一种利用生物反应器进行污染土壤厌氧生物修复的方法与流程

本发明涉及一种污染土壤治理技术，具体涉及一种利用厌氧生物反应器进行污染土壤修复的方法。

背景技术：

有机污染土壤修复技术主要包括化学修复技术、热脱附技术和生物修复技术。化学修复技术和热脱附技术均存在处置成本较高的缺点。生物修复技术作为一种高效经济的修复技术，已经应用于有机污染土壤修复。污染土壤生物修复技术是借助微生物对土壤中有机污染物的生物降解作用，将污染物转变成无毒物质的修复技术。微生物通过消解有机污染物，提供自身所需的养分和能量，将有机污染物分解为二氧化碳和水。

生物修复技术按是否添加驯化的生物菌可以分为两种：第一种是通过刺激土壤中的土著微生物的生长繁殖来降解有机污染物，刺激土著微生物生长是通过向土壤加入电子供体（适用于厌氧生物菌）或电子受体（适用于好氧生物菌），以及营养物质来实现的。通常加入的电子供体包括乳酸盐、乳化的植物油或糖蜜等，电子受体包括空气、氧气或氧气释放化合物等。第二种是向土壤加入外来的人工培养驯化特定的微生物，同时也注射电子供体或电子受体、营养物质，促进微生物的生长繁殖。第二种方法称为强化生物修复技术。

生物修复技术按生物菌的好氧或厌氧特性可以分为好氧生物修复技术和厌氧生物修复技术。四氯化碳、氯仿、四氯乙烯、三氯乙烯、六氯苯和多氯联苯等污染物很难通过好氧生物降解，但可以通过厌氧生物降解。

美国海军设施工程服务中心（navalfacilitiesengineeringservicecenter）于1996年发布了《biopiledesignandconstructionmanual》技术手册，手册中论述了如何设计和建设生物堆用于处理石油烃污染土壤。该方法主要包括场地整理、堆体构建和堆体调控；向污染土壤加入营养物质并混合均匀；加水调节土壤的湿度；加入特定微生物；对土壤堆体进行正压或负压充氧。此生物堆技术属于好氧生物修复技术，污染土壤是固相处理，存在处理不均匀，且修复周期较长。

专利文献cn102225420a提供了一种难降解氯代有机物污染土壤的修复方法，该发明采用了静态条垛堆制的方式对污染土壤进行修复，该方法主要包括场地整理、堆体构建和堆体调控，首先配入一定量的土壤改良剂改良土壤；再利用防渗透膜、滴灌软管和上半部穿孔管构建一个相对可控的堆制环境；最后通过回灌、曝气等方式调节堆体状态，以达到厌氧-好氧交替堆制的效果。此方法采用对堆体进行均匀浇水，将土壤湿度调节至最大土壤持水量，并用防渗透膜将堆体整体覆盖的技术手段达到厌氧环境的要求。此方法中污染土壤仍是固相处理，存在处理不均匀，且修复周期较长；另外由于用于浇洒堆体的水中含有溶解氧，很难达到严格厌氧环境的要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用厌氧生物反应器进行污染土壤修复的方法，该修复方法通过建设污染土壤厌氧生物反应器，以水为介质进行厌氧生物反应。注入乳酸盐、醋酸盐、植物油或糖蜜等营养物质（或兼作电子供体），必要时补充加注硫酸盐或硝酸盐等电子供体；为快速达到修复效果，可再注入驯化好的厌氧生物菌；通过注入压缩氮气、氩气或二氧化碳快速把营养物质、电子供体或厌氧生物菌扩散至整个生物反应器，实现快速厌氧生物修复污染土壤的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用生物反应器进行污染土壤厌氧生物修复的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）建设生物反应器，该生物反应器包括池体，池体底部铺设有管体带微孔的筛管；

2）将污染土壤放入池体中，通过筛管加压注入清洁水使污染土壤呈液相状态；

3）通过筛管加压注入营养物质；

4）通过筛管注入针对目标污染物驯化好的厌氧生物菌剂；

5）通过筛管间歇式小剂量注入营养物质，使得生物反应器水中营养物质浓度维持在2mg/l以上，氧化还原电位在-100mv以下，如此持续运行，直至污染土壤达标。

在通过筛管加压注入营养物质时，必要时还加压注入硫酸盐或硝酸盐作为电子供体。

在步骤3）、4）、5）中通过筛管注入物质后，均有通过筛管注入气体使注入物质扩散至整个池体的步骤。

步骤5）中通过筛管间歇式小剂量注入营养物质具体是指：通过筛管间歇式反向抽取生物反应器中的少量水，加入营养物质溶解后，在通过筛管加压注入生物反应容器中。

还包括步骤6）：通过筛管反向抽出生物反应器中的水，使得生物反应器中的水土分离。

所述营养物质为乳酸盐、醋酸盐、植物油或糖蜜，所述营养物质或兼做电子供体。

所述气体为压缩的氮气、氩气或二氧化碳。

所述筛管上覆盖有滤料。

所述滤料为纯净石英砂，纯净石英砂具有5mm~2cm粒径极配并且覆盖厚度为30cm。

所述筛管沿着池体的长度方向分布，所述筛管为一条或多条，当筛管为多条时，相连筛管之间的间距为50-200cm。

与现有土壤生物修复技术相比，本发明的优点在于：

1)本技术方案采用液相的污染土壤厌氧生物处理方法，以水为介质的液相生物修复方法比固相的生物修复方法，修复周期短，修复效果均匀；可高效降解四氯化碳、氯仿、四氯乙烯、三氯乙烯、六氯苯和多氯联苯等难于好氧生物降解的污染物。

2)本技术无需对污染土壤进行筛分、破碎和搅拌等预处理，大大减少了预处理工程量。

附图说明

图1为本发明所述方法中生物反应器的正向剖视图；

图2为本发明所述方法中生物反应器的a-a＇俯视剖视图；

图3为本发明所述方法中生物反应器的b-b＇侧向剖视图；

图中：1污染土壤，2盲管，3池体，４筛管，５滤料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的方法和效果作进一步的详细说明。

一种利用生物反应器进行污染土壤厌氧生物修复的方法，该方法使用的生物反应器结构如图1-3所示，包括池体3，池体3的底部沿着池体长度方向布设有筛管4，根据池体3的大小，筛管4可以为一条也可以为多条，当筛管4为多条时，相邻筛管4之间的间距控制在50cm~200cm范围，筛管4上有微孔，筛管4上覆盖有滤料5，滤料5为5mm~2cm粒径极配的纯净石英砂，纯净石英砂的覆盖厚度为30cm。筛管4在池体3的外部与盲管2相连。待处理的污染土壤1搁置在池体3中。

本发明提供的方法为利用上述生物反应器进行污染土壤厌氧生物修复的方法，具体包括如下步骤：

1）建设生物反应器，生物反应器包括池体，池体底部沿池体长度方向布设有筛管，筛管上有微孔，筛管上覆有滤料；

2）将污染土壤放入生物反应器池体中，通过筛管加压注入清洁水使其呈液相状态；

3）通过筛管加压注入乳酸盐、醋酸盐、植物油或糖蜜等营养物质（或兼作电子供体），并通过注入压缩氮气、氩气或二氧化碳等气体快速把营养物质快速扩散至整个生物反应器；

4）必要时加压注入硫酸盐或硝酸盐等电子供体，并通过注入压缩氮气、氩气或二氧化碳等气体快速把电子供体快速扩散至整个生物反应器；

5）为快速达到修复效果，可再注入针对目标污染物驯化好的厌氧生物菌剂，并通过盲管和筛管加压注射氮气、氩气或二氧化碳等气体快速把厌氧生物菌剂快速扩散至整个生物反应器；

6）间歇式采用水泵通过盲管和筛管反向抽出生物反应器中少量水，加入乳酸钠溶解，然后采用水泵通过盲管和筛管加压注入生物反应器中，后续再采用压缩机通过盲管和筛管加压注射氮气、氩气或二氧化碳等气体快速把乳酸钠扩散至整个生物反应器，使得生物反应器水中乳酸钠浓度维持在2mg/l以上，氧化还原电位在-100mv以下。如此持续运行，每周检测一次土壤中污染物指标，直至污染土壤达标；

7）采用水泵通过筛管反向抽出生物反应器中的水，使得厌氧生物反应器中的水土分离。抽出的水存储起来回用于下一批次污染土壤处理，或经处理后达标排放。

下面提供具体的实施例

实施例1

1）建设100m（长）×50m（宽）×2m（高）的钢筋混凝土厌氧生物反应器池体，池体底部沿池体长度方向布设筛管，筛管上有微孔，筛管之间间隔为160cm，筛管上覆5mm~2cm粒径极配的纯净石英砂30cm。

2）将污染土壤放入厌氧生物反应器池体中，采用水泵通过盲管和筛管加压注入清洁水使污染土壤呈液相状态。

3）采用水泵通过盲管和筛管加压注入500l乳酸钠饱和溶液；采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把乳酸钠快速扩散至整个生物反应器。

4）采用水泵通过盲管和筛管加压注入针对目标污染物驯化好的厌氧生物菌剂500l；采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把生物菌剂快速扩散至整个生物反应器。

5）厌氧生物菌生长繁殖，降解有机污染物的同时将消耗乳酸钠。每隔24小时，采用水泵通过盲管和筛管反向抽出生物反应器中100l水，加入5kg乳酸钠溶解，然后采用水泵通过盲管和筛管加压注入生物反应器中。采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把新注入的乳酸钠快速扩散至整个生物反应器，使得生物反应器水中乳酸钠浓度维持在2mg/l以上，氧化还原电位在-100mv以下。如此持续运行，每周检测一次土壤中污染物指标，直至污染土壤达标。

6）采用水泵通过盲管和筛管反向抽出生物反应器中的水，使得厌氧生物反应器中的水土分离。抽出的水存储起来回用于下一批次污染土壤处理，或直接达标排放。

实施例2

1）建设50m（长）×40m（宽）×1.5m（高）的钢筋混凝土厌氧生物反应器池体，池体底部沿池体长度方向布设筛管，筛管上有微孔，筛管之间间隔为100cm，筛管上覆5mm~2cm粒径极配的纯净石英砂30cm。

2）将污染土壤放入厌氧生物反应器池体中，采用水泵通过盲管和筛管加压注入清洁水使污染土壤呈液相状态。

3）采用水泵通过盲管和筛管加压注入300l乳酸钠饱和溶液；采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把乳酸钠快速扩散至整个生物反应器。

4）采用水泵通过盲管和筛管加压注入针对目标污染物驯化好的厌氧生物菌剂200l；采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把生物菌剂快速扩散至整个生物反应器。

5）厌氧生物菌生长繁殖，降解有机污染物的同时将消耗乳酸钠。每隔24小时，采用水泵通过盲管和筛管反向抽出生物反应器中100l水，加入2kg乳酸钠溶解，然后采用水泵通过盲管和筛管加压注入生物反应器中。采用压缩机通过盲管和筛管持续加压注射压缩氮气50分钟，快速把新注入的乳酸钠快速扩散至整个生物反应器，使得生物反应器水中乳酸钠浓度维持在2mg/l以上，氧化还原电位在-100mv以下。如此持续运行，每周检测一次土壤中污染物指标，直至污染土壤达标。

6）采用水泵通过盲管和筛管反向抽出生物反应器中的水，使得厌氧生物反应器中的水土分离。抽出的水存储起来回用于下一批次污染土壤处理，或直接达标排放。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。