專利名稱：一種單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置和方法
技術領域：
本發明屬于環保設備技術領域，特別涉及一種單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置和方法。
背景技術：
隨著城市擴大化，大批處于新城區的化工企業和污染企業需要搬離，留下了一片片被污染的土地，僅2008年全國關停轉遷的企業數就高達22488個(廖曉勇等.城市工業污染場地中國環境修復領域的新課題[J].環境科學，2011,32 (3):784-794.)。而2012年，國家環保部規定受污染的土地未修復之前是不準再次利用開發。因此需要大量的技術和資金運用到場地修復。目前國內外的修復技術主要分為三大類生物修復方法、物理修復方法、化學修復方法。傳統的生物修復方法主要利用植物根、莖、葉等來吸收土壤中的污染物；但這一方法修復時間較長，且修復效果不徹底，土壤中始終存在污染物。物理方法主要利用客土法、衛生填埋，這種修復方式雖然徹底清理了污染場地的污染物，但同時也將給其他地區造成污染，形成二次污染，且這些修復方式不可持續的，修復代價巨大。而化學方法涉及到土壤挖掘，并且需向污染的土壤投加化學試劑，因此修復費用高，是不可持續的修復方法。為了解決土壤修復難，費用高等問題，國內外學者做了大量的研究。例如在生物修復方面，研究者一直努力在尋找高效的污染物降解菌，從污染的土壤中提取土著污染物降解菌，并進行培養，最后連同土著菌營養基注入受污染的場地，強化土著菌對污染場地的污染。例如齊建超(齊建超，張承東，喬俊，郭婷，張清敏，陳威.微生物與有機肥混合劑修復石油污染土壤的研究[J].農業環境科學學報，2010，01:66-72.)公開了在實驗室條件下添加菌劑與復合有機肥對石油污染土壤有較好的修復效果。他們通過采用含有4種菌的菌劑與多種有機肥聯合修復石油污染土壤，通過盆栽實驗對不同濃度菌劑處理土壤中的石油烴降解率、16種多環芳烴(PAHs)濃度、脫氫酶活性、pH、陽離子交換量和微生物多樣性等變化進行了研究。結果表明，腐植酸、諾沃肥和生物有機鈣等有機肥和菌劑(4%處理)的加入使土壤鹽堿環境得到明顯改善，土壤PH穩定于6. 9，陽離子交換量為201. 94 cmol-kg^1 ；對比4個不同濃度菌劑處理的效果，4%菌劑處理與有機肥聯合作用修復效果最顯著，石油烴降解率可達到73%，大部分所測PAHs濃度顯著降低，其中萘、蒽、苯并(a)芘和苯并(g，h, i)芘降解率分別達到了 65. 5%,57. 7%,74. 7%和55. 5%，土壤微生物數量增加，多樣性更為豐富。但這一方法在大規模使用上未能得到突破。王隆丹(王隆丹.高效原油降解真菌對原油污染土壤的修復研究[D].東北師范大學，2008.)進行了高效原油降解真菌對原油污染土壤的修復研究。他通過從受污染的濕地土壤中分離出能夠以原油作為碳源生長的真菌，進而用原油瓊脂培養基對真菌進行馴化，篩選出生長較快、生物量較大的菌種。再分別以不同的烴類化合物為碳源培養真菌，測定真菌生物量隨時間的變化，判斷真菌對不同烴類化合物的降解能力。最后取污染場地的土壤進行室內模擬修復實驗。經過5周的馴化周期和相應的模擬修復實驗，結果表明從污染場地提取的土著降解菌能有效降解污染場地的污染物。此外，大批學者在化學修復方面也做了大量的工作。其中最受關注的化學技術為化學淋洗和化學藥劑固定穩定化。例如籍國東等(籍國東，周國輝.異位化學淋洗修復石油類污染土壤[J].北京大學學報(自然科學版)，2007，06:863-871.)研究了土壤的異位淋洗中涉及的相關問題和化學淋洗劑選擇問題。他們發現異位化學淋洗修復石油類污染土壤主要的影響因數是(I) 土壤的性質；(2)污染物的性質、濃度和老化時間；(3)淋洗試劑的性質和濃度；(4)淋洗工藝條件(液固比、淋洗時間(2(T60min)、淋洗溫度、攪拌強度)。在土壤化學淋洗修復設備也有相關研究開發，申請號為201020260722. 8的中國專利申請提出的土壤中污染物遷移轉化的淋濾裝置雖然提供了異位淋洗設備，但是同樣涉及大規模的土壤挖掘，修復過程耗費大量的人力物力資源。這是一個亟待解決的問題。目前我國的修復技術和設備大多是異位修復技術和設備，而且像土壤氣提、化學氧化、熱脫附、淋洗修復設備處在研發和實驗樣機階段，修復設備的產業化應用很少。雖然國外已研發出先進的技術和設備，但是技術和設備的引進費用相當高，且不一定設備和技術能本土化。
發明內容
為解決上述問題，本發明提出了一種單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置和方法。所述的單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置結構如下加藥槽I通過管道和位于其下方的加藥罐3相連，在連接加藥槽I和加藥罐3的管道上設置有加藥槽閥門2 ;在所述的加藥罐3上設置有加藥罐壓力表4 ;加藥泵7的兩端通過管道分別與加藥罐3和單井雙灌井19相連；在所述的加藥罐3和加藥泵7之間的管道上安裝有加藥罐閥門6 ;在所述的加藥泵7上安裝有加藥電磁流量計11 ;在加藥泵7和單井雙灌井19之間安裝有加藥泵閥門12 ；所述的單井雙灌井19由內外兩層套管組成；在內管的底端安裝有高壓噴頭22，在內管的中部和下部均勻布置有多個直徑約為2_的微孔20 ;外管的中部和下部均勻布置有多個直徑為5mm的加藥小孔21 ;在外管上、加藥小孔21的上端分布有多個分支管路，每個分支管路上均勻布置有多個微孔；所述的支管均和主管相通，中下部均勻開有多個加藥小孔21 ；噴淋液加壓泵15的兩端通過管道分別與噴淋液水箱23和噴淋管道系統17相連；在所述的噴淋液水箱23和噴淋液加壓泵15之間安裝有噴淋閥門13 ;在所述的噴淋液加壓泵15上安裝有噴淋液電磁流量計8 ;在噴淋液加壓泵15和噴淋管道系統17之間安裝有噴淋液加壓泵閥門24 ;所述的噴淋管道系統17有多個分支的噴淋管道，每個分支管道的末端均有多個微孔噴頭18 ；空壓機9通過管道和所述的單井雙灌井19的內管相連，二者之間的管道上安裝有鼓風閥門14，二者相接的部位由井蓋16密封；所述的空壓機9上安裝有空壓機壓力表10 ；智能電氣控制系統5通過導線和加藥槽閥門2、加藥罐壓力表4、加藥罐閥門6、加藥泵7、噴淋液電磁流量計8、空壓機9、空壓機壓力表10、加藥電磁流量計11、加藥泵閥門12、噴淋閥門13、鼓風閥門14、噴淋液加壓泵15以及噴淋液加壓泵閥門24相連。
所述的高壓噴頭22使用鍍鋅管材，其它管道可以使用PVC管材；除單井雙灌井19和噴淋管道系統17外的所有裝置都安裝在集裝箱內，集裝箱可固定在運貨車上，從而可以根據場地的位置隨處安裝。一種利用所述的單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置進行土壤修復的方法包括如下步驟(I)在污染場地安裝單井雙灌井19，在距離污染場地地面高O. 2^0. 3m處安裝噴淋管道系統17 ；(2)在降解菌菌液注入污染場地之前3 4天，通過安裝好的噴淋管道系統17向污染場地噴灑噴淋液，噴灑時間為2 3天，噴淋速率為O. 02、. 05m3/d,每次噴淋間隔2 3小時；以確保土壤中的水的飽和度在2(Γ30%之間；噴淋液可將附著在土壤顆粒上或者藏在土壤空隙中的污染物清洗出來，便于和降解菌接觸；一般的修復場地噴淋液為水；(3)將降解菌菌液通過加藥槽I加入加藥罐3，經加藥泵7加壓后通過安裝好的單井雙灌井19注入污染場地；所述的菌液濃度在IO6 IO8個/L，注入速率為2 5mL/min，用量為 6 12L/m2 ；(4)通過空壓機9和單井雙灌井19向污染場地注入空氣，通過單井雙灌井19向污染場地注入降解菌所需的營養物質；其中，所述的營養物質在空氣注入前Imin注入，注入量為80(Tl600mL/m2場地面積，注射周期為2 4天/次，營養物質中的C:N:P的物質的量比為(90 110): (8 12) : (I 5);所述的空氣的注入壓力在O. 6 I. OMPa，空氣注入時長每次I 2min,每隔20 30min注入一次。其中，所述的降解菌為從污染場地提取的土著降解菌經過馴化培養后獲得的；所述的降解菌、營養物質、空氣和噴淋液的注入或噴灑均由智能電氣控制系統5控制。本發明的有益效果為本發明克服了微生物修復土壤所需的時間長、淋洗產生二次污染等問題；本發明提出的單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置填補了目前國內市場的修復設備的空白；該設備基于原位修復技術，工程造價可節約40飛0% ;在運行過程中僅需幾臺電泵用電可節約用電成本，運行管理費用節約2(Γ30% ;可大大降低土壤的修復成本，推動我國土壤修復產業向良性可持續方向發展；本發明提供的裝置和方法不受場地限制，適合處理各種污染物，尤其是在處理有機污染物時去除率可高達90%以上；與傳統的生物處理方法相比，相比于自然修復可將修復時間縮短到原來的2(Γ30%，很好的解決了對污染土壤的再次利用問題；此外，與傳統的修復技術相比，具有高效、節能、快速等特點；整個修復設備采取智能控制，可實行無人操作，設備安裝在集裝箱內，可靈活適用不同場地的需要。
圖I為本發明的裝置結構示意圖；圖2為單井雙灌井結構示意圖；圖3為噴淋管道系統結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步說明實施例I :首先在待處理的污染場地提取土著降解菌，并對提取的土著降解菌進行馴化培養；同時對待處理的污染場地進行調查，獲得污染場地的污染物等參數，再根據獲得的參數確定使用本發明的單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置和方法進行修復的各種參數，將參數輸入智能電氣控制系統5，從而實現對整個修復過程的自動控制；(I)在污染場地安裝單井雙灌井19，在距離污染場地地面高O. 25m處安裝噴淋管道系統；(2)在將土著降解菌菌液注入污染場地之前4天，將水裝入噴淋液水箱23，打開噴淋閥門13，水經噴淋液加壓泵15加壓后，通過安裝好的噴淋管道系統向污染場地噴水，噴灑時間為3天，噴淋速率為O. 04m3/d，每次噴淋間隔2. 5小時；以確保土壤中的水的飽和度在2(Γ30%之間；噴淋液可將附著在土壤顆粒上或者藏在土壤空隙中的污染物清洗出來，便于和土著降解菌接觸；(3)將土著降解菌菌液通過加藥槽I加入加藥罐3，經加藥泵7加壓后通過安裝好的單井雙灌井19注入污染場地；所述的菌液濃度在IO7個/L，注入速率為4mL/min，用量為8L/m2 ；(4)通過空壓機9和單井雙灌井19向污染場地注入空氣，通過單井雙灌井19向污染場地注入土著降解菌所需的營養物質；其中，所述的營養物質在空氣注入前Imin注入，注入量為1200mL/m2場地面積，注射周期為3天/次，營養物質中的C:N:P的物質的量比為100:10:1 ;空氣的注入壓力在O. 6 I. OMPa之間，空氣注入時長每次90S，每隔30min注入一次。
權利要求
1.一種單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置，其特征在于，所述的裝置結構如下 加藥槽(I)通過管道和位于其下方的加藥罐(3 )相連，在連接加藥槽(I)和加藥罐(3 )的管道上設置有加藥槽閥門(2);在所述的加藥罐(3)上設置有加藥罐壓力表(4);加藥泵(7)的兩端通過管道分別與所述的加藥罐(3)和單井雙灌井(19)相連；在所述的加藥罐(3)和加藥泵(7)之間的管道上安裝有加藥罐閥門(6);在所述的加藥泵(7)上安裝有加藥電磁流量計(11);在所述的加藥泵(7)和單井雙灌井(19)之間安裝有加藥泵閥門(12); 所述的單井雙灌井(19)由內外兩層套管組成；在內管的底端安裝有高壓噴頭(22)，在內管的中部和下部均勻布置有多個微孔(20);外管的中部和下部均勻布置有多個加藥小孔(21)； 噴淋液加壓泵(15)的兩端通過管道分別與噴淋液水箱(23)和噴淋管道系統(17)相連；在所述的噴淋液水箱(23)和噴淋液加壓泵(15)之間安裝有噴淋閥門(13);在所述的噴淋液加壓泵(15)上安裝有噴淋液電磁流量計(8);在噴淋液加壓泵(15)和噴淋管道系統(17)之間安裝有噴淋液加壓泵閥門(24)； 空壓機(9)通過管道和所述的單井雙灌井(19)的內管相連，二者之間的管道上安裝有鼓風閥門(14)，二者相接的部位由井蓋(16)密封；所述的空壓機(9)上安裝有空壓機壓力表(10)； 智能電氣控制系統(5)通過導線和加藥槽閥門(2)、加藥罐壓力表(4)、加藥罐閥門(6 )、加藥泵(7 )、噴淋液電磁流量計(8 )、空壓機(9 )、空壓機壓力表(10 )、加藥電磁流量計(11)、加藥泵閥門(12 )、噴淋閥門(13 )、鼓風閥門(14 )、噴淋液加壓泵(15 )以及噴淋液加壓泵閥門(24)相連。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述的微孔(20)的直徑為2mm;所述的加藥小孔(21)的直徑為5mm ;在所述的單井雙灌井(19)的外管上、加藥小孔(21)的上端分布有多個分支管路，每個分支管路上均勻布置有多個微孔，所述的支管均和主管相通，中下部均勻開有多個加藥小孔(21)。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所述的噴淋管道系統(17)有多個分支的噴淋管道，每個分支管道的末端均有多個微孔噴頭(18)。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的高壓噴頭(22)使用鍍鋅管材，其它管道使用PVC管材。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，除單井雙灌井(19)和噴淋管道系統(17)外的所有裝置都安裝在集裝箱內，集裝箱固定在運貨車上。
6.一種利用權利要求I所述的單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置進行土壤修復的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟 (1)在污染場地安裝單井雙灌井(19)，在距離污染場地地面高O.2^0. 3m處安裝噴淋管道系統(17)； (2)在降解菌菌液注入污染場地之前3 4天，通過安裝好的噴淋管道系統(17)向污染場地噴灑噴淋液，噴灑時間為2 3天，噴淋速率為O. 02、. 05m3/d,每次噴淋間隔2 3小時；以確保土壤中的水的飽和度在2(Γ30%之間； (3)將降解菌菌液通過加藥槽(I)加入加藥罐(3)，經加藥泵(7)加壓后通過安裝好的單井雙灌井(19)注入污染場地；(4)通過空壓機(9)和單井雙灌井(19)向污染場地注入空氣，通過單井雙灌井(19)向污染場地注入降解菌所需的營養物質。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的噴淋液為水。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述的降解菌為從污染場地提取的土著降解菌經過馴化培養后獲得的；步驟(3)中所述的降解菌菌液的濃度為10卜108個/L，菌液注入的速率為2 5mL/min，用量為6 12L/m2。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(4)中所述的營養物質在空氣注入前Imin注入，注入量為80(Tl600mL/m2場地面積，注射周期為2 4天/次，營養物質中的C:N:P的物質的量比為90 110:8 12:1 5 ;空氣的注入壓力為O. 6 I. OMPa，注入時長為每次I 2min,每隔20 30min注入一次。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述的降解菌、營養物質、空氣和噴淋液的注入或噴灑均由智能電氣控制系統(5)控制。
全文摘要
本發明公開了一種單井雙灌生物強化噴淋土壤修復裝置和方法，屬于環保設備技術領域。本發明的裝置包括用來加藥的依次由管路相連的加藥槽、加藥罐、加藥泵和單井雙灌井；用來供應空氣的空壓機和單井雙灌井通過管路相連；用來噴淋的噴淋液水箱、噴淋液加壓泵和噴淋管道通過管路依次相連；整個裝置通過智能電氣控制系統進行自動化控制。本發明的方法為在污染場地安裝單井雙灌井和噴淋管道系統；通過噴淋管道系統給地面噴水保持濕度；通過加藥系統向污染場地地下注入降解菌和相應的營養物質，通過空壓機給降解菌供應所需的氧氣，從而利用降解菌講解污染物質。本發明適合處理各種污染物，修復時間短，具有高效、節能、快速等優點。
文檔編號B09C1/10GK102921720SQ201210461320
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者何理, 楊琦, 張一梅, 盧宏瑋 申請人:華北電力大學