專利名稱：石油污染修空氣振裂與微生物聯(lián)合修復(fù)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油工業(yè)的油氣田地面工程技術(shù)和環(huán)境保護技術(shù)，具體是一種對土壤 和地下水石油污染修空氣振裂與微生物聯(lián)合修復(fù)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
石油生產(chǎn)的同時，及其過程和產(chǎn)品對環(huán)境的污染越來越嚴重，已經(jīng)危及到人類的 健康和生存。石油產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、儲存等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的土壤和地下水中的有機污染，作為 與石油工業(yè)相伴而生的典型負面產(chǎn)物，已經(jīng)逐步引起業(yè)界乃至整個社會的高度重視，成為 世界性的環(huán)境問題。由于石油在泄漏到地下層時，往往會以游離相的形式存在于水的表面。非水相液 體可被孔隙介質(zhì)長期束縛，其可溶性成份還會逐漸擴散至地下水中，從而成為一種持久性 的污染源。通常的處理方法是僅針對地下水或者土壤中的污染物進行清除。這樣的后果是， 一旦修復(fù)系統(tǒng)停止運行的話，位于水面的游離相(被束縛的非水相液體)又會在地下層向 下游自由移動，并且通過溶解、揮發(fā)等過程不斷地進入到土壤和地下水中，給地下水和土壤 造成極大的、持續(xù)的污染。因此，如何有效的對地下層游離相石油污染進行處理一直是土壤 和地下水修復(fù)研究的重點和難點。目前，對地下水石油污染的處理主要分為物理法、化學(xué)法和生物法。上世紀80年 代以前，治理石油烴污染土壤還僅限于物理和化學(xué)方法，即熱處理和化學(xué)浸出法。熱處理法 是通過焚燒或煅燒，可凈化土壤中大部分有機污染物，但同時亦破壞土壤結(jié)構(gòu)和組分，且價 格昂貴而很難實施?；瘜W(xué)浸出和水洗也可以獲得較好的除油效果，但所用的化學(xué)試劑的二 次污染問題限制了其應(yīng)用。為了更好地解決土壤與地下水石油污染修復(fù)問題，生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)運而生。生物 修復(fù)是利用生物的生命代謝活動減少土壤環(huán)境中有毒有害物的濃度，使污染土壤恢復(fù)到健 康狀態(tài)的過程。目前，生物修復(fù)法是廣泛使用、經(jīng)濟有效的方法。早在70年代，為了解決輸 油管線和儲油罐發(fā)生故障漏油和溢油時土壤被石油污染的問題，已經(jīng)開始尋找清潔的生物 解決方法，并且其實驗室研究找到一種有效的“細菌播種法”，開了生物修復(fù)石油污染土壤 先河。80年代以來，污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)越來越引起人們的關(guān)注，生物修復(fù)技術(shù)也取得 了很大進步，正在逐漸成熟。例如，Yateem(2002)和Batista(2006)公開了一種微生物修 復(fù)方法，通過采取人為措施，包括添加氧，營養(yǎng)物等，刺激原位微生物的生長，從而強化污染 物的自然，生物降解過程。該方法的具體操作步驟是每隔一周將礦物鹽營養(yǎng)基注入土壤中， 以促進修復(fù)現(xiàn)場原位微生物的生長，從而達到修復(fù)效果。但有的時候，單純利用原位微生物 進行修復(fù)，可能達不到預(yù)期的修復(fù)效果，或是修復(fù)時間會很長，這就需要在注入礦物鹽營養(yǎng) 基的同時接種強化微生物(石油類降解菌)來提高修復(fù)效果。微生物往往是伴隨著礦物鹽 營養(yǎng)基同時注入的。微生物的接種濃度以106-108cell/L(礦物鹽營養(yǎng)基)為宜。強化微 生物的注入量可參照礦物鹽營養(yǎng)基的注入量。上述方法所使用的礦物鹽培養(yǎng)基配方是(克，每升含)Na2HP04，0. 28 ；KH2P04,1. 14，ΝΗ4Ν03，3· 00 ；K2S04，0. 36 ；MgS04. 7Η20，0· 154 ；CaC12. 2Η20，0· 023 ；FeS04，7H20， 0.038 ；NaCl,0. 10 ；酵母浸出液，0.5，？!1調(diào)至6.8。按配方制備好培養(yǎng)基后，并調(diào)節(jié)到所需 PH。液體培養(yǎng)基需經(jīng)高壓滅菌后方可使用(滅菌條件，15pSi，20min)。降解菌是用少量現(xiàn)場的土樣、礦物鹽培養(yǎng)基中篩選得到，過程是以的原油為碳 源，在20°C，200rpm培養(yǎng)48小時，到培養(yǎng)基變混濁，有明顯的微生物生長。反復(fù)采用次代 培養(yǎng)基再注入新鮮的的培養(yǎng)基中，獲得強勢的微生物菌種。經(jīng)過三代次的富集，將菌懸液 涂于礦物鹽瓊脂平板培養(yǎng)，用劃線平板技術(shù)純化。純化后的菌分別接種至胰胨大豆瓊脂斜 面(TSA)，放到4°C的冰箱中保存。將所篩選的原油降解菌用接種環(huán)挑出幾環(huán)加到前述配 好的礦物鹽液體營養(yǎng)基中，在常溫下振蕩培養(yǎng)(150轉(zhuǎn)/分)2天，使接種微生物濃度達到 106-108cell/L的懸浮液時，即可注入。上述方法對于土壤質(zhì)地比較疏松的場地能有較好的處理效果，然而當現(xiàn)場土壤介 質(zhì)滲透性低時，這種方法對地下介質(zhì)中營養(yǎng)物和電子受體難以被微生物所利用，極大的影 響了對污染物的降解。2006年蔣小紅等人公開(《環(huán)境污染與防治》第03期)了目前多種物理和化學(xué)修 復(fù)的方法，在分析污染土壤原位修復(fù)和異位修復(fù)方式和各種方法的基礎(chǔ)上，針對幾種常見 的土壤污染類型，提出了在空氣振裂技術(shù)輔助之下可同時強化微生物修復(fù)。但沒有可行的 組合修復(fù)工藝和具體的實施方案。但是在現(xiàn)場修復(fù)實際應(yīng)用中還未見有可行的組合修復(fù)工藝和具體實施方案。并且 兩項技術(shù)的疊加應(yīng)用，在治理效果改善的同時，勢必會增加占地和能耗，同時增加設(shè)備工藝 流程，難于進行操作、管理及維護，從而使得整體運行成本大幅升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服目前生物修復(fù)過程中遇到的難題，提供一種適用于低滲透性地 質(zhì)條件的高效、經(jīng)濟的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法及其裝置。石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，具體的技術(shù)方案如下1)在石油污染土層鉆孔井中插入管狀探針，在探針距離地面約2-3米處連接高壓 噴頭，在管狀探針中注入壓縮空氣，使土壤形成裂縫，重復(fù)進行直到整個污染區(qū)域都形成土 壤震裂層；步驟1)所述的壓縮空氣壓力在100_150psi，每次持續(xù)時間為20_30秒，間歇時間 為10分鐘。2)氣動震裂后，將蒸汽相中的污染物通過真空泵去除；3)開啟空氣震裂系統(tǒng)的高壓噴頭，將礦物鹽液體培養(yǎng)基在100_150psi壓力下通 過探針噴頭伴隨著高壓氣流沿著空氣震裂井狀均勻分散注入土壤；步驟3)所述的營養(yǎng)物注入的最佳氣液混合壓力比是1 5。步驟3)所述的營養(yǎng)物質(zhì)的注入周期是4-10天注入一次，每次按5_15L/m2 (修復(fù) 場地面積)的量注入現(xiàn)場。步驟3)所述的注入礦物鹽營養(yǎng)基時，同時注入強化微生物菌懸液；步驟3)所述的微生物菌懸液的注入量按修復(fù)場地面積為5_10L/m2，菌懸液的細 菌濃度為106-108cell/L，微生物菌懸液注入速率為5mL/min。
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4)在污染區(qū)設(shè)一口以上的中央抽提井，在中央抽提井出口處連接真空泵，連續(xù)的 空氣流通過該真空泵從抽提井抽出，剩余氧氣通過周邊的井補給，以形成空氣的循環(huán)，保持 氧氣在土壤孔隙的連續(xù)供應(yīng)。步驟4)所述的真空泵的運行同時壓縮空氣開啟，其運行周期為10分鐘，間隔時間 為20分鐘。真空泵極限壓力為O.OlMPa。步驟4)所述的空氣流通氣流速度在注入強化微生物菌懸液時持續(xù)小于lL/min。一種石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)的裝置，具體的技術(shù)方案如下石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置由空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥 門1、閥門16、12、15，高壓噴頭11以及加藥槽8和混合罐7組成，空氣壓縮機5的出氣管13 通過閥門15與井口閥門1和閥門12連通，真空泵6通過閥門15與井口閥門1和閥門16 連通，閥門16的另一端與混合罐7聯(lián)通，井口閥門1的另一端通過管道與氣動振裂井10井 下鋁塑管4連接，鋁塑管4連接高壓噴頭11，所述的鋁塑管4長度是地下水水位的一倍。所述的混合罐7連接有水泵9。所述的在空氣壓縮機5和真空泵6與閥門之間連接有流量計3。所述的出氣管13為承受8個大氣壓以上的熱鍍鋅管。所述的出氣管13規(guī)格為Φ 25mmX壁厚2. 75mm。連通空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥門1的其余管道均為PVC管。出氣管13以及 通過閥門15與井口閥門1和閥門16連通的管線在同一水平面上。氣動振裂井10的井頭采用不銹鋼管件，同時井頭外側(cè)安裝有井蓋14、井口閥門1 和壓力計2。所述的噴頭11在圓柱體的側(cè)壁均勻的分布的小孔。所述的噴頭11上部為Φ25πιπιΧ壁厚5mm空心圓柱體，下部為Φ35πιπιΧ壁厚5mm 空心圓柱體，在圓柱體的側(cè)壁均勻的分布直徑為2-3mm的小孔。本發(fā)明適合去除低滲透性地下層中以各種形式存在的(自由相、固相、吸附相等) 存在的石油污染物，將物理及生物技術(shù)有機結(jié)合，處理效率和適用性提高，石油類去除率在 90%以上，各主要污染指標均達到國家污水綜合排放一級標準，對加油站，石油產(chǎn)品生產(chǎn)， 化工產(chǎn)品生產(chǎn)等造成的污染有較好的效果。本發(fā)明不產(chǎn)生二次污染，與同類處理技術(shù)相比，節(jié)省投資約40% 50%，維護和 管理成本僅為同類技術(shù)的40% 75%，節(jié)省運行費用達20% 35%。


圖1為處理流程和裝置示意圖；圖2為井頭結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明。石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，具體的技術(shù)方案如下1)采用氣動破裂方法震裂石油污染土層，在石油污染土層鉆孔井中插入管狀探 針，在探針距離地面約2-3米處連接高壓噴頭，在管狀探針中注入壓縮空氣，使土壤形成裂縫，重復(fù)進行直到整個污染區(qū)域都形成土壤震裂層；步驟1)所述的壓縮空氣壓力在100_150psi，每次持續(xù)時間為20_30秒，間歇時間 為10分鐘。加壓空氣流包含有充足的氧氣，這些會促進本土耗氧微生物的生長。如果需要， 重復(fù)上述步驟數(shù)次以達到滿意的震裂效果。2)氣動震裂后，將蒸汽相中的污染物通過真空泵去除，抽出的廢氣可通過活性炭 吸附處理。3)開啟空氣震裂系統(tǒng)的高壓噴頭，將礦物鹽液體培養(yǎng)基在100_150psi壓力下通 過探針噴頭伴隨著高壓氣流沿著空氣震裂井狀均勻分散注入土壤；注入營養(yǎng)物質(zhì)到形成裂縫的土壤層中，以增加原位微生物的活性。液體營養(yǎng)物從 加藥罐中通過氣動破裂裝置的探針噴頭注入到土層中，液體營養(yǎng)物可選擇礦物鹽液體營養(yǎng) 基，營養(yǎng)物注入的汽液比是相當高的，這樣液體營養(yǎng)物實際上是呈噴霧狀注射的，能夠增加 其在土層中的滲透性。步驟3)所述的營養(yǎng)物注入的最佳氣液混合壓力比是1 5。步驟3)所述的營養(yǎng)物質(zhì)的注入周期是4-10天注入一次，每次按5_15L/m2 (修復(fù) 場地面積)的量注入現(xiàn)場。以使生物藥液有足夠長的停留時間，這些營養(yǎng)物會順著土壤裂 縫均勻分散。步驟3)所述的注入礦物鹽營養(yǎng)基時，同時注入強化微生物菌懸液強化生物修復(fù) 效率，是否注入強化微生物視對現(xiàn)場修復(fù)要求而定。為了使微生物有更高的適應(yīng)性，強化微 生物為從現(xiàn)場土樣或水樣中篩選所得。步驟3)所述的微生物菌懸液的注入量按修復(fù)場地面積為5_10L/m2，菌懸液的細 菌濃度為106-108cell/L，微生物菌懸液注入速率為5mL/min。含微生物的營養(yǎng)液注入要求
和單獨營養(yǎng)液注入一致。4)微生物降解污染物的過程相對漫長，在污染區(qū)設(shè)一 口以上的中央抽提井，在中 央抽提井出口處連接真空泵，連續(xù)的空氣流通過該真空泵從抽提井抽出，剩余氧氣通過周 邊的井補給，以形成空氣的循環(huán)，保持氧氣在土壤孔隙的連續(xù)供應(yīng)。步驟4)所述的真空泵的運行同時壓縮空氣開啟，其運行周期為10分鐘，間隔時間 為20分鐘。真空泵極限壓力為O.OlMPa。步驟4)所述的空氣流通氣流速度在注入強化微生物菌懸液時持續(xù)小于lL/min。 從而盡可能減少尾氣的處理而保證微生物的處理效率。一種石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)的裝置，具體的技術(shù)方案如下石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置由空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥 門1、閥門16、12、15，高壓噴頭11以及加藥槽8和混合罐7組成，空氣壓縮機5的出氣管13 通過閥門15與井口閥門1和閥門12連通，真空泵6通過閥門15與井口閥門1和閥門16 連通，閥門16的另一端與混合罐7聯(lián)通，井口閥門1的另一端通過管道與氣動振裂井10井 下鋁塑管4連接，鋁塑管4連接高壓噴頭11，所述的鋁塑管4長度是地下水水位的一倍。所述的混合罐7連接有水泵9。所述的在空氣壓縮機5和真空泵6與閥門之間連接有流量計3。所述的出氣管13為承受8個大氣壓以上的熱鍍鋅管。所述的出氣管13規(guī)格為Φ 25mmX壁厚2. 75mm。
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連通空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥門1的其余管道均為PVC管。出氣管13以及通過閥門15與井口閥門1和閥門16連通的管線在同一水平面上。氣動振裂井10的井頭采用不銹鋼管件，同時井頭外側(cè)安裝有井蓋14、井口閥門1 和壓力計2。所述的噴頭11在圓柱體的側(cè)壁均勻的分布的小孔。所述的噴頭11上部為Φ25πιπιΧ壁厚5mm空心圓柱體，下部為Φ35πιπιΧ壁厚5mm 空心圓柱體，在圓柱體的側(cè)壁均勻的分布直徑為2-3mm的小孔。石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)的裝置在工作時按照本發(fā)明石油污染 修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，根據(jù)流量計、壓力計的反饋信息依次手動或自動開 啟和關(guān)閉空氣壓縮機、真空泵、各閥門達到空氣振裂和微生物加藥的過程。
權(quán)利要求
石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，其特征在于具體技術(shù)步驟如下1)在石油污染土層鉆孔井中插入管狀探針，在探針距離地面約2 3米處連接高壓噴頭，在管狀探針中注入壓縮空氣，使土壤形成裂縫，重復(fù)進行直到整個污染區(qū)域都形成土壤震裂層；2)氣動震裂后，將蒸汽相中的污染物通過真空泵去除；3)開啟空氣震裂系統(tǒng)的高壓噴頭，將礦物鹽液體培養(yǎng)基在100 150psi壓力下通過探針噴頭伴隨著高壓氣流沿著空氣震裂井狀均勻分散注入土壤；4)在污染區(qū)設(shè)一口以上的中央抽提井，在中央抽提井出口處連接真空泵，連續(xù)的空氣流通過該真空泵從抽提井抽出，剩余氧氣通過周邊的井補給，以形成空氣的循環(huán)，保持氧氣在土壤孔隙的連續(xù)供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步驟1)所 述的壓縮空氣壓力在100-150psi，每次持續(xù)時間為20-30秒，間歇時間為10分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步驟3)所 述的營養(yǎng)物注入的最佳氣液混合壓力比是1 5，所述的營養(yǎng)物質(zhì)的注入周期是4-10天注 入一次，每次按5-15L/m2 (修復(fù)場地面積)的量注入現(xiàn)場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步驟3)所 述的注入礦物鹽營養(yǎng)基時，同時注入強化微生物菌懸液；
5.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步 驟3)所述的微生物菌懸液的注入量按修復(fù)場地面積為5-10L/m2，菌懸液的細菌濃度為 106-108cell/L，微生物菌懸液注入速率為5mL/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步驟4)所 述的真空泵的運行同時壓縮空氣開啟，其運行周期為10分鐘，間隔時間為20分鐘。真空泵 極限壓力為0.0 IMPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)方法，特征是步驟4)所 述的空氣流通氣流速度在注入強化微生物菌懸液時持續(xù)小于lL/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)的方法的裝置，特征是由 空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥門1、閥門16、12、15，高壓噴頭11以及加藥槽8和混合罐7 組成，空氣壓縮機5的出氣管13通過閥門15與井口閥門1和閥門12連通，真空泵6通過 閥門15與井口閥門1和閥門16連通，閥門16的另一端與混合罐7聯(lián)通，井口閥門1的另 一端通過管道與氣動振裂井10井下鋁塑管4連接，鋁塑管4連接高壓噴頭11，所述的鋁塑 管4長度是地下水水位的一倍，出氣管13以及通過閥門15與井口閥門1和閥門16連通的 管線在同一水平面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置，特征是氣動振裂 井10的井頭采用不銹鋼管件，同時井頭外側(cè)安裝有井蓋14、井口閥門1和壓力計2。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置，特征是所述的 噴頭11在圓柱體的側(cè)壁均勻的分布的小孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置，特征是所述的 混合罐7連接有水泵9，所述的在空氣壓縮機5和真空泵6與閥門之間連接有流量計3。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置，特征是所述的出氣管13為承受8個大氣壓以上的熱鍍鋅管，所述的出氣管13規(guī)格為Φ25πιπιΧ壁厚 2. 75mm，連通空氣壓縮機5、真空泵6、井口閥門1的其余管道均為PVC管。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的石油污染修空氣振裂輔助微生物聯(lián)合修復(fù)裝置，特征是所述的 噴頭11上部為Φ 25mmX壁厚5mm空心圓柱體，下部為Φ 35mmX壁厚5mm空心圓柱體，在 圓柱體的側(cè)壁均勻的分布直徑為2-3mm的小孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及油氣田環(huán)境保護，是土壤和地下水污染修空氣振裂與微生物聯(lián)合修復(fù)方法及裝置，先將石油污染土層空氣震裂，將蒸汽相中的污染物用真空泵去除，再開啟高壓噴頭將培養(yǎng)基或微生物均勻分散注入土壤。在中央抽提井出口處連接真空泵，連續(xù)的空氣流通過該真空泵從抽提井抽出，剩余氧氣通過周邊的井補給，保持氧氣在土壤孔隙的連續(xù)供應(yīng)，將汽相中的污染物去除。本發(fā)明還提供由空氣壓縮機、真空泵、閥門、高壓噴頭以及加藥槽、混合罐組成的裝置。本發(fā)明與同類處理技術(shù)相比，節(jié)省投資約40％～50％，維護和管理成本僅為同類技術(shù)的40％～75％，節(jié)省運行費用達20％～35％。
文檔編號B09C1/10GK101898198SQ200910085759
公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者余暉, 王占生, 秦肖生, 鄒運, 郭紹輝, 黃國和 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院;中國石油大學(xué)(北京)