受石油污染的土壤的异位微生物修复系统和修复方法

摘要

本发明涉及一种受石油污染的土壤的异位微生物修复系统和修复方法，所述系统包括：1)铺设在地面上的隔离底层；2)铺设在所述隔离底层上的一个或多个受石油污染的土壤层；3)铺设在所述土壤层中的一个或多个水平多孔疏气管；4)铺设在所述土壤层中的一端与外界连通的一个或多个竖直进料管；5)铺设在最上方的隔离顶层；6)与所述一个或多个水平多孔疏气管连通的排放系统。本发明的修复系统和修复方法能够减少运输成本、占地面积小、处理周期短、修复效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种受石油污染的土壤的异位微生物修复系统和修复方法。

背景技术

随着石油工业的迅速发展，输油管线、储油仓和储油罐等的石油泄露事故不断增加，受污染的土壤范围也显著扩大，石油污染物改变土壤的有机质组成，破坏土壤结构，引起土壤土质恶化从而严重破坏生态环境。此外，石油污染物中包含大量致癌、致畸、致突变的有害物质，会对人体健康产生不利影响。由于石油污染物在土壤中很难通过自然降解过程去除，因此会在土壤中长期存在并积累。

现有的污染土壤处理技术可以大致分为4类：物理分离技术、化学处理技术、植物修复技术、微生物修复技术。物理分离技术通过对受污染土壤进行挖掘填埋(挖掘填埋法)或者将受污染土壤与周围环境进行隔离(隔离法)从而防止污染物进一步迁移，但是无法从本质上消除污染物。化学处理技术通过对受污染土壤进行焚烧(化学焚烧法)或用化学洗涤剂洗涤受污染土壤(化学洗涤法)从而消除土壤中的污染物，虽然能够获得较好的除油效果，但是焚烧会破坏土壤结构和组分，并且成本昂贵且较难实施，而化学洗涤法所使用的化学洗涤剂又进一步造成二次污染问题。植物修复技术是利用植物及其共存微生物体系清除土壤污染物的治理技术，该技术虽然成本低廉，但是修复时间较长，处理过程缓慢，不能修复所有污染对象并且只针对表层土壤。微生物修复技术使用微生物降解或去除土壤中的有机污染物，利用天然或接种微生物并通过人为措施为微生物的生长和繁殖提供必要条件，可以分为原位处理和异位处理，由于微生物修复技术费用低、效果好、处理速度高，已经成为备受关注的修复技术。

中国专利201110129619.9公开了一种石油污染土壤的原位综合修 复系统及方法，其中通过注入井将包含表面活性剂的注入液注入土壤并对土壤中的油污进行处理，经处理的油污通过可调节筛管和抽吸管抽出土壤，从而除去土壤中的油污。该专利的方法的缺点在于仅能针对土壤中的自由相和高浓度气相污染物采取抽吸，无法除去其他相态的污染物，因此其修复效果有限。

中国专利200810223973.6公开了一种控制和清除土壤中油类污染物的技术和技术装置，其中通过钻孔向各个砂层中分层注浆形成多个隔油盘从而将油类污染物分层隔开，并在钻孔里安置渗透管并构筑集油管，在油类污染物横向扩散边界附近开挖储水沟从而人为制造局部地下土壤水流场，使油类污染物在周边土壤饱水带的毛细压差力作用下向着集油管运动并聚集在集油管中，然后通过集油管中的石油降解菌加速油类污染物的降解与清除。该专利的方法的缺点在于必须在土壤中建立足够的毛细压差从而迫使油类污染物横向流动，重点在于处理油污量大且油污浓度高的土壤，不利于修复由长期油污慢性渗漏引起的污染。

因此，需要一种能够克服现有技术的技术问题的方法。

发明内容

本发明涉及一种受石油污染的土壤的异位微生物修复系统，所述系统包括：

1)铺设在地面上的隔离底层；

2)铺设在所述隔离底层上的一个或多个受石油污染的土壤层；

3)铺设在所述土壤层中的一个或多个水平多孔疏气管；

4)铺设在所述土壤层中的一端与外界连通的一个或多个竖直进料管；

5)铺设在最上方的隔离顶层；

6)与所述一个或多个水平多孔疏气管连通的排放系统。

根据本发明的一个优选实施方案，所述隔离底层由下至上由混凝土层、碎石层、钢筋混凝土板和高密度聚乙烯土工布组成。

根据本发明的一个优选实施方案，在所述隔离底层和所述土壤层之间由下至上进一步包括排水层和沙层。

根据本发明的一个优选实施方案，所述隔离底层与所述隔离顶层防止外界气体和水分的干扰，从而维持所述土壤层中的温度和湿度条件。

根据本发明的一个优选实施方案，所述修复系统进一步包括位于所述排放系统上游的水汽分离系统、活性炭净化系统和监控系统。

根据本发明的一个优选实施方案，所述修复系统进一步包括与所述竖直进料管连接的控制系统，通过所述控制系统控制所述竖直进料管进料。

此外，本发明还涉及一种受石油污染的土壤的异位微生物修复方法，所述方法包括如下步骤：

1)在地面上铺设隔离底层；

2)在所述隔离底层上铺设一个或多个受石油污染的土壤层；

3)在所述土壤层中铺设一个或多个水平多孔疏气管；

4)在所述土壤层中铺设一端与外界连通的一个或多个竖直进料管；

5)在最上方铺设隔离顶层；

6)在外部建立与所述一个或多个水平多孔疏气管连通的排放系统；

7)通过所述竖直进料管投放微生物及任选的繁殖所需的养料和水；

8)使在所述土壤层中产生的水汽和包含挥发性油气的废气通过所述水平多孔疏气管经由排放系统排出。

根据本发明的一个优选实施方案，所述隔离底层由下至上由混凝土层、碎石层、钢筋混凝土板和高密度聚乙烯土工布组成。

根据本发明的一个优选实施方案，在所述隔离底层和所述土壤层之间由下至上进一步铺设排水层和沙层。

根据本发明的一个优选实施方案，所述隔离底层与所述隔离顶层防止外界气体和水分的干扰，从而维持所述土壤层中的温度和湿度条件。

根据本发明的一个优选实施方案，在所述排放系统上游进一步建立水汽分离系统、活性炭净化系统和监控系统。水汽分离系统的作用 是大量减少各土壤层中产生的水汽进入风机及后续的活性炭净化系统，避免系统失活，造成活性炭净化系统失去作用；所述活性炭净化系统的作用是“除味、除油”：即去除排出气体中的挥发性油气以及污染性气体，确保最终排向大气的气体符合排放标准；所述监控系统的作用是：1、随时控制、监察本发明中各主要部件和设备的运作情况，2、监测各处压力和温度，3、监测排放气体的指标情况。

根据本发明的一个优选实施方案，进一步建立与所述竖直进料管连接的控制系统，通过所述控制系统控制所述竖直进料管进料。

本发明的修复系统和修复方法能够减少运输成本、占地面积小、处理周期短、修复效果好。

附图说明

图1为根据本发明的受石油污染的土壤的异位微生物修复系统的示意图。

图2为显示根据本发明的受石油污染的土壤的异位微生物修复系统的实施例的微生物修复结果的图表。

具体实施方式

下文将结合附图对本发明进行详细描述。

参考图1，本发明的受石油污染的土壤的异位微生物修复系统1包括：隔离底层2、一个或多个受石油污染的土壤层3、一个或多个水平多孔疏气管4、一端与外界连通的一个或多个竖直进料管5、隔离顶层6、水汽分离系统7、活性炭净化系统8、监控系统9、排放系统10和控制系统11。

实施例

一、土壤情况(土壤来源、污染情况等)

本实施例修复某地区焚化炉污染土壤，由于该焚化炉在几十年的运行中是用来收集并分类垃圾，对垃圾进行焚化以及储存某些油料和化学物质，所以该工地范围的土壤受到了多种污染物的侵蚀，包括润滑油等重油。受碳氢化合物(油污)污染土壤共有约2400m³。

二、建立异位微生物修复系统的步骤

(1)移除地面现有未受污染的泥土(约1m深)，使露出的土层结实且无污染；

(2)利用现有的拆楼废料(一定粒径的混凝土块，惰性材料)组成225mm厚的基床； 

(3)在其上再铺设50mm厚碎石组成垫层；

(4)在其上浇筑300mm厚钢筋混凝土板；

(5)钢筋混凝土板建成后，其上铺设1mm厚的高密度聚乙烯(HDPE)土工布；

*注：以上(2)～(5)组成了隔离底层，来阻止生物堆沥出液渗入地下，造成污染。

(6)进行防水测试；

(7)建立水汽分离系统(包括2m直径的气液分离罐以及阀门、管道等)；

(8)在前述(5)的高密度聚乙烯土工布上铺设10mm厚的排水垫，此为排水层；

(9)在排水层上再铺设300mm厚细沙(此沙层的作用有：①作为其下排水层的保护层，由于待处理的污泥由多种材料及不规则形状构成，所以本层在构筑生物堆过程中起缓冲作用；②为部分生物堆部分退役提供灵活性，例如当某一部分的污泥生物降解完成时，该部分处理完毕的污泥可以由挖掘机挖出而不破坏排水层。(10)在上述300mm厚沙层上铺设1m厚的第一层污泥；

(11)在上述土壤层上铺设多个水平多孔疏气管，并且将竖直进料管也插入土壤中(该进料管控制空气量，另外也可以作为通道提供必要的营养素和水分)；水平多孔疏气管为直径100mm的uPVC多孔管，且由土工织物包裹；而竖直进料管为直径50mm钢管，其端头有控制阀门。

(12)继续铺设1m厚的第二层污泥；

(13)同样在上述土壤层上铺设多个水平多孔疏气管；

(14)继续铺设1m厚的第三层污泥；

(15)在其上构筑工作平台(其作用为：为生物堆的运作、监控和取土样提供路径)；

(16)在第三层土壤上覆盖HDPE土工布，即隔离顶层(其作用为：使生物堆免受外界天气变化影响，为生物降解的顺利进行保持有利的条件，例如含水量和温度等)；

(17)建立监测系统来监控生物堆的运作；

(18)建立排放系统(抽气机)，使在所述土壤层中产生的水汽和包含挥发性油气的废气通过所述水平多孔疏气管经由排放(抽气)系统排出；

(19)建立活性炭净化系统，来滤除排出气体中的挥发性油气以及污染性气体，确保最终排向大气的气体符合排放标准；

(20)建立控制面板系统，该系统和前述(17)的监测系统一起来管理生物堆的运作；

(21)将所有设备连接至控制面板系统；

(22)根据溶出试验的结果来向生物堆中加入细菌(经由竖直进料管)；

(23)该系统试运行后即可进行全天候运作，三个月后进行第一批土样检测，直至最终土样检测合格。

三、微生物修复的各项参数

1、经过检测，该实施例中有机污染物的种类有：

(1)石油烃(total petroleum hydrocarbon,即TPH)，碳原子数从6到35(分为三组C₆-C₈，C₉-C₁₆和C₇-C₃₅)，除净目标值均为1.0×10⁴mg/kg；

(2)多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls，即PCBs)除净目标值为0.748mg/kg；

*注：对于多氯联苯，这里列出的值是取当地标准中“工业用地”和“公园用地”当中较严格的指标。

2、针对不同的待消除污染物，采取不同的方针。

(1)该处受污染土壤主要的、大部分的污染物为石油烃，即TPH，最高浓度为424,400mg/kg。对于该种污染物，主要采取土壤自有微生物，添加少量单胞杆菌属的细菌(如绿脓杆菌和固氮斯氏假单胞杆菌)， 湿度保持25％左右，C:N:P＝100:9:1，pH为7.5～7.7之间，处理时间为7个月(210天)。

(2)另外一部分污染物多氯联苯即PCBs，所占比例较少，最高浓度为3.9mg/kg。对于该种污染物，主要采取添加红酵母属菌株，湿度保持25％左右，C:N:P＝100:9:1，pH为7.5～7.7之间，处理时间为7个月(210天)。

四、取样分析以及微生物修复结果

按照比例，共取样27个样本进行测试。在生物堆运作过程中，每一个月取样一次(第一次取样在开始2个月之后)，最后一次取样为生物堆终结运作取样。样本的微生物修复结果示于图2中。

图2显示了某取样点历次取样测得的TPH含量(代表性)，最终取样中C₆-C₈烃类浓度小于5mg/kg，C₉-C₁₆烃类浓度小于200mg/kg，C₇-C₃₅烃类浓度小于500mg/kg，而TPH也远小于除净目标值1.0×10⁴mg/kg。

就PCBs而言，最高浓度为0.6mg/kg，也小于除净目标值0.748mg/kg。

由上述检测结果可知，微生物修复结果良好，达到环保标准，油污去除率达到83％，特别是通过加强通风透气作用，使微生物呼吸作用加强，从而提高油污降解率。另外，提高土壤含水率也增加了油污的降解率。对于降解PCBs的真菌类而言，通过加入氮素，加快了其分解PCBs的效率。

五、废气成分、排放物控制

主要废气如下表所示