高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法

摘要

本发明涉及高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法，属于污染土壤修复技术领域。首先将高浓度石油污染土壤进行异位生物堆置，大大降低土壤中石油烃的浓度。然后将堆置物按一定量回田，使回田后土壤中石油烃的浓度低于2000mg·kg

说明书

技术领域

本发明属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种高浓度石油污染土壤异 位-原位联合生物修复方法。

背景技术

生物修复技术是目前最有价值和最具生命力的石油污染土壤修复技术。但 是，我国多数石油污染土壤比较突出的特点就是土壤含盐量普遍比较高，植被 类型简单，石油污染浓度较高且在土壤中分布不均匀，石油在土壤中存在形态 复杂等，这些都大大影响了原位生物技术的修复效率。尤其是当石油污染浓度 高于2000mg/kg时，原位生物修复技术修复效率较低，历时较长。因此如何克 服现有技术的不足是目前高浓度石油污染土壤修复技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种高浓度石油污染土壤 异位-原位联合生物修复方法。

本发明采用的技术方案如下：

高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，异位修复：

向污染土壤中添加芦苇秸秆、引发剂、膨松剂和高效石油降解菌，并调节 碳氮比和水分，利用强制通风静态垛堆异位修复，具体操作如下：

(1)堆场设计：按国家标准HJ 2035-2013；

(2)强制通风设计：在垛堆的底层铺设U形带孔管道作为通风管路系统， 鼓风机作为通风动力系统，管路上铺设3cm～4cm厚的风干芦苇秸秆，并保证均 匀布气；

(3)堆置工艺参数设计：将新鲜猪粪、干锯末和过磷酸钙混合，所述的干 锯末的加入量为新鲜猪粪质量的10％～15％，所述的过磷酸钙的加入量为新鲜猪 粪质量的5％～6％，混合均匀后，得到引发剂；

将引发剂加入堆体，引发剂的加入量为堆体质量的4.5～5.5％；

同时，另取芦苇秸秆切碎至5cm～6cm长的芦苇秸秆碎屑，然后加入堆体， 堆体与秸秆碎屑体积比为2∶1；并用尿素调节堆体的碳氮比至10～15∶1；

然后加高效石油降解菌，使堆体中高效石油降解菌的含量达1×10⁸cfu·kg^-1～1×10⁹cfu·kg^-1，再调节堆体水分含量至55％～60％，最后堆体上覆盖高保温 高透光的塑料膜进行防风防雨；每隔3天鼓风通气1小时，通气量为0.05m³·h^-1～0.06m³·h^-1；

(4)利用生物堆置技术异位修复30-45天后，进行堆置物检测；

如果堆置物中石油含量低于500mg·kg^-1，达到修复要求，则不需要进行步 骤二的原位修复，直接回田；如果土壤中石油含量高于500mg·kg^-1，则需要进 行步骤二的堆置物回田原位修复；

步骤二，堆置物回田原位修复：

(1)回田量计算：

要使异位修复的堆置物回填后满足原位修复的条件，必须满足：

$\frac{C_A\times m+C_B\times (1.5\times {10}^5-m)}{1.5\times {10}^5-m}\le 2000,$  公式(1)；

经整理得，$\frac{m}{1.5\times {10}^5-m}\le \frac{2000-C_B}{C_A},$  公式(2)；

其中：C_A-堆置结束时堆料中石油浓度，mg·kg^-1；

C_B-土壤中石油的背景浓度，mg·kg^-1；

m-堆料回田量，kg；

1.5×10⁵-每亩表层土壤的质量，kg；

2000-原位修复的石油浓度上限值，mg·kg^-1；

(2)回田工程：在原先污染的田块中，根据回田量的计算结果，每亩地均 匀撒施m吨异位生物堆置修复后的堆置物，然后按每亩表层土壤的质量添加高 效石油降解菌使土壤中高效降解菌的含量达1×10⁷cfu·kg^-1～1×10⁸cfu·kg^-1， 混合均匀后，翻耕深度20cm，旋耕2次；

(3)微生物-植物联合修复：每亩旋耕后的田块均匀播种发芽率为85％以 上的碱蓬种子0.5公斤，生长两个月，即完成修复。

进一步，优选的是所述的通风管路系统的管道上开设的孔的直径为5mm～ 6mm，各相邻小孔之间夹角为180°且相距都为20cm～30cm。

进一步，优选的是所述的高效石油降解菌为枯草芽孢杆菌和多食鞘氨醇杆 菌按菌落总数1∶1配制成的复合菌种。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明是一种典型的生物修复技术，技术特点是：首先将高浓度石油污染 土壤进行异位生物堆置(异位修复)，大大降低土壤中石油烃的浓度。然后将堆 置物按一定量回田，使回田后土壤中石油烃的浓度低于2000mg·kg^-1，以满足 原位修复的要求。最后进行原位修复后，达到修复要求。该发明巧妙的将异位- 原位生物修复方法巧妙联合起来，达到经济、高效的修复效果。本发明与其他 石油污染土壤修复技术相比，有着明显的特点：

1.是一项环境友好的技术

高浓度石油污染土壤的修复方法目前主要有物理法(隔离法、焚烧法、抽 提法等)、化学法(萃取法、淋洗法、光催化氧化法、化学氧化法等)和生物法 (生物堆置法、预制床法、生物泥浆法等)。物理法虽然能净化土壤中的大部分 有机物，但容易破坏土壤的结构和组分，且价格昂贵难以实施；化学法处理高 浓度石油污土壤可以获得良好的除油效果，但该方法采用大量化学试剂，处理 不当会引起二次污染。与前面两种方法相比，生物修复技术具有其独特的优点： ①可以处理大面积污染的土壤，处理费用较低；②处理效果好，土壤中污染物 残留量低；③绿色环保，不产生二次污染；④不破坏植物生长需要的土壤条件， 且能改善土壤质量。

2.是一项经济、高效、实用的技术

①经济：高浓度石油污染土壤的异位-原位联合生物修复方法与物理法和化 学法相比，投资少，设备简单，操作方便。该方法所涉及的设备均为常规的通 风设备、运输设备、农业耕作设备等，也可根据实际情况进行设备逐步升级(人 工、半自动和全自动)。而物理法和化学法往往要求专业的处理设备和专门的场 地，费用较高。如化学萃取法、淋洗法等还需要后处理设备。生物堆置法费用 仅为焚烧法的1/2～1/3，比其他方法费用更低。

②高效：高浓度石油污染土壤的异位生物堆置方法石油烃的降解率高达6 5％以上，当土壤中石油烃含量低于2000mg/kg时，原位生物修复方法石油烃的 降解率高达80％以上。两者结合，获得较高修复效率。除焚烧法外，其他方法 即使有较高的萃取、提抽、淋洗效率，提取的石油烃都需要进行后处理。可提 纯、浓缩等资源化利用，但更多的还要进行生物、光催化、化学降解等处理。

③实用：异位生物堆置法类似于传统的堆肥，原位生物修复法类似于传统 的农田耕作，操作简便易学，便于推广。

3.是一项联合修复技术

石油污染土壤比较突出的特点：一是石油污染浓度在土壤中分布不均匀， 且存在形态复杂；二是土壤含盐量普遍比较高，植被类型简单，仅靠原位生物 技术难以发挥作用。通过土壤污染检测，高、中浓度可进行异位修复，低、无 污染土壤可以与异位修复堆置物混合，进行原位修复。这是其他方法无法比拟 的。其他方法更适合于高浓度石油污染土壤的修复，对于中、低浓度时修复效 率较低，若将整个污染田块混合后修复，费用更高。

另外，异位修复后的堆置物中含有较高的有机质、土壤养分、微生物等， 回田后不仅提高了原位修复效率，还能培肥土壤。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定 本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描 述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者， 均为可以通过购买获得的常规产品。

实施例1

高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，异位修复：

向污染土壤中添加芦苇秸秆、引发剂、膨松剂和高效石油降解菌，并调节 碳氮比和水分，利用强制通风静态垛堆异位修复，具体操作如下：

(1)堆场设计：按国家标准HJ 2035-2013；

(2)强制通风设计：在垛堆的底层铺设U形带孔管道作为通风管路系统， 鼓风机作为通风动力系统，管路上铺设3cm厚的风干芦苇秸秆，并保证均匀布 气；所述的通风管路系统的管道上开设的孔的直径为5mm，各相邻小孔之间夹 角为180°且相距都为20cm～25cm；

(3)堆置工艺参数设计：将新鲜猪粪、干锯末和过磷酸钙混合，所述的干 锯末的加入量为新鲜猪粪质量的10％，所述的过磷酸钙的加入量为新鲜猪粪质 量的5％，混合均匀后，得到引发剂；

将引发剂加入堆体，引发剂的加入量为堆体质量的4.5％，以提高初期堆体 温度；

同时，另取芦苇秸秆切碎至5cm～5.5cm长的芦苇秸秆碎屑，作为膨松剂， 然后加入堆体，堆体与秸秆碎屑体积比为2∶1；并用尿素调节堆体的碳氮比至1 0∶1；

然后加高效石油降解菌使堆体中高效降解菌的含量达1×10⁸cfu·kg^-1，再调 节堆体水分含量至55％～58％，最后堆体上覆盖高保温高透光的塑料膜进行防风 防雨；每隔3天鼓风通气1小时，通气量为0.05m³·h^-1～0.055m³·h^-1；

(4)利用生物堆置技术异位修复45天后，进行堆置物检测，石油降解率 达65％以上；

如果堆置物中石油含量低于500mg·kg^-1，达到修复要求，则不需要进行步 骤二的原位修复，直接回田；如果土壤中石油含量高于500mg·kg^-1，则需要进 行步骤二的堆置物回田原位修复；

步骤二，堆置物回田原位修复：

(1)回田量计算：

高浓度石油污染土壤经生物堆置修复(异位修复)后，堆置物中石油污染 浓度往往高于500mg·kg^-1，甚至高于2000mg·kg^-1，达不到修复要求，需要 回田后进行原位修复；当土壤中石油污染浓度低于2000mg·kg^-1时，原位修复 可使土壤中石油浓度低于500mg·kg^-1，达到修复要求。因此，要使异位修复的 堆置物回填后满足原位修复的条件，必须满足：

$\frac{C_A\times m+C_B\times (1.5\times {10}^5-m)}{1.5\times {10}^5-m}\le 2000,$  公式(1)；

经整理得，$\frac{m}{1.5\times {10}^5-m}\le \frac{2000-C_B}{C_A},$  公式(2)；

其中：C_A-堆置结束时堆料中石油浓度，mg·kg^-1；

C_B-土壤中石油的背景浓度，mg·kg^-1；

m-堆料回田量，kg；

1.5×10⁵-每亩表层土壤的质量，kg；

2000-原位修复的石油浓度上限值，mg·kg^-1；

(2)回田工程：在原先污染的田块中(高浓度污染土攘已取走，并进行生 物堆置异位修复)，根据回田量的计算结果，每亩地均匀撒施m吨异位生物堆置 修复后的堆置物，然后按每亩表层土壤的质量添加高效石油降解菌使土壤中高 效降解菌的含量达1×10⁷cfu·kg^-1～1×10⁸cfu·kg^-1，混合均匀后，翻耕深度20cm， 旋耕2次；进行土壤石油烃含量检测，确保土壤中石油烃含量低于2000mg·k g^-1，以满足原位生物修复的要求；

(3)微生物-植物联合修复：每亩旋耕后的田块均匀播种发芽率为85％以 上的碱蓬种子0.5公斤，生长两个月，即完成修复；进行土壤石油烃含量检测， 确保土壤中石油烃含量低于500mg·kg^-1，达到修复要求。

本发明中所述的高效石油降解菌为枯草芽孢杆菌和多食鞘氨醇杆菌按菌落 总数1∶1配制成的复合菌种。

实施例2

高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，异位修复：

向污染土壤中添加芦苇秸秆、引发剂、膨松剂和高效石油降解菌，并调节 碳氮比和水分，利用强制通风静态垛堆异位修复，具体操作如下：

(1)堆场设计：按国家标准HJ 2035-2013；

(2)强制通风设计：在垛堆的底层铺设U形带孔管道作为通风管路系统， 鼓风机作为通风动力系统，管路上铺设4cm厚的风干芦苇秸秆，并保证均匀布 气；所述的通风管路系统的管道上开设的孔的直径为6mm，各相邻小孔之间夹 角为180°且相距都为25cm～30cm；

(3)堆置工艺参数设计：将新鲜猪粪、干锯末和过磷酸钙混合，所述的干 锯末的加入量为新鲜猪粪质量的15％，所述的过磷酸钙的加入量为新鲜猪粪质 量的6％，混合均匀后，得到引发剂；

将引发剂加入堆体，引发剂的加入量为堆体质量的5.5％，以提高初期堆体 温度；

同时，另取芦苇秸秆切碎至5.5cm～6cm长的芦苇秸秆碎屑，作为膨松剂， 然后加入堆体，堆体与秸秆碎屑体积比为2∶1；并用尿素调节堆体的碳氮比至1 5∶1；

然后加高效石油降解菌使堆体中高效降解菌的含量达1×10⁹cfu·kg^-1，再调 节堆体水分含量至58％～60％，最后堆体上覆盖高保温高透光的塑料膜进行防风 防雨；每隔3天鼓风通气1小时，通气量为0.055m³·h^-1～0.06m³·h^-1；

(4)利用生物堆置技术异位修复30天后，进行堆置物检测，石油降解率 达65％以上；

如果堆置物中石油含量低于500··mg·kg^-1，达到修复要求，则不需要进行步 骤二的原位修复，直接回田；如果土壤中石油含量高于500mg·kg^-1，则需要进 行步骤二的堆置物回田原位修复；

步骤二，堆置物回田原位修复：

(1)回田量计算：

高浓度石油污染土壤经生物堆置修复(异位修复)后，堆置物中石油污染 浓度往往高于500mg·kg^-1，甚至高于2000mg·kg^-1，达不到修复要求，需要 回田后进行原位修复；当土壤中石油污染浓度低于2000mg·kg^-1时，原位修复 可使土壤中石油浓度低于500mg·kg^-1，达到修复要求。因此，要使异位修复的 堆置物回填后满足原位修复的条件，必须满足：

$\frac{C_A\times m+C_B\times (1.5\times {10}^5-m)}{1.5\times {10}^5-m}\le 2000,$  公式(1)；

经整理得，$\frac{m}{1.5\times {10}^5-m}\le \frac{2000-C_B}{C_A},$  公式(2)；

其中：C_A-堆置结束时堆料中石油浓度，mg·kg^-1；

C_B-土壤中石油的背景浓度，mg·kg^-1；

m-堆料回田量，kg；

1.5×10⁵-每亩表层土壤的质量，kg；

2000-原位修复的石油浓度上限值，mg·kg^-1；

(2)回田工程：在原先污染的田块中(高浓度污染土攘已取走，并进行生 物堆置异位修复)，根据回田量的计算结果，每亩地均匀撒施m吨异位生物堆置 修复后的堆置物，然后按每亩表层土壤的质量添加高效石油降解菌使土壤中高 效降解菌的含量达1×10⁷cfu·kg^-1～1×10⁸cfu·kg^-1，混合均匀后，翻耕深度20cm， 旋耕2次；进行土壤石油烃含量检测，确保土壤中石油烃含量低于2000mg·k g^-1，以满足原位生物修复的要求；

(3)微生物-植物联合修复：每亩旋耕后的田块均匀播种发芽率为85％以 上的碱蓬种子0.5公斤，生长两个月，即完成修复；进行土壤石油烃含量检测， 确保土壤中石油烃含量低于500mg·kg^-1，达到修复要求。

本发明中所述的高效石油降解菌为枯草芽孢杆菌和多食鞘氨醇杆菌按菌落 总数1∶1配制成的复合菌种。

实施例3

高浓度石油污染土壤异位-原位联合生物修复方法，包括如下步骤：

步骤一，异位修复：

向污染土壤中添加芦苇秸秆、引发剂、膨松剂和高效石油降解菌，并调节 碳氮比和水分，利用强制通风静态垛堆异位修复，具体操作如下：

(1)堆场设计：按国家标准HJ 2035-2013；

(2)强制通风设计：在垛堆的底层铺设U形带孔管道作为通风管路系统， 鼓风机作为通风动力系统，管路上铺设3.5cm厚的风干芦苇秸秆，并保证均匀 布气；所述的通风管路系统的管道上开设的孔的直径为5.5mm，各相邻小孔之 间夹角为180°且相距都为22cm～26cm；

(3)堆置工艺参数设计：将新鲜猪粪、干锯末和过磷酸钙混合，所述的干 锯末的加入量为新鲜猪粪质量的13％，所述的过磷酸钙的加入量为新鲜猪粪质 量的5.6％，混合均匀后，得到引发剂；

将引发剂加入堆体，引发剂的加入量为堆体质量的5％，以提高初期堆体温 度；

同时，另取芦苇秸秆切碎至5.3-5.8cm长的芦苇秸秆碎屑，作为膨松剂， 然后加入堆体，堆体与秸秆碎屑体积比为2∶1；并用尿素调节堆体的碳氮比至2∶ 1；

然后加高效石油降解菌使堆体中高效降解菌的含量达5×10⁹cfu·kg^-1，再调 节堆体水分含量至55％～60％，最后堆体上覆盖高保温高透光的塑料膜进行防 风防雨；每隔3天鼓风通气1小时，通气量为0.052m³·h^-1～0.054m³·h^-1；

(4)利用生物堆置技术异位修复38天后，进行堆置物检测，石油降解率 达65％以上；

如果堆置物中石油含量低于500··mg·kg^-1，达到修复要求，则不需要进行步 骤二的原位修复，直接回田；如果土壤中石油含量高于500mg·kg^-1，则需要进 行步骤二的堆置物回田原位修复；

步骤二，堆置物回田原位修复：

(1)回田量计算：

高浓度石油污染土壤经生物堆置修复(异位修复)后，堆置物中石油污染 浓度往往高于500mg·kg^-1，甚至高于2000mg·kg^-1，达不到修复要求，需要 回田后进行原位修复；当土壤中石油污染浓度低于2000mg·kg^-1时，原位修复 可使土壤中石油浓度低于500mg·kg^-1，达到修复要求。因此，要使异位修复的 堆置物回填后满足原位修复的条件，必须满足：

$\frac{C_A\times m+C_B\times (1.5\times {10}^5-m)}{1.5\times {10}^5-m}\le 2000,$  公式(1)；

经整理得，$\frac{m}{1.5\times {10}^5-m}\le \frac{2000-C_B}{C_A},$  公式(2)；

其中：C_A-堆置结束时堆料中石油浓度，mg·kg^-1；

C_B-土壤中石油的背景浓度，mg·kg^-1；

m-堆料回田量，kg；

1.5×10⁵-每亩表层土壤的质量，kg；

2000-原位修复的石油浓度上限值，mg·kg^-1；

(2)回田工程：在原先污染的田块中(高浓度污染土攘已取走，并进行生 物堆置异位修复)，根据回田量的计算结果，每亩地均匀撒施m吨异位生物堆置 修复后的堆置物，然后按每亩表层土壤的质量添加高效石油降解菌使土壤中高 效降解菌的含量达1×10⁷cfu·kg^-1～1×10⁸cfu·kg^-1，混合均匀后，翻耕深度20cm， 旋耕2次；进行土壤石油烃含量检测，确保土壤中石油烃含量低于2000mg·k g^-1，以满足原位生物修复的要求；

(3)微生物-植物联合修复：每亩旋耕后的田块均匀播种发芽率为85％以 上的碱蓬种子0.5公斤，生长两个月，即完成修复；进行土壤石油烃含量检测， 确保土壤中石油烃含量低于500mg·kg^-1，达到修复要求。

本发明中所述的高效石油降解菌为枯草芽孢杆菌和多食鞘氨醇杆菌按菌落 总数1∶1配制成的复合菌种。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的 技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描 述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发 明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。