一种适用于污染土壤的微生物修复设备及修复方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种适用于污染土壤的微生物修复设备及修复方法。

背景技术：

近年来，随着城市化进程的加快和产业结构的调整，大量钢铁、石化、农药、印染、电镀等污染企业进行了搬迁、改造和关停，导致城市及其周边地区出现大量污染场地。据我国前瞻产业研究院统计，我国各类工业污染场地30万块以上，各类污染耕地面积1.5亿亩以上，给生态环境和居民健康带来严重威胁。急需采取有效可行的方法来处理此类污染难题，而固化/稳定化、氧化还原、化学淋洗、热脱附和水泥窑协同等现有成熟技术常具有修复成本高、二次污染重、土壤功能破坏性强等缺点，给污染土壤的修复治理和二次利用带来大量的弊端。因此，开发绿色、经济、高效的修复技术是土壤修复行业可持续发展的关键。

微生物修复技术是被世界公认的最环保、经济的污染土壤修复技术，具有纯生态过程的处置思路，充分体现了功能性和经济性的完美结合，从根本上体现了可持续发展的战略思想。微生物修复技术是一种环境友好型和经济型的修复技术，二次污染风险小，处理污染物彻底，同时还能改善土质，具有广泛的应用前景和市场需求。相较于其他修复技术，它的工程成本、运行成本、维护成本、人工成本都是较低或最低的，具有极其广阔的应用前景。而我国的适用于污染土壤的微生物修复设备极度匮乏，大量研究表明，微生物修复污染土壤时对环境参数、土壤性质有着较为严格的要求，微生物降解土壤中的污染物不仅需要适宜的温度、湿度、氧气浓度，还需要适宜的ph、电导率、含水率、氧化还原电位等土壤参数。此外，由于不同污染物所需的微生物菌种类别、数量差异性极大，对环境参数和土壤参数有着极为严格的要求，而目前有关可精准调控环境参数和土壤参数微生物修复设备极为匮乏，严重限制了微生物修复在污染土壤修复领域的推广和应用。为了解决目前污染土壤的微生物修复设备的不足，开发可进行工程化应用修复设备具有极高的工程意义和实用价值。

针对上述存在的问题，有必要提供一种经济高效、操作方便、结构合理、适应性强，可工程规模化应用的一种适用于污染土壤的微生物修复设备。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种操作简单、经济高效、可工程规模化应用的一种适用于污染土壤的微生物修复设备，至少解决了现有技术中的部分问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种适用于污染土壤的微生物修复设备，包括ph缓冲液供给模块、调理剂供给模块、微生物菌剂供给模块、污染土壤修复治理模块，

污染土壤修复治理模块包括活动仓板、外仓、保温层、内仓、进气阀、密封锁、喷液头、多参数气体测定仪、多参数土壤测定仪、搅拌横轴、搅拌机，

内仓为中空仓体，外仓设置于内仓外表面，外仓与内仓中间设置有保温层，活动仓板设置在外仓的一侧，进气阀设置在活动仓板外表面，活动仓板通过密封锁与外仓连接，内仓内表面设置有多参数气体测定仪、多参数土壤测定仪，内仓中间设置有搅拌横轴，搅拌机设置在搅拌横轴上，内仓内侧顶部设有若干喷液头，

微生物菌剂供给模块包括微生物菌剂储存罐、第三抽液泵、第三电磁流量阀，微生物菌剂储存罐的出液口通过管道与第三电磁流量阀的进液口连接，微生物菌剂储存罐与第三电磁流量阀中间的管道上设置有第三抽液泵，第三电磁流量阀的出液口通过管道与喷液头连接，

所述ph缓冲液供给模块的出液口以及调理剂供给模块的出液口均通过管道与喷液头连接。

作为优选，所述ph缓冲液供给模块包括ph缓冲液储存罐、第一抽液泵、第一电磁流量阀，ph缓冲液储存罐的出液口通过管道与第一电磁流量阀的进液口连接，ph缓冲液储存罐与第一电磁流量阀中间的管道上设置有第一抽液泵，第一电磁流量阀的出液口通过管道与喷液头连接；

所述调理剂供给模块包括调理剂储存罐、第二抽液泵、第二电磁流量阀，调理剂储存罐的出液口通过管道与第二电磁流量阀的进液口连接，调理剂储存罐与第二电磁流量阀中间的管道上设置有第二抽液泵，第二电磁流量阀的出液口通过管道与喷液头连接。

作为优选，所述适用于污染土壤的微生物修复设备还包括气体供给及温度调理模块，所述气体供给及温度调理模块包括氧气储存罐、第一加热器、第一制冷器、第四电磁流量阀、氮气储存罐、第二制冷器、第二加热器、第五电磁流量阀，

氧气储存罐的出气口通过管道与第四电磁流量阀的进气口连接，第四电磁流量阀的出气口通过管道与第一抽气泵的进气口连接，第四电磁流量阀与氧气储存罐之间的管道上分别设置有第一加热器、第一制冷器，氮气储存罐的出气口通过管道与第五电磁流量阀的进气口连接，第五电磁流量阀的出气口通过管道与第一抽气泵的进气口连接，第五电磁流量阀与氮气储存罐之间的管道上分别设置有第二制冷器、第二加热器，第一抽气泵的出气口与进气阀连通。

作为优选，所述适用于污染土壤的微生物修复设备还包括尾气处理模块，所述尾气处理模块包括排气阀、尾气处理器、出气口通向外界的第二抽气泵，排气阀设置在活动仓板外表面，排气阀通过管道与第二抽气泵的进气口连接，排气阀与第二抽气泵之间的管道上设置有尾气处理器。

本发明还提供一种适用于污染土壤的微生物修复设备的修复方法，包括以下步骤：s1污染土壤预处理过程；s2、污染土壤装填过程；s3、污染土壤ph调理过程；s4、污染土壤营养组分调理过程；s5、气体供给及温度调理过程；s6污染土壤微生物修复过程；s7修复后土壤验收及灭菌过程。

作为优选，在步骤s1中，将待微生物修复的污染土壤开挖、破碎、过筛，去除污染土壤中石块、塑料等杂质后备用；

在步骤s2中，打开密封锁和活动仓板，将破碎筛分后的污染土壤装入内仓中，关闭活动仓板、密封锁。

作为优选，在步骤s3中，第一抽液泵、第一电磁流量阀给电启动，第一抽液泵将ph缓冲液从ph缓冲液储存罐抽出，第一电磁流量阀对ph缓冲液的抽取体积时刻计量，ph缓冲液抽取体积达到预定值时，第一抽液泵、第一电磁流量阀断电关闭，ph缓冲液经喷液头均匀喷洒在污染土壤表面；

在步骤s4中，第二抽液泵、第二电磁流量阀给电启动，第二抽液泵将调理剂从调理剂储存罐中抽出，第二电磁流量阀对调理剂的抽取体积时刻计量，调理剂的抽取体积达到预定值时，第二抽液泵、第二电磁流量阀断电关闭，调理剂经喷液头均匀喷洒在污染土壤表面。

作为优选，在步骤s5中，气体供给及温度调理过程包括好氧高温调理过程、好氧低温调理过程、厌氧高温调理过程和厌氧低温调理过程，

好氧高温调理过程：第一加热器、第四电磁流量阀、第一抽气泵、多参数气体测定仪给电启动，第一抽气泵将氧气从氧气储存罐中抽出，第一加热器对抽出的氧气进行加热，第四电磁流量阀对氧气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪对内仓中的氧气浓度和温度时刻监测，当氧气浓度和温度分别达到预定值时，第一加热器、第四电磁流量阀、第一抽气泵断电关闭；

好氧低温调理过程：第一制冷器、第四电磁流量阀、第一抽气泵、多参数气体测定仪给电启动，第一抽气泵将氧气从氧气储存罐中抽出，第一制冷器对抽出的氧气进行制冷，第四电磁流量阀对氧气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪对内仓中的氧气浓度和温度时刻监测，当氧气浓度和温度分别达到预定值时，第一制冷器、第四电磁流量阀、第一抽气泵断电关闭；

厌氧高温调理过程：首先，多参数气体测定仪、尾气处理器、第二抽气泵给电启动，第二抽气泵将内仓中空气抽出，尾气处理器对抽出的空气无害化处理，多参数气体测定仪对内仓中的氧气浓度时刻监测，当氧气浓度降低到预定值时，尾气处理器、第二抽气泵断电关闭，随后，第五电磁流量阀、第二加热器、第一抽气泵，第一抽气泵将氮气从氮气储存罐中抽出，第二加热器对抽出的氮气进行加热，第五电磁流量阀对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪对内仓中的氮气浓度和温度时刻监测，当氮气浓度和温度分别达到预定值时，第二加热器、第五电磁流量阀、第一抽气泵断电关闭；

厌氧低温调理过程：首先，多参数气体测定仪、尾气处理器、第二抽气泵给电启动，第二抽气泵将内仓中空气抽出，尾气处理器对抽出的空气无害化处理，多参数气体测定仪对内仓中的氧气浓度时刻监测，当氧气浓度降低到预定值时，尾气处理器、第二抽气泵断电关闭，随后，第五电磁流量阀、第二制冷器、第一抽气泵、多参数气体测定仪给电启动，第一抽气泵将氮气从氮气储存罐中抽出，第二制冷器对抽出的氮气进行制冷，第五电磁流量阀对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪对内仓中的氮气浓度和温度时刻监测，当氮气浓度和温度分别达到预定值时，第二制冷器、第五电磁流量阀、第一抽气泵断电关闭。

作为优选，在步骤s6中，第三抽液泵、第三电磁流量阀给电启动，第三抽液泵将微生物菌剂从微生物菌剂储存抽出，第三电磁流量阀对微生物菌剂的抽取体积时刻计量，微生物菌剂的抽取体积达到预定值时，第三抽液泵、第三电磁流量阀断电关闭，生物菌剂经喷液头均匀喷洒在污染土壤表面，搅拌机给电启动，搅拌机将污染土壤、微生物菌剂、ph缓冲液和调理剂搅拌均匀，开始污染土壤微生物修复过程。

作为优选，在步骤s7中，首先，尾气处理器、第二抽气泵给电启动，第二抽气泵将内仓中空气抽出，尾气处理器对抽出的空气无害化处理，其次，打开密封锁和活动仓板，取代表性土壤样品进行检测，若污染土壤修复达标第五电磁流量阀、第二加热器、第一抽气泵给电启动，第一抽气泵将氮气从氮气储存罐中抽出，第二加热器对抽出的氮气进行高温加热，第五电磁流量阀对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪对内仓中的温度时刻监测，高温气体对土壤中微生物进行高温灭菌，当温度和灭菌时间分别达到预定值时，第五电磁流量阀、第二加热器、第一抽气泵断电关闭，打开密封锁和活动仓板，取代表性土壤样品进行检测，若污染土壤灭菌达标，将修复达标的污染土壤转运利用，若污染土壤修复不达标，关闭密封锁和活动仓板，重复上述微生物修复过程直至污染土壤修复达标。

本发明具有以下有益效果：

1、实现了污染土壤的性质精细化调理，增大了微生物对污染物的修复效率和适用的土壤种类。采用ph缓冲液供给模块、调理剂供给模块和智能控制模块对污染土壤的ph、电导率、氧化还原电位、营养组分和含水率等性质参数精确调理，不仅增大微生物修复技术对污染土壤种类的适用范围，还提高了微生物对污染物的修复效率。

2、实现了微生物修复过程中土壤参数与环境参数的精细化控制，提高了微生物修复污染土壤的效率，降低了二次污染的环境风险。利用气体供给及温度调理模块、智能控制模块实现了微生物修复过程中温度、湿度、氧含量等环境参数的精准调理，提高了微生物修复污染土壤的效率，缩短了污染土壤修复达标的时间。通过尾气收集处理模块实现了修复过程产生的各类尾气无害化处理，基于高温灭菌操作将达标土壤内微生物菌群实现了灭菌处理，防止了修复过程中的尾气及微生物菌群二次污染问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的适用于污染土壤的微生物修复设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1，本发明实施例提供一种适用于污染土壤的微生物修复设备，包括ph缓冲液供给模块、调理剂供给模块、微生物菌剂供给模块、气体供给及温度调理模块、污染土壤修复治理模块、尾气处理模块、智能监测控制模块组成，

其中ph缓冲液供给模块由ph缓冲液储存罐1、第一抽液泵2、第一电磁流量阀3构成，ph缓冲液储存罐1的出液口通过管道与第一电磁流量阀3的进液口连接，ph缓冲液储存罐1与第一电磁流量阀3中间的管道上设置有第一抽液泵2，第一电磁流量阀3的出液口通过管道与喷液头26连接。

调理剂供给模块由调理剂储存罐4、第二抽液泵5、第二电磁流量阀6构成，调理剂储存罐4的出液口通过管道与第二电磁流量阀6的进液口连接，调理剂储存罐4与第二电磁流量阀6中间的管道上设置有第二抽液泵5，第二电磁流量阀6的出液口通过管道与喷液头26连接。

微生物菌剂供给模块由微生物菌剂储存罐7、第三抽液泵8、第三电磁流量阀9构成，微生物菌剂储存罐7的出液口通过管道与第三电磁流量阀9的进液口连接，微生物菌剂储存罐7与第三电磁流量阀9中间的管道上设置有第三抽液泵8，第三电磁流量阀9的出液口通过管道与喷液头26连接。

气体供给及温度调理模块包括氧气供给模块和氮气供给模块，氧气供给模块包括氧气储存罐10、第一加热器11、第一制冷器12、第四电磁流量阀13，氮气供给模块包括第五电磁流量阀14、第二制冷器15、第二加热器16、氮气储存罐17，

第四电磁流量阀13设置在氧气储存罐10的下侧，氧气储存罐10的出气口通过管道与第四电磁流量阀13的进气口连接，第四电磁流量阀13的出气口通过管道与第一抽气泵18的进气口连接，第四电磁流量阀13与氧气储存罐10之间的管道上分别设置有第一加热器11、第一制冷器12，第五电磁流量阀14设置在氮气储存罐17的上侧，氮气储存罐17的出气口通过管道与第五电磁流量阀14的进气口连接，第五电磁流量阀14的出气口通过管道与第一抽气泵18的进气口连接，第五电磁流量阀14与氮气储存罐17之间的管道上分别设置有第二制冷器15、第二加热器16。

污染土壤修复治理模块由活动仓板19、外仓20、保温层21、内仓22、进气阀23、密封锁25、喷液头26、多参数气体测定仪27、多参数土壤测定仪28、搅拌横轴29、搅拌机30构成。

活动仓板19设置在内仓22的左侧，内仓22为中空仓体，外仓20设置于内仓22外表面，外仓20与内仓22中间设置有保温层21，进气阀23、排气阀24均设置在活动仓板19外表面，活动仓板19通过密封锁25与外仓20连接，内仓22内侧上表面和侧表面分别设置有多参数气体测定仪27、多参数土壤测定仪28，内仓22中间设置有搅拌横轴29，搅拌机30设置在搅拌横轴29上。

尾气处理模块由排气阀24、尾气处理器31和第二抽气泵32构成，排气阀24通过管道与第二抽气泵32的进气口连接，第二抽气泵32的出气口与外界大气连接，排气阀24与第二抽气泵34之间的管道上设置有尾气处理器31。

智能监测控制模块由管线集合器33、控制电脑34构成，各电子仪器通过管线集合器33与所述控制电脑34电连接。

所述的多参数气体测定仪27内含温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度等多个探头。

所述的多参数土壤测定仪28内含土壤ph、土壤电导率、土壤氧化还原电位、含水率等多个探头。

见附图1，适用于污染土壤的微生物修复设备的修复方法包括污染土壤预处理过程、污染土壤装填过程、污染土壤ph调理过程、污染土壤营养组分调理过程、好氧高温调理过程、好氧低温调理过程、厌氧高温调理过程、厌氧低温调理过程、污染土壤微生物修复过程、智能化控制过程、修复后土壤验收及灭菌过程等部分，各部分具体流程如下：

污染土壤预处理过程：将待微生物修复的污染土壤开挖、破碎、过筛，去除污染土壤中石块、塑料等杂质后备用。

污染土壤装填过程：打开密封锁25和活动仓板19，将破碎筛分后的污染土壤装入内仓22中，关闭活动仓板19、密封锁25。

污染土壤ph调理过程：第一抽液泵2、第一电磁流量阀3给电启动，第一抽液泵2将ph缓冲液从ph缓冲液储存罐1抽出，第一电磁流量阀3对ph缓冲液的抽取体积时刻计量，ph缓冲液抽取体积达到预定值时，第一抽液泵2、第一电磁流量阀3断电关闭，ph缓冲液经喷液头26均匀喷洒在污染土壤表面。

污染土壤营养组分调理过程：第二抽液泵5、第二电磁流量阀6给电启动，第二抽液泵5将调理剂从调理剂储存罐4中抽出，第二电磁流量阀6对调理剂的抽取体积时刻计量，调理剂的抽取体积达到预定值时，第二抽液泵5、第二电磁流量阀6断电关闭，调理剂经喷液头26均匀喷洒在污染土壤表面。

好氧高温调理过程：第一加热器11、第四电磁流量阀13、第一抽气泵18、多参数气体测定仪27给电启动，第一抽气泵18将氧气从氧气储存罐10中抽出，第一加热器11对抽出的氧气进行加热，第四电磁流量阀13对氧气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪27对内仓22中的氧气浓度和温度时刻监测，当氧气浓度和温度分别达到预定值时，第一加热器11、第四电磁流量阀13、第一抽气泵18断电关闭。

好氧低温调理过程：第一制冷器12、第四电磁流量阀13、第一抽气泵18、多参数气体测定仪27给电启动，第一抽气泵18将氧气从氧气储存罐10中抽出，第一制冷器12对抽出的氧气进行制冷，第四电磁流量阀13对氧气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪27对内仓22中的氧气浓度和温度时刻监测，当氧气浓度和温度分别达到预定值时，第一制冷器12、第四电磁流量阀13、第一抽气泵18断电关闭。

厌氧高温调理过程：首先，多参数气体测定仪27、尾气处理器31、第二抽气泵32给电启动，第二抽气泵32将内仓22中空气抽出，尾气处理器31对抽出的空气无害化处理，多参数气体测定仪27对内仓22中的氧气浓度时刻监测，当氧气浓度降低到预定值时，尾气处理器31、第二抽气泵32断电关闭。随后，第五电磁流量阀14、第二加热器16、第一抽气泵18，第一抽气泵18将氮气从氮气储存罐17中抽出，第二加热器16对抽出的氮气进行加热，第五电磁流量阀14对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪27对内仓22中的氮气浓度和温度时刻监测，当氮气浓度和温度分别达到预定值时，第二加热器16、第五电磁流量阀14、第一抽气泵18断电关闭。

厌氧低温调理过程：首先，多参数气体测定仪27、尾气处理器31、第二抽气泵32给电启动，第二抽气泵32将内仓22中空气抽出，尾气处理器31对抽出的空气无害化处理，多参数气体测定仪27对内仓22中的氧气浓度时刻监测，当氧气浓度降低到预定值时，尾气处理器31、第二抽气泵32断电关闭。随后，第五电磁流量阀14、第二制冷器15、第一抽气泵18、多参数气体测定仪27给电启动，第一抽气泵18将氮气从氮气储存罐17中抽出，第二制冷器15对抽出的氮气进行制冷，第五电磁流量阀14对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪27对内仓22中的氮气浓度和温度时刻监测，当氮气浓度和温度分别达到预定值时，第二制冷器15、第五电磁流量阀14、第一抽气泵18断电关闭。

污染土壤微生物修复过程：第三抽液泵8、第三电磁流量阀9给电启动，第三抽液泵8将微生物菌剂从微生物菌剂储存罐7抽出，第三电磁流量阀9对微生物菌剂的抽取体积时刻计量，微生物菌剂的抽取体积达到预定值时，第三抽液泵8、第三电磁流量阀9断电关闭，生物菌剂经喷液头26均匀喷洒在污染土壤表面。搅拌机30给电启动，搅拌机将污染土壤、微生物菌剂、ph缓冲液和调理剂搅拌均匀，开始污染土壤微生物修复过程。

智能化控制过程：多参数气体测定仪27、多参数土壤测定仪28时刻监测污染土壤修复过程中温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度、土壤ph、土壤电导率、土壤氧化还原电位、含水率等参数，若某项参数低于预定值时，重复上述调理过程。

修复后土壤验收及灭菌过程：首先，尾气处理器31、第二抽气泵32给电启动，第二抽气泵32将内仓22中空气抽出，尾气处理器31对抽出的空气无害化处理。其次，打开密封锁25和活动仓板19，取代表性土壤样品进行检测，若污染土壤修复达标，第五电磁流量阀14、第二加热器16、第一抽气泵18给电启动，第一抽气泵18将氮气从氮气储存罐17中抽出，第二加热器16对抽出的氮气进行高温加热，第五电磁流量阀14对氮气的抽取体积时刻计量，多参数气体测定仪27对内仓22中的温度时刻监测，高温气体对土壤中微生物进行高温灭菌，当温度和灭菌时间分别达到预定值时，第五电磁流量阀14、第二加热器16、第一抽气泵18断电关闭，打开密封锁25和活动仓板19，取代表性土壤样品进行检测，若污染土壤灭菌达标，将修复达标的污染土壤转运利用。若污染土壤修复不达标，关闭密封锁25和活动仓板19，重复上述微生物修复过程直至污染土壤修复达标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。