多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)及模擬試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)及模擬試驗方法。該系統(tǒng)包括依次連接的供水裝置、噴淋系統(tǒng)、植物處理槽、液體緩沖槽和液體回收瓶，噴淋系統(tǒng)由若干噴頭和與之相連的供水管網(wǎng)組成，噴頭置于植物處理槽中；植物處理槽通過多孔布水隔板與液體緩沖槽連通；植物處理槽內(nèi)種植高效修復(fù)植物，并安裝若干藥劑投加井和土壤氣體監(jiān)測井；植物處理槽側(cè)壁設(shè)有土壤取樣孔。該方法包括配制營養(yǎng)液、裝填污染土壤介質(zhì)、穩(wěn)定系統(tǒng)、種植修復(fù)植物、模擬各種措施強(qiáng)化植物修復(fù)的過程。本發(fā)明設(shè)計靈活、操作簡便、可控性強(qiáng)、成本低廉且無二次污染，有助于植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的強(qiáng)化措施研發(fā)及作用機(jī)制探討，具有較高的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)及模擬試驗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污染土壤治理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)及模擬試驗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多環(huán)芳烴是一類在土壤中普遍存在的持久性有機(jī)污染物，主要來源于煤和石油等化石燃料的不完全燃燒或高溫裂解，其毒性較大，能產(chǎn)生致癌、致畸、致突變作用，會對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成嚴(yán)重的危害。在我國，土壤的多環(huán)芳烴污染已相當(dāng)嚴(yán)重，多環(huán)芳烴濃度已從μ g/kg上升到mg/kg，檢出率從20%增加到80%，且農(nóng)產(chǎn)品中的檢出率也已達(dá)到20%。同時，土壤多環(huán)芳烴污染具有長期性、隱蔽性、不可逆性、及不能完全被降解的特點，其危害嚴(yán)重、治理困難，因此，研究有針對性的污染控制手段和修復(fù)技術(shù)來解決土壤多環(huán)芳烴污染問題對當(dāng)前全球性環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
[0003]傳統(tǒng)的多環(huán)芳烴污染土壤修復(fù)技術(shù)包括客土法、熱解吸和焚燒等物理方法及淋洗法、吸附法和氧化法等化學(xué)方法，但上述方法的費用高、操作復(fù)雜、易造成二次污染。植物修復(fù)是指利用植物及其根際圈微生物體系的物理、化學(xué)或生物過程來吸收、揮發(fā)、轉(zhuǎn)化、降解或固定土壤中的多環(huán)芳烴，以達(dá)到凈化土壤的目的。除了具有傳統(tǒng)生物修復(fù)的優(yōu)勢之外，植物修復(fù)操作簡便、成本低、持效長、環(huán)境友好、易于被公眾接受。因此，近10年來，該技術(shù)已成為土壤多環(huán)芳烴污染修復(fù)領(lǐng)域新的熱點和前沿。
[0004]由于現(xiàn)場污染土壤的大規(guī)模植物修復(fù)易受各種環(huán)境條件和人為因素的影響，有關(guān)植物修復(fù)機(jī)制或強(qiáng)化措施的研究一般在室內(nèi)模擬環(huán)境中開展。目前常用的模擬方法主要為盆栽試驗或人工濕地(浮床)試驗，但這些方法在試驗尺度、污染介質(zhì)和系統(tǒng)完善性等方面均存在著不足，所得結(jié)果無法在實際污染場地中完全重現(xiàn)。因此，有必要建立一種能夠較為準(zhǔn)確反映實際污染場地條件的室內(nèi)植物修復(fù)模擬系統(tǒng)和方法，為探討植物修復(fù)機(jī)制，研發(fā)聞效強(qiáng)化措施提供有力的試驗保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種尺度適宜，結(jié)構(gòu)完善，可控性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確反映實際污染土壤植物修復(fù)過程的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)和模擬試驗方法，其可用于植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的作用機(jī)制探討及高效強(qiáng)化措施研發(fā)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，它包括依次連接的供水裝置、噴淋系統(tǒng)、植物處理槽、液體緩沖槽和液體回收瓶，供水裝置由無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶并聯(lián)后與蠕動泵串連組成；噴淋系統(tǒng)由若干噴頭和與之相連的不銹鋼供水管網(wǎng)組成，不銹鋼供水管網(wǎng)由一根供水總管和若干根供水支管組成，若干根供水支管以并聯(lián)的方式與供水總管相連；供水總管通過輸水軟管與供水裝置相連，若干根供水支管帶有閥門并與各噴頭相連，各噴頭直接置于植物處理槽中；植物處理槽出水側(cè)面通過多孔布水隔板與液體緩沖槽連通，緩沖槽外側(cè)底部設(shè)有一個帶閥門的排水孔，通過輸水軟管和流量計連接到液體回收瓶；植物處理槽內(nèi)裝填攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤，并按一定間隔種植高效修復(fù)植物；每株植物附近設(shè)置一口強(qiáng)化藥劑投加井和土壤氣體監(jiān)測井，并在處理槽一面?zhèn)缺谏喜亢拖虏块_設(shè)若干土壤取樣孔，各取樣孔長度方向位置與植物種植位置一致；各個氣體監(jiān)測井與多參數(shù)氣體分析儀相連。
[0008]上述模擬試驗系統(tǒng)的優(yōu)化方案:在無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶并聯(lián)之后蠕動泵之前，還連接有微納米氣泡發(fā)生器；所述噴頭為微納米氣泡噴頭。噴頭底部位于污染土壤層的中部，投加井管底部位于污染土壤層的下部。
[0009]利用上述多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)進(jìn)行的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗方法如下:
[0010](一)分別配制C:N:P為100:10:1?200:2:1(質(zhì)量比)的無機(jī)營養(yǎng)液和15?300mgC/L的有機(jī)碳源(如葡萄糖、乳酸鈉等)溶液于無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶中；
[0011](二)將攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤裝入植物處理槽中，每裝填3?6cm高度進(jìn)行鋪平、夯實；之后在污染土壤層上填一層2?IOcm厚干凈土壤；在裝填土壤的同時，將藥劑投加井、氣體監(jiān)測井和噴頭按一定排列埋入槽體土壤中；投加井管按一定間距縱向均勻分布，各管位于橫向中點；監(jiān)測井和噴頭埋于投加井附近，兩者的數(shù)量和分布方式與投加井相同；噴頭底部位于污染土壤層的中部，投加井管底部位于污染土壤層的下部；
[0012](三)裝填完畢后，利用蠕動泵將無機(jī)營養(yǎng)液和有機(jī)碳源通過噴淋系統(tǒng)加入污染土壤中，并通過供水支管閥門對流量進(jìn)行控制，使土壤絕對含水量保持在10?30%左右；運(yùn)行上述系統(tǒng)I?2周，使土壤中無機(jī)元素、有機(jī)質(zhì)和含水率等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定；
[0013](四)系統(tǒng)穩(wěn)定后，分別在每口投加井前方附近種植高效修復(fù)植物幼苗(可選擇黑麥草、三葉草、芹菜、玉米等)，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗I?2周，使其適應(yīng)污染土壤環(huán)境;
[0014](五)植物正常生長后，根據(jù)具體實驗?zāi)康?如研究根際微生物的生理生態(tài)變化、判斷修復(fù)藥劑和微納米氣泡的強(qiáng)化效果等)，開始利用上述系統(tǒng)模擬植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的過程；模擬系統(tǒng)運(yùn)行期間，維持土壤含水率穩(wěn)定，溫度15?30°C，運(yùn)行時間42?90天；每隔3?15天用小型土壤取樣桿從各取樣孔中采集土壤10?30g，分析其中多環(huán)芳烴濃度、C:N:P (質(zhì)量比)、總有機(jī)碳含量以及微生物數(shù)量和群落多樣性，并用多參數(shù)氣體分析儀測定監(jiān)測井中C02、02和CH4含量；系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，分別測定植物地上和地下部分生物量(干重)及其中多環(huán)芳烴含量；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若緩沖槽中土壤滲濾液過多，則及時排入液體回收瓶中進(jìn)行回收處理；
[0015](六)利用上述數(shù)據(jù)，并與不使用強(qiáng)化措施的對照處理比較，以分析各種方法對植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的強(qiáng)化效果，篩選高效強(qiáng)化措施，并探討其作用機(jī)制。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0018](I)本發(fā)明借鑒人工濕地修復(fù)技術(shù)，以實際污染土壤作為試驗介質(zhì)，在合適的試驗尺度下，通過控制相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，構(gòu)建了一種能夠準(zhǔn)確實際污染場地條件的室內(nèi)植物修復(fù)模擬系統(tǒng)。
[0019](2)本發(fā)明在上述模擬系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可考察添加表面活性劑、注入微納米氧氣泡、混合種植高效修復(fù)植物等多種方法對植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的強(qiáng)化效果，從而有助于植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的高效強(qiáng)化措施研發(fā)及其作用機(jī)制探討。
[0020](3)本發(fā)明設(shè)計靈活，操作簡便，過程可控性強(qiáng)，維護(hù)管理容易，運(yùn)行成本低廉且無二次污染，具有較高的推廣使用價值。
[0021](4)本發(fā)明的模擬試驗裝置和方法并不只局限于模擬多環(huán)芳烴污染土壤的植物修復(fù)過程，也可用于其它土壤有機(jī)污染物(多氯聯(lián)苯、五氯苯酚、三硝基甲苯等)的植物修復(fù)強(qiáng)化治理措施和作用機(jī)制研究。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是圖1模擬試驗系統(tǒng)的俯視圖；
[0024]圖3是本發(fā)明中多孔布水隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明中藥劑投加井的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]附圖中的標(biāo)號分別為:1、無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶，2、有機(jī)碳源儲液瓶，3、微納米氣泡發(fā)生器，4、蠕動泵，5、供水總管，6、供水支管，7、土壤取樣孔，8、藥劑投加井，9、高效修復(fù)植物，
10、氣體監(jiān)測井，11、微納米氣泡噴頭，12、污染土壤介質(zhì)，13、植物處理槽，14、多孔布水隔板，15、液體緩沖槽，16、帶閥門的排水孔，17、液體流量計，18、液體回收瓶，19、多參數(shù)氣體分析儀，20、帶橡膠塞的螺口蓋。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0028]本發(fā)明實施例一種多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，主要包括供水裝置、噴淋系統(tǒng)、植物處理槽、液體緩沖槽和液體回收瓶，并且五者依次連接。供水裝置由無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶1、有機(jī)碳源儲液瓶2并聯(lián)后與微納米氣泡發(fā)生器3、蠕動泵4順序相連組成；噴淋系統(tǒng)由若干微納米氣泡噴頭11和與之相連的不銹鋼供水管網(wǎng)組成，不銹鋼供水管網(wǎng)由一根供水總管5和若干根供水支管6組成，若干根供水支管以并聯(lián)的方式與供水總管相連；供水總管通過輸水軟管與供水裝置相連，若干根供水支管帶有閥門并與各噴頭相連，各噴頭直接置于植物處理槽13中；植物處理槽出水側(cè)面通過多孔布水隔板14與液體緩沖槽15連通，液體緩沖槽外側(cè)底部設(shè)有一個帶閥門的排水孔16，通過輸水軟管和液體流量計17連接到液體回收瓶18 ;植物處理槽內(nèi)裝填攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤介質(zhì)12，并按一定間隔種植高效修復(fù)植物9 ;每株植物附近設(shè)置一 口藥劑投加井8和氣體監(jiān)測井10，并在處理槽一面?zhèn)缺谏喜亢拖虏块_設(shè)若干土壤取樣孔7，各取樣孔長度方向位置與植物種植位置—致。
[0029]植物處理槽和液體緩沖槽均為長方體，均由有機(jī)玻璃板做成,板厚為1.5cm ;植物處理槽尺寸為180X80X68cm (長X寬X高)，液體緩沖槽尺寸為15X80X68cm (長X寬X高)；多孔布水隔板厚度為1.5cm,孔直徑為0.5cm,孔間距為Icm,多孔布水隔板兩側(cè)包裹60 μ m不銹鋼絲網(wǎng)以防止土壤堵住布水孔；植物處理槽側(cè)壁取樣孔直徑為1.5cm,上取樣孔距處理槽頂部20cm，下取樣孔距處理槽底部20cm ;供水總管直徑為5cm，供水支管直徑為1.5cm ;藥劑投加井為多孔不銹鋼管,直徑為3cm,長度為60cm,孔直徑為0.5cm,孔間距為1cm，藥劑投加井底部密封，頂部設(shè)有帶橡膠塞的螺口蓋20 ;氣體監(jiān)測井為不銹鋼管，直徑為1.2cm,長度為60cm,底部開有一圈直徑為0.2cm的小孔,監(jiān)測井頂部通過軟管與帶有循環(huán)泵的多參數(shù)氣體分析儀19相連，以測定土壤氣體中C02、02和CH4含量。所述投加井和監(jiān)測井開孔部分包裹60 μ m不銹鋼絲網(wǎng)。
[0030]利用上述多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)進(jìn)行的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗方法如下:
[0031](一)分別配制C:N:P為100:10:1?200:2:1(質(zhì)量比)的無機(jī)營養(yǎng)液和15?300mgC/L的有機(jī)碳源(如葡萄糖、乳酸鈉等)溶液于無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶中。
[0032](二)將攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤裝入植物處理槽中，每裝填3?6cm高度進(jìn)行鋪平、夯實，污染土壤層總厚度為30?60cm ;之后在污染土壤層上填一層2?IOcm厚干凈土壤以減少多環(huán)芳烴的揮發(fā)損失。在裝填土壤的同時，將藥劑投加井、氣體監(jiān)測井和供水噴頭按一定排列埋入槽體土壤中。投加井管共2?8根，縱向(長度方向)均勻分布，間距為20?60cm，各管位于橫向(寬度方向)中點，管底距處理槽底部2?20cm ;監(jiān)測井和噴頭埋于投加井附近，兩者的數(shù)量和分布方式與投加井相同，但噴頭底部距處理槽底部20?40cm。2?8根供水支管以并聯(lián)的方式與供水總管相連。
[0033](三)裝填完畢后，利用蠕動泵將無機(jī)營養(yǎng)液和有機(jī)碳源通過噴淋系統(tǒng)加入污染土壤中，并通過供水支管閥門對流量進(jìn)行控制，使土壤絕對含水量保持在10?30%左右。運(yùn)行上述系統(tǒng)I?2周，使土壤中無機(jī)元素、有機(jī)質(zhì)和含水率等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。
[0034](四)系統(tǒng)穩(wěn)定后，分別距每口投加井前方2?IOcm處(長度方向)種植I?5株約I?4周齡的高效修復(fù)植物幼苗(可選擇黑麥草、三葉草、芹菜、玉米等)，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗I?2周，使其適應(yīng)污染土壤環(huán)境。
[0035](五)植物正常生長后，根據(jù)具體實驗?zāi)康?如研究根際微生物的生理生態(tài)變化、判斷修復(fù)藥劑和微納米氣泡強(qiáng)化效果等)，開始利用上述系統(tǒng)模擬植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的過程。模擬系統(tǒng)運(yùn)行期間，維持土壤含水率穩(wěn)定，溫度15?30°C，運(yùn)行時間42?90天。每隔3?15天用小型土壤取樣桿從各取樣孔中采集土壤10?30g，分析其中多環(huán)芳烴濃度、C:N:P (質(zhì)量比)、總有機(jī)碳含量以及微生物數(shù)量和群落多樣性，并用多參數(shù)氣體分析儀測定監(jiān)測井中C02、O2和CH4含量。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，分別測定植物地上和地下部分生物量(干重)及其中多環(huán)芳烴含量。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若緩沖槽中土壤滲濾液過多，則應(yīng)及時排入液體回收瓶中進(jìn)行回收處理。
[0036](六)利用上述數(shù)據(jù)，并與不使用強(qiáng)化措施的對照處理比較，以分析各種方法對植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的強(qiáng)化效果，篩選高效強(qiáng)化措施，并探討其作用機(jī)制。
[0037]實施例1
[0038]本實施例考察表面活性劑的強(qiáng)化效果。選擇芹菜作為修復(fù)植物，污染土壤采自某退役焦化廠，多環(huán)芳烴總濃度為120mg/kg。
[0039]試驗方法中:無機(jī)營養(yǎng)液的C:N:P質(zhì)量比為100:10:1，有機(jī)碳源為150mgC/L的葡萄糖溶液；污染土壤每裝填5cm高度進(jìn)行鋪平、夯實，污染土壤層總厚度為40cm ;在污染土壤層上填一層5cm厚干凈土壤；投加井管共5根，縱向間距為40cm，管底距處理槽底部IOcm ;噴頭底部距處理槽底部30cm ;供水支管有5根；土壤絕對含水量保持在20%左右；系統(tǒng)運(yùn)行1.5周，各參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定；系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，分別距每口投加井前方5cm處種植I株2周齡芹菜，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗1.5周，然后向各藥劑投加井中注入不同濃度的生物表面活性劑鼠李糖脂SOmL ;在溫度25°C下，運(yùn)行42天，每隔3天從各取樣孔中采集土壤20g進(jìn)行分析。
[0040]經(jīng)過42天的運(yùn)行試驗，得到如下結(jié)論:與對照相比，鼠李糖脂對芹菜去除土壤多環(huán)芳烴具有一定的促進(jìn)作用，其中濃度為40mg/L (大于臨界膠束濃度)時強(qiáng)化效果最佳，多環(huán)芳烴總?cè)コ蔬_(dá)到76%。添加鼠李糖脂后，芹菜地下部分多環(huán)芳烴含量有明顯增加，最高濃度達(dá)到13.7mg/kg (干重)，并且植物生長并未顯著受到毒害作用；同時，土壤微生物多環(huán)芳烴降解基因(nahAc)數(shù)量也增加了 2個數(shù)量級。這主要是由于表面活性劑提高了土壤多環(huán)芳烴的生物可利用性，強(qiáng)化了植物和微生物對其的吸收和降解作用。
[0041]實施例2
[0042]本實施例考察微納米氣泡的強(qiáng)化效果。選擇黑麥草作為修復(fù)植物，污染土壤采自某退役造船廠，多環(huán)芳烴總濃度為82mg/kg。
[0043]試驗方法中:無機(jī)營養(yǎng)液的C:N:P質(zhì)量比為200:2:1，有機(jī)碳源為15mgC/L的葡萄糖溶液；污染土壤每裝填6cm高度進(jìn)行鋪平、夯實，污染土壤層總厚度為30cm ;在污染土壤層上填一層IOcm厚干凈土壤；投加井管共2根，縱向間距為60cm，管底距處理槽底部2cm ；噴頭底部距處理槽底部20cm ;供水支管有2根；土壤絕對含水量保持在10%左右；系統(tǒng)運(yùn)行I周，各參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定；系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，分別在每口投加井前方附近種植3株2周齡黑麥草，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗I周，然后將無機(jī)營養(yǎng)鹽液和葡萄糖溶液經(jīng)蠕動泵混合，經(jīng)微納米氣泡發(fā)生器處理，以含微納米級氧氣溶液的形式加入污染土壤中，并通過供水支管閥門控制注入流量。在溫度15°C下，運(yùn)行75天，每隔5天從各取樣孔中采集土壤IOg進(jìn)行分析。
[0044]經(jīng)過75天的實驗，得到如下結(jié)論:添加含微納米級氧氣的無機(jī)營養(yǎng)鹽和葡萄糖混合溶液能夠顯著促進(jìn)黑麥草對土壤多環(huán)芳烴的去除效果，其中流量為0.001L/h時強(qiáng)化效果最佳，多環(huán)芳烴總?cè)コ蕿?7%，且三環(huán)以下多環(huán)芳烴去除率達(dá)到93%。與對照相比，注入微納米級氧氣溶液后，單株黑麥草生物量(干重)增加了 3倍，單株黑麥草體內(nèi)多環(huán)芳烴質(zhì)量最高達(dá)到0.15mg ;多環(huán)芳烴降解菌諾卡氏菌(Nocardia)成為了土壤樣品中的優(yōu)勢種群，并且數(shù)量增加了 I個數(shù)量級。同時，注入微納米級氧氣溶液后，土壤氣體中O2含量超過了23%。上述結(jié)果表明，微納米氣泡溶液通過向土壤中提供充分的氧氣，為植物的良好生長和微生物的好氧代謝創(chuàng)造了有利條件，從而強(qiáng)化了植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤過程。
[0045]實施例3
[0046]本實施例考察植物混合種植的強(qiáng)化效果。選擇2周齡的黑麥草、三葉草、芹菜和玉米作為修復(fù)植物，污染土壤采自某加油站，多環(huán)芳烴總濃度為112mg/kg。
[0047]試驗方法中:無機(jī)營養(yǎng)液的C:N:P質(zhì)量比為150:5:1，有機(jī)碳源為300mgC/L的乳酸鈉溶液；污染土壤每裝填3cm高度進(jìn)行鋪平、夯實，污染土壤層總厚度為60cm ;在污染土壤層上填一層2cm厚干凈土壤；投加井管共8根，縱向間距為20cm，管底距處理槽底部20cm ;噴頭底部距處理槽底部40cm ;供水支管有8根；土壤絕對含水量保持在30%左右；系統(tǒng)運(yùn)行2周，各參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定；系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，分別在每口投加井前方附近兩兩種植上述幾種修復(fù)植物(每種植物I株)，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗2周，同時添加含微納米級氧氣的無機(jī)營養(yǎng)鹽和乳酸鈉混合溶液流量為0.001L/h ;在溫度30°C下，運(yùn)行90天，每隔15天從各取樣孔中采集土壤30g進(jìn)行分析。
[0048]經(jīng)過90天的實驗，得到如下結(jié)論:黑麥草和芹菜以及玉米和芹菜兩兩種植對土壤多環(huán)芳烴的去除效果明顯，多環(huán)芳烴總?cè)コ史謩e增加了 31%和29%，而黑麥草和三葉草，三葉草和芹菜以及三葉草和玉米兩兩種植的強(qiáng)化作用不顯著。與單獨種植的對照相比，混合種植情況下芳:菜體內(nèi)多環(huán)芳烴濃度增加較為明顯，最高達(dá)到15.2mg/kg (干重),但植物生物量并沒有顯著變化；同時，種有黑麥草或玉米的處理中土壤微生物多環(huán)芳烴降解基因(nidA)數(shù)量增加1-2個數(shù)量級。這說明在混合種植體系中芹菜的作用主要為根系吸附和吸收多環(huán)芳烴，黑麥草或玉米的作用主要為促進(jìn)根系微生物的生長和降解活性，兩種植物協(xié)同作用從而提土壤多環(huán)芳烴去除效率。
[0049]以上所述只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此技術(shù)的人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，它包括依次連接的供水裝置、噴淋系統(tǒng)、植物處理槽、液體緩沖槽和液體回收瓶，供水裝置由無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶并聯(lián)后與蠕動泵串連組成；噴淋系統(tǒng)由若干噴頭和與之相連的供水管網(wǎng)組成，供水管網(wǎng)由一根供水總管和若干根供水支管組成，若干根供水支管以并聯(lián)的方式與供水總管相連；供水總管通過輸水軟管與供水裝置相連，若干根供水支管帶有閥門并與各噴頭相連，各噴頭直接置于植物處理槽中；植物處理槽出水側(cè)面通過多孔布水隔板與液體緩沖槽連通，緩沖槽外側(cè)底部設(shè)有一個帶閥門的排水孔，通過輸水軟管和流量計連接到液體回收瓶；植物處理槽內(nèi)裝填攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤，并按一定間隔種植高效修復(fù)植物；每株植物附近設(shè)置一口藥劑投加井和氣體監(jiān)測井，并在植物處理槽一面?zhèn)缺谏喜亢拖虏块_設(shè)若干土壤取樣孔，各取樣孔長度方向位置與植物種植位置一致；各個氣體監(jiān)測井與多參數(shù)氣體分析儀相連。
2.如權(quán)利要求1所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，在無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶并聯(lián)之后蠕動泵之前，還連接有微納米氣泡發(fā)生器；所述嗔頭為微納米氣泡嗔頭。
3.如權(quán)利要求1或2所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，噴頭底部位于污染土壤層的中部，投加井管底部位于污染土壤層的下部。
4.如權(quán)利要求3所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，藥劑投加井為多孔管，其底部密封，頂部設(shè)有帶橡膠塞的螺口蓋。
5.如權(quán)利要求4所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，多孔布水隔板兩側(cè)包裹有不銹鋼絲網(wǎng)； 藥劑投加井和監(jiān)測井開孔部分包裹有不銹鋼絲網(wǎng)。
6.如權(quán)利要求5所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，氣體監(jiān)測井底部開有一圈小孔，頂部通過軟管與帶有循環(huán)泵的多參數(shù)氣體分析儀相連。
7.如權(quán)利要求6所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于，藥劑投加井為多孔不銹鋼管，氣體監(jiān)測井為不銹鋼管，供水管網(wǎng)均采用不銹鋼管。
8.一種利用如權(quán)利要求1-7任一所述的模擬試驗裝置進(jìn)行的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行: (一)分別配制C:N:P質(zhì)量比為100:10:1~200:2:1的無機(jī)營養(yǎng)液和15~300mgC/L的有機(jī)碳源溶液于無機(jī)營養(yǎng)鹽儲液瓶和有機(jī)碳源儲液瓶中； (二)將攪拌均勻的多環(huán)芳烴污染土壤裝入植物處理槽中，每裝填3~6cm高度進(jìn)行鋪平、夯實；之后在污染土壤層上填一層2~IOcm厚干凈土壤；在裝填土壤的同時，將藥劑投加井、氣體監(jiān)測井和噴頭按一定排列埋入槽體土壤中；投加井管按一定間距縱向均勻分布，各管位于橫向中點；監(jiān)測井和噴頭埋于投加井附近，兩者的數(shù)量和分布方式與投加井相同；噴頭底部位于污染土壤層的中部，投加井管底部位于污染土壤層的下部； (三)裝填完畢后，利用蠕動泵將無機(jī)營養(yǎng)液和有機(jī)碳源通過噴淋系統(tǒng)加入污染土壤中，并通過供水支管閥門對流量進(jìn)行控制，使土壤絕對含水量保持在10~30% ;運(yùn)行上述系統(tǒng)I~2周，使土壤中無機(jī)元素、有機(jī)質(zhì)和含水率等參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定； (四)系統(tǒng)穩(wěn)定后，分別在每口投加井前方附近種植高效修復(fù)植物幼苗，并在系統(tǒng)運(yùn)行條件下培養(yǎng)幼苗I~2周，使其適應(yīng)污染土壤環(huán)境； (五)植物正常生長后，根據(jù)具體實驗?zāi)康?，開始利用上述系統(tǒng)模擬植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的過程；模擬系統(tǒng)運(yùn)行期間，維持土壤含水率穩(wěn)定，溫度15~30°C，運(yùn)行時間42~90天；每隔3~15天用小型土壤取樣桿從各取樣孔中采集土壤10~30g，分析其中多環(huán)芳烴濃度、C:N:P質(zhì)量比、總有機(jī)碳含量以及微生物數(shù)量和群落多樣性，并用多參數(shù)氣體分析儀測定監(jiān)測井中C02、02和CH4含量；系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束后，分別測定植物地上和地下部分生物量干重及其中多環(huán)芳烴含量；系統(tǒng)運(yùn)行過程中，若緩沖槽中土壤滲濾液過多，則及時排入液體回收瓶中進(jìn)行回收處理； (六)利用上述數(shù)據(jù)，并與不使用強(qiáng)化措施的對照處理比較，以分析各種方法對植物修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤的強(qiáng)化效果，篩選高效強(qiáng)化措施，并探討其作用機(jī)制。
9.如權(quán)利要求8所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗方法，其特征在于，步驟(一)中所述有機(jī)碳源為葡萄糖或乳酸鈉；步驟(四)中所述高效修復(fù)植物為黑麥草、三葉草、芹菜或玉米。
10.如權(quán)利要求9所述的多環(huán)芳烴污染土壤植物修復(fù)模擬試驗方法，其特征在于，步驟(五)中所述具體實驗?zāi)康臑?研究根際微生物的生理生態(tài)變化或判斷修復(fù)藥劑和微納米氣泡的強(qiáng)化效果。`
【文檔編號】B09C1/00GK103624070SQ201310492938
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】孟梁, 郭琳, 李炳智, 高潔, 楊潔, 朱江, 朱杰, 喻愷 申請人:上海市環(huán)境科學(xué)研究院