CN114522974A - 一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统，包括若干个反应器、供液模块、供气模块和控制装置，反应器的上部设有喷淋喷头，用于喷淋含有多环芳烃降解菌液，中部填充待修复土壤，底部设有进气口和菌液回收口，进气口用于通入空气，菌液回收口用于回收菌液并再次回流；供液模块包括若干个第一液泵和若干个液体流量计，每个第一液泵通过供液管道分别连接对应的反应器的喷头，每个供液管道上设置一个液体流量计；供气模块包括第一气泵和若干个气阀，第一气泵通过并联的供气管道分别连接反应器的进气口，每个供气管道上设置一个气阀。

Description

一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统

技术领域

本发明属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统。

背景技术

随着生态文明建设的发展，环境保护的重要性被越来越多的人认同，人们对于所处的空气环境、水环境和土壤环境的环境质量以及环境问题的治理越来越重视。其中，土壤环境是人们的直接生存环境，与人们的健康生活息息相关，土壤污染的治理和修复已经成为一个重要的研究领域。土壤污染的来源和成因比较复杂，针对不同原因适用不同的治理方法。其中，工业污染所导致的土壤污染在我国占有较大比重。例如煤化工厂区中，由于长期存在有机污染物的排放、泄露等现象，导致煤化工厂区土壤中存在大量有机污染物，严重影响了土壤功能与再利用，对人体健康和生态环境造成了破坏。

目前，国内通常采用热脱附和化学氧化的方法对有机污染土壤进行修复，这两种修复方法虽然修复周期较短，但由于修复温度高和化学药剂的添加，对土壤微生态环境造成了破坏，严重降低了土壤肥力，并且修复费用较高。利用微生物进行土壤修复，能够在常温环境下，保持土壤的自然生态状态，同时利用微生物降解污染土壤中的有机污染物，然而目前的生物修复法的效率较低，周期较长，微生物活性不理想。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统，所述修复系统为针对有机复合污染土壤修复的微生物修复装置，基于高效增氧与生物喷淋的双重措施，通过向反应器内喷淋高效降解菌液和高效充入氧气的方式，使微生物以土壤中的有机污染物作为微生物生长的碳源，从而达到降解土壤中有机污染物的目的。

所述修复系统包括若干个反应器、供液模块、供气模块和控制装置，所述反应器为立式柱式反应器，反应器的上部设有若干个喷头，用于喷淋含有微生物的营养液，中部填充待修复土壤，底部设有进气口和菌液回收口，进气口用于通入空气；

所述供液模块包括若干个第一液泵和若干个液体流量计，每个第一液泵通过供液管道分别连接对应的反应器的喷头，每个供液管道上设置一个液体流量计；

所述供气模块包括第一气泵和若干个气阀，第一气泵通过并联的供气管道分别连接反应器的进气口，每个供气管道上设置一个气阀；

所述控制装置包括集中控制器、电源和若干个温度传感器，温度传感器设在反应器内部，集中控制器连接并控制电源、温度传感器、第一液泵、液体流量计、第一气泵和气阀。

可选的，所述反应器的顶部和底部均为圆锥体，且通过法兰将顶部圆锥盖和底部圆锥盖与中部反应器主体相固定。

可选的，所述反应器的顶部圆锥盖设有进液口，供液管道通过进液口连接喷洒管，喷洒管上设置若干个喷头，用于将第一液泵输送的含有微生物的营养液均匀喷撒到反应器内部。

可选的，所述反应器的顶部圆锥盖设有出气口，出气口连接尾气储罐。

可选的，所述反应器的中部设有若干个取样口，取样口沿反应器主体的高度方向均匀设置，同时沿反应器的圆周方向也均匀分布。

可选的，所述底部圆锥盖上设有底部开口，底部开口通过三通阀分别连接所述进气口和菌液回收口；所述菌液回收口连接菌液回收罐，所述第一液泵的进口连接菌液回收罐。

可选的，所述反应器主体的底部设有进气筛板，进气筛板位于进气口上方，进气筛板上均匀分布若干个贯穿孔。

可选的，所述进气筛板上方设置石英石层，石英石层上方设置石英砂层。

可选的，所述供气模块包括依次连接的第一气泵、氢氧化钠溶液罐、蒸馏水罐和供气管道，第一气泵输入的空气通入氢氧化钠溶液罐以去除空气中的二氧化碳，然后再通入蒸馏水罐以调节湿度，再经过供气管道和进气口输入对应的反应器。

可选的，所述反应器内部沿竖直方向设有若干个水平多孔板，上下相邻的两个水平多孔板的间距与反应器直径之比为1:(5-8)。所述水平多孔板将反应器内的土层分为多个分层，且分层的高度合理，可针对每个分层控制其营养液渗透和充气情况。

进一步可选的，所述水平多孔板上铺设待修复土壤，压实度为0.6-0.65，形成透水层，透水层上方紧贴另一个水平多孔板。

任选的，所述透水层的下方铺设待修复土壤，压实度为0.7-0.75，形成相对隔水层，相对隔水层的土壤中，粒径7-8mm的土壤占比为60-70％，剩余土壤粒径为9-10mm；所述相对隔水层与透水层的厚度之比为1:(3-5)。

可选的，所述反应器的外部设有套层，所述套层为抽气层，抽气层的高度与反应器主体装填有待修复土壤的部分的高度相同，抽气层沿水平方向覆盖反应器主体的一半外表面；

所述抽气层对应每个透水层的位置均设有若干个出气孔，所述出气孔沿反应器的圆周方向排成一行或若干行；

所述抽气层的顶部设有第一抽气口，底部设有第二抽气口，第一抽气口和第二抽气口均通过管路连接第二气泵，由上下两方向进行抽气。

可选的，所述反应器主体的另一半外表面对应每个透水层的位置均设有若干个进气液口，所述进气液口设有过滤网，防止反应器内的土壤通过进气液口离开反应器；同一透水层的进气液口通过管路以并联形式连接对应的文丘里管的出口，文丘里管的第一进口连接第三气泵和压缩空气储罐，第二进口连接第二液泵和菌液回收罐，压缩空气和营养液在文丘里管中充分混合，并经过进气液口喷射进入透水层。

每个透水层对应一个文丘里管、一个第三气泵和一个第二液泵，所有透水层均对应该反应器的菌液回收罐和同一个压缩空气储罐。

本发明针对每层透水层和相对隔水层单独进行供混合气液，一方面设计了所述进气液层，不仅气液混合效果好，而且为每层透水层和相对隔水层同时输入气液混合物，使得反应器上下的透水层和相对隔水层均得到营养液和供气的补充；另一方面设计了所述抽气层，为每层透水层和相对隔水层内补充的营养液和供气提供横向迁移的动力，促进气液在反应器横截面上的扩散。本发明以上述形式为反应器内的土壤提供横向营养液和透气增氧，配合原有的营养液由上至下渗透和供气由下至上增氧，提高反应器整体土壤与营养液、氧气的接触效率，进而提高生物处理效率；而且由下至上的供气为横向迁移的营养液和供气提供向上的作用力，并配合抽气层提供的横向迁移力，提高营养液和供气在水平方向的分布均匀度。所述相对隔水层能够在一定程度上提高上方对应的透水层的保水锁水能力，起到水分涵养的作用，同时，适宜的压实度和土壤粒径配比也允许反应器底部的供气通过，而反应器顶部的营养液的通过稍微受阻但整体是能够通过的。

可选的，所述控制装置包括控制柜、集中控制器、电源和若干个温度传感器，集中控制器和电源设在控制柜内部，控制柜正面设置控制面板，集中控制器连接控制面板，用于显示每个反应器的土壤温湿度；

控制面板下方设置若干个第一液泵控制器、第二液泵控制器、第一气泵控制器、第三气泵控制器和第二气泵控制器，一个反应器的第一液泵通过第一液泵接口连接一个第一液泵控制器，一个反应器的第二液泵通过第二液泵接口连接一个第二液泵控制器；一个反应器的第一气泵通过第一气泵接口连接第一气泵控制器，一个反应器的第三气泵通过第三气泵接口连接第三气泵控制器，一个反应器的第二气泵通过第二气泵接口连接第二气泵控制器；

第一液泵接口、第二液泵接口、第一气泵接口、第三气泵接口和第二气泵接口均设在控制柜背面；第一液泵控制器控制反应器顶部营养液的喷淋时间，第一气泵控制器控制反应器底部供气时间；

第一液泵控制器和第一气泵控制器下方设置第一液泵开关、第二液泵开关、气阀开关和电源开关，一个第一液泵开关对应控制一个第一液泵，一个第二液泵开关对应控制一个第二液泵，一个气阀开关对应控制一个气阀，以此单独控制每个反应器的营养液和空气的供应；电源开关连接电源，控制所述控制装置、第一液泵、第二液泵、第一气泵、第三气泵、第二气泵、温度传感器、湿度传感器的电源供应；

第一液泵开关下方设置液体流量计和气体流量计，一个液体流量计对应控制一个第一液泵或第二液泵，一个气体流量计对应控制一条供气管道；

所述温度传感器和湿度传感器通过传感器接口连接集中控制器，传感器接口设在控制柜背面。

所述修复系统使用的微生物为从待修复土壤中筛选而得的细菌，该细菌的自然生长环境即为待修复土壤，该细菌优选为Achromobacter xylosoxidans，具有良好的多环芳烃降解能力。本发明使用待修复土壤中原生的细菌作为降解微生物，解决了微生物不适应土壤生存环境的问题，有利于细菌在反应器的待修复土壤中快速增殖和代谢，提高降解修复效率。

Achromobacter xylosoxidans细菌的筛选、富集、分离和提纯的方法，包括以下步骤：

(1)以待修复土壤作为菌源，加入灭菌培养基，进行培养；

(2)取培养所得菌液的上清液接种到含有污染物的培养基中，进行驯化，得到富集的降解菌液；

(3)取富集的降解菌液用稀释平板分离法均匀涂布于含有污染物的培养基平板上，继续培养，直至肉眼观察到清晰的菌落长出；

(4)挑取步骤(3)得到的单菌落在含有污染物的培养基平板上继续分离纯化，反复划线，直至得到菌落特征一致的纯菌种。

附图说明

图1为所述修复系统的正面的结构示意图；

图2为所述修复系统的背面的结构示意图；

图3为反应器横截面的结构示意图；

图4为反应器的结构示意图。

附图中，1为反应器，2为进液口，3为法兰，4为顶部圆锥盖，401为底部圆锥盖，5为取样口，6为温度传感器，7为底部开口，8为进气筛板，9为菌液回收罐，10为控制柜，11为电源开关，12为控制面板，13为第一液泵控制器，1301为第一气泵控制器，14为第一液泵开关，1401为气阀开关，15为液体流量计，1501为气体流量计，16为传感器接口，17为第一液泵接口，1701为第一气泵接口，18为第一液泵，19为第一气泵，20为氢氧化钠溶液罐，21为蒸馏水罐，22为供液管道，23为万向轮，24为尾气处理罐，25-水平多孔板，26-相对隔水层，27-透水层，28-进气液口，29-抽气层。

具体实施方式

本实施例提供所述有机复合污染土壤的强化微生物修复系统，如图1-图4所示，包括若干个反应器1、供液模块、供气模块和控制装置，所述反应器1为立式柱式反应器1，反应器1的上部设有若干个喷头，用于喷淋含有微生物的营养液，中部填充待修复土壤，底部设有进气口和菌液回收口，进气口用于通入空气；

所述供液模块包括若干个第一液泵18和若干个液体流量计15，每个第一液泵18通过供液管道22分别连接对应的反应器1的喷头，每个供液管道22上设置一个液体流量计15；

所述供气模块包括第一气泵19和若干个气阀，第一气泵19通过并联的供气管道分别连接反应器1的进气口，每个供气管道上设置一个气阀；

所述控制装置包括集中控制器、电源和若干个温度传感器6，温度传感器6设在反应器1内部，集中控制器连接并控制电源、温度传感器6、第一液泵18、液体流量计15、第一气泵19和气阀。

可选的，所述反应器1为透明材质，例如有机玻璃，便于观测内部的土壤修复情况；反应器1的顶部和底部均为圆锥体，且通过法兰3将顶部圆锥盖4和底部圆锥盖401与中部反应器1主体相固定。

可选的，所述反应器1的顶部圆锥盖4设有进液口2，供液管道22通过进液口2连接喷洒管，喷洒管上设置若干个喷头，用于将第一液泵18输送的含有微生物的营养液以水雾状均匀喷撒到反应器1内部，使得待修复土壤均匀接受所述营养液，微生物随着营养液在疏松填充的土壤内部均匀下渗，均匀分布在土壤中，降解有机污染物，提高修复效率。所述喷头优选为可旋转喷头，调节所述营养液的喷撒方向和范围。

优选的，所述喷洒管为螺旋盘管形式，喷洒管上均匀设置若干个喷头，喷洒管中部连接旋转杆，旋转杆贯穿顶部圆锥盖4并连接反应器1外部的驱动电机，用于驱动喷洒管水平旋转，强化均匀喷洒效果，扩大喷洒范围。

可选的，所述反应器1的顶部圆锥盖4设有出气口，出气口连接尾气处理罐24，尾气处理罐24内部填充吸附材料，例如活性炭；尾气处理罐24优选为透明材质，例如有机玻璃。由于底部开口7供气进行高效增氧时，会造成反应器1内少量与土壤颗粒或土壤有机质结合不牢固的有机污染物随出气口离开反应器1，尾气处理罐24吸附该有机污染物，防止其对环境造成二次污染。

可选的，所述反应器1的中部设有若干个取样口5，取样口5沿反应器1主体的高度方向均匀设置，同时沿反应器1的圆周方向也均匀分布。

在本发明的一个具体实施方式中，反应器1主体从上至下均匀设有四个取样口5，且四个取样口5在水平横截面上两两间隔90°。

可选的，所述反应器1的中部设有若干个温度传感器6和湿度传感器，温度传感器6和湿度传感器均沿反应器1主体的高度方向均匀设置。

可选的，所述底部圆锥盖401上设有底部开口7，底部开口7通过三通阀分别连接所述进气口和菌液回收口，调节三通阀，可以实现分别输入空气和排出菌液；所述菌液回收口连接菌液回收罐9，所述第一液泵18的进口连接菌液回收罐9。当反应器1刚启动时，菌液回收罐9内为新鲜的营养液，第一液泵18将新鲜的营养液泵入进液口2，进行喷撒，当反应器1内的营养液由上至下渗透全部待修复土壤后，从底部开口7流回菌液回收罐9，实现含有微生物的营养液在反应器1和菌液回收罐9之间的循环。菌液回收罐9内的营养液将逐渐由新鲜的营养液变为修复土壤后的菌液，但依然具有活性细菌，依然可以修复土壤，可根据实际需要，向菌液回收罐9中添加新鲜的营养液。

可选的，所述反应器1主体的底部设有进气筛板8，进气筛板8位于进气口上方，进气筛板8上均匀分布若干个贯穿孔，输入的空气经过进气筛板8后在反应器1的横截面上均匀分布，气流平稳均匀地从下至上贯穿疏松填充的土壤，达到高效增氧的效果，为微生物降解有机物的代谢活动提供充足氧气，提高修复效率。

可选的，所述进气筛板8上方设置石英石层，石英石层上方设置石英砂层，既能防止待修复土壤堵塞进气筛板8，影响进气，又能在进气筛板8上方提供一个拟土壤环境，促进进气的整流。石英石层和石英砂层的厚度均为3-10cm。

可选的，所述待修复土壤经过研磨处理后填充在反应器1内，研磨至7-10mm，除去其中的石粒、建筑材料、植物根茎等杂质，在保证土壤颗粒分布均匀的同时又可保持营养液下渗和高效增氧过程的通畅。

优选的，研磨后，向待修复土壤中喷洒一定的无菌水以保持土壤具有一定的水分之后，再投入反应器1中，避免在生物喷淋修复过程中，待修复土壤发生断层；将待修复土壤投入反应器1后，用橡胶材质的锤子敲击反应器1外壁，防止待修复土壤和反应器1壁发生粘连，同时进一步压实待修复土壤，防止修复过程中土壤体积的压缩。

可选的，所述供气模块包括依次连接的第一气泵19、氢氧化钠溶液罐20、蒸馏水罐21和供气管道，第一气泵19输入的空气通入氢氧化钠溶液罐20以去除空气中的二氧化碳，然后再通入蒸馏水罐21以调节湿度，再经过供气管道和进气口输入对应的反应器1。

可选的，所述若干个反应器1和菌液回收罐9设置在支撑架上，支撑架底部设万向轮23和制动装置，便于移动反应器1和菌液回收罐9。

可选的，所述反应器内部沿竖直方向设有若干个水平多孔板25，上下相邻的两个水平多孔板25的间距与反应器直径之比为1:(5-8)。

进一步可选的，所述水平多孔板25上铺设待修复土壤，压实度为0.6-0.65，形成透水层27，透水层27上方紧贴另一个水平多孔板25。

任选的，所述透水层27的下方铺设待修复土壤，压实度为0.7-0.75，形成相对隔水层26，相对隔水层26的土壤中，粒径7-8mm的土壤占比为60-70％，剩余土壤粒径为9-10mm；所述相对隔水层26与透水层27的厚度之比为1:(3-5)。

可选的，所述反应器的外部设有套层，所述套层为抽气层29，抽气层29的高度与反应器主体装填有待修复土壤的部分的高度相同，抽气层29沿水平方向覆盖反应器主体的一半外表面；

所述抽气层29对应每个透水层27的位置均设有若干个出气孔，所述出气孔沿反应器的圆周方向排成一行或若干行；

所述抽气层29的顶部设有第一抽气口，底部设有第二抽气口，第一抽气口和第二抽气口均通过管路连接第二气泵，由上下两方向进行抽气。

可选的，所述反应器主体的另一半外表面对应每个透水层27的位置均设有若干个进气液口28，所述进气液口28设有过滤网，防止反应器1内的土壤通过进气液口28离开反应器1；同一透水层27的进气液口28通过管路以并联形式连接对应的文丘里管的出口，文丘里管的第一进口连接第三气泵和压缩空气储罐，第二进口连接第二液泵和菌液回收罐9，压缩空气和营养液在文丘里管中充分混合，并经过进气液口28喷射进入透水层。

每个透水层27对应一个文丘里管、一个第三气泵和一个第二液泵，所有透水层27均对应该反应器1的菌液回收罐9和同一个压缩空气储罐。

可选的，所述控制装置包括控制柜10、集中控制器、电源和若干个温度传感器6，集中控制器和电源设在控制柜10内部，控制柜10正面设置控制面板12，集中控制器连接控制面板12，用于显示每个反应器1的土壤温湿度；

控制面板12下方设置第一液泵控制器13、第二液泵控制器、第一气泵控制器1301、第三气泵控制器和第二气泵控制器，一个反应器的第一液泵18通过第一液泵接口17连接一个第一液泵控制器13，一个反应器的第二液泵通过第二液泵接口连接一个第二液泵控制器；一个反应器的第一气泵19通过第一气泵接口1701连接第一气泵控制器1301，一个反应器的第三气泵通过第三气泵接口连接第三气泵控制器，一个反应器的第二气泵通过第二气泵接口连接第二气泵控制器；

第一液泵接口17、第二液泵接口、第一气泵接口1701、第三气泵接口和第二气泵接口均设在控制柜10背面；第一液泵控制器13控制反应器顶部营养液的喷淋时间，第一气泵控制器1301控制反应器底部供气时间；

第一液泵控制器13和第一气泵控制器1301下方设置第一液泵开关14、第二液泵开关、气阀开关1401和电源开关11，一个第一液泵开关14对应控制一个第一液泵18，一个第二液泵开关对应控制一个第二液泵，一个气阀开关1401对应控制一个气阀，以此单独控制每个反应器1的营养液和空气的供应；电源开关11连接电源，控制所述控制装置、第一液泵18、第二液泵、第一气泵19、第三气泵、第二气泵、温度传感器6、湿度传感器的电源供应；

第一液泵开关14下方设置液体流量计15和气体流量计1501，一个液体流量计15对应控制一个第一液泵18或第二液泵，一个气体流量计1501对应控制一条供气管道；

所述温度传感器6和湿度传感器通过传感器接口16连接集中控制器，传感器接口16设在控制柜10背面。

第一液泵开关14、气阀开关1401可分别控制营养液的喷淋时间和高效增氧的充气时间，可分为连续式和间歇式两种方式：连续式可控制喷淋和增氧在一段时间内持续进行，间歇式可控制喷淋和增氧的运行时间和间隔时间。

可选的，所述若干个第一液泵18、氢氧化钠溶液罐20和蒸馏水罐21均设在控制柜10下部，便于集中操作。

可选的，所述控制柜10设置有数据拷贝接口，用于拷贝反应器1的温度、湿度数据；控制柜10底部设有万向轮23和制动装置，便于移动。

本发明所述的修复系统，通过向反应器内进行喷淋含有微生物的营养液和高效增氧的方式，并配合反应器内的土壤温湿度传感器实时检测反应柱内土壤的温度、含水率和土壤微生态环境状态，改善反应器内的微生物生长环境，从而达到以污染土壤中的有机污染物作为生长碳源，降解土壤中有机污染物的目的。本发明中营养液从反应器顶部喷淋并渗透穿过土层，底部开口从反应器底部向上注入空气，这种“逆流接触”的混合方式可实现微生物与氧气的充分接触，从而达到微生物对土壤中复合有机污染物的降解增效。同时，所述修复系统还设置了电子操作系统，可在控制面板上实时监测土壤的温湿度，可通过调节营养液流量、增氧气压、处理时间等参数，实现对喷淋营养液和高效增氧的定时定量的操作，大大提高了修复效率。

所述修复系统使用的微生物为从待修复土壤中筛选而得的细菌，该细菌的自然生长环境即为待修复土壤，该细菌优选为Achromobacter xylosoxidans，具有良好的多环芳烃降解能力。本发明使用待修复土壤中原生的细菌作为降解微生物，解决了微生物不适应土壤生存环境的问题，有利于细菌在反应器的待修复土壤中快速增殖和代谢，提高降解修复效率。

Achromobacter xylosoxidans细菌的筛选、富集、分离和提纯的方法，包括以下步骤：

(1)以待修复土壤作为菌源，加入灭菌培养基，进行培养；

(2)取培养所得菌液的上清液接种到含有污染物的培养基中，进行驯化，得到富集的降解菌液；

(3)取富集的降解菌液用稀释平板分离法均匀涂布于含有污染物的培养基平板上，继续培养，直至肉眼观察到清晰的菌落长出；

(4)挑取步骤(3)得到的单菌落在含有污染物的培养基平板上继续分离纯化，反复划线，直至得到菌落特征一致的纯菌种。

所述含有微生物的营养液的配置：将步骤(4)得到的菌接种到牛肉膏蛋白胨液体培养基中，在30℃、180r/min的条件下振荡培养至对数生长期，取菌液于离心管中以6000r/min离心10min，弃去上清液，用灭菌后的无机盐培养基清洗两遍后，再次加入灭菌的无机盐培养基并摇匀，再将菌液稀释至OD600＝0.8，即可得到含有微生物的营养液。所述牛肉膏蛋白胨液体培养基为3.0g·L^-1牛肉膏、10g·L^-1蛋白胨、5.0g·L^-1氯化钠和去离子水，pH为7.0～7.2。

示例性的，以下为Achromobacter xylosoxidans细菌的筛选、富集、分离和提纯的方法：

1、从山西太原某煤化工场地污染土壤得到细菌Achromobacter xylosoxidans；

2、以山西太原煤化工场地土壤作为菌源，称取10g焦化厂土壤，加入100ml灭菌无机盐液体培养基和少量玻璃珠，在30℃，180r/min的摇床中避光震荡3h，静置30min；

灭菌无机盐液体培养基中含有的无机盐为：1.0g·L^-1磷酸二氢钾、0.5g·L^-1磷酸氢二钾、0.5g·L^-1硫酸镁、0.02g·L^-1氯化钙、1.65g·L^-1硫酸铵、0.02g·L^-1氯化铁，pH为7.0～7.2，溶剂为去离子水；

3、取10ml步骤2所得菌液的上清液接种到苯并(a)芘和菲的浓度为均20mg/L的90ml灭菌无机盐液体培养基中，在30℃，180r/min的摇床中避光富集培养，得到富集液；

以5天为一个驯化周期，每5天将10ml富集液依次转接到90mL苯并(a)芘和菲浓度为30、40和50mg/L的新鲜的所述灭菌无机盐液体培养基中，4个周期后得到富集的降解菌液；

4、取1mL富集的降解菌液的菌悬液，用稀释平板分离法均匀涂布于以苯并(a)芘和菲为碳源的无机盐基础培养基平板上，置于30℃恒温培养箱中倒置培养，直至肉眼观察到清晰的菌落长出；

所述无机盐基础培养基平板的组分为1.0g·L^-1磷酸二氢钾、0.5g·L^-1磷酸氢二钾、0.5g·L^-1硫酸镁、0.02g·L^-1氯化钙、1.65g·L^-1硫酸铵、0.02g·L^-1氯化铁、2％琼脂，pH为7.0～7.2，溶剂为去离子水；

5、分别从平板中挑选生长良好、不同形态和颜色的单菌落，做好相应的标记，并挑取单菌落在新的以苯并(a)芘和菲碳源的无机盐基础培养基平板上继续分离纯化，反复划线，直至得到菌落特征一致的纯菌种。

制备例1

本制备例所述的反应器为立式柱式反应器，反应器的上部设有若干个喷头，用于喷淋含有微生物的营养液，中部填充待修复土壤，底部设有进气口和菌液回收口，进气口用于通入空气。反应器为有机玻璃材质，反应器的顶部和底部均为圆锥体，且通过法兰将顶部圆锥盖和底部圆锥盖与中部反应器主体相固定。

所述反应器的顶部圆锥盖设有进液口，供液管道通过进液口连接喷洒管，喷洒管为螺旋盘管形式，喷洒管上均匀设置20个喷头，喷洒管中部连接旋转杆，旋转杆贯穿顶部圆锥盖并连接反应器外部的驱动电机，用于驱动喷洒管水平旋转，强化均匀喷洒效果，扩大喷洒范围。

所述反应器的顶部圆锥盖设有出气口，出气口连接尾气处理罐。所述反应器的中部设有取样口，分别在高度为三层不同的高度水平面每间隔90°设置4个取样口，并在每层取样高度设置1个温度传感器和1个湿度传感器。

所述出气口与尾气处理罐之间的管路上设有气体流量计，实时监测由出气口输出的气体流量，并可以测量其中的氧气含量，用于判断由底部开口进入的气体是否能到达反应器顶部，保证反应器整体的高效增氧效果。

所述底部圆锥盖上设有底部开口，底部开口通过三通阀分别连接所述进气口和菌液回收口；所述菌液回收口连接菌液回收罐。

所述反应器主体的底部设有进气筛板，进气筛板位于进气口上方，进气筛板上均匀分布密集的贯穿孔。进气筛板上方设置石英石层，石英石层上方设置石英砂层，石英石层和石英砂层的厚度均为3cm。

待修复土壤经过研磨处理后填充在反应器内，除去其中的石粒、建筑材料、植物根茎等杂质。

制备例2

本制备例所述的反应器与制备例1相同，区别在于，所述反应器内部沿竖直方向设有四个水平多孔板，上下相邻的两个水平多孔板的间距与反应器直径之比为1:5。

所述水平多孔板上铺设待修复土壤，压实度为0.65，形成透水层，最上面的透水层与喷头相距0.3m，然后下面的透水层的上方紧贴上方相邻的水平多孔板。

所述反应器的外部设有套层，所述套层为抽气层，抽气层的高度与反应器主体装填有待修复土壤的部分的高度相同，抽气层沿水平方向覆盖反应器主体的一半外表面；

所述抽气层对应每个透水层的位置均设有若干个出气孔，所述出气孔沿反应器的圆周方向排成一行或若干行；

所述抽气层的顶部设有第一抽气口，底部设有第二抽气口，第一抽气口和第二抽气口均通过管路连接第二气泵，由上下两方向进行抽气。

所述反应器主体的另一半外表面对应每个透水层的位置均设有若干个进气液口，所述进气液口设有过滤网，防止反应器内的土壤通过进气液口离开反应器；同一透水层的进气液口通过管路以并联形式连接对应的文丘里管的出口，文丘里管的第一进口连接第三气泵和压缩空气储罐，第二进口连接第二液泵和菌液回收罐，压缩空气和营养液在文丘里管中充分混合，并经过进气液口喷射进入透水层。

每个透水层对应一个文丘里管、一个第三气泵和一个第二液泵，所有透水层均对应该反应器的菌液回收罐和同一个压缩空气储罐。

制备例3

本制备例所述的反应器与制备例2相同，区别在于，透水层的压实度为0.6。

制备例4

本制备例所述的反应器与制备例2相同，区别在于，透水层的压实度为0.7。

制备例5

本制备例所述的反应器与制备例3相同，区别在于，透水层的下方铺设待修复土壤，压实度为0.75，形成相对隔水层，相对隔水层的土壤中，粒径7-8mm的土壤占比为70％，剩余土壤粒径为9-10mm，相对隔水层与透水层的厚度之比为1:3。

制备例6

本制备例所述的反应器与制备例5相同，区别在于，相对隔水层的压实度为0.7。

制备例7

本制备例所述的反应器与制备例5相同，区别在于，相对隔水层的压实度为0.8。

制备例8

本制备例所述的反应器与制备例6相同，区别在于，相对隔水层的待修复土壤中粒径7-8mm的土壤占比为60％。

制备例9

本制备例所述的反应器与制备例6相同，区别在于，相对隔水层的待修复土壤中粒径7-8mm的土壤占比为75％。

制备例10

本制备例所述的反应器与制备例8相同，区别在于，相对隔水层与透水层的厚度之比为1:5。

制备例11

本制备例所述的反应器与制备例8相同，区别在于，相对隔水层与透水层的厚度之比为1:2。

表1制备例1-11的效果比较

由上表可知，本发明所述的反应器通过结构改进，将反应器内部的待修复土壤分层，并提供每个分层的横向供液供气，配合原有的纵向供液供气，在反应器内部形成横纵交错的供液和供气系统，使得待修复土壤整体与营养液、供气充分接触，提高生化处理效率。而且通过实时监测出气口与尾气处理罐之间的气体流量计以及出气的氧气含量，所有制备例均能保证由底部开口进入的气体到达反应器顶部，保证反应器整体的高效增氧效果。

Claims (10)

1.一种有机复合污染土壤的强化微生物修复系统，其特征在于，包括若干个反应器、供液模块、供气模块和控制装置，所述反应器为立式柱式反应器，反应器的上部设有若干个喷头，用于喷淋含有微生物的营养液，中部填充待修复土壤，底部设有进气口和菌液回收口，进气口用于通入空气；

所述供液模块包括若干个第一液泵和若干个液体流量计，每个第一液泵通过供液管道分别连接对应的反应器的喷头，每个供液管道上设置一个液体流量计；

所述供气模块包括第一气泵和若干个气阀，第一气泵通过并联的供气管道分别连接反应器的进气口，每个供气管道上设置一个气阀；

所述控制装置包括集中控制器、电源和若干个温湿度传感器，温湿度传感器设在反应器内部，可实时监测反应器内土壤的温湿度，集中控制器连接并控制电源、温度传感器、第一液泵、液体流量计、第一气泵和气阀。

2.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述反应器内部沿竖直方向设有若干个水平多孔板，上下相邻的两个水平多孔板的间距与反应器直径之比为1:(5-8)。

3.根据权利要求2所述的修复系统，其特征在于，所述水平多孔板上铺设待修复土壤，压实度为0.6-0.65，形成透水层。

4.根据权利要求3所述的修复系统，其特征在于，所述反应器的外部设有套层，所述套层为抽气层，抽气层的高度与反应器主体装填有待修复土壤的部分的高度相同，抽气层沿水平方向覆盖反应器主体的一半外表面；

所述抽气层对应每个透水层的位置均设有若干个出气孔，所述出气孔沿反应器的圆周方向排成一行或若干行；

所述抽气层的顶部设有第一抽气口，底部设有第二抽气口，第一抽气口和第二抽气口均通过管路连接第二气泵，由上下两方向进行抽气。

5.根据权利要求4所述的修复系统，其特征在于，所述反应器主体的另一半外表面对应每个透水层的位置均设有若干个进气液口，所述进气液口设有过滤网，防止反应器内的土壤通过进气液口离开反应器；同一透水层的进气液口通过管路以并联形式连接对应的文丘里管的出口，文丘里管的第一进口连接第三气泵和压缩空气储罐，第二进口连接第二液泵和菌液回收罐，压缩空气和营养液在文丘里管中充分混合，并经过进气液口喷射进入透水层。

6.根据权利要求5所述的修复系统，其特征在于，所述透水层的下方铺设待修复土壤，压实度为0.7-0.75，形成相对隔水层，相对隔水层的土壤中，粒径7-8mm的土壤占比为60-70％，剩余土壤粒径为9-10mm；所述相对隔水层与透水层的厚度之比为1:(3-5)。

7.根据权利要求1所述的修复系统，其特征在于，所述反应器的顶部和底部均为圆锥体，且通过法兰将顶部圆锥盖和底部圆锥盖与中部反应器主体相固定；

所述反应器的顶部圆锥盖设有进液口，供液管道通过进液口连接喷洒管，喷洒管上设置喷淋喷头，用于第一液泵输送多环芳烃降解菌液均匀喷撒到反应器内部；

所述反应器的顶部圆锥盖设有出气口，出气口连接尾气储罐。

8.根据权利要求6所述的修复系统，其特征在于，所述反应器的中部设有若干个取样口；

所述底部圆锥盖上设有底部开口，底部开口通过三通阀分别连接所述进气口和菌液回收口；

所述菌液回收口连接菌液回收罐，所述第一液泵的进口连接菌液回收罐。

9.根据权利要求1-8任一项所述的修复系统，其特征在于，所述控制装置包括控制柜、集中控制器、电源和若干个温度传感器，集中控制器和电源设在控制柜内部，控制柜正面设置控制面板，集中控制器连接控制面板，用于显示每个反应器的土壤温湿度；

控制面板下方设置若干个第一液泵控制器、第二液泵控制器、第一气泵控制器、第三气泵控制器和第二气泵控制器，一个反应器的第一液泵通过第一液泵接口连接一个第一液泵控制器，一个反应器的第二液泵通过第二液泵接口连接一个第二液泵控制器；一个反应器的第一气泵通过第一气泵接口连接第一气泵控制器，一个反应器的第三气泵通过第三气泵接口连接第三气泵控制器，一个反应器的第二气泵通过第二气泵接口连接第二气泵控制器。

10.根据权利要求9所述的修复系统，其特征在于，所述修复系统使用的微生物为从待修复土壤中筛选而得的细菌，该细菌为Achromobacter xylosoxidans；Achromobacterxylosoxidans细菌的筛选、富集、分离和提纯的方法，包括以下步骤：

(1)以待修复土壤作为菌源，加入灭菌培养基，进行培养；

(2)取培养所得菌液的上清液接种到含有污染物的培养基中，进行驯化，得到富集的降解菌液；

(3)取富集的降解菌液用稀释平板分离法均匀涂布于含有污染物的培养基平板上，继续培养，直至肉眼观察到清晰的菌落长出；

(4)挑取步骤(3)得到的单菌落在含有污染物的培养基平板上继续分离纯化，反复划线，直至得到菌落特征一致的纯菌种。

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