CN112676334A - 化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污染土壤化学‑微生物联合修复技术领域，特别涉及一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法。所述装置包括可移动平台、自卸支撑机构、搅拌箱、搅拌装置、药剂喷施系统、搅拌箱盖板及搅拌桨；搅拌箱通过自卸支撑机构设置于可移动平台上；搅拌箱盖板设置于搅拌箱的顶部；药剂喷施系统设置于搅拌箱盖板上，用于往搅拌箱内喷洒药剂；搅拌装置设置于搅拌箱内，用于对搅拌箱内的有机污染土壤进行搅拌。本发明结合了化学氧化和生物降解两种修复方法的优势，通过化学预处理将高环大分子难降解的有机污染物氧化为利于生物降解的低环小分子污染物，有效减少氧化剂用量，提高了微生物的修复效率，降低修复费用，避免二次污染物产生。

Description

化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法

技术领域

本发明属于污染土壤化学-微生物联合修复技术领域，特别涉及一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法。

背景技术

化学氧化技术修复效率高、修复速率快、应用范围广等优势，被广泛应用于有机污染的场地修复。然而，过量化学氧化剂的加入，导致土壤理化性质改变、微生物生态系统破坏、带来二次污染等缺陷，始终制约着其在工程应用中的发展。对此主要原因在于土壤类型多样和性质差异导致化学氧化体系实际修复效率不稳定。专利号为201520290676.9，名称为“有机污染土壤化学氧化修复装置”的专利文献中，通过机械搅拌解决了化学氧化剂与土壤接触不充分的问题，但是氧化剂过量问题依然存在。

生物技术修复成本低、易于维护、绿色环保无二次污染等优势备受青睐。然而，微生物修复技术修复周期长、对环境要求严格等缺点，在实际污染场地的应用中，仍具有一定的局限性。对此主要原因在于环境限制因素对微生物代谢活动的制约。专利号为201921440150.9，名称为“一种生物堆土壤修复系统”的专利文献中，通过补充适量热量、水分、养分和氧气等，进而提升污染物去除效率，然而处理周期仍然较长。

基于此，开发有机污染土壤联合修复技术一体化装备，成为一个重要的研发方向。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法，以解决单项修复技术的局限性，满足污染土壤修复的要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，包括可移动平台、自卸支撑机构、搅拌箱、搅拌装置、药剂喷施系统、搅拌箱盖板及搅拌桨；

所述搅拌箱通过自卸支撑机构设置于可移动平台上；所述搅拌箱盖板设置于所述搅拌箱的顶部；所述药剂喷施系统设置于所述搅拌箱盖板上，用于往所述搅拌箱内喷洒药剂；

所述搅拌装置设置于所述搅拌箱内，用于对所述搅拌箱内的有机污染土壤进行搅拌。

所述搅拌箱的底部设有多孔材料板，所述多孔材料板将所述搅拌箱的内腔分隔为底部增氧增温室及反应室，所述搅拌装置设置于所述反应室内；所述底部增氧增温室的一侧设有强制暖风输送系统。

所述搅拌箱盖板上还设有尾气吸收处理装置，所述尾气吸收处理装置用于净化所述搅拌箱内产生的气体。

所述尾气吸收处理装置包括净化箱及设置于该净化箱内的活性炭，所述净化箱的进气端与所述搅拌箱连通，排气端与大气连通。

所述搅拌箱盖板上还设有温湿度感应器，所述温湿度感应器用于检测所述搅拌箱内的温度及湿度。

所述搅拌装置包括搅拌桨连接杆、搅拌电机及多个搅拌桨，其中搅拌桨连接杆横向设置于所述搅拌箱内，多个搅拌桨沿轴向间隔设置于所述搅拌桨连接杆上；所述搅拌电机设置于所述搅拌箱的外侧，并且输出端与所述搅拌桨连接杆连接，用于驱动所述搅拌桨连接杆转动。

所述自卸支撑机构包括连接杆和翻转电机；所述搅拌箱的两侧分别与两个连接杆连接，两个连接杆的下端与所述可移动平台转动连接，所述翻转电机为两个，并且分别与两个连接杆连接；两个所述翻转电机同步驱动两个连接杆转动，从而带动所述搅拌箱翻转，实现土壤倾倒。

所述搅拌箱采用为保温材料，且箱体内转角均为圆弧型，所述搅拌箱盖板的顶部设有起重吊装把手。

一种利用如上所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置进行土壤修复的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1)：首先进行有机污染土壤筛分、破碎预处理，控制污染土壤粒径≤40mm；

步骤2)：经步骤1)预处理后的污染土壤投入搅拌箱内，进行化学预氧化处理；通过搅拌装置进行搅拌，同时通过药剂喷施系统进行氧化剂添加，根据土壤含水率要求，启动水分补给系统，维持土壤含水率在20％-30％，养护3-4天；

步骤3)：对经过化学预氧化处理后的有机污染土壤进行生物堆处理；通过启动药剂喷施系统进行微生物和营养液投加，启动强制暖风输送系统进行恒温空气注入，从而实现有机污染土壤生物堆好氧中温降解过程。

在步骤2)所述的化学预氧化处理，氧化剂包括过氧化氢：硫酸亚铁溶液＝1:4；或活化过硫酸盐：生石灰＝1:4；

在步骤3)所述的生物堆处理中，添加好氧微生物，培养温度为30℃-40℃，添加营养物质为生物有机肥，保持土壤中C:N:P＝100:10:1。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明结合了化学氧化和生物降解两种修复方法的优势，通过化学预处理将高环大分子难降解的有机污染物氧化为利于生物降解的低环小分子污染物，有效减少氧化剂用量，提高了微生物的修复效率，降低修复费用，避免二次污染物的产生，是一种高效环保的有机污染土壤修复装置。

2.本发明可实现温度湿度精准控制、氧化剂、水分、营养物质原位补给及搅拌增强土壤传质效率等过程，使污染物与氧化剂、微生物充分接触，提高实际处理效率的稳定性。

3.本发明所实现的温湿度精准控制、营养物质原位补给为微生物降解提供了良好的环境，搅拌过程中同步强制通入30-40℃的恒温空气，保证反应体系保持中温条件的同时，为微生物提供了充足的氧气，有效促进微生物的好氧代谢反应。

4.本发明可实现化学氧化和生物修复使用同一套修复系统，在同一反应装置内分阶段进行，减少了修复过程中的人工投入。

附图说明

图1是本发明实施例提供的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置的主视图；

图2是本发明实施例提供的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置的左视图；

图3是本发明实施例提供的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置的俯视图；

图4是本发明实施例提供的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置修复石油污染土壤不同时间不同处理土壤中总石油烃的降解率图。

其中：1为可移动平台，2为连接杆，3为搅拌箱，4为搅拌桨连接杆，5为搅拌电机，6为尾气吸收处理装置，7为药剂喷施系统，8为起重吊装把手，9为温湿度感应器，10为搅拌箱盖板，11为搅拌桨，12为多孔材料板，13为强制暖风输送系统，14为翻转电机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-3所示，本发明提供的一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，包括可移动平台1、自卸支撑机构、搅拌箱3、搅拌装置、药剂喷施系统7、搅拌箱盖板10及搅拌桨11；搅拌箱3通过自卸支撑机构设置于可移动平台1上；搅拌箱盖板10设置于搅拌箱3的顶部，药剂喷施系统7设置于搅拌箱盖板10上，用于往搅拌箱3内喷洒药剂；搅拌装置设置于搅拌箱3内，用于对搅拌箱3内的有机污染土壤进行搅拌。

如图1-2所示，在上述实施例的基础上，搅拌箱3的底部设有多孔材料板12，多孔材料板12将搅拌箱3的内腔分隔为底部增氧增温室及反应室，搅拌装置设置于反应室内；底部增氧增温室的一侧设有强制暖风输送系统13。

如图1所示，在上述实施例的基础上，搅拌箱盖板10上还设有尾气吸收处理装置6，尾气吸收处理装置6用于净化搅拌箱3内产生的气体。

本发明的实施例中，尾气吸收处理装置6包括净化箱及设置于该净化箱内的活性炭，净化箱的进气端与搅拌箱3连通，排气端与大气连通。

本发明的实施例中，搅拌箱盖板10上还设有温湿度感应器9，温湿度感应器9用于检测搅拌箱3内的温度及湿度。

如图1所示，本发明的实施例中，搅拌装置包括搅拌桨连接杆4、搅拌电机5及多个搅拌桨11，其中搅拌桨连接杆4横向设置于搅拌箱3内，多个搅拌桨11沿轴向间隔设置于搅拌桨连接杆4上；搅拌电机5设置于搅拌箱3的外侧，并且输出端与搅拌桨连接杆4连接，用于驱动搅拌桨连接杆4转动。强制暖风输送系统13与搅拌桨11配合使用，提高反应体系温度和氧气含量。

如图1所示，本发明的实施例中，自卸支撑机构包括连接杆2和翻转电机14；搅拌箱3的两侧分别与两个连接杆2连接，两个连接杆2的下端与可移动平台1转动连接，翻转电机14为两个，并且分别与两个连接杆2连接；两个翻转电机14同步驱动两个连接杆2转动，从而带动搅拌箱3翻转，实现土壤倾倒。

本发明的实施例中，搅拌箱3采用为保温材料，且箱体内转角均为圆弧型，减少搅拌死角。搅拌箱盖板10的顶部设有起重吊装把手8。

药剂喷施系统7包括微生物罐、营养物质罐、氧化剂罐、水罐(图中未画出)，各罐输送管道通过多通阀连接，共用一套泵送喷施系统。

一种利用上述实施例中的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置进行土壤修复的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1)：首先进行有机污染土壤筛分、破碎预处理，控制污染土壤粒径≤40mm；

步骤2)：经步骤1)预处理后的污染土壤投入搅拌箱3内，进行化学预氧化处理；具体地，经过破碎筛分预处理的污染土壤投入反应体系后，搅拌装置启动，同步启动药剂喷施系统7进行氧化剂投加，氧化剂添加完成后，根据土壤含水率要求，启动水分补给系统，维持土壤含水率在20％-30％，养护3-4天；

步骤3)：对经过化学预氧化处理后的有机污染土壤进行生物堆处理；具体地，养护完成后，搅拌器启动，同步启动喷淋系统进行微生物和营养液投加、启动强制恒温空气注入，从而实现有机污染土壤生物堆好氧中温降解过程；反应体系内气体通过尾气净化装置处理后排出。

本发明的实施例中，步骤2)的化学预氧化处理，氧化剂包括过氧化氢(30％)：硫酸亚铁溶液＝1:4，添加量为4％(w/w)，或活化过硫酸盐：生石灰＝1:4，添加量为3％(w/w)；在步骤3)的生物堆处理中，添加好氧微生物，添加量为30g/m³，培养温度为30℃-40℃，添加营养物质为生物有机肥，保持土壤中C:N:P＝100:10:1，反应体系内氧气应均匀分布且含量不低于7％。

化学氧化技术对土壤理化性质的改变和土壤微生物活性均会带来不同程度的影响，且过量氧化剂的投加会带来严重的二次污染问题；生物修复技术修复时间长，受限与污染场地污染物的浓度及复杂程度，限制其广泛应用。本发明通过建立化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置及方法，采用低浓度氧化剂对污染土壤进行预氧化，既可降低污染物的浓度，又避免产生二次污染，降低土壤毒性；随后辅以生物堆修复对土壤中有机污染物进一步降解，达到修复土壤的目的，从绿色和可持续发展的角度为有机污染土壤修复技术提供了新思路。

实施例一

辽河油田石油污染土壤化学预氧化耦合生物堆修复

试验所用污染土壤为盘锦辽河油田石油污染场地，采集地下0.5m-1m处土壤，石油污染物浓为4.5％(w/w)，筛分后密封保存与4℃条件下备用。

化学预氧化：将污染土壤投入搅拌箱3中，打开药剂喷施系统7中的氧化药剂泵，向反应体系中投加氧化药剂，与此同时启动搅拌桨11，使污染土壤与氧化药剂充分接触混合，氧化剂投加完成后，继续搅拌30min后，关闭搅拌桨11进入养护阶段，养护5天，养护期间，每天搅拌一次，时间30min，最终得到化学预氧化的土壤样品。优选的，氧化药剂的投加量及浓度为根据污染物浓度经实验室小试后确定的。

生物堆修复：污染土壤经化学预氧化后，启动药剂喷施系统7中的微生物及营养物质投加系统，进行微生物接种，与此同时启动搅拌桨11和强制暖风输送系统13，使污染土壤与微生物充分混合，持续搅拌及强制通风，保证反应体系维持在30℃-40℃，养护20天，期间每4h进行一次搅拌、强制通风、补充营养物质和水分，时间1h，保证土壤温湿度及处于好氧修复状态。

通过上述实验步骤，研究化学氧化预处理耦合生物堆修复后总石油烃的降解情况，结果如图4所示，实验共设置四个处理：

(1)CK：污染土壤+水

(2)Chem：污染土壤+氧化剂

(3)Bio：污染土壤+微生物

(4)Chem+Bio：污染土壤+氧化剂+微生物

每5天进行取样，进行土壤中总石油烃测试分析。

图4是不同时间土壤中总石油烃的降解率，从图中可以看出，经过25天的处理后，CK处理土壤中总石油烃基本没有降解，Chem处理土壤中总石油烃降解率为28.46％，Bio处理土壤中总石油烃降解率为19.28％，Chem+Bio处理土壤中总石油烃的降解率为58.83％，Chem+Bio处理总石油烃降解效果显著高于其他处理。化学预氧化后添加高效降解菌能够有效强化微生物对有机污染物的降解，进而提高化学预氧化耦合生物堆修复有机污染物的去除率。

本发明将有机污染土壤经化学预氧化，将高环难降解的有机污染物氧化为利于生物降解的低环小分子污染物，再进行生物堆修复，有效减少氧化剂用量，提高了微生物的修复效率，降低修复费用，避免二次污染物的产生，实现高效环保的有机污染土壤修复。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，包括可移动平台(1)、自卸支撑机构、搅拌箱(3)、搅拌装置、药剂喷施系统(7)、搅拌箱盖板(10)及搅拌桨(11)；

所述搅拌箱(3)通过自卸支撑机构设置于可移动平台(1)上；所述搅拌箱盖板(10)设置于所述搅拌箱(3)的顶部；所述药剂喷施系统(7)设置于所述搅拌箱盖板(10)上，用于往所述搅拌箱(3)内喷洒药剂；

所述搅拌装置设置于所述搅拌箱(3)内，用于对所述搅拌箱(3)内的有机污染土壤进行搅拌。

2.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述搅拌箱(3)的底部设有多孔材料板(12)，所述多孔材料板(12)将所述搅拌箱(3)的内腔分隔为底部增氧增温室及反应室，所述搅拌装置设置于所述反应室内；所述底部增氧增温室的一侧设有强制暖风输送系统(13)。

3.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述搅拌箱盖板(10)上还设有尾气吸收处理装置(6)，所述尾气吸收处理装置(6)用于净化所述搅拌箱(3)内产生的气体。

4.根据权利要求3所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述尾气吸收处理装置(6)包括净化箱及设置于该净化箱内的活性炭，所述净化箱的进气端与所述搅拌箱(3)连通，排气端与大气连通。

5.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述搅拌箱盖板(10)上还设有温湿度感应器(9)，所述温湿度感应器(9)用于检测所述搅拌箱(3)内的温度及湿度。

6.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌桨连接杆(4)、搅拌电机(5)及多个搅拌桨(11)，其中搅拌桨连接杆(4)横向设置于所述搅拌箱(3)内，多个搅拌桨(11)沿轴向间隔设置于所述搅拌桨连接杆(4)上；所述搅拌电机(5)设置于所述搅拌箱(3)的外侧，并且输出端与所述搅拌桨连接杆(4)连接，用于驱动所述搅拌桨连接杆(4)转动。

7.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述自卸支撑机构包括连接杆(2)和翻转电机(14)；所述搅拌箱(3)的两侧分别与两个连接杆(2)连接，两个连接杆(2)的下端与所述可移动平台(1)转动连接，所述翻转电机(14)为两个，并且分别与两个连接杆(2)连接；两个所述翻转电机(14)同步驱动两个连接杆(2)转动，从而带动所述搅拌箱(3)翻转，实现土壤倾倒。

8.根据权利要求1所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置，其特征在于，所述搅拌箱(3)采用为保温材料，且箱体内转角均为圆弧型，所述搅拌箱盖板(10)的顶部设有起重吊装把手(8)。

9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的化学预氧化耦合生物堆修复有机污染土壤装置进行土壤修复的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1)：首先进行有机污染土壤筛分、破碎预处理，控制污染土壤粒径≤40mm；

步骤2)：经步骤1)预处理后的污染土壤投入搅拌箱(3)内，进行化学预氧化处理；通过搅拌装置进行搅拌，同时通过药剂喷施系统(7)进行氧化剂添加，根据土壤含水率要求，启动水分补给系统，维持土壤含水率在20％-30％，养护3-4天；

步骤3)：对经过化学预氧化处理后的有机污染土壤进行生物堆处理；通过启动药剂喷施系统(7)进行微生物和营养液投加，启动强制暖风输送系统(13)进行恒温空气注入，从而实现有机污染土壤生物堆好氧中温降解过程。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤2)所述的化学预氧化处理，氧化剂包括过氧化氢：硫酸亚铁溶液＝1:4；或活化过硫酸盐：生石灰＝1:4；

在步骤3)所述的生物堆处理中，添加好氧微生物，培养温度为30℃-40℃，添加营养物质为生物有机肥，保持土壤中C:N:P＝100:10:1。

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