CN109226251A - 石油污染土壤的异位修复系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及石油污染土壤的异位修复系统及方法，系统包括水洗设备、降解设备和加热设备，方法包括水洗浮选、微生物降解和加热处理三个步骤。本发明提供的石油污染土壤的异位修复系统，造价低廉，结构简单，使用方便，受外界环境影响较小，修复速度、效率高，能有效改善土壤质量，降低土壤的板结化；本发明提供的石油污染土壤的异位修复方法，水洗可以去除浮在土壤表面的石油，微生物菌液可以降解石油并对玉米芯粉末进行预处理，加热处理可以烘干土壤并将玉米芯粉末碳化为生物质炭，生物质炭既能为土壤提供营养成分，还可以作为吸附剂减小石油再次进入土壤时对土壤的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及石油污染土壤的异位修复系统及方法。
背景技术
石油污染是指石油开采、运输、装卸、加工和使用过程中，由于泄漏和排放石油引起的污染，石油污染主要分为三个方面：大气污染、水污染和土壤污染。当石油进入土壤后，会破坏土壤结构，使土壤的透水性降低，而且由于石油中绝大多数成分都是高分子有机物，这些有机物粘着在植物根系上形成一层粘膜，阻碍根系的呼吸和对水分的吸收，甚至引起根系的腐烂。另外，石油含有大量的反应基团，可以与土壤中的无机氮、无机磷结合，从而减少土壤有效氮、磷含量。
对石油污染土壤的修复技术可分为原位修复技术和异位修复技术，其中异位修复技术是指将受污染的土壤从发生污染的位置挖掘出来，在原场址范围内或经过运输后再进行治理的技术，异位修复技术的特点是费用低、效果好、无二次污染。微生物修复法是异位修复技术中一种常见的方法，通常是在被污染的土壤中加入某种活性菌或者混合菌液，但这种方法没有考虑到随着修复过程的进行，土壤的环境会发生明显变化，因此降解效果并不理想。基于此，开发一种在不同修复阶段采用不同修复技术的石油污染土壤异位修复系统及方法是十分必要的。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了石油污染土壤的异位修复系统及方法，具有石油去除效果好，能有效改善土壤质量，降低土壤的板结化的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种石油污染土壤的异位修复系统，系统包括水洗设备、降解设备和加热设备；
所述水洗设备包括水洗罐，所述水洗罐内部设有搅拌装置A，所述搅拌装置A包括搅拌杆和交错分布在搅拌杆上的螺旋叶片和搅拌叶片，搅拌装置A的搅拌杆通过套筒与设置在水洗罐顶部的电动机连接，水洗罐顶部还设有进土管和进水管，水洗罐上部设有石油回收管，水洗罐下部设有出水管，水洗罐底部设有出土管；
所述降解设备包括降解罐，所述降解罐内部设有搅拌装置B和喷淋装置，所述搅拌装置B包括搅拌杆和分布在搅拌杆上的搅拌叶片，搅拌装置B的搅拌杆通过套筒与设置在降解罐外侧的电动机连接，降解罐上部设有进料口，降解罐下部设有进土管，降解罐底部设有出土管，所述喷淋装置包括喷淋管和设置在喷淋管出水端的喷淋头，所述喷淋管进水端通过泵与储液箱相连；
所述加热设备包括加热罐，所述加热罐顶部设有进土管，加热罐底部设有出土管；
所述水洗罐的出土管与降解罐的进土管相连，所述降解罐的出土管与加热罐的进土管相连。
在上述技术方案的基础上，所述水洗罐的石油回收管通过阀门和泵连接有一个石油暂存箱，所述石油暂存箱底部设有出油管。
在上述技术方案的基础上，所述水洗罐的进水管和出水管分别通过阀门和泵与储水箱连接，所述储水箱下部设有换水管和排水管；通过出水管可以将排出的水暂时储存在储水箱中，便于循环利用，通过储水箱下部的换水管和排水管可以更换储水箱中的水，避免由于多次利用导致水洗效果降低。
在上述技术方案的基础上，所述水洗罐上设有透明观察窗，所述透明观察窗为条形结构；通过透明观察窗可以观察到水洗罐内土壤和水是否混合均匀以及土壤的沉淀程度。
在上述技术方案的基础上，所述搅拌装置B的搅拌叶片长度延搅拌棒轴向方向先增大后减小；可以提高搅拌效果，使土壤、从进料口投入的玉米芯粉末以及喷洒的微生物菌液混合更加均匀。
在上述技术方案的基础上，所述储液箱上设有透明观察窗，所述透明观察窗为条形结构；通过透明观察窗可以观察到储液箱中储存的微生物菌液的余量，避免菌液更换不及时。
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌3h-24h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在22℃-33℃恒温条件下，机械搅拌15-35天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为30-50mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为15-35mg/L，短小芽孢杆菌投加量为30-60mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为50-75mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为10-35mg/L，白囊耙齿菌投加量为20-55mg/L，变色栓菌投加量为20-55mg/L，紫杉木齿菌投加量为45-60mg/L；
步骤三：用加热罐进行加热处理，在175℃-325℃恒温条件下下加热土壤60min-180min。
在上述技术方案的基础上，步骤一所述搅拌过程持续16h。
在上述技术方案的基础上，步骤二所述微生物降解过程在27℃下恒温进行，持续28天，生孢噬纤维菌投加量为44mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为26mg/L，短小芽孢杆菌投加量为50mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为68mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为23mg/L，白囊耙齿菌投加量为39mg/L，变色栓菌投加量为41mg/L，紫杉木齿菌投加量为53mg/L。
在上述技术方案的基础上，步骤三所述加热处理过程在265℃恒温条件下进行，持续120min。
本发明提供的石油污染土壤的异位修复系统，造价低廉，结构简单，使用方便，受外界环境影响较小，修复速度、效率高，能有效改善土壤质量，降低土壤的板结化；搅拌装置A上设有搅拌叶片和螺旋叶片，搅拌叶片在进行搅拌的同时，螺旋叶片旋转产生向下的湍流，使搅拌更加均匀，水洗效果更好；使用喷淋系统喷洒微生物菌液并配合搅拌装置B，有利于微生物菌液与土壤和从入料口投入的玉米芯粉末混合均匀，提升微生物对石油的降解效果；加设加热罐，可以对石油污染土壤进行加热，烘干土壤的同时将受微生物预处理的玉米芯粉末碳化成生物质炭，提高土壤中的养分，提升土壤的疏松程度。本发明提供的石油污染土壤的异位修复方法，通过水洗浮选、微生物降解和加热处理三个步骤去除土壤中的石油，水洗可以去除浮在土壤表面的石油；微生物菌液在降解石油烃的同时，可以对玉米芯粉末进行预处理，使玉米芯粉末结构更加疏松；玉米芯粉末一方面可以作为微生物菌种生长的载体促进微生物的快速积累，另一方面玉米芯粉末在土壤中被转化形成的糖类物质可以作为微生物菌种的碳源，进一步促进微生物菌种的生物积累，从而提升微生物菌种对石油的降解效果；通过加热，经微生物预处理的玉米芯转换为结构较为蓬松的生物质炭，降低土壤板结化程度，提升土壤养分，并可以作为吸附剂吸附固定石油防止土壤再次受到石油污染。
附图说明
图1为本发明提供的一种石油污染土壤的异位修复系统结构示意图；
图2为水洗设备结构示意图；
图3为降解设备结构示意图。
符号说明
1-水洗设备，2-降解设备，3-加热设备，4-水洗罐，5-搅拌装置A，6-搅拌杆，7-螺旋叶片，8-搅拌叶片，9-套筒，10-电动机，11-进土管，12-进水管，13-石油回收管，14-出水管，15-出土管，16-降解罐，17-搅拌装置B，18-喷淋装置，19-进料口，20-喷淋管，21-喷淋头，22-储液箱，23-加热罐，24-石油暂存箱，25-出油管，26-储水箱，27-换水管，28-排水管，29-透明观察窗。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
实施例1
如图1-3所示，一种石油污染土壤的异位修复系统，系统包括水洗设备1、降解设备2和加热设备3；
所述水洗设备1包括水洗罐4，所述水洗罐4内部设有搅拌装置A5，所述搅拌装置A5包括搅拌杆6和交错分布在搅拌杆6上的螺旋叶片7和搅拌叶片8，搅拌装置A5的搅拌杆6通过套筒9与设置在水洗罐4顶部的电动机10连接，水洗罐4顶部还设有进土管11和进水管12，水洗罐4上部设有石油回收管13，水洗罐4下部设有出水管14，水洗罐4底部设有出土管15；
所述降解设备2包括降解罐16，所述降解罐16内部设有搅拌装置B17和喷淋装置18，所述搅拌装置B17包括搅拌杆6和分布在搅拌杆6上的搅拌叶片8，搅拌装置B17的搅拌杆6通过套筒9与设置在降解罐16外侧的电动机10连接，降解罐16上部设有进料口19，降解罐16下部设有进土管11，降解罐16底部设有出土管14，所述喷淋装置18包括喷淋管20和设置在喷淋管20出水端的喷淋头21，所述喷淋管20进水端通过泵与储液箱22相连；
所述加热设备3包括加热罐23，所述加热罐23顶部设有进土管11，加热罐23底部设有出土管15；
所述水洗罐4的出土管15与降解罐16的进土管11相连，所述降解罐16的出土管15与加热罐23的进土管11相连。
使用时，预先破碎的石油污染土壤从进土管进入水洗设备内，清水从进水管进入水洗设备内，搅拌装置A在电动机的作用下转动将土壤与清水混合，经过浸湿和搅拌，石油污染土壤的从较大的土块分解成粒径较小的土粒，持续搅拌直到石油污染土壤在水中均匀分散；之后停止搅拌静置一段时间直到土壤沉淀在水洗罐底部，通过石油收集管将漂浮在上层的石油收集，土壤从出土管排出进入降解罐进土管。
经步骤一初步修复的土壤进入降解罐后，在搅拌装置B的作用下与从进料口投入的玉米芯粉末均匀混合，同时微生物菌液从喷淋头喷洒到土壤与玉米芯粉末上，机械搅拌过程在适宜的恒温条件下持续一段时间后停止，附着有菌种的土壤和玉米芯粉末一起从出土管排出。
带有菌种的土壤和玉米芯粉末从进土管进入加热罐后进行加热处理。
实施例2
在实施例1的基础上，所述水洗罐4的石油回收管13通过阀门和泵连接有一个石油暂存箱24，所述石油暂存箱24底部设有出油管25。
所述水洗罐4的进水管12和出水管14分别通过阀门和泵与储水箱26连接，所述储水箱26下部设有换水管27和排水管28。
所述水洗罐4上设有透明观察窗29，所述透明观察窗29为条形结构。
所述搅拌装置B17的搅拌叶片8长度延搅拌棒6轴向方向先增大后减小。
所述储液箱22上设有透明观察窗29，所述透明观察窗29为条形结构。
实施例3
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌16h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在27℃恒温条件下，机械搅拌28天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为44mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为26mg/L，短小芽孢杆菌投加量为50mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为68mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为23mg/L，白囊耙齿菌投加量为39mg/L，变色栓菌投加量为41mg/L，紫杉木齿菌投加量为53mg/L；
步骤三：用加热罐加热步骤二降解后的土壤，在265℃恒温条件下加热土壤120min。
实施例4
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌5h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在23.5℃恒温条件下，机械搅拌19天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为37mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为21mg/L，短小芽孢杆菌投加量为35mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为53mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为17mg/L，白囊耙齿菌投加量为26mg/L，变色栓菌投加量为33mg/L，紫杉木齿菌投加量为49mg/L；
步骤三：用微波加热罐微波加热步骤二降解后的土壤，在190℃恒温条件下加热土壤85min。
实施例5
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌21h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在31℃恒温条件下，机械搅拌33天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为48mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为33mg/L，短小芽孢杆菌投加量为57mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为74mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为29mg/L，白囊耙齿菌投加量为47mg/L，变色栓菌投加量为50mg/L，紫杉木齿菌投加量为58mg/L；
步骤三：用电阻加热罐电阻加热步骤二降解后的土壤，在310℃恒温条件下加热土壤160min。
对比例1
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌1h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在15℃恒温条件下，机械搅拌14天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为15mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为5mg/L，短小芽孢杆菌投加量为20mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为45mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为5mg/L，白囊耙齿菌投加量为5mg/L，变色栓菌投加量为15mg/L，紫杉木齿菌投加量为25mg/L；
步骤三：用加热罐加热步骤二降解后的土壤，在150℃恒温条件下加热土壤30min。
对比例2
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在23.5℃恒温条件下，机械搅拌19天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为37mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为21mg/L，短小芽孢杆菌投加量为35mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为53mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为17mg/L，白囊耙齿菌投加量为26mg/L，变色栓菌投加量为33mg/L，紫杉木齿菌投加量为49mg/L；
步骤二：用微波加热罐微波加热步骤一降解后的土壤，在190℃恒温条件下加热土壤85min。
对比例3
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌16h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用电阻加热罐电阻加热步骤一降解后的土壤，在265℃恒温条件下加热土壤120min。
对比例4
一种石油污染土壤的异位修复方法，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌21h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在31℃恒温条件下，机械搅拌33天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为48mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为33mg/L，短小芽孢杆菌投加量为57mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为74mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为29mg/L，白囊耙齿菌投加量为47mg/L，变色栓菌投加量为50mg/L，紫杉木齿菌投加量为58mg/L。
试验例1
分别用实施例3-5和对比例1-4提供的方法修复石油污染土壤，每个实施例、对比例和空白对照进行3次重复试验，采用紫外分光光度法测定修复后土壤中石油含量，修复后土壤含油量取测试结果平均值。
表1修复后土壤含油量
| 编号 | 含油量(mg/L) |
| 实施例3 | 3.663 |
| 实施例4 | 7.108 |
| 实施例5 | 5.245 |
| 对比例1 | 18.659 |
| 对比例2 | 16.579 |
| 对比例3 | 19.424 |
| 对比例4 | 14.576 |
| 空白对照 | 28.425 |
从表1中可以看出，采用本发明提供的方法修复后的土壤含油量为3.663mg/L-7.108mg/L，与作为空白对照的石油污染土壤原样相比，含油量降低了74.99％-87.11％。
对比例1虽然也采用了水洗浮选、微生物降解和加热处理三个步骤，但时间和温度都不在本发明公开的范围内，修复效果有所下降。
对比例2-4中各缺少一个修复步骤，修复效果也有所下降。
本发明所用原料均为市售。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，系统包括水洗设备、降解设备和加热设备；
所述水洗设备包括水洗罐，所述水洗罐内部设有搅拌装置A，所述搅拌装置A包括搅拌杆和交错分布在搅拌杆上的螺旋叶片和搅拌叶片，搅拌装置A的搅拌杆通过套筒与设置在水洗罐顶部的电动机连接，水洗罐顶部还设有进土管和进水管，水洗罐上部设有石油回收管，水洗罐下部设有出水管，水洗罐底部设有出土管；
所述降解设备包括降解罐，所述降解罐内部设有搅拌装置B和喷淋装置，所述搅拌装置B包括搅拌杆和分布在搅拌杆上的搅拌叶片，搅拌装置B的搅拌杆通过套筒与设置在降解罐外侧的电动机连接，降解罐上部设有进料口，降解罐下部设有进土管，降解罐底部设有出土管，所述喷淋装置包括喷淋管和设置在喷淋管出水端的喷淋头，所述喷淋管进水端通过泵与储液箱相连；
所述加热设备包括加热罐，所述加热罐顶部设有进土管，加热罐底部设有出土管；
所述水洗罐的出土管与降解罐的进土管相连，所述降解罐的出土管与加热罐的进土管相连。
2.如权利要求1所述的一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，所述水洗设备的石油回收管通过阀门和泵连接有一个石油暂存箱，所述石油暂存箱底部设有出油管。
3.如权利要求1所述的一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，所述水洗罐的进水管和出水管分别通过阀门和泵与储水箱连接，所述储水箱下部设有换水管和排水管。
4.如权利要求1所述的一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，所述水洗罐和储液箱上设有透明观察窗，所述透明观察窗为条形结构。
5.如权利要求1所述的一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，所述搅拌装置B的搅拌叶片长度延搅拌棒轴向方向先增大后减小。
6.如权利要求1所述的一种石油污染土壤的异位修复系统，其特征在于，所述储液箱上设有透明观察窗，所述透明观察窗为条形结构。
7.一种石油污染土壤的异位修复方法，其特征在于，方法包括三个步骤：
步骤一：用水洗罐进行水洗浮选，将被污染土壤与大量清水混合并搅拌3h-24h，静置待土壤全部沉淀后，回收上浮石油，并分离土壤和多余的水；
步骤二：用降解罐进行微生物降解，向土壤中加入玉米芯粉末并喷洒微生物菌液，在22℃-33℃恒温条件下，机械搅拌15-35天；
所述微生物菌液包括生孢噬纤维菌、枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、纺锤形赖氨酸芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌、白囊耙齿菌、变色栓菌和紫杉木齿菌，生孢噬纤维菌投加量为30-50mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为15-35mg/L，短小芽孢杆菌投加量为30-60mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为50-75mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为10-35mg/L，白囊耙齿菌投加量为20-55mg/L，变色栓菌投加量为20-55mg/L，紫杉木齿菌投加量为45-60mg/L；
步骤三：用加热罐进行加热处理，在175℃-325℃恒温条件下下加热土壤60min-180min。
8.如权利要求7所述的一种石油污染土壤的异位修复方法，其特征在于，步骤一所述搅拌过程持续16h。
9.如权利要求7所述的一种石油污染土壤的异位修复方法，其特征在于，步骤二所述微生物降解过程在27℃下恒温进行，持续28天，生孢噬纤维菌投加量为44mg/L，枯草芽孢杆菌投加量为26mg/L，短小芽孢杆菌投加量为50mg/L，纺锤形赖氨酸芽孢杆菌投加量为68mg/L，黄孢原毛平革菌投加量为23mg/L，白囊耙齿菌投加量为39mg/L，变色栓菌投加量为41mg/L，紫杉木齿菌投加量为53mg/L。
10.如权利要求7所述的一种石油污染土壤的异位修复方法，其特征在于，步骤三所述加热处理过程在265℃恒温条件下进行，持续120min。
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