一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法，包括以下步骤：步骤1：蚯蚓数量的确定及投放；步骤2：蚯蚓的养殖；步骤3：可渗透反应墙的安置；步骤4：蚯蚓回收利用。本发明与现有技术相比的优点是：本发明在现有技术的基础上，依据生物化学与土壤生态学的原理，采用土壤生物如蚯蚓等处理土壤中的污染物，协同采用改进后的可渗透反应墙处理地下水并形成区块性土壤生物养殖区，达到去除土壤与地下水中污染物以及实现循环经济的目的。
【专利说明】—种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及土壤与地下水污染的处理方法，尤其涉及一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法。
【背景技术】
[0003]我国的土壤与地下水污染物主要是重金属与有机物，如As、Cd、Cr、Hg、Pb、VOCs,SVOCs, POPs等，具有污染范围广、难识别、难处理、易迁移等特点。目前国内所采用的方法可以分为物理法、化学法与生物法(包括植物法与微生物法)。
[0004]其中，微生物法需要向土壤与地下水中投入菌种，通过微生物的代谢作用处理污染物，可以起到一定的效果。但同时存在诸多问题:①适用的菌种需要反复试验并长时间培育，技术门槛较高；②如果投入外来菌种，可能导致土壤内微生物失衡，增大环境负荷，存在生物污染风险；③细菌不能回收利用，无法实现循环经济；④对增长土壤肥力帮助较少地下水难以修复等。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决上述不足，提供了一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法。
[0006]本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现:一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法，包括以下步骤:
步骤1:蚯蚓数量的确定及投放:根据土壤中污染物的种类、形态、浓度，选择性投放生产蚓幼蚓、环毛蚓或大平二号种蚓；其投放密度为:生产蚓幼蚓9000-32000条/ Iif，环毛蚓800-1700条成蚓/ m2，大平二号种蚓1800-3200条/ m2 ;
步骤2:蚯蚓的养殖:蚯蚓投放后，对于轻度污染的土壤，养殖回收时间为2个半月至3个半月；对于中度污染的土壤，回收时间大约为I个半月至2个半月；对于重度污染的土壤，回收时间大约为半个月至I个半月；
步骤3:可渗透反应墙(PRB)的安置:在地下安置活性材料墙体，将受污染地块划分不同的治理区块，使得受污染地下水流经多层反应墙，得到多次分层处理；所述活性材料采用天然矿物吸附材料如沸石、活性炭以及黏土矿物等，形成可围绕地下水污染范围的连续式墙体；
步骤4:蚯蚓回收利用:根据步骤2所估算的养殖时间，结合蚯蚓存活的实际情况，进行回收；所回收的蚯蚓用于提炼金属硫蛋白(MT)，禁止作为饲料使用，避免污染物通过该途径进入生物圈。
[0007]本发明利用以下基本原理，实现对土壤与地下水污染的处理。[0008]1、土壤生物(如蚯蚓等)处理受污染土壤的机理。
[0009](I)去除土壤中的有机污染物并改良土壤。蚯蚓是生活在土壤中的一种环节生物，由于生命活动的需要不断地吞食含有有机物质的土壤，其体内分泌出大量的蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、转化酶以及氧化酶等；同时土壤和有机物通过蚯蚓消化道的吞食、混合、机械研磨、生物化学分解和转化等作用，生成“蚓粪”(Casting)，对改良土壤结构、增加土壤肥效具有极为重要的作用。
[0010](2)去除土壤中的重金属污染物并合成金属硫蛋白(MT)。蚯蚓具有富集重金属与抗重金属的能力，且其对重金属的抗性可通过与重金属的逐渐接触而提高。蚯蚓接触重金属后将在体内合成金属硫蛋白(MT)。
[0011]尤其重要的是，镉(Cd)是我国土壤与地下水中常见的重金属污染物，但却对土壤生物如蚯蚓等合成金属硫蛋白有非常强的诱导作用。实践表明，无论是单一还是复合污染，镉(Cd)都明显诱导了蚯蚓金属硫蛋白(MT)的合成，随着镉(Cd)胁迫浓度和时间的增加，蚯蚓金属硫蛋白(MT)的含量均显著上升。
[0012]其中，金属硫蛋白(MT)是一类有生物活性的非酶蛋白质，具有清除体内自由基、提高人体免疫力、抵抗重金属中毒、排铅补锌、抗辐射、延缓衰老、美容护肤等多种生物学功能，广泛用于医药、保健食品、生物环保等领域，有着极为广阔的市场前景。
[0013]2、可渗透反应墙(PRB)去除地下水污染的原理。
[0014]可渗透反应墙(PRB)，又称为可渗透反应格栅，是指在地下安置活性材料墙体以便拦截污染羽状体，使污染羽状体通过 反应介质后，其污染物能转化为环境接受的另一种形式，从而实现使污染物浓度达到环境标准的目标(美国环保署标准定义)。可渗透反应墙(PRB)主要由透水的反应介质组成，它通常置于地下水污染羽状体的下游，与地下水流相垂直。污染物去除机理包括生物和非生物两种，污染地下水在自身水力梯度作用下通过PRB时，产生沉淀、吸附、氧化还原和生物降解反应，使水中污染物得以去除，在PRB下游流出处理后的净化水。此法可去除地下水溶解的有机物、金属、放射性物质以及其他的污染物质。
[0015]3、特殊的可渗透反应墙(PRB)与蚯蚓回收技术。
[0016]由于我国土壤与地下水污染较为严重，单一受污染地块面积较大，且常伴随着地下水污染。在采用土壤生物如蚯蚓进行处理时，如地块面积过大，生物活动不受限制，则对土壤生物的投放、养殖与回收造成一定的难度；同时，土壤生物难以处理地下水污染，故需要协同采取其他的地下水处理措施，并对蚯蚓养殖区域进行分割，防止蚯蚓逃跑并方便回收。采用可渗透反应墙(PRB)并加以改进，可以达到上述目的。
[0017]本技术采用的蚯蚓回收工艺的特色是:采用特制的蚯蚓回收“引诱剂”。
[0018]本技术采用的可渗透反应墙(PRB)有如下特色:
根据土壤与地下水的污染以及土壤生物的情况，用可渗透反应墙将受污染地块划分不同的治理区块，使得受污染地下水流经多层反应墙，得到多次分层处理，提高处理的质量。
[0019]在上述划分的同时，也将土壤生物如蚯蚓的养殖区域分割成了适宜的小区域，便于投放、养殖、回收。
[0020]根据实际情况，通过计算增加可渗透反应墙(PRB)地上部分高度。防止蚯蚓的活动超出养殖区域，防止土壤生物泛滥，降低环境负荷，避免二次生物污染。
[0021]本发明与现有技术相比的优点是:本发明在现有技术的基础上，依据生物化学与土壤生态学的原理，采用土壤生物如蚯蚓等处理土壤中的污染物，协同采用改进后的可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier, PRB)处理地下水并形成区块性土壤生物养殖区，达到去除土壤与地下水中污染物以及实现循环经济的目的。
[0022]具体的优点有:
①适用范围广:既可以处理土壤与地下水中的重金属污染，又可以处理有机物污染。
[0023]②有效增加土壤尤其是耕地的肥力，恢复其使用功能。
[0024]③不投放外来微生物菌种，避免二次生物污染风险。
[0025]④不需要培育新物种，缩短处理时间，降低成本。
[0026]⑤土壤生物进行回收利用，蚯蚓所合成的金属硫蛋白有较高的经济价值，实现循环经济。
[0027]⑥利用可渗透反应墙划分治理区域，有效提高了地下水处理质量。
[0028]⑦利用可渗透反应墙划分治理区域，有利于土壤生物的投放、养殖、回收。
[0029]⑧本技术特别适用于受重金属镉(Cd)污染的耕地及地下水。
【具体实施方式】
[0030]下面结合实施例对本发明作进一步详述。
[0031]一种利用土壤生物与可渗透`反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法，包括以下步骤:
步骤1:蚯蚓数量的确定及投放:根据土壤中污染物的种类、形态、浓度，选择性投放生产蚓幼蚓、环毛蚓或大平二号种蚓等；其投放密度为:生产蚓幼蚓9000-32000条/ Iif，环毛蚓800-1700条成蚓/ m2，大平二号种蚓1800-3200条/ m2 ;
步骤2:蚯蚓的养殖:蚯蚓投放后，对于轻度污染的土壤，养殖回收时间为2个半月至3个半月；对于中度污染的土壤，回收时间大约为I个半月至2个半月；对于重度污染的土壤，回收时间大约为半个月至I个半月；土壤污染程度的判定，依据相应的国家标准(技术导则)以及相应的国外标准。
[0032]步骤3:可渗透反应墙(PRB)的安置:在地下安置活性材料墙体，将受污染地块划分不同的治理区块，使得受污染地下水流经多层反应墙，得到多次分层处理；所述活性材料采用天然矿物吸附材料如沸石、活性炭以及黏土矿物等，形成可围绕地下水污染范围的连续式墙体；
步骤4:蚯蚓回收利用:根据步骤2所估算的养殖时间，结合蚯蚓存活的实际情况，进行回收；所回收的蚯蚓用于提炼金属硫蛋白(MT)，禁止作为饲料使用，避免污染物通过该途径进入生物圈。
[0033]本发明方法的突出特色是:①土壤生物所处理的重金属将在土壤生物体内合成金属硫蛋白(Metal1thionein, MT),在化妆品、保健品和新医药领域有重要的应用，市场潜力巨大；②将对土壤生物如蚯蚓等进行回收，保持地块的生物平衡，降低环境负荷，避免环境风险；③形成循环经济，地块权益拥有者将可依靠养殖土壤生物如蚯蚓等取得经济收入，充分解决土壤及地下水污染修复过程中存在的诸多社会问题；④蚯蚓对增长土壤肥力有重要作用协同改进后的可渗透反应墙(PRB)技术，划分治理区域暨养殖区域，不仅可以处理地下水污染，还有利于土壤生物如蚯蚓的投放、养殖与回收。[0034]最后应说明的是:上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动，仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种利用土壤生物与可渗透反应墙协同处理土壤与地下水污染的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:蚯蚓数量的确定及投放:根据土壤中污染物的种类、形态、浓度，选择性投放生产蚓幼蚓、环毛蚓或大平二号种蚓；其投放密度为:生产蚓幼蚓9000-32000条/ Iif，环毛蚓800-1700条成蚓/ m2，大平二号种蚓1800-3200条/ m2 ; 步骤2:蚯蚓的养殖:蚯蚓投放后，对于轻度污染的土壤，养殖回收时间为2个半月至3个半月；对于中度污染的土壤，回收时间大约为I个半月至2个半月；对于重度污染的土壤，回收时间大约为半个月至I个半月； 步骤3:可渗透反应墙的安置:在地下安置活性材料墙体，将受污染地块划分不同的治理区块，使得受污染地下水流经多层反应墙，得到多次分层处理；所述活性材料采用天然矿物吸附材料如沸石、活性炭以及黏土矿物等，形成可围绕地下水污染范围的连续式墙体；步骤4:蚯蚓回收利用:根据步骤2所估算的养殖时间，结合蚯蚓存活的实际情况，进行回收；所回收的蚯蚓用于提炼金属硫蛋白，禁止作为饲料使用，避免污染物通过该途径进入生物圈 。
【文档编号】C02F3/00GK103864202SQ201410101914
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】周永峰, 周明 申请人:上海青鹏冶金工程技术有限公司