CN115301719A - 一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法 - Google Patents

一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法,其主要步骤为:使用受污染场地样品接种,将磁性树脂作为生物载体进行微生物挂膜,形成“生物磁性树脂”;在生物磁性树脂中负载碳源,形成“载有碳源的生物磁性树脂”;将“载有碳源的生物磁性树脂”装入柱形反应器,该反应器通过表面的孔与土壤通过液体进行物质传输;将反应器埋入受污染场地土壤中,通过滴灌、喷淋或利用降雨维持反应器中填料的润湿性,即可实现有机污染场地的修复。本发明使用磁性树脂,其表面可负载大量微生物,提高微生物量;磁性树脂结构内部可通过离子交换、吸附等作用,负载大量碳源。本发明进行原位修复,显著降低了处理成本。

Description

一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法
技术领域
本发明属于生态修复技术领域,更具体地说,涉及一种生物磁性树脂体系的土壤修复方法。
背景技术
环境中有机污染物的降解主要是通过微生物实现的。目前,利用微生物处理废水和土壤中的有机污染物在全球范围已经十分广泛。而利用材料,通过微生物在材料表面或孔道中生长、并形成生物膜的方法,是一种常见的微生物固定手段,在废水处理中,也有着较为广泛的应用。该过程一般将生物填料以一定方式置于需要处理的废水或其他环境场景中进行处理。将微生物制备成菌剂,在使用时将菌剂与土壤混合,是土壤微生物修复的常见方法。这种方法处理效果好,但将菌剂与大量土壤混合,其成本较高。
目前,在水处理领域,生物挂膜材料的使用较为广泛。有众多文献和专利报道生物挂膜材料或者生物填料的制作方法,主要有以下组分构成:聚氨酯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯醇等聚合物,活性炭、磁粉、陶粒、砂砾、凹凸棒以及各类生物基材料。但挂膜材料主要应用于水处理,在土壤修复中较难应用。专利(申请号201410021333.2)公开了一种土壤修复方法及用于该土壤修复方法的生物制剂、制备方法及用途,公开了其四种菌属及其比例。专利(申请号201710887324.5)公开了一种利用农作物秸秆和生物碳制作的土壤修复剂,利用玉米秸秆和生物碳进行堆肥后,添加微生物菌剂制作而成;专利(申请号202010740944.8)公开了一种生物法土壤修复系统及土壤修复方法,包括土壤修复恒温室、土壤修复生物培养基、土壤修复环境改善单元和土壤修复环境气体处理单元。申请号为201410021333.2的文件公开了阴离子交换树脂可通过离子交换作用吸附、富集有机酸,而有机酸可为微生物提供优质碳源。而且阴离子交换树脂亦可作为微生物的载体,但阴离子交换树脂作为一种聚合物材料,无法与土壤混合掺杂使用。因此,开发一种高效的生物阴离子交换树脂土壤修复方法,是解决土壤修复的途径之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题:
受有机污染的土壤,由于微生物数量少,污染物迁移慢,导致其修复过程极为缓慢。而清洗土壤、或加热焚烧的方式成本极高。为解决现有微生物量不足、污染物迁移慢的问题,本发明提供了一种基于生物磁性树脂的有机污染场地的修复方法,可以利用磁性树脂负载微生物和碳源,在滴灌、喷淋或利用降雨的情况下,利用生物磁性树脂对污染物的高效降解,实现污染场地的修复。
本发明采用的技术方案如下:
一种基于生物磁性树脂的污染场地修复方法,其特征在于该方法为:
(1)从污染场地选取受污染土壤样品,加入样品质量0.3~30倍的水混合,再向该混合体系中加入与水的质量比为1:0.1~1:1的磁性树脂,并向体系中补充常见碳源中的一种或几种,于15~40oC下培养出微生物挂膜的磁性树脂,即“生物磁性树脂”;
进一步的,步骤(1)中所述的磁性树脂,是指丙烯酸系磁性强碱阴离子交换树脂或苯乙烯系磁性强碱阴离子交换树脂。磁性无机颗粒指四氧化三铁、三氧化二铁、零价铁、零价钴及钴氧化物。
(2)使用筛分、离心或磁分离的方式将步骤(1)中的生物磁性树脂分离,加入与步骤(1)中相同比例的受污染土壤、水、以及碳源,并于15~40oC下持续培养;优选为25~40oC;
(3)重复步骤(2)5~100次,得到性能稳定的生物磁性树脂。
(4)将生物磁性树脂与乳酸、乙酸或任意实际生化体系中发酵、水解的有机酸水溶液中的一种或几种混合0.1~5小时后,形成载有碳源的生物磁性树脂;
(5)将步骤(4)中的载有碳源的生物磁性树脂装入柱状反应器中,该反应器直径为2~50厘米,高度为5~150厘米,其柱表面开孔,孔的有效直径为20~500微米;
(6)将受污染土壤区域进行网格布点,每1-10平米均匀分布1~10个点位,每个点位埋入步骤(5)中提到柱状反应器,反应器中装有载有碳源的生物磁性树脂;
(7)利用雨水或采用喷淋、滴灌的方法,使该区域土壤保持一定湿润性,以保障反应器中的液面高于其中的填料;保持一定时间后,即可实现有机污染场地的修复。
所述碳源为葡萄糖、乳酸盐、乳酸、乙酸盐、乙酸、甲醇或任意实际生化体系中发酵、水解的有机酸。
本发明的有益效果在于:
(1)使用磁性树脂,其表面可负载大量微生物,提高微生物量;同时,磁性树脂结构内部可通过离子交换、吸附等作用,负载大量碳源。且该碳源可根据使用情况向反应器中进行补充。
(2)本发明进行原位修复,显著降低处理成本;
(3)本发明不添加化学药剂,过程绿色,修复后的磁性树脂可回收再利用,并不进入环境中。
具体实施方式
实施例1:
某受石油烃污染土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品100g,加入30kg水和3kg磁性树脂,向体系中加入过量葡萄糖作为碳源。于15oC下培养7天后,利用磁铁分离出生物磁性树脂,去除掉水和土壤。将生物磁性树脂转入放大培养器反应釜中,增加30 kg磁性树脂,300 kg水、以及过量葡萄糖,持续培养,3天后,分离出生物磁性树脂,更换水和葡萄糖。重复更换5次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合0.1小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为2厘米,高度为5厘米,反应器表面孔径为20微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置10个。采用滴灌的方式保持土壤中的水分,2.5个月后,土壤中的石油烃浓度由4~5 μg/kg降低至1 μg/kg以下。
实施例2:
某有机氯农药生产工厂土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品5kg,加入1.5kg水和1.5kg磁性树脂,向体系中加入过量乳酸钠作为碳源。于40oC下培养5天后,利用磁铁分离出生物磁性树脂,去除掉水和土壤。将生物磁性树脂转入放大培养器反应釜中,增加10 kg磁性树脂,8 kg水、以及过量葡萄糖,持续培养,5天后,分离出生物磁性树脂,更换水和葡萄糖。重复更换100次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合5小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为20厘米,高度为100厘米,反应器表面孔径为100微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置6个。采用滴灌的方式保持土壤中的水分,6个月后,土壤中的有机氯浓度由15 μg/kg降低至2μg/kg以下。
实施例3:
某受石油烃污染土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品10kg,加入100kg水和20kg磁性树脂,向体系中加入过量乙酸钠作为碳源。于20oC下培养5天后,利用磁铁分离出生物磁性树脂,去除掉水和土壤。将生物磁性树脂转入放大培养器反应釜中,增加50 kg磁性树脂,500 kg水、以及过量乙酸钠,持续培养,1天后,分离出生物磁性树脂,更换水和乙酸钠。重复更换80次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合3小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为50厘米,高度为150厘米,反应器表面孔径为200微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置4个。采用喷淋的方式保持土壤中的水分,4个月后,土壤中的石油烃浓度由8μg/kg降低至1 μg/kg以下。
实施例4:
某受石油烃污染土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品10kg,加入200kg水和200kg磁性树脂,向体系中加入过量污泥发酵液作为碳源。于30oC下培养3天后,利用磁铁分离出生物磁性树脂,去除掉水和土壤。将生物磁性树脂转入放大培养器反应釜中,增加300 kg水、以及过量乳酸,持续培养,1天后,分离出生物磁性树脂,更换水和乳酸。重复更换5次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合2小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为35厘米,高度为120厘米,反应器表面孔径为400微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置2个。采用间歇滴灌和利用降雨的方式保持土壤中的水分,9个月后,土壤中的石油烃浓度由12μg/kg降低至1 μg/kg以下。
实施例5:
某受石油烃污染土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品1kg,加入0.5kg水和0.5kg磁性树脂,向体系中加入过量水解后的污水作为碳源。于35oC下培养3天后,分离出生物磁性树脂,转入放大培养器反应釜中,增加50 kg磁性树脂,100 kg水、以及过量乙酸,持续培养1天后,分离出生物磁性树脂,更换水和乙酸。重复更换60次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合2.5小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为15厘米,高度为50厘米,反应器表面孔径为300微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置3个。采用喷淋方式保持土壤中的水分,4个月后,土壤中的石油烃浓度由6μg/kg降低至1 μg/kg以下。
实施例6:
某受石油烃污染土壤场地的修复。从该污染场地中取土壤样品2kg,加入10kg水和2kg磁性树脂,向体系中加入过量甲醇作为碳源。于18oC下培养10天后,利用磁铁分离出生物磁性树脂。将生物磁性树脂转入放大培养器反应釜中,增加20 kg磁性树脂,30 kg水、以及过量乳酸,持续培养,3天后,分离出生物磁性树脂,更换水和乳酸。重复更换60次后。将生物磁性树脂与乳酸水溶液混合0.5小时后,分离出生物磁性树脂。并装入到反应器中。反应器直径为25厘米,高度为90厘米,反应器表面孔径为100微米。将装有以上生物磁性树脂的反应器放入场地中,每平米放置1个。采用滴灌的方式保持土壤中的水分,3个月后,土壤中的石油烃浓度由4~5 μg/kg降低至1 μg/kg以下。
本发明涉及的其它未说明部分与现有技术相同。

Claims (4)

1.一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法,其特征在于该方法为:
(1)从污染场地选取受污染土壤样品,加入样品质量0.3~30倍的水混合,再向该混合体系中加入与水的质量比为1:0.1~1:1的磁性树脂,并向体系中补充常见碳源中的一种或几种,于15~40oC下培养出微生物挂膜的磁性树脂,即“生物磁性树脂”;
(2)使用筛分、离心或磁分离的方式将步骤(1)中的生物磁性树脂分离,加入与步骤(1)中相同比例的磁性树脂、受污染土壤、水、以及碳源,并于15~40oC下持续培养;
(3)重复步骤(2)5~100次,得到性能稳定的生物磁性树脂;
(4)将上一步骤得到的生物磁性树脂与乳酸、乙酸或任意实际生化体系中发酵、水解的有机酸水溶液中的一种或几种混合0.1~5小时后,形成载有碳源的生物磁性树脂;
(5)将步骤(4)中的载有碳源的生物磁性树脂装入柱状反应器中,该反应器直径为2~50厘米,高度为5~150厘米,其柱表面开孔,孔的有效直径为20~500微米;
(6)将受污染土壤区域进行网格布点,每1-10平米均匀分布1~10个点位,每个点位埋入步骤(5)中提到柱状反应器,反应器中装有载有碳源的生物磁性树脂;
(7)利用雨水或采用喷淋、滴灌,使该区域土壤保持一定湿润性,以保障反应器中的液面高于其中的填料;保持一定时间后,即可实现有机污染场地的修复。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法,其特征在于:所述步骤(1)中的磁性树脂,为树脂中包覆有磁性无机颗粒的丙烯酸系磁性强碱阴离子交换树脂或苯乙烯系磁性强碱阴离子交换树脂。
3.根据权利要求2所述的一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法,其特征在于:所述磁性无机颗粒指四氧化三铁、三氧化二铁、零价铁、零价钴或钴氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物磁性树脂的有机污染场地修复方法,其特征在于:所述碳源为葡萄糖、乳酸盐、乳酸、乙酸盐、乙酸、甲醇或任意实际生化体系中发酵、水解的有机酸。
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