CN110170510A - 一种土壤及地下水原位协同修复方法 - Google Patents

一种土壤及地下水原位协同修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土壤及地下水原位协同修复方法，包括：向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并向回注水中添加占回注水总体积0.5％～1.2％的浓度为5000‑10000mg/L的石油降解菌剂，同时对回注水进行曝气，曝气量保持在1.5～2mg/L，从而形成最终回注水；注液泵从生物强化调节池中抽取最终回注水，并通过回注井回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。本发明不仅生物生长速度快、生物降解速率高、能够使污染土壤及地下水快速修复，而且修复效果好、修复工艺简单、修复成本低廉、无需大面积挖掘污染土壤、节约了大量的水资源、无二次污染。

Description

一种土壤及地下水原位协同修复方法
技术领域
本发明涉及回注水原位修复土壤及地下水技术领域，尤其涉及一种土壤及地下水原位协同修复方法。
背景技术
采油污水是伴随采油作业采出的经原油脱水分离后的含油污水，这部分污水不仅含有石油类物质，还含有固体悬浮物、分散油、浮油、乳化油、化学药剂等多种成分。为了保护环境保护和节约水资源，现有技术中通常将采油污水进行污水处理形成回注水，再将回注水作为生产用水回注地层中。
原油在开采、运输、装卸、加工及使用工程中容易发生泄漏事故，这会造成大面积的土壤污染。土壤中石油污染物的淋滤和下渗是造成地下水长期石油污染的重要原因，直接或间接对地下水环境造成危害。石油烃是石油用于人类不同活动而产生的化学物质，是一类普遍存在于环境中的优先有毒污染物，能通过农作物尤其是地下水进入食物链系统，最终直接危害人类。面对石油类污染土壤及地下水面积的不断扩大，经济有效地修复和控制污染土壤及地下水是当今环境保护领域一大技术难点。
目前，石油污染土壤及地下水的修复方法主要有物理、化学和生物三种方法；前两种方法成本较高，而且物理法去除石油污染的机理主要是污染物的迁移，并没有从根本上解决污染问题，化学法所使用的化学试剂容易造成二次污染，因此生物法是目前修复污染土壤及地下水的主要工艺。但在现有生物修复技术中，异位生物法修复污染土壤及地下水需要大面积挖掘污染土壤和抽出地下水，原位生物修复无法提供微生物的最佳生存条件，并且微生物不能降解污染环境中的所有污染物，修复时间长。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种土壤及地下水原位协同修复方法，不仅生物生长速度快、生物降解速率高、能够使污染土壤及地下水快速修复，而且修复效果好、修复工艺简单、修复成本低廉、无需大面积挖掘污染土壤、节约了大量的水资源、无二次污染。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种土壤及地下水原位协同修复方法，包括：向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并向回注水中添加占回注水总体积0.5％～1.2％的浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂，同时对回注水进行曝气，曝气量保持在1.5～2mg/L，从而形成最终回注水；注液泵从生物强化调节池中抽取最终回注水，并通过回注井回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。
优选地，所述石油降解菌剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1、用萃取剂从污染土壤和地下水中提取石油污染物，然后将萃取剂蒸发掉，从而得到石油污染物；
步骤2、将NaCl、NH4Cl、MgSO4、KCl、FeSO4·7H2O、CaCl2加入到所述的石油污染物中，并用蒸馏水稀释，从而制得pH值为7.0～7.5的无机盐培养基；其中，每1000ml无机盐培养基使用10g NaCl、0.5g NH4Cl、0.5g MgSO4、0.1g KCl、0.02g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2和1ml步骤1中的石油污染物；
步骤3、将污染土壤加入到所述无机盐培养基中进行连续驯化培养，从而得到石油降解混合菌液；
步骤4、以所述石油降解混合菌液作为种子液，按15％接种率，连续用所述无机盐培养基培养至菌株体积为0.6m3，从而制得体积为0.6m3的石油降解特种菌；
步骤5、将所述体积为0.6m3的石油降解特种菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基多次培养，直至得到浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂；其中，所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基是由牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂和蒸馏水按照每1000ml蒸馏水使用4g牛肉膏、10g蛋白胨、10g氯化钠、20g琼脂的比例混合而成，pH值为7.2～7.6。
优选地，所述将污染土壤加入到所述无机盐培养基中进行连续驯化培养包括：按照每15g污染土壤使用200mL所述无机盐培养基的比例，将污染土壤加入到所述无机盐培养基中，并在温度为30℃、转速为180r/min的恒温振荡器中驯化培养5天，从而得到驯化培养液；移取30mL驯化培养液接入另一无机盐培养基中，并在相同驯化条件下培养5天；依此方法连续培养5次，从而得到石油降解混合菌液。
优选地，所述回注水是由采油污水经污水处理后得到的满足注入水水质标准的水。
优选地，所述注入水水质标准中不考虑腐蚀问题，而所述回注井和最终回注水流经的回注管路均采取防腐蚀措施。
优选地，回注于地层的位置根据不同地质条件、水文条件和地层压力分布而有所不同。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的土壤及地下水原位协同修复方法采用了石油污水回注和原位强化生物修复相结合的方案，向回注水中添加了特定比例的碳元素、氮元素、磷元素和石油降解菌剂，并且对回注水进行了适当的曝气，然后通过回注井3回注于浅部地层中，从而回注水中的碳、氮、磷等营养物质及氧气成为微生物氧化的受体，满足了污染环境中的石油降解菌的生长需要，提高了微生物的代谢活性，能将污染物彻底矿化为CO2和H2O，使土壤及地下水原位协同修复。本发明无需挖掘污染土壤和抽出地下水进行修复，综合考虑了经济效益、社会效益和环境效益，既保护了水资源，又能有效消除污染物，不破坏环境，修复成本低，处理效果好，有利于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合附图对实施例作简单地介绍，描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供土壤及地下水原位协同修复方法的原理示意图一。
图2为本发明实施例所提供土壤及地下水原位协同修复方法的原理示意图二。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的土壤及地下水原位协同修复方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1和图2所示，一种土壤及地下水原位协同修复方法，包括：向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并向回注水中添加占回注水总体积0.5％～1.2％的浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂，同时对回注水进行曝气，曝气量保持在1.5～2mg/L，从而形成最终回注水；注液泵2从生物强化调节池1中抽取最终回注水，并通过回注井3回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。
具体地，该土壤及地下水原位协同修复方法可以包括以下实施方案：
(1)所述回注水是由采油污水经污水处理后得到的满足注入水水质标准的水。所述污水处理可以采用现有技术中的污水处理工艺，并且针对各油田采油污水的物理化学性质差异可以选择不同污水处理工艺。所述注入水水质标准可以采用现有技术中的注入水水质标准，但可以不考虑腐蚀问题，所述回注井和最终回注水流经的回注管路均采取防腐蚀措施，这有利于降低腐蚀率，实现调节回注水顺利回注。
(2)生物强化调节池1设置与地面上，而注液泵2的进液口通过回注管路与生物强化调节池1连通，注液泵2的出液口通过回注管路与回注井3连通。回注井3可以有一个或多个，而且每个回注井3的深度可以相同也可以不同。回注于地层的位置根据不同地质条件、水文条件和地层压力分布而有所不同。
(3)所述石油降解菌剂的制备方法可以包括以下步骤：
步骤1、用萃取剂从污染土壤和地下水中提取石油污染物，然后将萃取剂蒸发掉，从而得到石油污染物。
步骤2、将NaCl、NH4Cl、MgSO4、KCl、FeSO4·7H2O、CaCl2加入到所述的石油污染物中，并用蒸馏水稀释，从而制得pH值为7.0～7.5的无机盐培养基。其中，每1000ml无机盐培养基使用10g NaCl、0.5g NH4Cl、0.5g MgSO4、0.1g KCl、0.02g FeSO4·7H2O、0.1g CaCl2和1ml步骤1中的石油污染物。
步骤3、按照每15g污染土壤使用200mL所述无机盐培养基的比例，将污染土壤加入到所述无机盐培养基中，并在温度为30℃、转速为180r/min的恒温振荡器中驯化培养5天，从而得到驯化培养液；移取30mL驯化培养液接入另一无机盐培养基中，并在相同驯化条件下培养5天，依此方法连续培养5次，从而得到石油降解混合菌液。
步骤4、以所述石油降解混合菌液作为种子液，按15％接种率，连续用所述无机盐培养基培养至菌株体积为0.6m3，从而制得体积为0.6m3的石油降解特种菌。
步骤5、将所述体积为0.6m3的石油降解特种菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基多次培养，直至得到浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂。其中，所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基是由牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂和蒸馏水按照每1000ml蒸馏水使用4g牛肉膏、10g蛋白胨、10g氯化钠、20g琼脂的比例混合而成，pH值为7.2～7.6。
与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明所提供的土壤及地下水原位协同修复方法采用了石油污水回注和原位强化生物修复相结合的方案，向回注水中添加了特定比例的碳元素、氮元素、磷元素和石油降解菌剂，并且对回注水进行了适当的曝气，然后通过回注井3回注于浅部地层中，从而回注水中的碳、氮、磷等营养物质及氧气成为微生物氧化的受体，满足了污染环境中的石油降解特种菌以及富集培养的特种菌的生长需要，提高微生物的代谢活性，能将污染物彻底矿化为CO2和H2O，使土壤及地下水原位协同修复。本发明无需挖掘污染土壤和抽出地下水进行修复，综合考虑了经济效益、社会效益和环境效益，既保护了水资源，又永久消除污染物，不破坏环境，修复成本低，处理效果好，有利于推广应用。
(2)本发明所提供的土壤及地下水原位协同修复方法中，添加到回注水中的石油降解菌剂是从污染土壤中富集培养出来的，并且无机盐培养基中使用了从污染土壤和地下水中提取的石油污染物，从而可以根据不同土壤质地条件培养出有针对性的石油降解菌剂，不仅生物生长速度快，而且生物降解速率高，能使污染土壤及地下水快速修复。
(3)本发明所提供的土壤及地下水原位协同修复方法中采用石油污水经污水处理后的水作为回注水，不仅保护了水资源，而且使采油污水得到了有效利用。
综上可见，本发明实施例不仅生物生长速度快、生物降解速率高、能够使污染土壤及地下水快速修复，而且修复效果好、修复工艺简单、修复成本低廉、无需大面积挖掘污染土壤、节约了大量的水资源、无二次污染。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的土壤及地下水原位协同修复方法进行详细描述。
实施例1
一种土壤及地下水原位协同修复方法，包括：向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素以及占回注水总体积0.6％的浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并对回注水进行曝气，曝气量保持在1.8mg/L，从而形成最终回注水；注液泵2从生物强化调节池1中抽取最终回注水，并通过回注井3回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。
具体地，所述石油降解菌剂的制备方法可以包括以下步骤：
步骤A1、用萃取剂从污染土壤和地下水中提取石油污染物，然后将萃取剂蒸发掉，从而得到石油污染物。
步骤A2、将10g的NaCl、0.5g的NH4Cl、0.5g的MgSO4、0.1g的KCl、0.02g的FeSO4·7H2O、0.1g的CaCl2加入到1ml所述的石油污染物中，并用蒸馏水稀释到1000ml，从而制得pH值为7.2的无机盐培养基。
步骤A3、将15g污染土壤加入到200mL所述无机盐培养基中，并在温度为30℃、转速为180r/min的恒温振荡器中驯化培养5天，从而得到驯化培养液；移取30mL驯化培养液接入另一无机盐培养基中，并在相同驯化条件下培养5天，依此方法连续培养5次，从而得到石油降解混合菌液。
步骤A4、以所述石油降解混合菌液作为种子液，按15％接种率，连续用所述无机盐培养基培养至菌株体积为0.6m3，从而制得体积为0.6m3的石油降解特种菌。
步骤A5、将所述体积为0.6m3的石油降解特种菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基多次培养，直至得到浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂。其中，所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基是由4g牛肉膏、10g蛋白胨、10g氯化钠、20g琼脂和1000ml蒸馏水混合而成，pH值为7.3。
实施例2
一种土壤及地下水原位协同修复方法，包括：向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素以及占回注水总体积1％的浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并对回注水进行曝气，曝气量保持在2mg/L，从而形成最终回注水；注液泵2从生物强化调节池1中抽取最终回注水，并通过回注井3回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。
具体地，所述石油降解菌剂的制备方法可以包括以下步骤：
步骤B1、用萃取剂从污染土壤和地下水中提取石油污染物，然后将萃取剂蒸发掉，从而得到石油污染物。
步骤B2、将10g的NaCl、0.5g的NH4Cl、0.5g的MgSO4、0.1g的KCl、0.02g的FeSO4·7H2O、0.1g的CaCl2加入到1ml所述的石油污染物中，并用蒸馏水稀释到1000ml，从而制得pH值为7.4的无机盐培养基。
步骤B3、将15g污染土壤加入到200mL所述无机盐培养基中，并在温度为30℃、转速为180r/min的恒温振荡器中驯化培养5天，从而得到驯化培养液；移取30mL驯化培养液接入另一无机盐培养基中，并在相同驯化条件下培养5天，依此方法连续培养5次，从而得到石油降解混合菌液。
步骤B4、以所述石油降解混合菌液作为种子液，按15％接种率，连续用所述无机盐培养基培养至菌株体积为0.6m3，从而制得体积为0.6m3的石油降解特种菌。
步骤B5、将所述体积为0.6m3的石油降解特种菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基多次培养，直至得到浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂。其中，所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基是由4g牛肉膏、10g蛋白胨、10g氯化钠、20g琼脂和1000ml蒸馏水混合而成，pH值为7.5。
综上可见，本发明实施例不仅生物生长速度快、生物降解速率高、能够使污染土壤及地下水快速修复，而且修复效果好、修复工艺简单、修复成本低廉、无需大面积挖掘污染土壤、节约了大量的水资源、无二次污染。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，包括：
向回注水中添加碳元素、氮元素、磷元素，碳元素、氮元素与磷元素的重量比为C:N:P＝100:5:1，并向回注水中添加占回注水总体积0.5％～1.2％的浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂，同时对回注水进行曝气，曝气量保持在1.5～2mg/L，从而形成最终回注水；
注液泵从生物强化调节池中抽取最终回注水，并通过回注井回注于地层中，从而使土壤及地下水原位协同修复。
2.根据权利要求1所述的土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，所述石油降解菌剂的制备方法包括以下步骤：
步骤1、用萃取剂从污染土壤和地下水中提取石油污染物，然后将萃取剂蒸发掉，从而得到石油污染物；
步骤2、将NaCl、NH4Cl、MgSO4、KCl、FeSO4·7H2O、CaCl2加入到所述的石油污染物中，并用蒸馏水稀释，从而制得pH值为7.0～7.5的无机盐培养基；
其中，每1000ml无机盐培养基使用10g NaCl、0.5g NH4Cl、0.5g MgSO4、0.1g KCl、0.02gFeSO4·7H2O、0.1g CaCl2和1ml步骤1中的石油污染物；
步骤3、将污染土壤加入到所述无机盐培养基中进行连续驯化培养，从而得到石油降解混合菌液；
步骤4、以所述石油降解混合菌液作为种子液，按15％接种率，连续用所述无机盐培养基培养至菌株体积为0.6m3，从而制得体积为0.6m3的石油降解特种菌；
步骤5、将所述体积为0.6m3的石油降解特种菌用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基多次培养，直至得到浓度为5000～10000mg/L的石油降解菌剂；
其中，所述牛肉膏蛋白胨琼脂培养基是由牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂和蒸馏水按照每1000ml蒸馏水使用4g牛肉膏、10g蛋白胨、10g氯化钠、20g琼脂的比例混合而成，pH值为7.2～7.6。
3.根据权利要求2所述的土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，所述将污染土壤加入到所述无机盐培养基中进行连续驯化培养包括：
按照每15g污染土壤使用200mL所述无机盐培养基的比例，将污染土壤加入到所述无机盐培养基中，并在温度为30℃、转速为180r/min的恒温振荡器中驯化培养5天，从而得到驯化培养液；移取30mL驯化培养液接入另一无机盐培养基中，并在相同驯化条件下培养5天；依此方法连续培养5次，从而得到石油降解混合菌液。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，所述回注水是由采油污水经污水处理后得到的满足注入水水质标准的水。
5.根据权利要求4所述的土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，所述注入水水质标准中不考虑腐蚀问题，而所述回注井和最终回注水流经的回注管路均采取防腐蚀措施。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的土壤及地下水原位协同修复方法，其特征在于，回注于地层的位置根据不同地质条件、水文条件和地层压力分布而有所不同。
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