CN110314930A - 一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，包括气相抽提单元、微生物发酵单元和生物堆处理单元；气相抽提单元中还设有气液分离罐，微生物发酵单元接收气液分离罐中所分离出的液体，并通过微生物发酵单元上的第二出液口输出后进入生物堆处理单元，为生物堆处理单元提供菌液、营养基质和水分；生物堆处理单元接收气液分离罐中所分离出来的气体，为生物堆处理单元中的生物堆供气及对所供气体中的可挥发性有机污染物进行吸附、降解。本发明将气相抽提和生物堆进行耦合，通过物理抽提和生物降解可同时实现对土壤中挥发性、半挥发和难挥发性石油烃污染物的快速有效去除，且系统投入成本相对较低，无化学药剂使用，不会产生二次污染风险。
Description
技术领域
本发明涉及土壤环境修复技术领域，具体涉及一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统。
背景技术
原油和石油产品在开采、运输、储存以及使用过程中，由于“跑冒滴漏”而进入到土壤环境中，且其数量和速度远远超过土壤自净作用的速度，从而导致的土壤污染问题日趋严重，已成为当前国际土壤生态环境保护与治理的焦点，且已经引起国内外土壤环境领域的广泛关注与重视。
常用的石油烃污染土壤修复技术包括生物堆、气相抽提、化学氧化、热脱附等。然而许多现有技术存在明显的局限性，特别是修复时间长，处理成本高、且单独的技术只能处理某一类污染物，或只能处理某一个阶段或某个地层污染。例如，SVE适用于处理地下水深度大于3米的非饱和区污染物且对半挥发性或难挥发性有机污染物处理效果很差，同时需要尾气和废液处理；生物堆处理周期较长，使用土壤土著微生物修复效果不佳，易挥发性有机污染物容易逸散；化学氧化技术由于使用化学药剂，容易造成土壤二次污染；热脱附技术处理能耗、运营成本较高等。
CN207899863U公开了一种重金属-有机复合物污染土壤的异位生物堆修复系统，包括微生物发酵罐、营养储罐、电控面板、生物滤池、水处理设备、渗滤液处理系统、渗滤液管道、注药管、压力表、生物堆、抽气管、A真空泵、活性炭吸附装置、B真空泵和Y型接头；微生物发酵罐上设有两个出口，一个出口通过管道与Y型接头连接，另一个出口通过管道与生物滤池连接；生物堆通过抽气管与活性炭吸附装置连接，生物滤池通过渗滤液管道与生物堆连接。该修复系统单独应用异位生物堆修复技术，当土壤涉及易挥发性有机污染物时，场地开挖过程中存在VOC逸散的问题；异位生物堆技术由于开挖成本较高，并不适用深层有机污染土壤的修复；而且抽气模式下的生物堆处理效率较低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术中存在的不足，提供一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，将气相抽提和生物堆进行耦合，通过物理抽提和生物降解可同时实现对土壤中挥发性、半挥发和难挥发性石油烃污染物的快速有效去除，且系统投入成本相对较低，无化学药剂使用，不会产生二次污染风险。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，包括用于原位抽提石油污染土壤中可挥发性有机污染物的气相抽提单元、制备生物菌剂的微生物发酵单元和生物堆处理单元；所述气相抽提单元中还设有气液分离罐，所述气液分离罐上的第一出液口与所述微生物发酵单元上的第一进液口连通，所述气液分离罐上的第一出气口与所述生物堆处理单元连接，所述气相抽提单元抽取土壤中可挥发性有机污染物，并经所述气液分离罐将有机污染物分离成液体和气体；所述微生物发酵单元接收所述气液分离罐中所分离出的液体，并通过所述微生物发酵单元上的第二出液口输出后进入所述生物堆处理单元，为所述生物堆处理单元提供菌液、营养基质和水分；所述生物堆处理单元接收所述气液分离罐中所分离出来的气体，为所述生物堆处理单元中的生物堆供气及对所供气体中的可挥发性有机污染物进行吸附、降解。
所述气相抽提单元还包括抽提井、抽提管道、储液箱和风机，所述抽提管道的进口端与所述抽提井连通，所述抽提管道的出口端与所述风机连通，所述风机通过负压抽取所述抽提井所在土壤中的可挥发性有机污染物，所述气液分离罐设置于所述风机前端的所述抽提管道上；经所述气液分离罐分离出的气体经所述风机抽提到所述生物堆处理单元内。
所述气相抽提单元还包括活性炭罐，所述活性炭罐通过气管道与所述风机连通，且在所述气管道上设有通往所述生物堆处理单元的支管，用于分压辅助调解通过所述生物堆处理单元的气体量和气压。
所述微生物发酵单元包括一级发酵罐、二级发酵罐、真空水泵A和真空水泵B，所述真空水泵A通过管道分别与所述一级发酵罐和二级发酵罐连通，用于将经所述一级发酵罐制备的一级发酵菌液泵送到所述二级发酵罐内，所述真空水泵B与设置在所述二级发酵罐上的所述第二出液口连接，用于将经所述二级发酵罐制备的二级发酵菌液泵送到所述生物堆处理单元；
所述储液箱设置在所述气液分离罐的所述第一出液口和所述一级发酵罐之间；在所述储液箱内配有潜水泵，用于将储存在所述储液箱内的液体泵出至所述一级发酵罐中。
所述生物堆处理单元包括生物堆、通风系统和滴灌系统，所述生物堆为将半挥发和难挥发性石油烃污染土壤挖离污染区后放置成一定形状的堆体，所述生物堆设置在混凝土层上或集装箱中或玻璃钢罐体中，体积为50m3-300m3，堆体高1.5m-3m，所述通风系统设置在所述生物堆底部且与所述风机相连通，所述滴灌系统设置在所述生物堆上部且与所述真空水泵B相连通。
所述通风系统包括主管和与所述主管连通的多条通风管路，所述主管上设有气体流量计、压力表和阀门，用于检测调节通入所述生物堆的气流量和压力；所述主管上还设有取样口，用于测取气相污染物浓度及所含氧气浓度。
所述通风管路为至多4条，每条所述通风的一端封闭，其位于所述生物堆堆体中的管路均为开孔管。
所述滴灌系统包括1-10条滴灌管路，每条所述滴灌管路上均设有压力表，用于检测每条所述滴灌管路中的液压。
所述系统还包括电控单元，所述电控单元分别与所述风机、潜水泵、真空水泵A、真空水泵B电性连接，用于分别控制所述风机、潜水泵、真空水泵A、真空水泵B的启闭。
所述抽提井、气液分离罐、储液箱、一级发酵罐、二级发酵罐的出口管路上，所述活性炭罐的进口管路上，以及所述通风系统通风管路的主管上均设有用于开关管路及调节流量的阀门。
所述风机为真空泵。
本发明技术方案，具有如下优点：
A.本发明将土壤气相抽提和生物堆技术耦合联用，将半挥发或难挥发石油烃污染土进行挖掘，应用生物堆技术进行生物降解修复；同时将可挥发性石油烃污染物进行原位气相抽提，抽提后的气体直接通入生物堆进行生物降解，抽提分离的液体作为微生物发酵培养基一部分使用，最终送入生物堆。该组合系统可以实现同时存在挥发性、半挥发和难挥发性石油烃的复合染物场地的快速修复。且系统投入成本相对较低，无化学药剂使用，不会产生二次污染风险，同时可降低气相抽提产生的尾气和废液的处理成本。
B.本发明中生物堆使用生物菌剂为高温复合好氧微生物菌剂，该菌剂为含有石油降解菌、芽孢杆菌等有机物降解菌的复合菌剂，可快速有效降解石油烃污染物；同时，复合菌剂通过使用气相抽提分离后的液体作为培养基在一级发酵罐中进行驯化培养，可以大大提高复合菌剂在特定场地条件下的活性，再通过二级发酵罐的扩大培养后接种到生物堆当中，并且通过调整生物堆水分、pH、温度等条件，可以加速生物堆中石油烃污染物降解。
C.本发明操作简便，处理效果好，适用性较强，可根据污染场地的复杂程度，有选择地增加其它装置，特别适用于重油、轻油复合污染土壤的场地修复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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实施例。
图1为本发明石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统整体结构示意图。
附图标记说明：
1-气相抽提单元
11-抽提井，12-抽提管道
13-气液分离罐
131-第一出液口，132-第一出气口
14-储液箱
141-潜水泵
15-风机，16-活性炭罐
2-微生物发酵单元
21-一级发酵罐
211-第一进液口
22-二级发酵罐
221-第二出液口
23-真空水泵A，24-真空水泵B
3-生物堆处理单元
31-生物堆，32-通风系统，33-滴灌系统
4-电控单元。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，包括用于原位抽提石油污染土壤中可挥发性有机污染物的气相抽提单元1、制备生物菌剂的微生物发酵单元2和经气相抽提单元1抽提并分离出的气体及挖离污染区域的半挥发和难挥发性石油烃污染土壤进行净化处理的生物堆处理单元3；气相抽提单元1上设有气液分离罐13，经气相抽提单元1抽取的土壤中可挥发性有机污染物进入气液分离罐13中分离成液体和气体，气液分离罐13的底部和顶部分别设有第一出液口131和第一出气口132，微生物发酵单元2上设有第一进液口211和第二出液口221，第一出液口131与第一进液口211连通，用于将经气液分离罐13分离出的液体通过管道输入到微生物发酵单元2，为微生物发酵单元2中的发酵菌液培养提供水分，分离出的气体经第一出气口132进入生物堆处理单元3，为生物堆处理单元3中的生物堆供气及对所供气体中的可挥发性有机污染物进行吸附和降解；微生物发酵单元2通过第二出液口221与生物堆处理单元3连通，为生物堆处理单元3提供菌液、营养基质和水分。本发明将土壤气相抽提和生物堆技术耦合联用，将半挥发或难挥发石油烃污染土进行挖掘，应用生物堆技术进行生物降解修复；同时将可挥发性石油烃污染物进行原位气相抽提，抽提后的气体直接通入生物堆进行生物降解，抽提分离的液体作为微生物发酵培养基一部分使用，最终送入生物堆。该组合系统可以实现同时存在挥发性、半挥发和难挥发性石油烃的复合染物场地的快速修复。且系统投入成本相对较低，无化学药剂使用，不会产生二次污染风险，同时可降低气相抽提产生的尾气和废液的处理成本。
进一步地，气相抽提单元1还包括抽提井11、抽提管道12、储液箱14和风机15，抽提管道12的进口端与抽提井11连通，抽提管道12的出口端与风机15连通，风机15通过负压抽取抽提井11所在土壤中的可挥发性有机污染物，气液分离罐13设置于风机15前端的抽提管道12上；经气液分离罐13分离出的气体经风机15抽提到生物堆处理单元3内。
所述气相抽提单元1还包括活性炭罐16，活性炭罐16通过气管道与风机15连通，且在气管道上设有通往生物堆处理单元3的支管，用于分压辅助调解通过生物堆处理单元3的气体量和气压，同时可在生物堆处理单元3切换作业或移除时用于吸附处理尾气，防止二次污染。
位于抽提井11与风机15之间的抽提管道12上还设有支路，支路与外界空气连通，用于向抽提管道12中通入新鲜空气以稀释气液分离罐13中污染物气体浓度；支路上设有阀门和气体流量计，分别用于控制新鲜空气进气和检测新鲜空气进入流量。在抽提井11出口处的抽提管道12上设有取样口，用于于取测抽提气相污染物浓度及含氧量指标；在抽提井11出口处的抽提管道12上还设有压力表和气体流量计，用于检测抽提井井头压力和流量。
微生物发酵单元2包括一级发酵罐21、二级发酵罐22、真空水泵A23和真空水泵B24，真空水泵A23设置在一级发酵罐21和二级发酵罐22之间，且真空水泵A23分别与一级发酵罐21和二级发酵罐22通过管道连通，用于将经一级发酵罐21制备的一级发酵菌液泵送到二级发酵罐22内，真空水泵B24设置在第二出液口221外侧的管道上，用于将经二级发酵罐22制备的二级发酵菌液泵送到生物堆处理单元3。具体而言，一级发酵罐21中微生物发酵，通过使用堆肥发酵用高温复合好氧微生物菌剂(如外源石油降解菌和芽孢杆菌等有机物降解菌)作为种子，使用土壤气相抽提后分离的液体，同时添加糖类营养物质作为微生物培养液，制成一级发酵菌液；一级发酵罐21中所制得的一级发酵菌液通过真空水泵A23泵送至二级发酵罐22，二级发酵罐22微生物发酵使用红糖、蔗糖尿素、碳铵、蛋白胨、磷酸二氢钾中的一种或几种按比例用水稀释调制成培养液，对送入的一级发酵菌液进行扩大培养，制得二级发酵菌液；二级发酵罐22扩大培养后的二级发酵菌液通过真空水泵B24同时作为菌液、营养基质和水分添加到生物堆处理单元3中。本发明中生物堆使用生物菌剂为高温复合好氧微生物菌剂，该菌剂为含有石油降解菌、芽孢杆菌等有机物降解菌的复合菌剂，可快速有效降解石油烃污染物；同时，复合菌剂通过使用气相抽提分离后的液体作为培养基在一级发酵罐中进行驯化培养，可以大大提高复合菌剂在特定场地条件下的活性，再通过二级发酵罐的扩大培养后接种到生物堆当中，并且通过调整生物堆水分、pH、温度等条件，可以加速生物堆中石油烃污染物降解。
储液箱14设置在气液分离罐13的第一出液口131和一级发酵罐21之间；在储液箱14内配有潜水泵141，用于将储存在储液箱14内的液体泵出至一级发酵罐21中。
生物堆处理单元3包括生物堆31、通风系统32和滴灌系统33，生物堆31为将半挥发和难挥发性石油烃污染土壤挖离污染区后放置成一定形状的堆体，生物堆31设置在混凝土层上或集装箱中或玻璃钢罐体中，体积为50m3-300m3，堆体高1.5m-3m，通风系统32设置在生物堆31底部，滴灌系统33设置在生物堆31上部；通风系统32与风机15连通，滴灌系统33与真空水泵B24连通。
通风系统32的通风管路分流成n(1≤n≤4)条，通风管路的主管上设有气体流量计、压力表和阀门，用于检测调节通入生物堆31的气流量和压力；通风管路的主管上还设有取样口，用于测取气相污染物浓度及所含氧气浓度；通风系统32的通风管路中所有支管进入生物堆31堆体部分均为开孔管，支管管头用封头封堵。滴灌系统33的滴灌管路分流成m(1≤m≤10)条，滴灌管路的分流管道上均设有压力表，用于检测滴灌系统33的每条分流管道的液压。
本发明系统还包括电控单元4，电控单元4分别与风机15、潜水泵141、真空水泵A23、真空水泵B24电性连接，用于分别控制风机15、潜水泵141、真空水泵A23、真空水泵B24的启闭。
在抽提井11、气液分离罐13、储液箱14、一级发酵罐21、二级发酵罐22的出口管路上，活性炭罐16的进口管路上，以及通风系统32通风管路的主管上均设有用于开关管路及调节流量的阀门。本实施例中风机15采用真空泵。
所述风机为真空泵。
本发明操作简便，处理效果好，适用性较强，可根据污染场地的复杂程度，有选择地增加其它装置，特别适用于重油、轻油复合污染土壤的场地修复。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述系统包括用于原位抽提石油污染土壤中可挥发性有机污染物的气相抽提单元(1)、制备生物菌剂的微生物发酵单元(2)和生物堆处理单元(3)；所述气相抽提单元(1)中还设有气液分离罐(13)，所述气液分离罐(13)上的第一出液口(131)与所述微生物发酵单元(2)上的第一进液口(211)连通，所述气液分离罐(13)上的第一出气口(132)与所述生物堆处理单元(3)连接，所述气相抽提单元(1)抽取土壤中可挥发性有机污染物，并经所述气液分离罐(13)将有机污染物分离成液体和气体；所述微生物发酵单元(2)接收所述气液分离罐(13)中所分离出的液体，并通过所述微生物发酵单元(2)上的第二出液口(221)输出后进入所述生物堆处理单元(3)，为所述生物堆处理单元(3)提供菌液、营养基质和水分；所述生物堆处理单元(3)接收所述气液分离罐(13)中所分离出来的气体，为所述生物堆处理单元(3)中的生物堆供气及对所供气体中的可挥发性有机污染物进行吸附、降解。
2.根据权利要求1所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述气相抽提单元(1)还包括抽提井(11)、抽提管道(12)、储液箱(14)和风机(15)，所述抽提管道(12)的进口端与所述抽提井(11)连通，所述抽提管道(12)的出口端与所述风机(15)连通，所述风机(15)通过负压抽取所述抽提井(11)所在土壤中的可挥发性有机污染物，所述气液分离罐(13)设置于所述风机(15)前端的所述抽提管道(12)上；经所述气液分离罐(13)分离出的气体经所述风机(15)抽提到所述生物堆处理单元(3)内。
3.根据权利要求2所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述气相抽提单元(1)还包括活性炭罐(16)，所述活性炭罐(16)通过气管道与所述风机(15)连通，且在所述气管道上设有通往所述生物堆处理单元(3)的支管，用于分压辅助调解通过所述生物堆处理单元(3)的气体量和气压。
4.根据权利要求3所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述微生物发酵单元(2)包括一级发酵罐(21)、二级发酵罐(22)、真空水泵A(23)和真空水泵B(24)，所述真空水泵A(23)通过管道分别与所述一级发酵罐(21)和二级发酵罐(22)连通，用于将经所述一级发酵罐(21)制备的一级发酵菌液泵送到所述二级发酵罐(22)内，所述真空水泵B(24)与设置在所述二级发酵罐(22)上的所述第二出液口(221)连接，用于将经所述二级发酵罐(22)制备的二级发酵菌液泵送到所述生物堆处理单元(3)；
所述储液箱(14)设置在所述气液分离罐(13)的所述第一出液口(131)和所述一级发酵罐(21)之间；在所述储液箱(14)内配有潜水泵(141)，用于将储存在所述储液箱(14)内的液体泵出至所述一级发酵罐(21)中。
5.根据权利要求4所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述生物堆处理单元(3)包括生物堆(31)、通风系统(32)和滴灌系统(33)，所述生物堆(31)为将半挥发和难挥发性石油烃污染土壤挖离污染区后放置成一定形状的堆体，所述通风系统(32)设置在所述生物堆(31)底部且与所述风机(15)相连通，所述滴灌系统(33)设置在所述生物堆(31)上部且与所述真空水泵B(24)相连通。
6.根据权利要求5所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述通风系统(32)包括主管和与所述主管连通的多条通风管路，所述主管上设有气体流量计、压力表和阀门，用于检测调节通入所述生物堆(31)的气流量和压力；所述主管上还设有取样口，用于测取气相污染物浓度及所含氧气浓度。
7.根据权利要求6所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述通风管路为至多4条，每条所述通风的一端封闭，其位于所述生物堆(31)堆体中的管路均为开孔管。
8.根据权利要求7所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述滴灌系统(33)包括1-10条滴灌管路，每条所述滴灌管路上均设有压力表，用于检测每条所述滴灌管路中的液压。
9.根据权利要求4-8任一项所述的石油污染土壤气相抽提和生物堆组合修复系统，其特征在于，所述系统还包括电控单元(4)，所述电控单元(4)分别与所述风机(15)、潜水泵(141)、真空水泵A(23)、真空水泵B(24)电性连接，用于分别控制所述风机(15)、潜水泵(141)、真空水泵A(23)、真空水泵B(24)的启闭。
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