專利名稱：一種污染土壤生物修復方法及設施的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污染土壤修復技術，具體地說是一種污染土壤生物修復方法及設施。
背景技術：
生物修復有機物污染土壤包括石油污染土壤，目前主要有原位處理和異位處理兩類，原位生物處理方法是在受污染地區(qū)直接采用生物修復技術，該技術適合大面積輕度污染的土壤，費用低，但由于環(huán)境條件不易控制，所以處理周期長。異位生物修復技術是將受污染土壤運輸?shù)教囟üこ痰攸c進行生物修復，這種方法可保證生物降解的較理想條件，因而對污染土壤處理效果好，還可防止污染物轉移，被視為一項具有廣闊應用前景的處理技術。無論那種方法目前都沒有成熟的技術，國際國內都在探討，而且多局限在實驗室規(guī)模，還沒有成熟的實用工程和技術。文獻1真菌對石油污染土壤的降解研究(丁克強、孫鐵珩、李培軍、張海榮，《微生物學雜志》，1999，19(4)25-26，34)公開一種處理遼河油田污染土壤時在實驗室用培養(yǎng)箱控制溫度(28℃理想條件下)，對含油65g/kg的污染土壤的修復技術，50天后原油總量的去除率為61％～66％；此工作僅是實驗室的小試，用100ml的燒杯代替處理設施，對10g油污染土壤進行實驗研究。文獻2報道了野外中等規(guī)模的實驗研究。生物技術處理冀東油田含油土壤(王洪君、吳任鋼、王嘉麟，《環(huán)境科學研究》，2000，13(5)20-23)公開了一種生物處理技術和處理場地。在地面上鋪土4cm厚，圍成1m2大小的實驗田，加入原油，待其自然下滲，翻耕上層20cm左右，使油分布均勻。采用加水、加菌、加礦渣、加營養(yǎng)、2次翻耕/每周等措施，處理183天，土壤原油濃度從85g/kg，下降到16g/kg，降解率為81.6％；其中所加入的菌是細菌，2株假單胞菌屬，1株黃單胞菌屬，其中營養(yǎng)物為尿素、磷酸二氫鉀，但由于沒有合適的處理設施影響實驗條件的有效控制，且容易造成對環(huán)境和地下水的二次污染。另外，實驗條件單一，又不便于控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種污染土壤生物修復方法，它環(huán)境條件便于控制，無污染、去除污染物速度快、效率高。
本發(fā)明的目的在于提供一種有機物污染土壤生物修復方法所用的實驗設施，采用所述設施容易改變有機物污染土壤的處理條件，以滿足微生物的生存、繁殖需要，適于工程規(guī)模的應用。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下
按照預處理污染土壤重量加入1)肥料營養(yǎng)，使堆料中C∶N∶P＝(80～120)∶(9～11)∶(1～2)，2)1～5％固體菌劑，3)14～25％水，調節(jié)pH值至6～8，混合均勻后放到堆腐池中，將預處理堆料鋪平，自然溫度下堆腐處理；在所述堆腐處理過程中控制堆料中空氣含量至15～25m3/min；在自然溫度下調節(jié)pH、水分、空氣流量、營養(yǎng)；所述自然溫度為15℃以上的溫度；所述固體菌劑為白腐真菌和/或土著真菌；分別取所述菌種1株，經斜面培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)、固體培養(yǎng)得單一固體培養(yǎng)物。
所述污染土壤生物修復設施為由頂棚和棚壁構成、具有防雨性能的棚狀結構，內設堆腐池，其上為污染土壤堆料，在堆腐池下方設防滲層，堆腐池上方通過自來水管安裝噴頭，其中設有壁上布滿通氣孔的通氣管；頂棚上鋪設塑料布，通氣管通過輸氣管道與鼓風機相連；在每一堆腐池中的通氣管與鼓風機之間的輸氣管道上均安裝有氣體控制閥門，鼓風機處安裝一總氣體閥門；每一堆腐池中的通氣管與氣體控制閥門之間可加設氣體流量計；鼓風機與總氣體閥門之間有壓力表；所述鼓風機可提供空氣，通過輸氣管道輸送到通氣管中，壓力表和氣體流量計用來嚴格控制堆腐池中需要的空氣，總氣體閥門用來控制壓力表；頂棚上所述鋪設的塑料布的一部分是可隨時卷起的活動式結構；其特征在于所述通氣管在試驗前可用尼龍網眼紗將其包住(防止泥土進入管道中)；其特征在于所述頂棚和棚壁采用透明塑料材料；所述堆腐池為磚混材料，防滲層采用水泥材料；所述堆腐池的數(shù)量可以為2～10個。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以進行工藝條件的優(yōu)化，為有機污染土壤生物修復技術提供理論依據(jù)，更具有如下優(yōu)點1.能應用于中等規(guī)模試驗。本發(fā)明污染土壤修復方法及設施簡單、適用性能強，能控制環(huán)境條件，使該技術實用化、產業(yè)化的實現(xiàn)成為可能。
2.環(huán)境條件多種、且可控。本發(fā)明能夠提供微生物菌種的選擇試驗，所述設施可同時選擇多個(如條件KB、CK、P或F個)不同堆腐條件進行污染土壤的修復。本設施的堆腐池中設計帶通氣孔的通氣管，還安裝水管和噴頭，每個堆腐池的通氣管和水管分別設計控制開關。還可選擇不同的污染物堆料、不同的通氣量、不同的水分、不同的pH等修復污染土壤，以滿足微生物的生存和繁殖需求(如氧氣、水分、營養(yǎng)物等)。
3.可防止對周圍環(huán)境和地下水造成二次污染。由于本發(fā)明設施的堆腐池底部設防滲層，具有混凝土結構，可防止對地下水造成污染，堆腐池周圍有12.5cm高的磚混池壁，可防止污染土壤對周圍環(huán)境造成污染。
4.可滿足微生物的生存需要。本發(fā)明所述設施有頂棚，是半透光塑料材質，可防雨但不遮光；還有水管道和噴頭可以根據(jù)需要及時均勻補充水分。本發(fā)明生物修復方法利用所投加的菌劑，可為污染土壤添加降解石油的優(yōu)勢菌種，同時起到蓬松的作用。另外本發(fā)明方法還添加了微生物需要的營養(yǎng)(尿素和過磷酸鈣)。使待處理石油污染土壤增加了N、P、Ca等，可使微生物獲得比較理想的生存和繁殖環(huán)境，從而增強了微生物的活性，使生物修復具備了有利條件。
5.處理有機物污染土壤效果好。采用本發(fā)明專用設施和生物修復方法處理石油污染土壤，除溫度外各種環(huán)境條件便于控制，因此去除污染物效率高，對高濃度(＜100g/kg)的污染短時間內即可有良好的治理效果，以本發(fā)明一個實驗為例，處理時間49天，土壤中石油污染物降解率可達30.0％。


圖1為本發(fā)明污染土壤修復設施結構示意圖。
圖2為圖1的所用通氣管結構示意圖。
圖3為本發(fā)明一個實施例堆腐池分布圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1如圖1所示，本發(fā)明修復設施為由頂棚12和棚壁11構成、具有防雨性能的棚狀結構，內設堆腐池1，其上為污染土壤堆料10，在堆腐池1下方設防滲層4，堆腐池1中央1米高處的上方通過自來水管3安裝噴頭2(可方便補充水分，根據(jù)試驗對水分含量的要求隨時用來噴水)，其中設有壁上布滿通氣孔7的通氣管5，分別平行設置于堆腐池1；頂棚12上鋪設塑料布，通氣管5通過輸氣管道9與鼓風機14相連，在每一堆腐池1中的通氣管5與鼓風機14之間的輸氣管道9上均安裝有氣體控制閥門8，鼓風機14處安裝一總氣體閥門15；每一堆腐池1中的通氣管5與氣體控制閥門8之間可加設氣體流量計6；鼓風機14與總氣體閥門15之間有壓力表13；所述鼓風機14可提供空氣，通過輸氣管道9輸送到通氣管5中，壓力表13和氣體流量計6用來嚴格控制堆腐池1中需要的空氣，總氣體閥門15用來控制壓力表13；利用鼓風機14提供空氣，氣體通過總氣體閥門15和壓力表13控制，氣體通過輸氣管道9輸送到通氣管5中，堆腐池1中需要的空氣再由氣體流量計6控制。
頂棚12上所述鋪設的塑料布的一部分是活動式結構，根據(jù)需要可隨時卷起和放下，方便排放氣味和保溫；試驗前可用尼龍網眼紗將通氣管5包住，防止泥土進入管道中；所述棚壁11是木制構架，頂棚12和棚壁11鋪設透明塑料；所述堆腐池1用于堆放有機污染土壤，磚混材料，長118cm，寬70cm，高12.5cm。池底是防滲層4，水泥材料，可有效防止污染物下滲。
污染土壤在進行治理和生物修復過程中有多個影響因素，為了選擇比較理想的處理條件，需要進行影響因素的調控實驗，為此本發(fā)明設計了具有多個堆腐池1的實驗設施，堆腐池1的數(shù)量可以為2～10個(本實施例為6個，2個用于比照例1條件KB，2個用于比照例2條件CK，2個用于本發(fā)明條件P)。所述設施主要功能是改變處理條件以滿足微生物的生存、繁殖需要等條件，例如在自然溫度下可以改變水分、氧氣、營養(yǎng)含量，可以控制pH，還可以投加不同的微生物菌種等。
本發(fā)明方法如下油泥廢棄物和石油污染土壤磨碎，加入客土，使污染土壤含油量為100克/kg＞污染土壤含油量＞20克/kg。添加一定量的客土，其目的一方面是調節(jié)預處理堆料，使堆料石油濃度在20g/kg～100g/kg，另一方面也為堆料添加更多的土著微生物，特別是當處理油泥廢棄物時，在回收油過程中采用物理-化學工藝產生的油泥廢棄物，大量的微生物已失活，土壤理化性質被破壞，化學浸提劑的殘留等，均為生物修復帶來困難，此時投加一定量的客土。
按照所述預處理污染土壤體積比例加入營養(yǎng)，所述營養(yǎng)即C、N、P及其微生物生長和繁殖需要的其它物質，通過投加油泥、尿素、過磷酸鈣等獲得，本發(fā)實施例使堆料中C∶N∶P＝100∶10∶1；2％固體菌劑，20％水，調節(jié)pH值至6.8，混合均勻，堆放在處理堆腐池中，并分散堆放均勻，在自然溫度下(一般溫度15℃以上)進行堆制處理，當污染物濃度達到排放標準時(即當土壤中礦物油含量＜500mg/kg時)，運回原地或改做其它用途。
所述尿素和過磷酸鈣為市售肥料產品。所述固體菌劑具體為白腐真菌(White rot fungi)1株為黃孢原毛平革菌(Phanerochaete Chrysosporium)通過購買獲得。將其經斜面培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)、固體培養(yǎng)得單一培養(yǎng)物，具體操作步驟為(1)斜面培養(yǎng)采用上述菌種，用常規(guī)方法制備的馬鈴薯培養(yǎng)基，具體步驟為馬鈴薯去皮，切成小塊，稱取200g，煮沸30min，然后用紗布過濾，在上清液中加20g蔗糖，加20g瓊脂，加水至1000ml，pH自然，在1個大氣壓下(1.05kg/cm2，121.3℃)滅菌30min，將菌種接到準備好的斜面上，菌種在28℃培養(yǎng)5天，待孢子形成備用；(2)搖瓶培養(yǎng)上述斜面培養(yǎng)菌種采用馬鈴薯綜合培養(yǎng)基，培養(yǎng)基pH為自然，其具體步驟為稱取去皮的馬鈴薯200g，加水煮25min，過濾，上清液定容至體積為1000ml，然后加入蔗糖20g，磷酸二氫鉀(KH2PO4)1.2g，硫酸鎂(MgSO4.7H2O)1.6g，Vb微量，將所述馬鈴薯綜合培養(yǎng)基分裝到500ml容積的三角瓶中，每瓶裝量為100ml，在1個大氣壓下滅菌20min，冷卻至40℃以下時，在無菌室中接種，即接入上述斜面培養(yǎng)好的菌體。將斜面上的菌苔用10ml無菌水洗下制成菌懸液，每瓶接2ml。然后置于搖床上，調節(jié)搖床速度125轉/分鐘，25℃培養(yǎng)5天，待孢子長好后進行固體培養(yǎng)；
(3)固體培養(yǎng)稱取2.5kg固體培養(yǎng)基，所述固體培養(yǎng)基成分為高壓滅菌后的稻殼和鋸末，稻殼鋸末比例為4∶1，將3瓶搖瓶中的液體培養(yǎng)菌體倒入上述采用的4升馬鈴薯綜合培養(yǎng)基中混合均勻，與滅菌后的稻殼和鋸末固體培養(yǎng)基混合均勻，使含水率60％，于25℃室內培養(yǎng)，培養(yǎng)5天，即得固體菌劑。
本發(fā)明污染土壤生物修復技術的基本原理就是利用微生物將土壤中有機污染物降解為無害的無機物質(H2O和CO2)的過程。采用本發(fā)明設施處理石油污染土壤，能夠提供良好的生物降解條件，除寒冷的冬季外一般可保證微生物生長繁殖的溫度；用帶通氣孔7的通氣管5可保證需氧量，可以滿足好氧微生物對氧氣的需要。設計的水管和噴頭2可補充需要的水分，并根據(jù)需要可以投加C、N、P等營養(yǎng)物質。對于石油污染土壤當污染物濃度在20g/kg～100g/kg時，污染物濃度越高降解速度越快，效果越明顯。當油泥或土壤中石油污染物濃度＞100g/kg時，可對石油回收處理后再采用此方法處理。
本實施例將曙光采油廠油井附近的落地原油和油井周圍的污染土壤，石油類型為稠油，其密度為0.97g.cm-3，膠質+瀝青含量為35.7％，臘含量6.2％，粘度為3026.5mPa.s(50℃)?？屯敛勺员镜貐^(qū)遠離油井的未污染土壤，均屬于鹽化草甸土，通過卡車運輸?shù)皆囼灥攸c。
將大塊狀的油土磨碎，過5mm篩。預處理土壤配制具體如下KB80kg油污染土壤加入20kg客土(比照例1)；CK80kg油污染土加入20kg客土加入1.36kg尿素和0.5kg過磷酸鈣(比照例2)；P80kg油污染土加入20kg客土加入1.36kg尿素和0.5kg過磷酸鈣，加入2％固體菌劑。以上三種處理均將水分調節(jié)到20％，用硫酸調節(jié)pH＝6.8，然后將以上各種物質混合均勻，放到堆腐池1中，通氣量調節(jié)到22.37m3/min。
經過3個多月的試驗處理，本發(fā)明處理堆料中的去除率可達60％，處理過程三種不同處理的TPH降解率變化見表1。
表1實施例1堆料的處理效果(降解率％)時間(天) KB CK P0 0 0 0121.5 1.8 4.0291.5 1.8 17.0495.0 5.1 30.0695.0 5.5 35.0895.0 6.0 39.0109 5.6 6.1 60.0實施例2與實施例1不同之處在于本實施例將曙光采油廠油井附近的落地原油和油井周圍的污染土壤，原油為稠油，其密度為0.97g.cm-3，膠質+瀝青含量為35.7％，臘含量6.2％，粘度為3026.5mPa.s(50℃)?？屯敛勺员镜貐^(qū)遠離油井的未污染土壤，均屬于鹽化草甸土，通過卡車運輸?shù)皆囼灥攸c。
將大塊狀的油土磨碎，油泥及污染土壤均過5mm篩。預處理土壤配制具體如下KB80kg油污染土壤加入20kg客土(比照例1)；CK80kg油污染土加入20kg客土加入1.36kg尿素和0.5kg過磷酸鈣(比照例2)；F80kg油污染土加入20kg客土加入1.36kg尿素和0.5kg過磷酸鈣，加入2％固體菌劑。
其中固體菌劑取土著真菌的鐮刀菌(Fusarium sp.)一株(保藏號CGMCC NO.0498，2000年10月18日)，是降解能力較強的優(yōu)勢菌種，將其經實施例1所述斜面培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)、固體培養(yǎng)得單一培養(yǎng)物。再按照預處理污染土壤重量加入肥料營養(yǎng)，使堆料中C∶N∶P＝120∶11∶2，保持15％的水，用硫酸調節(jié)pH值至8，混合均勻后放到堆腐池中，將預處理堆料鋪平，自然溫度下堆腐處理，在所述堆腐處理過程中控制空氣含量至15m3/min。
經過109天的試驗處理，投加菌劑的本發(fā)明堆料中去除率可達50％，處理過程三種不同處理的TPH降解率變化見表2。
表2實施例1堆料的處理效果(降解率％)時問(天) KB CK F0 0 0 012 1.51.8 10.029 1.51.8 17.049 5.05.1 23.069 5.05.5 32.089 5.06.0 32.01095.66.1 50.0
權利要求
1.一種污染土壤生物修復方法，其特征在于按照預處理污染土壤重量加入1)肥料營養(yǎng)，使堆料中C∶N∶P＝(80～120)∶(9～11)∶(1～2)，2)1～5％固體菌劑，3)14～25％水，調節(jié)pH值至6～8，混合均勻后放到堆腐池中，將預處理堆料鋪平，自然溫度下堆腐處理。
2.按照權利要求1所述污染土壤生物修復方法，其特征在于在所述堆腐處理過程中控制堆料中空氣含量至15～25m3/min。
3.按照權利要求1所述污染土壤生物修復方法，其特征在于在自然溫度下調節(jié)pH、水分、空氣流量、營養(yǎng)；所述自然溫度為15℃以上的溫度。
4.按照權利要求1所述污染土壤生物修復方法，其特征在于所述固體菌劑為白腐真菌和/或土著真菌；分別取所述菌種1株，經斜面培養(yǎng)、搖瓶培養(yǎng)、固體培養(yǎng)得單一固體培養(yǎng)物。
5一種污染土壤生物修復設施，其特征在于為由頂棚(12)和棚壁(11)構成、具有防雨性能的棚狀結構，內設堆腐池(1)，其上為污染土壤堆料(10)，在堆腐池(1)下方設防滲層(4)，堆腐池(1)上方通過自來水管(3)安裝噴頭(2)，其中設有壁上布滿通氣孔(7)的通氣管(5)；頂棚(12)上鋪設塑料布，通氣管(5)通過輸氣管道(9)與鼓風機(14)相連。
6.按照權利要求5所述污染土壤生物修復設施，其特征在于在每一堆腐池(1)中的通氣管(5)與鼓風機(14)之間的輸氣管道(9)上均安裝有氣體控制閥門(8)，鼓風機(14)處安裝一總氣體閥門(15)；每一堆腐池(1)中的通氣管(5)與氣體控制閥門(8)之間可加設氣體流量計(6)；鼓風機(14)與總氣體閥門(15)之間有壓力表(13)。
7.按照權利要求5所述污染土壤生物修復設施，其特征在于頂棚(12)上所述鋪設的塑料布的一部分是可隨時卷起的活動式結構。
8.按照權利要求5所述污染土壤生物修復設施，其特征在于所述通氣管(5)在試驗前可用尼龍網眼紗將其包住(防止泥土進入管道中)。
9.按照權利要求5所述污染土壤生物修復設施，其特征在于所述頂棚(12)和棚壁(11)采用透明塑料材料；所述堆腐池(1)為磚混材料，防滲層(4)采用水泥材料。
10.按照權利要求5所述污染土壤生物修復設施，其特征在于所述堆腐池(1)的數(shù)量可以為2～10個。
全文摘要
本發(fā)明涉及污染土壤修復技術，具體地說是一種污染土壤生物修復方法及設施。修復方法按照預處理污染土壤重量加入肥料營養(yǎng)，使堆料中C∶N∶P＝80～1 20∶9～11∶1～2，1～5％固體菌劑及1 4～25％水，調節(jié)pH值至6～8，混合均勻后放到堆腐池中，堆腐處理。所述設施為棚狀結構，內設堆腐池，其上為污染土壤堆料，在堆腐池下方設防滲層，堆腐池上方通過自來水管安裝噴頭，堆腐池中還設有布滿通氣孔的通氣管，與鼓風機相通；頂棚上鋪設塑料布。采用本發(fā)明方法環(huán)境條件便于控制，無污染、去除污染物速度快、效率高。采用所述設施容易改變有機物污染土壤的處理條件，以滿足微生物的生存、繁殖需要，適于工程規(guī)模的應用。
文檔編號B09C1/10GK1569350SQ0313389
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權日2003年7月11日
發(fā)明者李培軍, 孫鐵珩, 臺培東, 馬學軍, 藺欣, 鞏宗強, 許華夏, 張海榮 申請人:中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所