CN112588814B

CN112588814B - 一种污染土壤电动-微生物联合原位修复方法

Info

Publication number: CN112588814B
Application number: CN202011551211.6A
Authority: CN
Inventors: 王卅; 郭书海; 吴波; 程凤莲; 荆佳维
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112588814A

Abstract

本发明属于石油烃污染土壤的电动‑微生物原位修复技术领域，具体涉及一种基于污染区域中石油烃浓度差异性的原位电动‑微生物联合修复技术及其应用。通过针对污染场地进行调查与污染范围解析，划分高浓度、中浓度及低浓度石油烃污染土壤，再对不同污染程度土壤设计分别由阳极加密电极组、电动微生物协同电极组及生物强化电极组所构成的电动‑微生物联合修复材料与应用模式，并配套设计包含电压强度、倒极周期、电极间距、酸液补给量等技术参数，通过变频泵与酸液和菌液储罐的动力输出，从而使高浓度石油烃污染土壤通过化学氧化作用去除，中浓度石油烃污染土壤通过化学氧化与微生物代谢协同作用降解，低浓度石油烃污染土壤通过强化的微生物代谢作用去除。本发明构建了一套针对不同污染程度原位土壤的完整电动‑微生物联合修复技术体系。

Description

一种污染土壤电动-微生物联合原位修复方法

技术领域

本发明属于土壤环境电动-微生物修复技术领域，进一步的说是开发了一种依据原位污染土壤石油烃污染程度差异，基于石油烃浓度分布的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，以实现针对性的进行具有污染程度差异化特征的石油烃污染土壤原位修复。

背景技术

随着石油化工行业的蓬勃发展，经济效益不断提高，石油化工产品开发产量蒸蒸日上。然而，石油及其产品生产过程中带来了土壤环境污染问题。如原油开采过程中的落地污油、原油产品运输过程产生的泄漏、事故，以及油泥非法倾倒等均引发了原位石油污染土壤的污染，影响土壤功能，亟需进行有效的治理修复。

目前，石油污染土壤的修复方式主要区分为原位修复与异位修复。其中，异位修复技术的修复强度更高，可控性更强，处理过程中修复效率一般更高，但异位转移与修复过程中所引发的经济成本也更高，涉及装载、运输、卸料、撬装式设备组装、处置及回运等一系列过程而增加修复成本。而原位修复具有便捷、经济等优势，但在处置上存在效率低、修复均匀度差等缺陷，特别是针对污染程度具有显著的区域差异化的污染地块，统一技术处置难以满足针对高浓度与低浓度石油污染土壤的共同治理需求，造成修复不均匀，地块整体不达标等问题。由此可见，在采用原位修复技术进行石油污染土壤修复治理时，如何实现污染土壤的均匀高效修复，以及针对不同石油污染程度的土壤进行靶向性治理修复是重要的瓶颈问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于石油烃浓度分布的污染土壤电动-微生物联合原位修复技术及其应用。

为实现上述目的本发明采用的技术方案为：

一种污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，通过对待处理污染场地进行污染分析，进行划分高浓度、中浓度及低浓度石油烃污染土壤，再对不同污染程度土壤分别由阳极加密电极组、电动微生物协同电极组及生物强化电极组所构成的电动-微生物联合修复，进而实现对污染土壤原位修复。

所述污染分析进行划分高浓度、中浓度及低浓度石油烃污染土壤为土壤中石油烃浓度划分为>4%含量的高浓度污染土壤，1~4%含量的中浓度污染土壤及<1%含量的低浓度污染土壤；

针对>4%含量的高浓度石油烃污染土壤区域，采用阳极加密电极组进行场地布设，通过化学氧化机制进行石油烃降解；

针对1%~4%含量的中浓度石油烃污染土壤，采用电动微生物协同电极组进行场地布设，通过化学氧化与强化生物氧化机制进行石油烃降解；

针对<4%含量的低浓度污染土壤，采用生物强化电极组进行场地布设，通过强化生物氧化机制进行石油烃降解。

所述的阳极加密电极组为阳极加密电极组单元由5根“十字型”电极排列组成（如图2中的a图所示），其中外围4根电极两两相对且连线相互垂直排列，相对排列的两根电极间距为60 cm，第5根电极位于连线交点处，与周围4根电极的间距均为30 cm；相邻两电极组单元共用外围两根电极（如图2中的a图所示）。

所述的“十字型”电极为由外径为22~42 mm的柱状电极沿x、y、z轴两两垂直交叉而成（如图3所示），其中自交叉点沿x轴向两侧各长10 cm，自交叉点沿y轴向两侧各长10 cm，自交叉点沿负z轴方向长15 cm，沿正z轴方向长25 cm；

所述的第5根电极处布设酸液补给管路，单根酸液补给管长30 cm，管壁每个位置沿管周开孔，开孔间弧长为3~4 cm，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°（如图4所示），孔径均为2~3 mm；

所述电动微生物协同电极组为电动微生物协同电极组单元由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为50 cm，相邻两电极组单元共用外侧两根电极（如图2中的b图所示）；所述的单柱状电极，为外径22~42 mm的柱状电极，长40 cm。

所述电动微生物协同电极组布设场地内增设微生物补给系统，所述的微生物补给系统由多个微生物补给单元管路组成，每个微生物补给单元由沿x、y轴及负z轴排列的管路组成，其中，沿x轴两向及y轴两向从三轴交点出发各长25 cm，沿负z轴方向长30 cm，沿负z轴末端死堵（如图6中的a图所示），管路沿x和y轴方向分别位于电动微生物协同电极组单元相邻电极连线的中点处并与连线垂直；微生物补给管路沿x轴和y轴方向管壁面向土壤侧设置补给孔，开孔间距为3~4 cm，孔径为1 mm，沿负z轴方向每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，沿负z轴方向的相邻两位置开孔间弧长为3~4 cm，孔径为2~3mm（如图6中的b图所示）。

所述生物强化电极组为电极组单元由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为100 cm（如图2中的c图所示），所述的单柱状电极，为外径22~42mm的柱状电极，长40 cm，电极材质为导电金属管，可为镀锌钢管或不锈钢管，但不限于此二种，单柱状电极表面在距一端10 cm处开始沿管壁向另一端开孔，开孔间距为3~4 cm，每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，孔径均为2~3 mm，单柱状电极一端死堵（如图3中的b图所示）；

生物强化电极组内增设微生物补给系统，系统构成由多个微生物补给单元管路组成，每个微生物补给单元由沿x、y轴及负z轴排列的管路组成，其中，沿x轴两向及y轴两向从三轴交点出发各长25 cm，沿负z轴方向长30 cm，沿负z轴末端死堵（如图6中的a图所示），管路沿x和y轴方向分别位于电动微生物协同电极组单元相邻电极连线的中点处并与连线垂直；微生物补给管路沿x轴和y轴方向管壁面向土壤侧设置补给孔，开孔间距为3~4 cm，孔径为1 mm，沿负z轴方向每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，沿负z轴方向的相邻两位置开孔间弧长为3~4 cm，孔径为2~3 mm（如图6中的b图所示）。

① 针对用于处理>4%含量的高浓度石油烃污染土壤区域的阳极加密电极组，设定阳极加密电极组单元外围4根电极初始极性均为正极，中间1根电极为负极，即形成“外正内负”模式，通电电压为24~32 V，通电周期为6 h，随后在中间1根电极处补给既定剂量的酸液，同时进行极性切换，调成“外负内正”模式，通电周期为2 h，并保持6 h/2 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；“十字型”电极沿x轴和y轴在土壤中的埋入深度为15 cm，沿正z轴方向在地表露出长度为10 cm，任意相邻两根电极埋入地下时沿x轴和y轴方向分别保持平行；酸液补给通过酸液补给管路进行，补给管路纵向埋入地下30 cm，埋入位置可距中间1根电极1~2 cm位置处环绕随机设置；

② 针对用于处理1%~4%含量的中浓度石油烃污染土壤区域的电动微生物协同电极组，设定同行或同列相邻两根电极极性相同，通电运行2 h后，相邻同行或同列电极极性进行切换，通电电压为24~32 V，通电运行2 h后，保持2 h/2 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；单柱状电极纵向垂直插入土壤中30 cm，地上部分为10 cm；

微生物补给系统管路沿x轴两向及y轴两向铺设于地面，沿负z轴方向插入地下30cm；各微生物系统补给管路单元间通过接头连接；在需要进行微生物菌液补给时，菌液补给可与电动处理同时进行；

③ 针对用于处理<1%含量的低浓度石油烃污染土壤区域的生物强化电极组，电极和微生物补给系统管路铺设设计模式与电动微生物协同电极组相似，其中，设定同行或同列相邻两根电极极性相同，通电运行0.5 h后，同行或同列电极极性进行切换，通电电压为24~32 V，保持0.5 h/0.5 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；其中，单柱状电极的开孔表面部分均垂直插入地下，死堵端朝下，长度约30 cm，地表上部露出10 cm，在需要进行微生物菌液补给时，暂停通电，待菌液补给结束后继续进行电动处理；

所述的在中间1根电极处补给既定剂量的酸液为所需补给的酸液可为一元酸、二元酸或三元酸，设定处理周期内处理时间为t（s），平均电流强度为I（A），总电量为Q（C），每库仑电量换算电子个数为6.25×10¹⁸，阿伏伽德罗常数为N_A，OH^-最大产量为q_（Max），C_（酸液）为酸液浓度，a为一个酸分子电离后所产H⁺个数，V_（Max）为所需补给最大酸液体积，酸液补给最大酸液体积按下式进行计算，

Q=I·t·6.25×10¹⁸ （公式一）

q_（Max）=Q/N_A （公式二）

V_（Max）=q_（Max）/(a·C_（酸液）) （公式三）。

酸液补给管路末端与变频液泵连接，液泵另一端与酸液储罐相连；微生物补给系统管路末端与变频液泵连接，液泵另一端与微生物菌液储罐相连；生物强化电极组中单柱状电极一端与微生物补给系统管路共同连接变频液泵，液泵另一端与微生物菌液储罐相连；电动处理通电过程通过电控设备进行控制，可实时调控电极两端电压，控制电极极性周期性切换与停止供电，实时记录电极两端电压及电路中电流强度，并可计算得到平均电流强度I。

本发明所具有的优点包括：

1）本发明中所述的基于石油烃浓度分布的污染土壤电动-微生物联合原位修复技术，具有原位治理技术的便捷、经济优势，且以石油烃污染浓度分布为导向，具有显著的靶向性治理特性，有利于实现原位治理地块的均匀性修复过程。

2）本发明中所述的阳极加密电极组在运行参数上设定为外围四根电极为正极，内部一根电极为负极的长周期“外正内负”模式与短周期“内正外负”模式，并采用酸液对内部电极处进行pH调控，不仅具有更加密集的电场分布，且阳极区高氧化电位区域覆盖范围更大，从而通过电极表面的电化学氧化构成及高氧化电位区域的化学氧化过程对高浓度石油污染土壤进行强效降解，弥补了微生物难以进行高浓度石油烃污染物降解的缺陷，有效实现针对高浓度石油烃污染区域土壤的针对性治理。

3）本发明中所述的阳极加密电极组中采用“十字型”电极的设计，有效扩大了土壤中电场覆盖度，特别是阳极区高氧化还原电位的覆盖区域，增大化学氧化降解可控范围。

4）本发明中所述的电动微生物协同电极组采用电极间距为50 cm的布设模式与倒极周期为2 h的运行方式，既保障了一定程度的高氧化还原电位覆盖区域范围，又兼顾了微生物修复功能区域，避免了短电极间隔与长周期倒极造成微生物细胞生理功能与活性的破坏，且适宜电流强度一定程度刺激了微生物的代谢活性，起到电动化学氧化与微生物生物氧化降解协同处置石油污染土壤的作用。

5）本发明中所述的在电动微生物协同电极组中设计微生物补给系统管路，有效针对处置地块内的原位土壤功能微生物进行定期补给，并利用电动的迁移特性促进微生物随电渗析流在土壤中的迁移与均匀分布，实现原位功能菌剂的补给。

6）本发明中所述的生物强化电极组采用电极间距为100 cm的布设模式与倒极周期为0.5 h的运行方式，主要面向低浓度石油烃污染土壤，以微生物修复功能为主要的石油烃降解机制，在短周期倒极电动处理条件下，有效保障了适宜于微生物代谢生长的土壤理化性质，特别是土壤pH指标参数，并通过较弱的直流电流强度有效实现了对微生物功能的强化刺激作用。

7）本发明中所述的生物强化电极组采用开孔单柱状电极材料，不仅通过微生物补给管路进行功能微生物补给，还通过电极作为微生物补给管路，扩大微生物补给范围，更有效的实现强化微生物修复过程。

8）本发明中所述的通过电控设别进行控制，可准确实时记录电路中的电流强度，用于计算平均电流强度并估算酸液的最大补给剂量，合理保障阳极加密电极组中间位置1根电极周边的化学氧化降解石油烃作用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的某油田区石油烃污染场地调查采样点布设分布与初始石油烃含量分布图。

图2为本发明实施例提供的电极组单元分布模式图，其中a为阳极加密电极组，b为电动微生物协同电极组，c为生物强化电极组。

图3为本发明实施例提供的电极构造，其中a为阳极加密电极组中“十字型”电极构造，b为生物强化电极组中单柱状电极构造模式图。

图4为本发明实施例提供的酸液补给管路构造示意图。

图5为本发明实施例提供的3种电极组单元电场分布模式图。

图6为本发明实施例提供的微生物补给系统管路单元，其中a为管路分布模式图，b为管路构造与开孔模式图。

图7为本发明实施例提供的某油田区石油烃污染场地电动-微生物联合修复场地布设模式图。

图8为本发明实施例提供的高、中、低浓度区域地块修复后的石油烃含量分布图。

图9为本发明实施例提供的处理270天过程中的高、中、低浓度区域内石油烃含量变化图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明针对石油污染土壤原位区域具有污染程度差异化、非均匀分布等特征而导致修复效果不一致等现象，研发基于石油烃浓度分布特征的电动-微生物联合修复技术，通过修复材料研制配套技术参数设定，从而有效实现原位污染区域的石油烃全域降解，达到均匀修复达标的目的。下面通过实施例，从电动-微生物联合修复技术在某油田区石油污染土壤原位修复应用等方面进行详细说明。

本发明以原位污染土壤的石油烃污染程度为基础，采用电动修复技术和微生物修复技术进行针对性技术组合与改良，建立多重靶向性的电动-微生物联合修复技术及其配套功能材料，可利用电动修复过程中针对高浓度石油污染土壤的电化学氧化强效修复过程，还可利用功能微生物针对中低浓度石油污染土壤的生物代谢降解能力，且电动技术的低电压直流电对耐电功能微生物具有显著的刺激强化作用，在一定程度上提高微生物的降解功能与活性，从而实现针对不同石油污染程度的原位修复与均匀性治理。

下述实施例中微生物补给系统中菌剂可为具有石油烃代谢降解能力的微生物，如具有耐电属性的地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)与蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)。

实施例电动-微生物联合修复技术在某油田区石油烃污染土壤场地原位修复中的应用

某油田区存在占地面积为2000 m²的石油烃污染土壤场地，经场地污染调查后测定结果发现，该场地不同区域内存在不同程度的石油烃污染状况，且污染物分布较分散，污染程度分布不均。针对该场地共布设了90个样点，分别进行样品采集分析，采样点分布如图1所示，经石油烃含量测定分析表明，石油烃含量分布可归纳为三类范围，即石油烃含量<1%的低浓度污染区域，石油烃含量均值达0.87%，石油烃含量在1%~4%的中浓度污染区域，石油烃含量均值达2.35%，以及石油烃含量>1%的高浓度污染区域，石油烃含量均值达5.43%，经现场测算，低浓度污染区域面积为235 m²，中浓度污染区域面积为530 m²，高浓度污染区域面积为1235 m²，区域分布相对位置如图1所示；针对该场地的上述污染特征，进一步基于石油烃浓度分布的电动-联合原位修复技术进行治理。

分别采用阳极加密电极组、电动微生物协同电极组及生物强化电极组进行场地修复工程材料布设，布设对应区域分布如图7所示。具体为：

在高浓度石油烃污染区域内，采用阳极加密电极组进行修复电场布设，电极构成如图3中的a图所示，电极的布设方式如图2中的a图所示，具体为在每组电极布设中，外围4根电极两两相对且连线相互垂直排列，相对排列的两根电极间距为60 cm，第5根电极位于连线交点处，与周围4根电极的间距均为30 cm；相邻两电极组单元共用外围两根电极，“十字型”电极沿x轴和y轴在土壤中的埋入深度为15 cm，沿正z轴方向在地表露出长度为10cm，任意相邻两根电极埋入地下时沿x轴和y轴方向分别保持平行，电极材质为不锈钢；酸液补给通过酸液补给管路进行，在第5根电极处布设酸液补给管路，酸液补给管路构成如图4所示，补给管路纵向埋入地下30 cm，埋入位置可距中间1根电极1~2 cm位置处环绕随机设置，管路材质为PE硬塑管，每组管路间通过橡胶软管连接。在通电运行过程中，设定阳极加密电极组单元外围4根电极初始极性均为正极，中间1根电极为负极，即形成“外正内负”模式，通电电压为32 V，通电周期为6 h，随后在中间1根电极处补给既定剂量的酸液，酸液选用磷酸进行补给，酸液浓度为0.1 M；同时进行极性切换，调成“外负内正”模式，通电周期为2 h，并保持6 h/2 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理。针对该中电场布设方式进行电场强度测定与场强分布模拟，测定与模拟结果如图5中的a图所示，该种阳极加密电极组构成的电场布设方式的场地区域内电场强度范围达0.1~15.61 V/cm，在每一个电极组所包含的区域内，2.77 V/cm以上的电场强度覆盖绝大部分的场地区域，表明阳极加密电极组的布设方式具有极大的电场覆盖度，特别是在外围4根电极长周期（6 h）的阳极设置条件下，高氧化还原电位所带来的强氧化区域覆盖度大，故而整个阳极加密电极组区域内具有良好的强氧化性质。

在中浓度石油烃污染区域内，采用电动微生物协同电极组进行电场布设，电极布设方式如图2中的b图所示，在每组电极布设中，由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为50 cm，相邻两电极组单元共用外侧两根电极，单柱状电极外径为25 mm，长40 cm，电极材质为不锈钢管；在电动微生物协同电极组布设场地内增设微生物补给系统，所述的微生物补给系统由多个微生物补给单元管路组成，每个微生物补给单元由沿x、y轴及负z轴排列的管路组成，其中，沿x轴两向及y轴两向从三轴交点出发各长25cm，沿负z轴方向长30 cm，沿负z轴末端死堵，如图6中的a图所示，管路材质为PE硬塑管，管路沿x和y轴方向分别位于电动微生物协同电极组单元相邻电极连线的中点处并与连线垂直；微生物补给管路沿x轴和y轴方向管壁面向土壤侧设置补给孔，开孔间距为3 cm，孔径为1 mm，沿负z轴方向每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，沿负z轴方向的相邻两位置开孔间距为3 cm，孔径为2 mm。在通电运行过程中，设定同行相邻两根电极极性相同，通电运行2 h后，相邻同行电极极性进行切换，通电电压为32 V，通电运行2 h后，保持2 h/2 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；单柱状电极纵向垂直插入土壤中30 cm，地上部分为10 cm。微生物补给系统管路沿x轴两向及y轴两向铺设于地面，沿负z轴方向插入地下30 cm；各微生物系统补给管路单元间通过接头连接；每运行30天进行一次微生物菌液补给，菌液补给可与电动处理同时进行。针对该中电场布设方式进行电场强度测定与场强分布模拟，测定与模拟结果如图5中的b图所示，该种电动微生物协同电极组构成的电场布设方式的场地区域内电场强度范围达0.03~7.53 V/cm，在每一个电极组所包含的区域内，0.75~1.34 V/cm的电场强度范围覆盖了绝大部分的场地区域，表明该种电极组布设方式较阳极加密电极组相比，电场强度有一定程度的削弱，但仍然具有一定的氧化特性，这种场强条件下，可以与微生物进行友好的互作协同，在保障同时具有一定程度的石油烃化学氧化作用的同时，又可具有较好的石油烃微生物氧化降解功能。

在低浓度石油烃污染区域内，采用生物强化电极组进行电场布设，电极布设方式如图2中的c图所示，在每组电极布设中，由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为100 cm，相邻两电极组单元共用外侧两根电极，单柱状电极外径为25 mm，长40 cm，电极材质为不锈钢管；单柱状电极表面在距一端10 cm处开始沿管壁向另一端开孔，开孔间距为3~4 cm，每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，孔径均为2~3 mm，单柱状电极一端死堵；生物强化电极组内增设微生物补给系统，系统构成与布设方式与微生物协同电极组内微生物补给系统设计保持一致。在通电运行过程中，设定同行相邻两根电极极性相同，通电运行0.5 h后，同行电极极性进行切换，通电电压为24~32 V，保持0.5 h/0.5 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；其中，单柱状电极的开孔表面部分均垂直插入地下，死堵端朝下，长度约30 cm，地表上部露出10 cm，在需要进行微生物菌液补给时，暂停通电，待菌液补给结束后继续进行电动处理。针对该中电场布设方式进行电场强度测定与场强分布模拟，测定与模拟结果如图5中的c图所示，该种阳极加密电极组构成的电场布设方式在场地区域内电场强度范围达0.01~5.48 V/cm，在每一个电极组所包含的区域内，0.36~0.78 V/cm的电场强度范围覆盖了绝大部分的场地区域，该种电场强度条件下，电极组区域内的土壤氧化还原电位较低，除电极周边氧化还原电位可达到3~5 V/cm，具有一定的化学氧化作用外，其余区域针对石油烃化学氧化的降解作用较弱，但这种低电场强度对微生物具有较好的强化刺激作用，利于功能微生物的代谢活性激活，特别在微生物补给系统及电极内部微生物补给功能的作用下，有效提高了微生物补给的初始覆盖度，更有利于功能微生物的分布及其在电场条件下一定程度的定向迁移与重分布，从而更好的发挥石油烃生物降解功能。

本工程案例中，电动处置、酸液补给及微生物补给等过程均通过液泵、储罐及电控设备联合完成，即：酸液补给管路末端与变频液泵连接，液泵另一端与酸液储罐相连；微生物补给系统管路末端与变频液泵连接，液泵另一端与微生物菌液储罐相连；生物强化电极组中单柱状电极一端与微生物补给系统管路共同连接变频液泵，液泵另一端与微生物菌液储罐相连；电动处理通电过程通过电控设备进行控制，可实时调控电极两端电压，控制电极极性周期性切换与停止供电，实时记录电极两端电压及电路中电流强度，并可计算得到平均电流强度I。

经过270天修复处理后，三种污染程度的石油烃含量均得到大幅度减量，修复后针对初始的90个采样点进行再次采样测定分析，石油烃含量分布如图8所示，结果表明，石油烃含量<1%的低浓度区域，石油烃降解率达到32.1%，1%~4%的中浓度区域，石油烃降解率达到56.2%，>4%的高浓度区域，石油烃降解率达到67.1%；三种污染区域的石油烃含量平均值分别由初始的0.87%、2.35%和5.43%减少到修复后的0.59%、0.85%和1.59%，变异系数由0.81减小到0.51.由此表明，通过基于石油烃浓度分布的电动-联合原位修复技术的治理，不同污染程度的石油烃污染物均得到针对性的降解，且污染区域内的石油烃残留含量分趋于更加均匀分布。根据场地未来规划用地类型的需求，若需进一步治理以减小石油烃残留量，可按本专利技术中的方法进行场地条件调控后（如电极更换、微生物补给等），继续延长修复时间，或在场地内石油烃含量达到更加均匀分布的效果后，采用其他修复技术接续进一步处置。本案例完整的石油烃去除的残留量变化如图9所示，修复初期，高浓度区域石油烃降解速率更快，反映了阳极加密电极组设计的化学氧化强效性，而最终的石油烃残留量趋近一致，从而体现了本专利技术在针对不同石油烃污染程度的区域土壤治理中所具有的针对性与强效性。

表1

Claims

1.一种污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于，通过对待处理污染场地进行污染分析，进行划分高浓度、中浓度及低浓度石油烃污染土壤，再对不同污染程度土壤分别由阳极加密电极组、电动微生物协同电极组及生物强化电极组修复，进而实现对污染土壤原位修复；

针对<4%含量的低浓度污染土壤，采用生物强化电极组进行场地布设，通过强化生物氧化机制进行石油烃降解；

所述电动微生物协同电极组为电动微生物协同电极组单元由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为50 cm，相邻两电极组单元共用外侧两根电极；所述的单柱状电极，为外径22~42 mm的柱状电极，长40 cm；

所述电动微生物协同电极组布设场地内增设微生物补给系统，所述的微生物补给系统由多个微生物补给系统管路组成，每个微生物补给系统管路由沿x、y轴及负z轴排列的管路组成，其中，沿x轴两向及y轴两向从三轴交点出发各长25 cm，沿负z轴方向长30 cm，沿负z轴末端死堵，管路沿x和y轴方向分别位于电动微生物协同电极组单元相邻电极连线的中点处并与连线垂直；微生物补给系统管路沿x轴和y轴方向管壁面向土壤侧设置补给孔，开孔间距为3~4 cm，孔径为1 mm，沿负z轴方向每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，沿负z轴方向的相邻两位置开孔间弧长为3~4 cm，孔径为2~3 mm。

2.按权利要求1所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：所述的阳极加密电极组为阳极加密电极组单元由5根“十字型”电极排列组成，其中外围4根电极两两相对且连线相互垂直排列，相对排列的两根电极间距为60 cm，第5根电极位于连线交点处，与周围4根电极的间距均为30 cm；相邻两电极组单元共用外围两根电极。

3.按权利要求2所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：所述的“十字型”电极为由外径为22~42 mm的柱状电极沿x、y、z轴两两垂直交叉而成，其中自交叉点沿x轴向两侧各长10 cm，自交叉点沿y轴向两侧各长10 cm，自交叉点沿负z轴方向长15cm，沿正z轴方向长25 cm；

所述的第5根电极处布设酸液补给管路，单根酸液补给管长30 cm，管壁每个位置沿管周开孔，开孔间弧长为3~4 cm，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，孔径均为2~3 mm。

4.按权利要求1所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：所述生物强化电极组为电极组单元由4根单柱状电极占据矩形四个顶点等距排列而成，相邻两根电极间距为100 cm，所述的单柱状电极，为外径22~42 mm的柱状电极，长40 cm，电极材质为导电金属管，单柱状电极表面在距一端10 cm处开始沿管壁向另一端开孔，开孔间距为3~4cm，每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，孔径均为2~3 mm，单柱状电极一端死堵；

生物强化电极组内增设微生物补给系统，系统构成由多个微生物补给系统管路组成，每个微生物补给系统管路由沿x、y轴及负z轴排列的管路组成，其中，沿x轴两向及y轴两向从三轴交点出发各长25 cm，沿负z轴方向长30 cm，沿负z轴末端死堵，管路沿x和y轴方向分别位于电动微生物协同电极组单元相邻电极连线的中点处并与连线垂直；微生物补给系统管路沿x轴和y轴方向管壁面向土壤侧设置补给孔，开孔间距为3~4 cm，孔径为1 mm，沿负z轴方向每个位置沿管周6向开孔，相邻两孔沿圆周的弧线夹角为60°，沿负z轴方向的相邻两位置开孔间弧长为3~4 cm，孔径为2~3 mm。

5.按权利要求1所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：

① 针对用于处理>4%含量的高浓度石油烃污染土壤区域的阳极加密电极组，设定阳极加密电极组单元外围4根电极初始极性均为正极，中间1根电极为负极，即形成“外正内负”模式，通电电压为24~32 V，通电周期为6 h，随后在中间1根电极处补给既定剂量的酸液，同时进行极性切换，调成“外负内正”模式，通电周期为2 h，并保持6 h/2 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；“十字型”电极沿x轴和y轴在土壤中的埋入深度为15 cm，沿正z轴方向在地表露出长度为10 cm，任意相邻两根电极埋入地下时沿x轴和y轴方向分别保持平行；酸液补给通过酸液补给管路进行，酸液补给管路纵向埋入地下30 cm，埋入位置距中间1根电极1~2 cm位置处环绕随机设置；

微生物补给系统管路沿x轴两向及y轴两向铺设于地面，沿负z轴方向插入地下30 cm；各微生物补给系统管路单元间通过接头连接；在需要进行微生物菌液补给时，菌液补给与电动处理同时进行；

③ 针对用于处理<1%含量的低浓度石油烃污染土壤区域的生物强化电极组，电极和微生物补给系统管路铺设设计模式与电动微生物协同电极组相似，其中，设定同行或同列相邻两根电极极性相同，通电运行0.5 h后，同行或同列电极极性进行切换，通电电压为24~32V，保持0.5 h/0.5 h的电极极性周期性切换方式稳定运行处理；其中，单柱状电极的开孔表面部分均垂直插入地下，死堵端朝下，长度约30 cm，地表上部露出10 cm，在需要进行微生物菌液补给时，暂停通电，待菌液补给结束后继续进行电动处理。

6.按权利要求5所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：所述的在中间1根电极处补给既定剂量的酸液为所需补给的酸液为一元酸、二元酸或三元酸，设定处理周期内处理时间为t，时间单位为s，平均电流强度为I，电流强度单位为A，总电量为Q，电量单位为C，每库仑电量换算电子个数为6.25×10¹⁸，阿伏伽德罗常数为N_A，OH^-最大产量为q_（Max），C_（酸液）为酸液浓度，a为一个酸分子电离后所产H⁺个数，V_（Max）为所需补给最大酸液体积，酸液补给最大酸液体积按下式进行计算，

Q=I·t·6.25×10¹⁸ 公式一

q_（Max）=Q/N_A 公式二

V_（Max）=q_（Max）/(a·C_（酸液）) 公式三。

7.按权利要求5所述的污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，其特征在于：酸液补给管路末端与变频液泵连接，变频液泵另一端与酸液储罐相连；微生物补给系统管路末端与变频液泵连接，变频液泵另一端与微生物菌液储罐相连；生物强化电极组中单柱状电极一端与微生物补给系统管路共同连接变频液泵，变频液泵另一端与微生物菌液储罐相连；电动处理通电过程通过电控设备进行控制，可实时调控电极两端电压，控制电极极性周期性切换与停止供电，实时记录电极两端电压及电路中电流强度，并可计算得到平均电流强度I。