CN112496023A - 一种焦化污染场地生物修复工艺及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦化污染场地生物修复工艺。S1.进料：将污染土称重并运输至第一皮带输送机，再经第一皮带输送机运输至第一暂存料斗中暂存，得第一暂存料；S2.给药：通过药箱向第一皮带输送机和第一暂存料斗中污染土喷洒药物；S3.翻抛发酵：将第一暂存料和辅料混合，称重后输送至多功能翻抛机中进行翻抛发酵，翻抛发酵过程中需补充营养液和菌液，翻抛发酵完成后将混合料输送至第二暂存料斗中暂存，得第二混合料；S4.出料填埋；本发明对污染土的修复容量高达110吨/天，而每天的耗电量仅为50kWh，能耗低、效率高，有效解决了传统生物修复技术修复周期长，修复效率低的问题，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种焦化污染场地生物修复工艺及其制备方法

技术领域

本发明涉及污染土修复技术领域，具体为一种焦化污染场地生物修复工艺。

背景技术

城市的发展离不开煤气和焦炭，而煤气和焦炭的主要来源是焦化厂，焦化厂在煤气和焦炭的生产过程中会有很多原因造成多环芳烃污染物泄露，这些污染物不但毒性大，而且很多都具有一定的挥发性，容易致使该区域土壤受到严重污染，在焦化企业搬迁后，若想继续利用该场地进行居住和养殖作业，就必须要对污染土壤进行修复后才能使用，这就导致我国对污染土相关修复技术存在迫切需要。

目前，针对焦化污染场地的修复技术主要分为三大类，物化法、生物法和联合修复法，然而使用物化法、联合修复法的修复费用较高，对环境具有一定影响，对于修复条件也具有一定要求，例如难以修复建筑物以下不能挖掘的土壤污染问题；而生物修复技术的修复费用比较便宜，其修复费用只有物化法和联合修复法的30％-50％，最终产物只有二氧化碳和水，不会造成二次污染，可最大限度的降低土壤中的污染物浓度，且对修复环境没有条件限制，具有较强的优势。

传统的生物修复技术主要是将污染土和菌液混合并堆放发酵，整个发酵过程时间较长，修复效率较低，并且还需要占用大量场地，造成资源浪费；国外为了提升生物修复效率，研制出生物智能修复装备来提高污染土生物修复效率，而我国在焦化污染场地生物修复方面装备化程度较低，且目前尚未研制出一套修复效率高、修复周期短的生物修复工艺来修复焦化污染场地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种焦化污染场地生物修复工艺及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种焦化污染场地生物修复工艺，包括以下步骤：

S1.进料：将污染土运送至污染土料仓，污染土料仓下部设有第一皮带秤，第一皮带秤将污染土进行称重后由第一皮带输送机输送至第一暂存料斗中暂存，得第一暂存料；

S2.给药：第一皮带输送机上方设有一药箱，药箱内装有营养液、表面活性剂，药箱将营养液、表面活性剂释放到第一皮带输送机、第一暂存料斗内的污染土中；

S3.翻抛发酵：

a.将第一暂存料和辅料分别经第一暂存皮带秤和辅料皮带秤称重后均匀混合得到的混合料输送至布料器；通过第一暂存料皮带秤、辅料皮带秤的称重作用，实现第一暂存料、辅料相关配比的自动混合；

b.布料器将混合料运输至多功能翻抛机进行翻抛发酵，多功能翻抛机翻抛过程中需不断向混合料中添加营养液和菌液；由于混合料中的菌液会因为新陈代谢、体质等原因有所损失，及时向混合料中补充营养液和菌液可以将混合料中菌液数量维持在一个稳定的水平，从而实现污染土中多环芳烃物质的高效降解；边添加营养液边进行翻抛的操作，一方面可以使得降解过程中产生的尾气及时发散出去，减少混合料中尾气的堆积，防止菌液中的菌种不透气造成死亡，另一方面可以使得营养液、菌液在混合料中的分散更加均匀，加快降解进程；

c.混合料翻抛完成后输送至第二暂存料斗中暂存，得第二暂存料；

S4.出料填埋：将第二暂存料输送至焦化污染场地进行填埋。

进一步的，所述步骤S3中辅料的具体配药步骤如下：辅料料斗下部设有辅料皮带秤，辅料料斗上设有一菌箱，菌箱内装有菌液，菌箱中的菌液通过辅料管流向辅料料斗中得到辅料，辅料经过称重合格后方可与第一暂存料混合制成配料。

进一步的，所述步骤S3的翻抛发酵时间为5-12天，所述翻抛机为链板式翻抛机，所述翻抛机一天翻抛2次，一次翻抛5-12h。

进一步的，所述步骤S3翻抛发酵过程中需供应空气；供气速率为18-22m³/min；减少尾气堆积，为混合料中的菌种提供适宜的生存条件。

进一步的，所述步骤S2-S3需要在密封条件下进行，步骤S2-S3产生尾气需要先经过第一喷淋塔将尾气pH值调整为7-9，再经过第二喷淋塔喷淋处理。

由于污染土壤中的多环芳烃不完全降解产物有各类有机弱酸和乙醛等产物，可以通过碱液来喷淋降解，本发明中的碱液优选质量分数为25％-30％的氢氧化钠溶液；本发明中的尾气在进行第一次喷淋后，尾气中依旧会残留部分多环芳烃不完全降解的二次污染物，为了进一步减少多环芳烃不完全降解的二次污染物对环境造成得影响，本发明又通过氧化剂对尾气进行二次喷淋处理；本发明二次喷淋处理所用的氧化剂优选质量分数为0.1％-0.2％的过硫酸钠；本发明先使用碱液将尾气的pH值调整到7-9,再使用氧化剂进一步降解多环芳烃不完全降解的二次污染物，降解效率会更好，如果不先使用碱液将尾气pH调整为7-9,氧化剂在酸性条件下处理效率就会大大降低，从而影响降解效果。

进一步的，所述步骤S2中表面活性剂、营养液的质量比例为(4-6)：1。

进一步的，所述营养液各原料组分如下：以重量份计，尿素2-6份、MgSO4 0.1-0.2份、氨基酸1-2份、硼砂3-5份、葡萄糖4-6份、水90-100份；所述表面活性剂各原料组分如下：以重量份计，有机发酵物20-30份、贝壳粉20-30份、淀粉15-25份、无机盐5-15份。

进一步的，所述第一喷淋塔(12)喷淋的物质为碱液，所述第二喷淋塔(13)喷淋的物质为氧化剂。

进一步的，所述污染土主要成分为含水量在50％-60％的多环芳烃污染土壤；所述污染土的处理容量为50-100m³/天，所述污染土出料时的含水量在0.1％-40％。

进一步的，所述菌液为PAHs降解菌液；所述PAHs降解菌液的用量为每吨污染土0.4-0.6L。

本发明中添加的PAHs降解菌液主要由γ-变形菌纲假单胞菌属的菌群、γ-变形菌纲肠杆菌属的菌群、β-变形菌纲无色杆菌属的菌群混合而成，PAHs降解菌液对重金属污染土壤中多环芳烃的去除率能达到90％以上，具有很好的多环芳烃降解效果。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明主要是通过微生物好氧发酵来降解污染土中的多环芳烃；将污染土收集后投入微生物，通过链板式翻抛机搅拌发酵后，将改良后的土壤再次进行填埋，使得土壤复优，达到良性循环的目的；本发明通过机械翻抛发酵的方式将营养剂、菌液、污染土进行均匀混合，与传统生物修复直接往土堆表面喷洒药剂相比，混匀效果更好，药剂利用率更高；本发明实现了焦化污染场地生物修复的装备化、智能化，大大降低焦化污染场地修复的能耗；本发明对污染土的修复容量高达110吨/天，而每天的耗电量仅为50kW，能耗低、效率高，有效解决了传统生物修复技术修复周期长，修复效率低的问题；本发明中选用的药剂均为天然有机质，不含有毒成分，不会对环境造成污染，对土壤的理化性质具有一定改善作用，具有非常广阔的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明进料示意图；

图2是本发明给药、翻抛示意图；

图3是本发明出料示意图；

图4是本发明辅料配药示意图；

图中：1、污染土料仓；2、第一皮带秤；3、药箱；4、第一暂存料斗；5、第一暂存料皮带秤；6、辅料料斗；7、辅料皮带秤；8、布料器；9、多功能翻抛机；10、第二暂存料斗；11、菌箱；12、第一喷淋塔；13、第二喷淋塔；14、第一皮带输送机；15、辅料管。

具体实施方式

下面将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。

实施例1

S1.进料：将污染土运送至污染土料仓1，污染土料仓下部设有第一皮带秤2，第一皮带秤2将污染土进行称重后由第一皮带输送机14输送至第一暂存料斗4中暂存，得第一暂存料；

S2.给药：第一皮带输送机14上方设有一药箱3，药箱3内装有营养液、表面活性剂，药箱3将营养液、表面活性剂释放到第一皮带输送机14、第一暂存料斗4内的污染土中；

S3.翻抛发酵：

a.将第一暂存料和辅料分别经第一暂存皮带秤2和辅料皮带秤称7重后均匀混合得到的混合料输送至布料器；

b.布料器8将混合料运输至多功能翻抛机9进行翻抛发酵5天，多功能翻抛机一天翻抛2次，一次翻抛5h，多功能翻抛机9翻抛过程中需不断向混合料中添加营养液和菌液；

c.混合料翻抛完成后输送至第二暂存料斗10中暂存，得第二暂存料；

S4.出料填埋：将第二暂存料输送至焦化污染场地进行填埋。

所述步骤S3中辅料的具体配药步骤如下：辅料料斗6下部设有辅料皮带秤7，辅料料斗6上设有一菌箱11，菌箱内装有PAHs降解菌液，菌箱中的PAHs降解菌液通过辅料管15流向辅料料斗6中得到辅料，辅料经过称重合格后方可与第一暂存料混合制成配料。

所述步骤S3翻抛发酵过程中需流畅均匀的供应空气；供气速率为18m³/min。

所述步骤S2-S3需要在密封条件下进行，步骤S2-S3产生尾气需要先经过第一喷淋塔12中质量分数为25％的氢氧化钠溶液将尾气pH值调整为7，再经过第二喷淋塔13中质量分数为0.1％的过硫酸钠喷淋处理。

所述步骤S2中的药物主要包括表面活性剂、营养液，所述表面活性剂、营养液的质量比例为4：1。所述营养液各原料组分如下：以重量份计，尿素2份、MgSO₄ 0.1份、氨基酸1份、硼砂3份、葡萄糖4份、水90份；所述表面活性剂各原料组分如下：以重量份计，有机发酵物20份、贝壳粉20份、淀粉15份、无机盐5份。

所述污染土主要成分为含水量在50％的多环芳烃污染土壤；所述多环芳烃污染土的处理容量为50m³/天，所述多环芳烃污染土出料时的含水量在55％。

所述PAHs降解菌液的用量为每吨污染土0.4L。

实施例2

S1.进料：将污染土运送至污染土料仓1，污染土料仓下部设有第一皮带秤2，第一皮带秤2将污染土进行称重后由第一皮带输送机14输送至第一暂存料斗4中暂存，得第一暂存料；

S2.给药：第一皮带输送机14上方设有一药箱3，药箱3内装有营养液、表面活性剂，药箱3将营养液、表面活性剂释放到第一皮带输送机14、第一暂存料斗4内的污染土中；

S3.翻抛发酵：

a.将第一暂存料和辅料分别经第一暂存皮带秤2和辅料皮带秤称7重后均匀混合得到的混合料输送至布料器；

b.布料器8将混合料运输至多功能翻抛机9进行翻抛发酵9天，多功能翻抛机一天翻抛2次，一次翻抛9h，多功能翻抛机9翻抛过程中需不断向混合料中添加营养液和菌液；

c.混合料翻抛完成后输送至第二暂存料斗10中暂存，得第二暂存料；

S4.出料填埋：将第二暂存料输送至焦化污染场地进行填埋。

所述步骤S3中辅料的具体配药步骤如下：辅料料斗6下部设有辅料皮带秤7，辅料料斗6上设有一菌箱11，菌箱内装有PAHs降解菌液，菌箱中的PAHs降解菌液通过辅料管15流向辅料料斗6中得到辅料，辅料经过称重合格后方可与第一暂存料混合制成配料。

所述步骤S3翻抛发酵过程中需流畅均匀的供应空气；供气速率为20m³/min。

所述步骤S2-S3需要在密封条件下进行，步骤S2-S3产生尾气需要先经过第一喷淋塔12中质量分数为28％的氢氧化钠溶液将尾气pH值调整为8，再经过第二喷淋塔13中质量分数为0.15％的过硫酸钠喷淋处理。

所述步骤S2中的药物主要包括表面活性剂、营养液，所述表面活性剂、营养液的质量比例为5：1。

所述营养液各原料组分如下：以重量份计，尿素5份、MgSO4 0.15份、氨基酸1.5份、硼砂4份、葡萄糖5份、水95份；所述表面活性剂各原料组分如下：以重量份计，有机发酵物25份、贝壳粉25份、淀粉20份、无机盐10份。

所述污染土主要成分为含水量在55％的多环芳烃污染土壤；所述多环芳烃污染土的处理容量为80m³/天，所述多环芳烃污染土出料时的含水量在60％。

所述PAHs降解菌液的用量为每吨污染土0.5L。

实施例3

S1.进料：将污染土运送至污染土料仓1，污染土料仓下部设有第一皮带秤2，第一皮带秤2将污染土进行称重后由第一皮带输送机14输送至第一暂存料斗4中暂存，得第一暂存料；

S2.给药：第一皮带输送机14上方设有一药箱3，药箱3内装有营养液、表面活性剂，药箱3将营养液、表面活性剂释放到第一皮带输送机14、第一暂存料斗4内的污染土中；

S3.翻抛发酵：

a.将第一暂存料和辅料分别经第一暂存皮带秤2和辅料皮带秤称7重后均匀混合得到的混合料输送至布料器；

b.布料器8将混合料运输至多功能翻抛机9进行翻抛发酵12天，多功能翻抛机一天翻抛2次，一次翻抛12h，多功能翻抛机9翻抛过程中需不断向混合料中添加营养液和菌液；

c.混合料翻抛完成后输送至第二暂存料斗10中暂存，得第二暂存料；

S4.出料填埋：将第二暂存料输送至焦化污染场地进行填埋。

所述步骤S3中辅料的具体配药步骤如下：辅料料斗6下部设有辅料皮带秤7，辅料料斗6上设有一菌箱11，菌箱内装有PAHs降解菌液，菌箱中的PAHs降解菌液通过辅料管15流向辅料料斗6中得到辅料，辅料经过称重合格后方可与第一暂存料混合制成配料。

所述步骤S3翻抛发酵过程中需流畅均匀的供应空气；供气速率为22m³/min。

所述步骤S2-S3需要在密封条件下进行，步骤S2-S3产生尾气需要先经过第一喷淋塔12中质量分数为30％的氢氧化钠溶液将尾气pH值调整为9，再经过第二喷淋塔13中质量分数为0.2％的过硫酸钠喷淋处理。

所述步骤S2中的药物主要包括表面活性剂、营养液，所述表面活性剂、营养液的质量比例为6：1。

所述营养液各原料组分如下：以重量份计，尿素6份、MgSO₄ 0.2份、氨基酸2份、硼砂5份、葡萄糖6份、水100份；所述表面活性剂各原料组分如下：以重量份计，有机发酵物30份、贝壳粉30份、淀粉25份、无机盐15份。

所述污染土主要成分为含水量在60％的多环芳烃污染土壤；所述多环芳烃污染土的处理容量为100m³/天，所述多环芳烃污染土出料时的含水量在65％。

所述PAHs降解菌液的用量为每吨污染土0.6L。

实验：

污染土多环芳烃污染物含量测试：PAHs提取参照《水质多环芳烃的测定液液萃取和固相萃取高效液相色谱法》(HJ 478-2009)。采用Waters1525高效液相色谱仪测定PAHs浓度。色谱柱为WatersSymmetryC18分离柱(250mm×46mm×5μm)，测定过程中，柱温为25℃，进样量为10L，流速为1mL/min，流动相为乙腈和水。用保留时间和峰高，配合PAHs混合标准液为外标定量计算PAHs浓度。

由表中数据可知，本实施例1-3修复后的污染土壤中多环芳烃含量均在20mg/kg以下，生物修复率均在90％以上，具有明显的生物修复效果，其中实施例3中污染土壤的生物修复率高达95.9％，修复效果最为理想；实施例1-3中的耗电量仅为对比例3的10％，能耗较低。

对比例1

与实施例3的区别在于，步骤S3中翻抛机在翻抛发酵过程中未及时补充营养液和菌液；细菌在生物修复过程中消耗大量营养物质，同时还会伴随着部分细菌的失活，不及时补充营养物质和菌液，导致生物修复速率降低、污染土中多环芳烃污染物未能降解完全，修复后污染土壤中多环芳烃含量几乎是实施例3的3倍，生物修复率与实施3相比明显不足。

对比例2

使用传统生物修复法：将污染土、菌液、营养物质混合均匀，堆放于发酵槽中发酵修复4年，并对污染土壤中的多环芳烃修复前和修复后的含量进行检测；传统生物修复法虽然能耗低，但是制得的污染土多环芳烃修复率远远低于实施例1-3的生物修复率，修复后多环芳烃含量在62.1mg/kg，由于发酵修复过程中未能及时通风散气，补充菌液和营养液，菌液、营养液消耗过多，生物修复进程较为缓慢，生物修复率与实施例3相比较差。

对比例3

将污染土采用热脱附装置进行热脱附处理；本对比例使用的热脱附处理技术对多环芳烃的脱附效率在82.6％，多环芳烃的脱附效率与比例2相比有所改善，但与实施例1-3相比多环芳烃的脱附效率还是有所不足；同时，本对比例能耗是实施例1-3和对比例1-3中最高的。

通过以上数据和实验，我们可以得出以下结论：本发明将污染土收集后投入微生物，通过链板式翻抛机搅拌发酵后，将改良后的土壤再次进行填埋，使得土壤复优，达到良性循环的目的；本发明通过机械翻抛发酵的方式将营养剂、菌液、污染土进行均匀混合，与传统生物修复直接往土堆表面喷洒药剂相比，混匀效果更好，药剂利用率更高；本发明对污染土的修复容量高达110吨/天，而每天的耗电量仅为50kWh，能耗低、效率高，有效解决了传统生物修复技术修复周期长，修复效率低的问题；本发明中选用的药剂均为天然有机质，不含有毒成分，不会对环境造成污染，对土壤的理化性质具有一定改善作用，具有非常广阔的应用前景。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1.进料：将污染土运送至污染土料仓(1)，污染土料仓下部设有第一皮带秤(2)，第一皮带秤(2)将污染土进行称重后由第一皮带输送机(14)输送至第一暂存料斗(4)中暂存，得第一暂存料；

S2.给药：第一皮带输送机(14)上方设有一药箱(3)，药箱(3)内装有营养液、表面活性剂，药箱(3)将营养液、表面活性剂释放到第一皮带输送机(14)、第一暂存料斗(4)内的污染土中；

S3.翻抛发酵：

a.将第一暂存料和辅料分别经第一暂存皮带秤(2)和辅料皮带秤称(7)重后均匀混合得到的混合料输送至布料器；

b.布料器(8)将混合料运输至多功能翻抛机(9)进行翻抛发酵，多功能翻抛机(9)翻抛过程中需不断向混合料中添加营养液和菌液；

c.混合料翻抛完成后输送至第二暂存料斗(10)中暂存，得第二暂存料；

S4.出料填埋：将第二暂存料输送至焦化污染场地进行填埋。

2.根据权利要求1所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述步骤S3中辅料的具体配药步骤如下：辅料料斗(6)下部设有辅料皮带秤(7)，辅料料斗(6)上设有一菌箱(11)，菌箱内装有菌液，菌箱中的菌液通过辅料管(15)流向辅料料斗(6)中得到辅料，辅料经过称重合格后方可与第一暂存料混合制成配料。

3.根据权利要求2所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述步骤S3的翻抛发酵时间为5-12天，所述翻抛机为链板式翻抛机，所述翻抛机一天翻抛2次，一次翻抛5-12h。

4.根据权利要求1所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述步骤S3翻抛发酵过程中需供应空气；供气速率为18-22m³/min。

5.根据权利要求1所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述步骤S2-S3需要在密封条件下进行，步骤S2-S3产生尾气需要先经过第一喷淋塔(12)将尾气pH值调整为7-9，再经过第二喷淋塔(13)喷淋处理。

6.根据权利要求1所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述步骤S2中表面活性剂、营养液的质量比例为2：1。

7.根据权利要求6所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述营养液各原料组分如下：以重量份计，尿素2-6份、MgSO₄ 0.1-0.2份、氨基酸1-2份、硼砂3-5份、葡萄糖4-6份、水90-100份；所述表面活性剂各原料组分如下：以重量份计，有机发酵物20-30份、贝壳粉20-30份、淀粉15-25份、无机盐5-15份。

8.根据权利要求5所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述第一喷淋塔(12)喷淋的物质为碱液，所述第二喷淋塔(13)喷淋的物质为氧化剂。

9.根据权利要求1所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述污染土主要成分为含水量在50％-60％的多环芳烃污染土壤；所述污染土的处理容量为50-100m³/天，所述污染土出料时的含水量在55％-65％。

10.根据权利要求2所述的一种焦化污染场地生物修复工艺，其特征在于：所述菌液为PAHs降解菌液；所述PAHs降解菌液的用量为每吨污染土0.4-0.6L。

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