CN109759437A - 一种化工污染土壤修复施工方法和施工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：1)钻制矩阵分布的渗孔、塔设隔离膜和防渗透膜，插入滴灌管和高分子筛管；2)制备含有白腐菌、马铃薯、植物种子的生物基质；3)将生物基质疏松地填入渗孔，生物培养2‑4周；4)插入电极，通20‑36V的直流电流，通过滴灌管通入Na₂S水溶液，相邻的电极极性相反且每6‑12h切换一次电极极性，电解2‑6周；5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养2‑6周。该化工污染土壤修复方法，通过微生物作用、植物富集和电解离的方式，相协同地作用，可有效降解土壤中的重金属及芳香烃类物质。本发明还提供与之对应的施工装置。

Description

一种化工污染土壤修复施工方法和施工装置

技术领域

本发明涉及环境工程技术领域，尤其涉及一种化工污染土壤修复施工方法和施工装置。

背景技术

化工工业是对环境中的各种资源进行化学处理和转化加工的生产部门，其产品和废弃物从化学组成上是多样化的，而且数量也相当大，这些废弃物含量在一定浓度时大多是有害的，有的是剧毒物质，进入环境就会造成污染。

有些化工产品在使用过程中又会引起一些污染，甚至比生产本身所造成的污染更为严重、更为广泛。我国的工业污染在环境污染中占70％。随着工业生产的迅速发展，工业污染的治理工作越来越引起人们的广泛注意。

化工污染的污染物主要包括重金属及有机物，其中有机物又包括以芳香烃为代表的在环境中难以降解、对生物和人类存在较大的健康威胁的有机化合物。这两大污染源是严重影响耕地的可耕性，导致农作为污染或减产，严重影响农副产品的品质。化工业包括石油、炼钢、涂料等行业，不仅需要使用大量的金属、溶液及混炼油体，造成大量的重金属包括Cr(IV)、Cd、Cu、Ni和Pb等以及大量的芳香苯环等物质渗入土地，重金属离子随土壤的渗透作用进入地下水、芳香环等物质随土壤的蒸腾作用进入大气，造成居住地居民的体内重金属富集和受不良大气的影响，造成极大的健康威胁。

目前处理重金属的污染的方法包括化学修复法和生物方法，化学修复法玩需要使用到CaO等碱性物质，会造成土壤质量下降，造成二次污染等环境问题。而生物方虽然对环境较为友好，但是周期长、修复效率低，难以大规模推广。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种生物和电化学降解相结合的土壤修复方法，利用在待处理土壤上打渗孔的方式，先植入菌种、营养物质的生物基质在滴灌管的作用下进行生物处理，而处理一段时间后再进行电化学降解，通过周期性更换电极的方式，有效减少电极钝化的问题。

本发明的目的之二在于提供一种与上述修复施工方法相对应的施工装置。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为0.5-1m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设沟渠，在沟渠内搭设隔离膜，在区域的底部铺设防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成集水槽；以1-2m的间距钻制直径为8-12cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔40-60％的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

2)生物基质制备：将白腐菌接种至pH为6-7的蛋白胨培养基，恒温培养得到活化菌种液；将活化菌种液、马铃薯、植物种子与泥炭土拌种，得到生物基质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养2-4周；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入20-36V的直流电流，通过滴灌管通入Na₂S水溶液，相邻的电极极性相反且每6-12h切换一次电极极性，电解2-6周；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养2-6周。

进一步地，步骤1)中，沟渠内设有设有隔离支撑。

进一步地，步骤2)中，白腐菌为黄孢原毛平革菌，接种形式为菌丝体接种。

进一步地，步骤2)中，蛋白胨培养基由葡萄糖、蛋白胨、酒石酸铵、MgSO₄、KH₂PO₄、Na₂HPO₄、琼脂和蒸馏水组成。

进一步地，步骤2)中，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5gMgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到。

进一步地，步骤2)中，活化菌种液、马铃薯、植物种子与泥炭土的重量比为5:(1-2)：(0.2-0.5)：10-20的配比混合。

进一步地，步骤4)中，Na₂S水溶液的是由将1质量份Na₂S加入1000质量份的0.1wt％的稀硝酸溶液配制而成。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种化工污染土壤修复施工装置，包括隔离膜、防渗透膜、生物基质、高分子筛管、电极、滴灌管、供水塔、供药液塔和电控系统；所述隔离膜用于设置于待处理土壤侧面，所述防渗透膜用于设置于待处理土壤底部，隔离膜与防渗透膜相联接且形成低于所述防渗透膜的集水槽；所述生物基质包括含有白腐菌的活化菌种液、植物种子和泥炭土；所述高分子筛管外包裹有滤布；所述电极外包裹有滤布，所述电极与电控系统电性连接；所述滴灌管与所述供水塔、供药液塔相连通。

进一步地，还包括隔离支撑，所述隔离支撑用于支撑所述隔离膜。

进一步地，还包括排水泵和沉降池，所述集水槽、排水泵和沉降池通过管道依次连通。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明通过在将待处理土壤与隔开、并在待处理土壤上矩阵地打渗孔的试，提高对土壤的处理比表面积，向渗孔中植入高分子筛管和填充含有白腐菌、植物种子的有机基质，以使白腐功和植物种子在好氧、湿润环境中生长，以生物性修复污染土壤；在生物修复一段时间过后通过植入电极和导入还原剂的方式，在微生物环境下对污染土壤进一步进行电解离，从而加快芳香烃物质的降解和重金属物质的富集。该方法可在2个月左右的时间，将化工污染土壤中的大部分重金属和芳香烃清除80％以上，具有较高的效率。

2)本发明同时还提供与上述修复施工方法相对应的施式装置，该装置可有效使生物基质形成稳定的微生物群，减少待处理土壤对电极的堵塞、重金属离子富集难以移动和清除等问题。

附图说明

图1为本发明的施工结构截面示意图；

图2为图1的R1部分的结构示意图；

图3为本发明的施工装置结构示意图；

图4为图3的R2部分的结构示意图。

图中，各附图标记：1、渗孔；2、隔离膜；3、防渗透膜；4、生物基质；5、高分子筛管；6、电极；7、滴灌管；8、供水塔；9、供药液塔；10、电控系统；11、集水槽；12、隔离支撑；13、排水泵；14、沉降池。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明提供一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为0.5-1m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设沟渠，在沟渠内搭设隔离膜，在区域的底部铺设防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成集水槽；以1-2m的间距钻制直径为8-12cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔40-60％的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

该步骤是将待处理土壤与外界土壤隔离开来，同时通过渗孔的方式，提高处理的面的比表面积；

2)生物基质制备：将白腐菌接种至pH为6-7的蛋白胨培养基，恒温培养得到活化菌种液；将活化菌种液、马铃薯、植物种子与泥炭土拌种，得到生物基质；

该步骤是将白腐菌进行活化培养，得到对芳香烃和重金属均有较佳作用效果的活化菌种液；该步骤中的植物种子优选为蕨类植物的孢子体，其可以在较恶劣的土壤环境和较少的光照下发芽生长，吸附重金属和芳香烃类物质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养2-4周；

通过与营养物质熟的马铃薯拌种的方式原位接种至待处理土壤的渗孔中高分子筛管外，以使白腐菌在好氧、滋润的条件下快速增殖；生物基质中的代谢产物为植物种子提供发育条件，再通过泥炭促进泥土中微生物生长的方式，以进行生物发酵，产生微生物环境；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入20-36V的直流电流，通过滴灌管通入Na₂S水溶液，相邻的电极极性相反且每6-12h切换一次电极极性，电解2-6周；

该步骤通过利用步骤3)所形成的微生物环境，并通过添加还原剂溶液的方式，以对待处理土壤进行电解，促进土壤中的重金属离子和芳香烃类物质加速流动，通过集水槽排出，同时间期性地产生适宜于微生物生长的好氧环境和厌氧环境；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养2-6周。

通过该施工方法也对污染土壤进行原位处理，共处理的周期相对较短，处理效率相对较高。

以下具体实施方式中，所采用的试剂、材料等均可通过市售的途径获得。白腐菌可通过市售或向微生物储存中间索取的方式获得。培养基材料等均可通过常规实验手段获得。

如图1-4所示，本发明还提供一种化工污染土壤修复施工装置，包括隔离膜2、隔离支撑12、防渗透膜3、生物基质4、高分子筛管5、电极6、滴灌管7、供水塔8、供药液塔9、排水泵13、沉降池14和电控系统10；隔离膜2用于设置于待处理土壤侧面，隔离支撑12用于支撑隔离膜2；防渗透膜3用于设置于待处理土壤底部，隔离膜2与防渗透膜3相联接且形成低于防渗透膜3的集水槽11，集水槽11、排水泵13和沉降池14通过管道依次连通；生物基质4包括含有白腐菌的活化菌种液、植物种子和泥炭土；高分子筛管5外包裹有滤布；电极6外包裹有滤布，电极6与电控系统10电性连接；滴灌管7与供水塔8、供药液塔9相连通。

该化工污染土壤修复施工装置，通过打渗孔1装高分子筛管5的方式，使微生物、以蕨类植物为代表的种子在好氧、湿润的环境中快速繁殖生长，以实现仿生环境降解重金属和芳香烃化合物。再通过矩阵式排布的电极6、还原液进行辅助电解，以加速重金属和芳香烃的电化学解离洗脱。电化学降解过程为土壤提供了充分的好氧、厌氧周期性环境，以促进土壤中的微生物的繁殖，从而提高土壤微生物的降解活力。

本发明中的电极6通过高分子筛管5以及包覆在高分子筛管5上的滤布有效防止土壤堵塞电极6而造成电解液的电导率下降的问题。

该植物种子为蕨类植物种子，活化菌种液由将0.5g黄孢原毛平革菌的菌丝体接种至pH为6-7的无功蛋白胨培养基培养而成，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5g MgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到，于37℃摇床培养72h，得到活化菌种液；将5L活化菌种液、1.5kg马铃薯、0.4kg蕨类植物孢子与15kg泥炭土拌种，得到生物基质。

实施例1：

本发明提供一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为0.8m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设3cm的沟渠，在沟渠内搭设PE隔离膜，在区域的底部铺设PE防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成宽3cm深3-5cm的集水槽；以1.5m的间距钻制直径为10cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔5cm的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

2)生物基质制备：将0.5g黄孢原毛平革菌的菌丝体接种至pH为6-7的无功蛋白胨培养基，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5g MgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到，于37℃摇床培养72h，得到活化菌种液；将5L活化菌种液、1.5kg马铃薯、0.4kg蕨类植物孢子与15kg泥炭土拌种，得到生物基质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养3周；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入30V的直流电流，通过滴灌管通入0.1wt％Na₂S的0.1wt％稀硝酸水溶液，相邻的电极极性相反且每8h切换一次电极极性，电解4周；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养4周，至土壤pH为6.5-7.5。

实施例1：

本发明提供一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为1m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设5cm的沟渠，在沟渠内搭设PE隔离膜，在区域的底部铺设PE防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成宽5_cm深5-8_cm的集水槽；以2m的间距钻制直径为12cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔7cm的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

2)生物基质制备：将0.5g黄孢原毛平革菌的菌丝体接种至pH为6-7的无功蛋白胨培养基，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5g MgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到，于37℃摇床培养72h，得到活化菌种液；将5L活化菌种液、2kg马铃薯、0.2kg蕨类植物孢子与20kg泥炭土拌种，得到生物基质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养3周；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入36V的直流电流，通过滴灌管通入0.1wt％Na₂S的0.1wt％稀硝酸水溶液，相邻的电极极性相反且每8h切换一次电极极性，电解4周；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养4周，至土壤pH为6.5-7.5。

实施例3：

本发明提供一种化工污染土壤修复方法，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为0.5m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设2cm的沟渠，在沟渠内搭设PE隔离膜，在区域的底部铺设PE防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成宽2cm深3-5cm的集水槽；以1m的间距钻制直径为8cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔4cm的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

2)生物基质制备：将0.5g黄孢原毛平革菌的菌丝体接种至pH为6-7的无功蛋白胨培养基，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5g MgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到，于37℃摇床培养72h，得到活化菌种液；将5L活化菌种液、1kg马铃薯、0.5kg蕨类植物孢子与10kg泥炭土拌种，得到生物基质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养3周；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入20V的直流电流，通过滴灌管通入0.1wt％Na₂S的水溶液，相邻的电极极性相反且每8h切换一次电极极性，电解4周；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养4周，至土壤pH为6.5-7.5。

该实施例1-3中，在试验前，随机取4个渗孔的中心点，在修复施工结束后，在待处理土壤区域对称地取另4个渗孔的中心点，分别从表面、深0.1m、0.2m和0.4m和0.8m四个点采1cm³的土壤样品进行混合，除去小杂物，烘干，在研钵中研磨，加入二氯甲烷溶液，提取，离心2次，合并取上清液，旋转蒸发浓缩，重复三次取样，使用土壤重金属检测仪测试重金属Cr、Pb、Ni和Cd的含量，采用高效液相色谱测试苊烯、苊、芴、菲、芘、蒽、荧蒽7种PAHs的总量，基于土壤干重计算污染物平均含量，结果如下表所示。

表1污染土壤处理效果对比

由实施例1-3的施工方法处理过的土壤，重金属及PAHs的含量指标由重度污染的土壤，经过2个多月的施工处理后，清除率均在80％以上，而对PAHs的清除率可高达94％以上，使污染物的含量符合国家环境质量标准。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种化工污染土壤修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)钻孔：划定深度为0.5-1m的待处理土壤矩形区域，沿区域边缘挖设沟渠，在沟渠内搭设隔离膜，在区域的底部铺设防渗透膜，隔离膜在底部与防渗透膜气密连接形成集水槽；以1-2m的间距钻制直径为8-12cm的渗孔至防渗透膜；向渗孔中插入滴灌管和直径为渗孔40-60％的高分子筛管，筛管外包裹有滤布；

2)生物基质制备：将白腐菌接种至pH为6-7的蛋白胨培养基，恒温培养得到活化菌种液；将活化菌种液、马铃薯、植物种子与泥炭土拌种，得到生物基质；

3)生物培养：将生物基质疏松地填入渗孔与高分子筛管的间隔中；滴灌管施水保持渗孔内生物基质湿润，生物培养2-4周；

4)电解：向高分子筛管中插入包裹有滤布的电极，通入20-36V的直流电流，通过滴灌管通入Na₂S水溶液，相邻的电极极性相反且每6-12h切换一次电极极性，电解2-6周；

5)再培养：通过滴灌管滴灌去离子水，继续培养2-6周。

2.如权利要求1所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤1)中，沟渠内设有设有隔离支撑。

3.如权利要求1所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤2)中，白腐菌为黄孢原毛平革菌，接种形式为菌丝体接种。

4.如权利要求1所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤2)中，蛋白胨培养基由葡萄糖、蛋白胨、酒石酸铵、MgSO₄、KH₂PO₄、Na₂HPO₄、琼脂和蒸馏水组成。

5.如权利要求4所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤2)中，蛋白胨培养基由10g葡萄糖、0.1g酒石酸铵、2g蛋白胨、0.5g MgSO₄、1.0g KH₂PO₄、0.2g Na₂HPO₄、10g琼脂加蒸馏水定容至1000mL得到。

6.如权利要求1所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤2)中，活化菌种液、马铃薯、植物种子与泥炭土的重量比为5:(1-2)：(0.2-0.5)：10-20的配比混合。

7.如权利要求1所述的化工污染土壤修复方法，其特征在于，步骤4)中，Na2S水溶液的是由将1质量份Na₂S加入1000质量份的0.1wt％的稀硝酸溶液配制而成。

8.一种化工污染土壤修复施工装置，其特征在于，包括隔离膜、防渗透膜、生物基质、高分子筛管、电极、滴灌管、供水塔、供药液塔和电控系统；所述隔离膜用于设置于待处理土壤侧面，所述防渗透膜用于设置于待处理土壤底部，隔离膜与防渗透膜相联接且形成低于所述防渗透膜的集水槽；所述生物基质包括含有白腐菌的活化菌种液、植物种子和泥炭土；所述高分子筛管外包裹有滤布；所述电极外包裹有滤布，所述电极与电控系统电性连接；所述滴灌管与所述供水塔、供药液塔相连通。

9.如权利要求8所述的化工污染土壤修复施工装置，其特征在于，还包括隔离支撑，所述隔离支撑用于支撑所述隔离膜。

10.如权利要求8所述的化工污染土壤修复施工装置，其特征在于，还包括排水泵和沉降池，所述集水槽、排水泵和沉降池通过管道依次连通。