柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置及其處理方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，同時(shí)本發(fā)明還公開(kāi)了一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法。所述裝置包括氣泵，土柱，吸附柱，CO2收集瓶，無(wú)水Na2SO4瓶，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，各組件之間經(jīng)通氣管連接，所述土柱頂部及底部設(shè)有輻射板，側(cè)壁設(shè)有取樣口，靠近柱體底部的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣口；土柱頂部設(shè)有出氣口，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式。利用生物強(qiáng)化氣提技術(shù)不僅能夠處理其它技術(shù)難以應(yīng)用的污染場(chǎng)地而且可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水，具有費(fèi)用低、處理效果好、對(duì)環(huán)境影響低、無(wú)二次污染、不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置及其處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土壤污染防治【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及利用生物強(qiáng)化氣提技術(shù)處理柴油污染場(chǎng)地的裝置及其處理方法。
【背景技術(shù)】[0002]柴油是原油經(jīng)過(guò)加工處理后得到的石油產(chǎn)品，是目前使用最多的燃料之一。隨著其開(kāi)采量和使用量的增加，對(duì)環(huán)境造成的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。美國(guó)環(huán)保署報(bào)道，在20世紀(jì)90年代己有10萬(wàn)個(gè)地下油罐存在不同程度的泄漏(丁克強(qiáng)，2000 ;Truax D D，1995)。2001年，據(jù)美國(guó)環(huán)保局(USEPA)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)有超過(guò)418000個(gè)地下儲(chǔ)油罐發(fā)生了泄露(USEnvironmental Protection Agency, 2001 )。2010 年 4 月，位于美國(guó)南部墨西哥灣的“深水地平線(xiàn)”鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸，事故造成的原油泄漏形成了一條長(zhǎng)達(dá)100多公里的污染帶，造成嚴(yán)重污染(張文.應(yīng)用表面活性劑強(qiáng)化石油污染土壤及地下水的生物修復(fù)[D].北京:華北電力大學(xué)，2012)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年至少有8X IO6噸石油烴進(jìn)入環(huán)境。我國(guó)有面積達(dá)數(shù)十萬(wàn)公頃的石油開(kāi)采區(qū)和化工區(qū)，含油廢水任意排放及儲(chǔ)油罐和輸油管道的泄漏事故等對(duì)土壤和地下水造成嚴(yán)重污染(賈建麗.石油污染土壤微生物學(xué)特性與生物修復(fù)效應(yīng)研究[D],北京:清華大學(xué)，2005.)。東北地區(qū)重工業(yè)和油田幵發(fā)區(qū)地下水污染嚴(yán)重，松嫩平原和河平原石油類(lèi)污染普遍。大慶油田和華北油田采樣井周邊土壤石油污染嚴(yán)重，含油量在4.8X10^7.7 X IO4 mg/kg之間(林力，楊惠芳.石油污染土壤的生物整治研究[J].上海環(huán)境科學(xué)，2000，19(7):325-329.)，致使華北油田周?chē)暮芏噢r(nóng)田由于石油污染而無(wú)法耕種(周迅.蘇南地區(qū)加油站地下儲(chǔ)油罐滲漏污染研究[D].北京:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，2007.)通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)方法對(duì)蘇南地區(qū)加油站滲漏污染情況和趨勢(shì)進(jìn)行了調(diào)查研究，結(jié)果表明大多數(shù)老舊加油站存在不同程度的滲漏污染，在29個(gè)被調(diào)查對(duì)象中，72.4%的加油站存在滲漏，滲漏特征較為典型的占62.1%。所有被調(diào)查的加油站中，15年以上的老舊加油站發(fā)生滲漏的概率約為60%。
[0003]目前有機(jī)污染場(chǎng)地主要采用物理/化學(xué)修復(fù)是最傳統(tǒng)的修復(fù)方法，主要包括隔離法、換土法、焚燒法、熱解吸技術(shù)、土壤氣相抽提技術(shù)、土壤淋洗技術(shù)、萃取法、化學(xué)氧化法、光降解技術(shù)等，具有修復(fù)周期短、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)范圍廣，但費(fèi)用高、易產(chǎn)生二次污染、破壞土壤及微生物結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是利用生物強(qiáng)化氣提技術(shù)不僅能夠處理其它技術(shù)難以應(yīng)用的污染場(chǎng)地而且可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水，具有費(fèi)用低、處理效果好、對(duì)環(huán)境影響低、無(wú)二次污染、不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，所述裝置包括如下組件:氣泵，土柱，吸附柱，CO2收集瓶，無(wú)水Na2SO4瓶，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，各組件之間經(jīng)通氣管連接，所述土柱頂部及底部設(shè)有輻射板，側(cè)壁設(shè)有取樣口，靠近柱體底部的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣口 ；土柱頂部設(shè)有出氣口，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式。
[0006]無(wú)水Na2SO4瓶的作用是吸收管道中的水分，防止進(jìn)入到玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)中，保證其正常運(yùn)行。
[0007]有機(jī)玻璃柱內(nèi)徑0.25 m，高度I m，所述輻射板設(shè)在距土柱頂部0.04 m和底部0.07m處，在柱底輻射板上鋪2-3層不銹鋼絲網(wǎng)，防止篩孔被堵塞及保證均勻布?xì)狻Ｋ鯟O2收集瓶?jī)?nèi)裝有NaOH溶液，吸附柱中填充有活性炭。
[0008]本發(fā)明還提供一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，利用所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置進(jìn)行處理，方法如下:
將油污土填充到所述土柱中，
每天通風(fēng)，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，氣體由土柱底部進(jìn)氣孔進(jìn)入，通過(guò)底部輻射板向上流注入土柱，土柱土壤中柴油的揮發(fā)組分和產(chǎn)生的CO2在向上氣流的攜帶或真空壓力作用下，通過(guò)頂部輻射板和集氣孔進(jìn)入活性炭吸附柱和CO2收集，經(jīng)活性炭吸附和CO2收集瓶的氣體排放到空氣中，
所述通風(fēng)速率為50至300ml/min,優(yōu)選為150 ml/min。
[0009]優(yōu)選地,每天通風(fēng)8小時(shí)。
[0010]本發(fā)明還提供另一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，所述裝置包括如下組件:通風(fēng)系統(tǒng)，土堆，氣液分離器，尾氣吸附裝置，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，所述通風(fēng)系統(tǒng)包括氣泵、通氣管道，各組件之間經(jīng)通氣管連接，在所述土堆上設(shè)有取樣口 ；通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式。
[0011]本發(fā)明還提供另一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，利用所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置進(jìn)行處理，方法如下:
將油污土堆進(jìn)行密封處理后靜置老化，
每天通風(fēng)，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，土壤中的高濃度揮發(fā)性有機(jī)物沿通氣管道進(jìn)入氣液分離器，含水氣流實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體進(jìn)入尾氣吸附裝置，最終排入到大氣中；
所述通風(fēng)速率為50至300ml/min,優(yōu)選為150 ml/min。
[0012]上述的方法，通風(fēng)方式采用抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，前期采用間歇抽氣模式進(jìn)行通風(fēng)，后期采用間歇注氣模式進(jìn)行通風(fēng)。
[0013]上述的方法，優(yōu)選地，土柱中還加有柴油降解菌。所述柴油降解菌優(yōu)選保藏號(hào)為CGMCC N0.7896的醋酸鈣不動(dòng)桿菌，該醋酸鈣不動(dòng)桿菌的分類(lèi)命名為Aciiw tobac terpiiiii，已于2013年Z月8日為中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心CGMCC所保藏(保藏地址是:北京市朝陽(yáng)區(qū)北辰西路I號(hào)院3號(hào))，其保藏號(hào)為CGMCC N0.7896，經(jīng)檢測(cè)存活。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:利用本發(fā)明生物強(qiáng)化氣提技術(shù)不僅能夠處理其它技術(shù)難以應(yīng)用的污染場(chǎng)地而且可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水，生物通風(fēng)不破壞土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)地下水的擾動(dòng)小，且設(shè)計(jì)、安裝簡(jiǎn)便易行，操作費(fèi)用低；而且應(yīng)用范圍較寬，不僅能用于輕組分揮發(fā)性有機(jī)物，如汽油和柴油；還能用于重組分揮發(fā)性有機(jī)物，如燃料油等；另外也可用于其它的揮發(fā)或半揮發(fā)組分；操作靈活，可以與其它技術(shù)聯(lián)合使用，如給土壤注入純氧氣、添加表面活性劑或添加工程菌等，也可與修復(fù)地下水的空氣攪拌或生物曝氣技術(shù)相結(jié)合；此外還具有環(huán)境副作用小等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1生物通風(fēng)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，其中1-出氣口，2-進(jìn)氣口，3-測(cè)氣口，4，5-輻射板，A-1為取樣口。
[0016]圖2生物通風(fēng)實(shí)驗(yàn)流程圖。
[0017]圖3實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖。
[0018]圖4示范基地概貌。
[0019]圖5 土壤含水率變化規(guī)律。
[0020]圖6 土壤pH變化規(guī)律。
[0021]圖7 土壤中有效磷含量變化規(guī)律。
[0022]圖8 土壤中速效氮含量變化規(guī)律。
[0023]圖9 土壤過(guò)氧化氫酶活性變化規(guī)律。
[0024]圖10 土壤脫氫酶活性變化規(guī)律。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例一
1、實(shí)驗(yàn)儀器
有機(jī)玻璃柱(250 X 2 X 1000mm)、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)(LZB-3WBF)，無(wú)油真空泵(AP-9925)，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV759)，超聲波清洗器(KQ3200DE)，水浴恒溫震蕩器(SHA-B)，手持式揮發(fā)性有機(jī)物測(cè)定儀(PGM7320)、電熱板、微量進(jìn)樣器、比重瓶、電子天平、pH計(jì)、恒溫恒濕箱、鋁盒、烘箱、2mm篩、100目篩。
[0026]2、實(shí)驗(yàn)裝置
(I)實(shí)驗(yàn)用土柱為內(nèi)壁打毛的有機(jī)玻璃柱，內(nèi)徑0.25 m，高度I m，在距土柱頂部0.04m 和底部 0.07 m 處設(shè)輻射板，側(cè)壁在距柱底 0.91,0.81,0.71,0.61,0.51,0.41,0.31,0.21和0.11 m處分別設(shè)9個(gè)取樣口，依次標(biāo)記為A、B、C、D、E、F、G、H、I，各取樣口用橡膠塞密
封。柱體頂部設(shè)有出氣口，經(jīng)活性炭吸附瓶、玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)后與抽氣泵相連；底部側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣口，與注氣泵相連。
[0027](2)實(shí)驗(yàn)通風(fēng)系統(tǒng):土柱通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1，空氣在真空抽氣泵或無(wú)油真空泵動(dòng)力作用下，由土柱底部進(jìn)氣孔進(jìn)入由土柱底部進(jìn)氣口進(jìn)入，通過(guò)底部輻射板向上流注入土柱。土柱土壤中柴油的揮發(fā)組分和產(chǎn)生的CO2在向上氣流的攜帶或真空壓力作用下，通過(guò)頂部輻射板和出氣口進(jìn)入活性炭吸附柱和CO2收集，經(jīng)活性炭吸附和CO2收集瓶的氣體排放到空氣中。
[0028]3、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
將柴油與二氯甲烷按比例混合(每IOOg柴油+ 25mL 二氯甲烷的量比)后倒入實(shí)驗(yàn)需要的土壤中，攪拌使其混合均勻，待二氯甲烷揮發(fā)完畢，將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶解于蒸餾水(營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成:NH4Cl 6g/L,K2HPO4 4g/L、MgS047H20 0.135g/L、CaCl2 0.08g/L、Fe2 (SO4) 3 0.07g/L)混合，然后加入到油污土中，使土壤的初始含水率控制在20%左右，靜置二周后裝柱。柱底部輻射板上鋪3層不銹鋼絲網(wǎng)(防止篩孔被堵塞)，然后分層裝入土樣(2種土樣，即土樣T和土樣L),即:0.08 m干凈土樣L, 0.30 m油污土 L、0.44 m油污土 T,最后加蓋0.04 m的干凈土樣T，即各柱中A-E取樣口處均為T(mén) 土樣，F(xiàn)-1取樣口處為L(zhǎng) 土樣，土柱裝填完成后立即開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
[0029]油污土中還可加入柴油降解菌懸液，例如保藏號(hào)為CGMCC N0.7896的醋酸鈣不動(dòng)桿菌(保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心)。該菌來(lái)源于廣州市南沙區(qū)的實(shí)地土壤，分離過(guò)程如下:將該土壤自然風(fēng)干、除雜、磨碎，過(guò)2_篩，用市售0#柴油污染后裝入土柱(高Im,內(nèi)徑0.25m),并從中取樣對(duì)微生物菌種進(jìn)行富集、分離、篩選和鑒定。在土柱的7個(gè)取樣點(diǎn)分別取土樣5g，裝入含有100 mL無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基的250 mL錐形瓶中，以濃度為10 mg/mL的柴油為唯一碳源,并以不加土壤的培養(yǎng)液為空白，在130 rpm的轉(zhuǎn)速，30°C溫度下振蕩培養(yǎng)5 d。然后吸取5mL上述培養(yǎng)液接種于新鮮培養(yǎng)基，在相同條件下培養(yǎng)5 d，如此連續(xù)富集培養(yǎng)5次。用接種環(huán)沾取培養(yǎng)液在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基平板上劃線(xiàn)，觀察平板上的菌落挑取形態(tài)、顏色一致的菌落進(jìn)行平板劃線(xiàn)分離重復(fù)進(jìn)行多次，直至得到單一的菌株，將純化菌株于試管斜面培養(yǎng)后保存于4°C冰箱。該菌來(lái)源還可見(jiàn)本 申請(qǐng)人:的另一件發(fā)明名稱(chēng)為一種新型柴油污染型場(chǎng)地微生物降解菌的專(zhuān)利申請(qǐng)。
[0030]實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，每日監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室溫度和相對(duì)濕度，每日通風(fēng)前后利用手持式TVOC測(cè)定儀測(cè)定土柱頂部總出氣孔揮發(fā)性氣體的含量；定時(shí)從各取樣口取土樣測(cè)定土壤殘余柴油濃度、PH值、含水率、速效氮和有效磷、過(guò)氧化氫酶和脫氫酶活性變化。由于土柱取樣口較多，除對(duì)每個(gè)取樣口的柴油濃度變化進(jìn)行分析外，其它指標(biāo)的值是對(duì)各個(gè)取樣口土樣所測(cè)值求平均數(shù)。
[0031]本實(shí)驗(yàn)研究不同影響因素對(duì)生物通風(fēng)修復(fù)柴油污染土壤修復(fù)效果的影響，設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，選取初始柴油濃度、土壤含水率和通風(fēng)速率為影響因素，在室內(nèi)自然條件下進(jìn)行，
實(shí)驗(yàn)采用抽提-注氣相結(jié)合的通風(fēng)方式，每天通風(fēng)8h，N:P為1.5:1，實(shí)驗(yàn)組合的基本情況見(jiàn)表1。
[0032]表1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)表
【權(quán)利要求】
1.一種柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，其特征在于:所述裝置包括如下組件:氣泵，土柱，吸附柱，CO2收集瓶，無(wú)水Na2SO4瓶，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，各組件之間經(jīng)通氣管連接，所述土柱頂部及底部設(shè)有輻射板，側(cè)壁設(shè)有取樣口，靠近柱體底部的側(cè)壁設(shè)有進(jìn)氣口 ；土柱頂部設(shè)有出氣口，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，其特征在于:所述輻射板設(shè)在距土柱頂部0.04 m和底部0.07 m處，在柱底輻射板上鋪2-3層不銹鋼絲網(wǎng)，防止篩孔被堵塞及保證均勻布?xì)狻?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，其特征在于:所述CO2收集瓶?jī)?nèi)裝有NaOH溶液，吸附柱中填充有活性炭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，其特征在于:所述土柱為內(nèi)壁打毛的有機(jī)玻璃柱。
5.一種柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，其特征在于:利用權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置進(jìn)行處理，方法如下: 將油污土填充到所述土柱中， 每天通風(fēng)，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，氣體由土柱底部進(jìn)氣孔進(jìn)入，通過(guò)底部輻射板向上流注入土柱，土柱土壤中柴油的揮發(fā)組分和產(chǎn)生的CO2在向上氣流的攜帶或真空壓力作用下，通過(guò)頂部輻射板和集氣孔進(jìn)入活性炭吸附柱和CO2收集，經(jīng)活性炭吸附和CO2收集瓶的氣體排放到空氣中， 所述通風(fēng)速率為50至300ml/min,優(yōu)選為150 ml/min。
6.如權(quán)利要求5所述的柴油污染型土壤生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，其特征在于:所述每天通風(fēng)時(shí)間為8小時(shí)。
7.一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置，其特征在于:所述裝置包括如下組件:通風(fēng)系統(tǒng)，土堆，氣液分離器，尾氣吸附裝置，玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，所述通風(fēng)系統(tǒng)包括氣泵、通氣管道，各組件之間經(jīng)通氣管連接，在所述土堆上設(shè)有取樣口 ；通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式。
8.一種柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，其特征在于:利用權(quán)利要求7所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)裝置進(jìn)行處理，方法如下: 將油污土堆進(jìn)行密封處理后靜置老化， 每天通風(fēng)，通風(fēng)方式采用抽提、注入或抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，土壤中的高濃度揮發(fā)性有機(jī)物沿通氣管道進(jìn)入氣液分離器，含水氣流實(shí)現(xiàn)氣液分離，氣體進(jìn)入尾氣吸附裝置，最終排入到大氣中； 所述通風(fēng)速率為50至300ml/min,優(yōu)選為150 ml/min。
9.如權(quán)利要求8所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，其特征在于:通風(fēng)方式采用抽提-注入相結(jié)合的通風(fēng)方式，前期采用間歇抽氣模式進(jìn)行通風(fēng)，后期采用間歇注氣模式進(jìn)行通風(fēng)。
10.如權(quán)利要求8所述的柴油污染型場(chǎng)地生物強(qiáng)化氣提修復(fù)方法，其特征在于:土柱中還加有柴油降解菌，優(yōu)選地所述柴油降解菌是保藏號(hào)為CGMCC N0.7896的醋酸鈣不動(dòng)桿菌，保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心。
【文檔編號(hào)】B09C1/00GK103658161SQ201310494411
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】陳志良, 劉沙沙, 彭曉春 申請(qǐng)人:環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所