添加槽中，加入水，利用加热带加热至35℃；
经曝气设备微曝气，为微生物菌液或刺激剂液提供溶解氧；
通过加水设备将菌液或刺激剂液由菌剂刺激剂添加槽喷洒至土壤剪切槽中的土壤的表面，同时开启搅拌设备连续搅拌，转速为5rpm-25rpm；
在土壤剪切槽中，污染土壤的石油烃被微生物降解，土壤和菌液刺激剂液体的混合液经过搅拌分离后通过丝网过滤盘使剩余的土壤渗滤液回流进入菌剂刺激剂添加槽，土壤不下渗，运行过程中保持土壤的饱和持水度为60％，完成采用对污染土壤的修复。
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