一种深层石油污染土壤模拟修复装置及应用的制作方法

本发明属于污染土壤修复
技术领域：
，具体涉及到一种深层石油污染土壤模拟修复装置及其应用。
背景技术：
：石油运输主要采用管道运输、道路运输、海洋运输，其中管道运输使用性最广。随着时间的推移，大多数石油运输管道被腐蚀或人为的破坏，管道泄漏出来的石油会产生深层地层土壤污染。据估计，世界上的油气输送管道已经达到230多万公里，并以每年4～5万公里的速度在增长，且大部分石油管道的使用时间已经达到30～40年之久，导致输油管线的石油泄漏越来越严重。存在于地层深处的石油污染物很难被自然降解，还会对土壤中的动物和植物根系造成严重的毒害作用，污染物还会不断迁移，进入生产生活区域，对人们的身体健康造成影响。因此，必须寻找合适的修复方法解决深层土壤石油污染问题。目前，土壤修复有异位修复和原位修复两种方法。异位修复来消除污染具有以下优点：可大批量的集中处理污染土壤，处理效率高且彻底，且在监测方面比较容易控制，可降低监测成本。但深层石油污染土壤异位修复挖掘难度大，容易破坏管线，修复费用高，还会破坏地层结构和生态。原位修复方法具有对环境影响小、对污染位点的干扰破坏小、经济有效等优点，现有针对表层土壤石油污染的原位修复技术较多，有土壤耕作、土壤气相抽提技术、土壤植物修复等，但是对于深层土壤的石油污染的原位生物修复方法很少，主要是因为不同深层地层中的石油污染土壤组成和性质差异较大，若直接进行现场修复效果往往不理想，浪费大量的资源和人力，同时可能会向土壤中引入一些新的有毒有害污染物质，导致土壤的二次污染，破坏土壤结构和生态稳定性，危害土壤生物多样性，加大后期土壤生态恢复的难度，而且还会污染地下水源。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有修复技术存在的缺点，提供一种操作简单、真实可行且有效的深层石油污染土壤模拟修复装置，以及该装置的使用方法和采用该装置确定的一种深层石油污染土壤修复方法。解决上述技术问题所采用的深层石油污染土壤模拟修复装置是：底座上设置有污染层箱体、空压机、蠕动泵，污染层箱体内用隔板分隔成至少1个独立的修复箱，修复箱底部设置有排水板，污染层箱体前表面上与每个修复箱对应设置有取料口、排水管，排水管与修复箱和排水板形成的排水空间相连通，污染层箱体上设置有盖板，盖板上对应修复箱设置有圆柱管，圆柱管内均设置有进样管，进样管一端管壁上加工有出液孔、另一端与进样口橡胶塞连接，进样口橡胶塞封堵在进样管的进口上，空压机的出口通过安装在管道上的分流阀、进样口橡胶塞与进样管相连通，蠕动泵的出口通过安装在管道上的分流阀、进样口橡胶塞与进样管相连通，第一搅拌桶和第二搅拌桶通过安装在管道上的阀门与蠕动泵的入口连接。上述模拟修复装置中，优选所述的进样管一端封闭、另一端与进样口橡胶塞相连接，进样管的封闭端伸入修复箱中且管壁上加工有出液孔。上述模拟修复装置中，进一步优选所述的进样管下端管壁均匀加工大小相同的出液孔，进样管管壁轴向上间隔设置有至少2～8层出液孔，每层间隔10～20mm，出液孔直径为1～3mm。上述模拟修复装置中，更优选所述的取料口上设置有探测口。本发明中的模拟修复装置在修复深层石油污染土壤中的用途，其使用方法为：取深层石油污染土壤样品填充满修复箱，盖上盖板，将进样管一端固定在深层石油污染土壤样品中心位置，圆柱管固定安装于盖板上，进样管另一端与圆柱管管壁上的进样口橡胶塞连接，空压机、蠕动泵通过管道及分流阀与进样口橡胶塞连接，然后在圆柱管内填充无污染土壤并压实，在避光条件下，通过不同的修复方法对深层石油污染土壤样品进行模拟修复，若修复后的深层石油污染土壤样品的含油量小于1％，则采用该方法对深层石油污染土壤进行原位修复。上述深层石油污染土壤中沙粒的质量百分含量>80％、粉粒的质量百分含量<15％、粘粒的质量百分含量<5％时，本发明优选其修复方法为：将质量浓度为30％的过氧化氢用水稀释200～400倍后通过蠕动泵经进样管通入深层石油污染土壤，并通过空压机推动过氧化氢水溶液向四周扩散，反应7～14天；然后通过蠕动泵经进样管向深层石油污染土壤通入用基础营养液稀释3～5倍的新鲜动物肝脏研磨液，并通过空压机推动稀释后的动物肝脏研磨液向四周扩散，反应48～72小时；再通过蠕动泵经进样管向深层石油污染土壤通入刺激营养液与od600＝0.8～1.2的复合石油降解菌液体积比为1.5～2.5:1的混合液，并通过空压机推动混合液向四周扩散，进行土壤微生物修复，使修复后的深层石油污染土壤样品的含油量小于1％；修复过程中每天通入空气20～30分钟，并定期测定深层石油污染土壤的水分含量，通过添加基础营养液使深层石油污染土壤水分含量保持在24％～32％。上述修复方法中，优选按每立方分米深层石油污染土壤通入用蒸馏水稀释200～400倍的过氧化氢80～100ml、通入用基础营养液稀释3～5倍的新鲜动物肝脏研磨液70～90ml、通入刺激营养液与复合石油降解菌液的混合液110～150ml，通入空气的流量为60～80l/分钟。上述的复合石油降解菌液优选：将不动杆菌、铜绿假单胞菌、无色杆菌分别在lb培养基中富集培养12～18小时，离心，弃去上清液后加入0.9％的生理盐水分别配成od600＝0.8～1.2的菌液，然后按体积比为5:5:1混合而成。上述的刺激营养液优选由每1000ml基础营养液中加入6～10g吐温-80、2～5g卵磷脂、15～20g亚甲基尿素配制而成。上述的基础营养液优选由每1000ml蒸馏水中加入9～10gk2hpo4·3h2o、1.5～2.5gnh4cl、2.5～3.5gkh2po4、0.2～0.6gmgso4·7h2o、0.8～1.2gna3c6h5o7·2h2o、0.1～0.2gfeso4·7h2o、0.001～0.003gcacl2·2h2o配制而成。本发明相比于现有技术具有以下优点：本发明在修复箱中添加深层石油污染土壤样品，通过圆柱管中的上层土壤提供的压力模拟现场深层石油污染土壤环境压力，采用蠕动泵将菌液、营养液等液体通过进样管通入土壤污染区域，并通过空压机使输送的空气在进样管内形成压力推动进样管以及土壤中的液体最大程度扩散，同时输送空气增强土壤氧气含量。本装置成本低、操作简单，能够更加真实有效的模拟深层土壤的污染环境，可以配合多种修复方法对深层土壤石油污染的修复效果进行评价，筛选出适合不同土质和土壤环境的原位修复方法。本发明修复方法首先采用稀释的过氧化氢水溶液对深层土壤中的石油污染物进行一段时间的氧化，然后再通入过滤后的新鲜稀释肝脏研磨液并反应一段时间，肝脏研磨液中含有大量的过氧化氢酶，可以消耗土壤中剩余的过氧化氢，使土壤中剩余的过氧化氢含量不足以对微生物产生危害，同时为土壤中的微生物后期修复提供营养物质。此时再利用微生物强化刺激方法，将具有分解正构烷烃、部分异构烷烃和芳香烃的铜绿假单胞菌、无色杆菌、不动杆菌作为复合菌剂，与刺激营养液混合，修复土壤中剩余的石油烃。其中，刺激营养液中的亚甲基尿素作为有机氮源平衡深层土壤的营养比例，更容易被微生物吸收，促进微生物的生长；tween-80能更好的洗脱附着在土壤里的石油烃，增强微生物和石油烃的接触，对微生物的毒害作用小；卵磷脂作为一种两性表面活性剂可以对石油产生乳化作用，还可以提供微生物营养物质，增强微生物的降解活性。本发明筛选的修复方法采用的各种药剂在土壤中会被很快的降解，修复污染后不会对周围环境产生新的污染和危害，同时，此方法对修复深层石油污染土壤具有高效环保，操作简单，成本低廉的优点，不会对表层土壤生态造成影响，可高效、精准的作用于污染区域。附图说明图1是本发明一个实施例的结构示意图。图2是图1的a-a剖面图。图3是图1的b-b剖面图。图4是不加菌的石油降解效果图。图5是加菌的石油降解效果图。图中：1、第一搅拌桶；2、第二搅拌桶；3、圆柱管；4、进样口橡胶塞；5、空压机；6、污染层箱体；7、取料口；8、排水管；9、探测口；10、蠕动泵；11、底座；12、进样管；13、盖板；14、排水板；15、隔板。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。实施例1在图1～3中，本发明涉及的一种深层石油污染土壤模拟修复装置，在底座10上安装有污染层箱体6、空压机5、蠕动泵10，底座10底部装有滚轮，方便本装置来回移动。污染层箱体6内用隔板15分隔成至少1个独立的修复箱，修复箱的数量根据实际情况加工，本实施例中污染层箱体6内用隔板15分隔成4个独立的修复箱，每个修复箱长19cm、宽30cm、高30cm，每个修复箱内分别填装石油污染土壤，修复箱底部安装有排水板14，排水板14上加工有排水孔，将石油污染土壤中多余的水分沥出至修复箱底部，并经排水管8排出本装置，污染层箱体6前表面上与4个修复箱对应安装有4个取料口7、4个排水管8，排水管8与修复箱和排水板14形成的排水空间相连通，取料口7用于取出修复后的土壤进行测量，进一步地，本实施例的取料口7上还可以加工探测口9，探测口9用于探测仪器的探头直接进入修复箱进行测定，避免取料，污染层箱体6上安装有盖板13，盖板13上对应4个修复箱安装有4个圆柱管3，修复箱的数量应与圆柱管3的数量相对应，圆柱管3的高度和直径根据实验需要确定。本实施例的盖板13上加工有4个与圆柱管3相对应的圆孔，圆柱管3通过螺纹紧固连接件安装在盖板13上，圆柱管3用于装填不含油土壤，为下方的石油污染土壤提供来自上层土层的压力，随着圆柱管13中土层的升高，下部石油污染土壤承受的压力随之增大，更加真实的模拟深层石油污染土壤环境。圆柱管3内均放置有进样管12，进样管12一端加工有出液孔且伸入修复箱内土壤中、另一端穿过圆柱管13管壁与进样管橡胶塞4连接，进样管橡胶塞4上加工有两个孔，空压机5连通的管道以及与蠕动泵10连接的管道穿过两个孔进入进样管12内部，进样管橡胶塞4保证空压机5、蠕动泵10与进样管12连通，进样管12模拟从土壤表层钻探到污染土层的通道，可以通过进样管12使添加的外源物质直接进入土壤深处的污染区域，本实施例的进样管12一端封闭、另一端与进样口橡胶塞4相连接，进样管12的封闭端伸入修复箱中且管壁上均布加工有大小相同的出液孔，进样管12管壁轴向上间隔设置有5层出液孔，每层间隔20mm，出液孔直径为2mm，出液孔外壁包裹着有孔隙的海绵层，防止土壤堵塞出液孔，同时使外源物质均匀进入土壤中。空压机5的出口通过安装在管道上的分流阀分别与4个进样口橡胶塞4相连接，空压机5可将空气通过进样管12输送到深层土壤，增大土壤中的氧气含量，并为进样管12内的液体提供一定的压力，压缩进样管12内液体更大范围的渗入到污染区域。蠕动泵10的出口通过安装在管道上的分流阀分别与4个进样口橡胶塞4相连接，蠕动泵10中的液体由进样管12进入修复箱土壤中。本发明的空压机5和蠕动泵10分流后的管道上均安装独立的阀门，控制四个修复箱中液体和空气的流入。第一搅拌桶1和第二搅拌桶2通过安装在管道上的阀门和流量计与蠕动泵10的入口连接，第一搅拌桶1和第二搅拌桶2用来盛装不同成分的液体。实施例2本实施例的进样管12管壁轴向上间隔设置有2层出液孔，每层间隔10mm，出液孔直径为1mm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。实施例3本实施例的进样管12管壁轴向上间隔设置有8层出液孔，每层间隔20mm，出液孔直径为3mm，其余各零部件以及零部件的连接关系与实施例1完全相同。实施例4实施例1的模拟修复装置在修复深层石油污染土壤中的应用取深层石油污染土壤样品(沙粒的质量百分含量82.3％、粉粒的质量百分含量13.4％、粘粒的质量百分含量4.3％)分别填充满4个修复箱，并对4个修复箱依次进行编号，然后盖上盖板13，将进样管12管壁上加工有出液孔一端固定在深层石油污染土壤样品中心位置，圆柱管3固定安装于盖板13上，进样管12另一端与圆柱管3管壁上的进样口橡胶塞4连接，空压机5、蠕动泵10通过管道及分流阀与进样口橡胶塞4连接，然后在圆柱管3内填充无污染土壤并压实，在避光条件下，分别通过下述方法对4个修复箱内的深层石油污染土壤样品进行修复，具体修复方法如下：1号修复箱：通过添加蒸馏水保持污染土壤内部水分在24％～32％。2号修复箱：取6ml质量浓度为30％的过氧化氢用1600ml蒸馏水稀释后，通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5进一步推动过氧化氢水溶液向四周扩散，反应7天，然后添加蒸馏水保持污染土壤内部水分在24％～32％。3号修复箱：取6ml质量浓度为30％的过氧化氢用1600ml蒸馏水稀释后，通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5进一步推动过氧化氢水溶液向四周扩散，通完后反应7天；然后取300ml新鲜动物肝脏研磨液和1100ml蒸馏水混合并使用纱布过滤后，通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5推动其向四周扩散，通完后反应48小时；再取1200ml蒸馏水并加入800ml复合石油降解菌液，充分搅拌混合后通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5推动其向四周扩散，通完后稳定24小时；测定土壤的水分含量，通过添加蒸馏水保持污染土壤内部含水率为24％～32％。4号修复箱：取6ml质量浓度为30％的过氧化氢用1600ml蒸馏水稀释后，通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5进一步推动过氧化氢水溶液向四周扩散，通完后反应7天；然后取300ml新鲜动物肝脏研磨液和1100ml基础营养液混合并使用纱布过滤后，通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5推动其向四周扩散，通完后反应48小时；再取1200ml刺激营养液和800ml复合石油降解菌液，充分搅拌混合后通过蠕动泵10通入污染土壤中并通过空压机5推动其向四周扩散，通完后稳定24小时；测定污染土壤的水分含量，通过添加刺激营养液保持污染土壤内部含水率为24％～32％。上述的基础营养液由每1000ml蒸馏水中加入9gk2hpo4·3h2o、2gnh4cl、3gkh2po4、0.4gmgso4·7h2o、1gna3c6h5o7·2h2o、0.2gfeso4·7h2o、0.002gcacl2·2h2o配制而成；刺激营养液是由每1000ml基础营养液中加入7g吐温-80、3.5g卵磷脂、15g亚甲基尿素配制而成；复合石油降解菌液是将不动杆菌、铜绿假单胞菌、无色杆菌分别在lb培养基(每1000ml蒸馏水中加入10g蛋白胨、10gnacl、5g酵母浸粉、20g琼脂粉配制而成，ph值为7.2)中富集培养12小时，离心，弃去上清液后加入0.9％的生理盐水分别配成od600＝1.2的菌液，然后按体积比为5:5:1混合而成。采用上述4种修复方法修复后，每天通入空气20分钟，通过土壤测氧仪观察氧气含量变化；定期测定污染层土壤含水率、含氧量、温度湿度、污染土壤石油烃降解率，以便更好掌握生物生长所需要的环境，随时监测数据变化。修复石油污染土壤监测数据如下：表1通空气后污染土壤含氧量变化(％)时间(小时)1号修复箱2号修复箱3号修复箱4号修复箱018.218.31818.2517.417.517.217.71016.916.816.3171516.316.215.716.42015.515.615.315.72515.115.314.915由表1可知，4个修复箱内污染土壤中氧气含量最高达到18％左右，最低达到15％左右，变化幅度在3％左右。同时当通入空气20分钟时，污染土壤中的氧气含量达到18％左右不会继续增加，但是，污染土壤中的空气在25小时时下降到最低值，因此，为了经济节约，可确定实验通入空气时间为20分钟，间隔为24小时。表2不同修复方法下污染土壤石油烃降解率由表2可知，从1号修复箱到4号修复箱，修复箱内污染土壤的石油烃降解率依次增加，说明在自然条件下1号修复箱内污染土壤自然修复降解很难达到预期要求，采用本发明的装置和4号修复箱的修复方法对污染土壤进行生物污染模拟及修复，石油烃降解率最高可达到81.76％。由图4、图5可以看出，复合菌剂(不动杆菌+铜绿假单胞菌+无色杆菌)降解7天后，菌剂可在短时间内降解大部分石油烃类。其中，石油中的正构烷烃7天后完全降解，部分异石烷烃和其他大分子烃类也有明显的降解趋势。因此，此复合菌剂对石油有较好的降解效果。当前第1页12