定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器的制作方法

文档序号:4842113阅读:202来源:国知局
专利名称:定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种复杂组分有机污染(如原油)等土壤的微生物修复装置,尤
其涉及一种定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器。
背景技术
有机物作为环境中重要的污染物类型,其对于土壤的污染具有量大面广、危害严重、修复周期长、耗资大等特点,对于土壤环境的净化及可持续利用产生严重制约。由于有机污染物的生物毒性及其难降解性,结合土壤的结构与组分构成的复杂性、强疏水性等特点,大大增加了有机污染物的生物修复难度尤其是对其生物代谢过程与作用认识的难度。[0003] 现有技术中,对有机物特别是复杂组份有机污染物污染土壤的修复多集中于对其修复效果的确认,以及营养元素、PH值、水分含量等环境因子对有机污染土壤修复效果的影响及其强化等。 上述现有技术至少存在以下缺点 针对复合组成的有机污染土壤,对其生物降解过程、有机物降解机理、微生物对有机物的作用途径等微观过程缺乏研究。这对于大量有机污染土层的治理及其土地功能的恢复利用产生了极大的阻碍。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能对生物降解效应进行定量监测、分析与评价的定
量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器。 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的 本实用新型的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器,包括生物修复反应器,所述生物修复反应器的下部设有进气孔、上部设有出气孔,所述进气孔连接有C02前吸收装置,所述出气孔连接有C02后吸收装置,所述C02后吸收装置的出口连接有真空泵; 所述生物修复反应器的侧壁上设有土壤取样孔和气体取样孔; 所述生物修复反应器呈圆筒状,其内部自下而上依次设有底部进气空间、填料层、
污染土层、上部空间,所述底部进气空间与填料层之间设有布气板; 所述土壤取样孔和气体取样孔设于所述污染土层的侧壁上; 所述进气孔和出气孔分别设于所述底部进气空间和上部空间的侧壁上。 由上述本实用新型提供的技术方案可以看出,本实用新型所述的定量分析污染物
去除过程的有机污染土壤生物修复反应器,由于生物修复反应器的下部设有进气孔、上部
设有出气孔,进气孔连接有C02前吸收装置,出气孔连接有C02后吸收装置,C02后吸收装置
的出口连接有真空泵;生物修复反应器的侧壁上设有土壤取样孔和气体取样孔。能对生物
降解效应进行定量监测、分析与评价。
图1为本实用新型定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器的 原理示意图。 图中1、0)2前吸收瓶,2、流量计,3、生物修复反应器,4、反应器支架,5、进气孔,6、 布气板,7、填料层,8、有机污染土层,9、土壤取样孔,10、气体取样孔,11、出气孔,12、液体喷 洒管,13、 C02后吸收瓶,14、真空泵,15、放水口 。
具体实施方式本实用新型的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器,其较佳 的具体实施方式
是 包括生物修复反应器,所述生物修复反应器的下部设有进气孔、上部设有出气孔, 所述进气孔连接有C02前吸收装置,所述出气孔连接有C02后吸收装置,所述C02后吸收装 置的出口连接有真空泵; 所述生物修复反应器的侧壁上设有土壤取样孔和气体取样孔。 所述生物修复反应器可以呈圆筒状,也可以设计成方筒状、或椭圆形筒状等,其内
部自下而上可以依次设有底部进气空间、填料层、污染土层、上部空间等,所述底部进气空
间与填料层之间设有布气板,其中填料层可以为砾石填料层或其它的填料层等。 所述土壤取样孔和气体取样孔可以设于所述污染土层的侧壁上; 所述进气孔和出气孔可以分别设于所述底部进气空间和上部空间的侧壁上; 布气板上可以设有多个气孔,具体实施例中的气孔的直径可以为1. 5mm、多个气孔
之间的中心距可以为4mm。也可以选用其它的孔径和孔距。 所述底部进气空间的底壁上和上部空间的顶壁上可以分别设有放水口和液体喷 洒管。 所述土壤取样孔和气体取样孔可以分别包括多个,多个土壤取样孔和气体取样孔 可以沿所述生物修复反应器的纵向分多层布置,每层的多个土壤取样孔和气体取样孔可以 沿所述生物修复反应器的圆周交错均布。 所述多个土壤取样孔和气体取样孔在所述生物修复反应器的纵向上可以分别排 成一排或多排。 如多个土壤取样孔和气体取样孔在所述生物修复反应器的纵向上可以分别排成 两排且四层布置。这种气体检测孔和土壤取样孔分布方式可保证土壤与气体取样更有代表 性,即多点取样混合。 所述C02前吸收装置和C02后吸收装置可以分别包括一个或多个C02吸收瓶,如可 以分别包括2个C02吸收瓶。C02吸收瓶为2个或两个以上时,可保证C02吸收充分。 所述进气孔与所述C02前吸收装置之间可以设有流量计。 本实用新型在现有污染土壤生物修复系统基础上,针对有机污染(如石油)土壤 所表现出的结构与组分构成的复杂性、强疏水性、难降解有机物的高生物毒性等特点,基于 复杂组分有机染土壤生物与非生物因子内在作用关系分析,突出微生态环境的优化与调 控,提高微生物活性,促进生物降解效率。 同时,构建能对生物降解效应进行定量监测、分析与评价,有利于减少外界不确定影响因素对于试验结果的干扰的复杂组分有机污染土壤生物修复反应器。适用于有机物物污染土壤的微生物修复,能对复杂组分有机污染(如原油)等土壤的微生物修复,尤其可进行有机物在修复过程中不同去除过程如挥发、残留、生物降解等过程的定量计算,从而对有机污染物的降解效率、降解过程及机理进行分析与测定。 应用本生物修复装置,根据不同处理下完全降解、生成中间产物、土壤残留有机物及挥发的有机物量即可分析各种不同处理工况下有机污染土壤的生物修复效果特别是其生物利用过程和降解机理,进而对不同调控措施下复杂组分有机污染土壤的生物修复半衰期进行预测。另外结合各形态产物及残留物的GC-MS分析等手段,可对生物降解过程中的产物种类、毒性等进行初步判断。 下面通过具体实施例对本实用新型的工作原理进行详细的描述[0033] 如图1所示,包括0)2前吸收瓶1、流量计2、生物修复反应器3、反应器支架4、进气孔5、布气板6、填料层7、有机污染土层8、土壤取样孔9、气体取样孔10、出气孔11、液体喷洒管12、0)2后吸收瓶13、真空泵14、放水口 15等。 空气经C02前吸收瓶1通过管道连接流量计2,由进气孔5进入生物修复反应器3,经过布气板6穿过填料层7到达有机污染土层8,反应后气体通过出气孔11排出反应器,经C02后吸收瓶13吸收(A,其余排空。 生物修复反应体系所需氧气及沿程动力由真空泵14提供,水分与营养物质经由反应器顶部液体喷洒管12进入反应器,测试土样及气体样分别由土壤取样孔9和气体取样
孔io取出。 反应器1呈圆筒状,直径为30cm,底层有15cm进气空间,空气经进气孔5进入,其上为布气板6,布气板上覆15cm砾石填料层7,填料层上填充复杂组分有机物(如石油)污染土壤8, 土层厚度40cm,沿土层填充高度方向每10cm设有对称2组共8个土壤取样孔9和另外对称2组共8个土壤气体取样孔IO,每层土壤样品及气体取样孔沿反应器圆筒方向呈90度均匀分布。 生物修复反应器系统供氧由真空泵14提供并由其提供沿程动力,空气经C02前吸收瓶1吸收空气中C02后通过转子流量计2 (计量器)由反应器底部连接的进气孔5进入,经布气板6布气后均匀通过填料层7和有机污染土层8,为土壤微生物提供氧气供其进行有氧增殖,对土壤中复杂组分有机污染物进行降解,动力充氧过程为间歇进行,以气体测定仪测定系统02浓度,当降到6%以下时则启动真空泵14进行充氧以保证系统的02浓度,充氧及反应周期由PLC控制器自动控制; 反应后气体(包括原空气惰性成分、剩余氧、有机物完全降解产生C02及未完全降解的气体中间产物)由反应器上部出气孔11经真空泵抽出通过C02后吸收瓶13完全吸收,通过碱液吸收法来测定与分析有机污染物完全降解的量,气体性中间产物(VOC)则通过VOC测定仪经气体取样孔10测定;土壤中残余的有机物量则通过土壤取样孔9取出混合均匀后通过自动索氏提取法测定。由于有机污染土壤生物修复过程需要一定的水分和营养物,针对贫营养的油田区及矿区等有机污染土壤,本生物反应器顶部设有液体喷洒装置12,水或营养液可通过喷洒孔由喷雾器以细雾形式均匀喷洒于土层上部,通过下渗进入土层。[0039] 通过空白实验,调节水分、营养水平、活性微生物量,添加功能载体等不同的调控措施,扣除由于动力充氧挥发的有机物,根据不同处理下完全降解、生成中间产物、土壤残留有机物及挥发的有机物量即可分析各种不同处理工况下有机污染土壤的生物修复效果 特别是其生物利用过程和降解机理,进而对不同调控措施下复杂组分有机污染土壤的生物 修复半衰期进行预测。如通过试验研究,应用此生物修复反应器,含油量为5%的原油污染 土壤经过调控水分、营养物含量,驯化投加高效降解微生物后其3个月的生物修复总效率 可达34.2%,其中生物降解部分占总去除率的73%,而完全降解(产物为C0》的比例则达 到生物降解的70%以上,可见生物修复以完全降解为主,是高效而环境友好的有机污染土 壤修复技术。另外结合各形态产物及残留物的GC-MS分析等手段,可对生物降解过程中的 产物种类、毒性等进行初步判断。 以上所述,仅为本实用新型较佳的具体实施方式
,但本实用新型的保护范围并不 局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内,可轻易想到 的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器,其特征在于,包括生物修复反应器,所述生物修复反应器的下部设有进气孔、上部设有出气孔,所述进气孔连接有CO2前吸收装置,所述出气孔连接有CO2后吸收装置,所述CO2后吸收装置的出口连接有真空泵;所述生物修复反应器的侧壁上设有土壤取样孔和气体取样孔;所述生物修复反应器呈圆筒状,其内部自下而上依次设有底部进气空间、填料层、污染土层、上部空间,所述底部进气空间与填料层之间设有布气板;所述土壤取样孔和气体取样孔设于所述污染土层的侧壁上;所述进气孔和出气孔分别设于所述底部进气空间和上部空间的侧壁上。
2. 根据权利要求1所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述布气板上设有多个气孔,所述气孔的直径为1. 5mm,所述多个气孔之间的 中心距为4mm。
3. 根据权利要求2所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述底部进气空间的底壁上和上部空间的顶壁上分别设有放水口和液体喷洒管。
4. 根据权利要求2所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述土壤取样孔和气体取样孔分别包括多个,多个土壤取样孔和气体取样孔 沿所述生物修复反应器的纵向分多层布置,每层的多个土壤取样孔和气体取样孔沿所述生 物修复反应器的圆周交错均布。
5. 根据权利要求4所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述多个土壤取样孔和气体取样孔在所述生物修复反应器的纵向上分别排成 一排或多排。
6. 根据权利要求5所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述多个土壤取样孔和气体取样孔在所述生物修复反应器的纵向上分别排成 两排且四层布置。
7. 根据权利要求1所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述C02前吸收装置和C02后吸收装置分别包括一个或多个C02吸收瓶。
8. 根据权利要求7所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述C02前吸收装置和C02后吸收装置分别包括2个C02吸收瓶。
9. 根据权利要求1所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器, 其特征在于,所述进气孔与所述C02前吸收装置之间设有流量计。
10. 根据权利要求2所述的定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应 器,其特征在于,所述填料层为砾石填料层。
专利摘要本实用新型公开了一种定量分析污染物去除过程的有机污染土壤生物修复反应器,包括生物修复反应器,生物修复反应器呈圆筒状,其内部自下而上依次设有底部进气空间、布气板、填料层、污染土层、上部空间。生物修复反应器的下部设有进气孔、上部设有出气孔,进气孔连接有CO2前吸收装置,出气孔连接有CO2后吸收装置,CO2后吸收装置的出口连接有真空泵;生物修复反应器的侧壁上设有土壤取样孔和气体取样孔,底部和顶部分别设有放水口和液体喷洒管。可对土壤中烃类等有机物的挥发、生物降解、土壤残留等去除过程进行测定与分析,对有机污染土壤的生物修复效率、机理及过程进行定量分析,对生物降解效应进行定量监测、分析与评价等。
文档编号B09C1/10GK201543645SQ20092027743
公开日2010年8月11日 申请日期2009年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者张旭, 曹琳, 李 东, 李广贺, 王旭博, 贾建丽 申请人:中国矿业大学(北京)
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