一种多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的方法和系统与流程

本发明涉及污染土壤修复，具体涉及一种多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的方法和系统。

背景技术：

1、在石油开采、贮运、加工及使用过程中，由于事故、检修、不当操作及跑冒滴漏等原因，石油烃污染物进入土壤，改变土壤理化性质，给生态环境造成污染和破坏；同时，石油烃污染物中的芳香烃类物质毒性较大，给人类健康带来巨大威胁。

2、目前，石油烃污染土壤的修复方法有热解吸、化学氧化、气相抽提、淋洗、微生物修复和植物修复等。每一种修复技术适用范围不同，不同程度存在破坏土壤结构性质、处理成本高、二次污染、修复效率低等技术局限。

3、因此，多技术耦合微生物的修复技术已成为国内外研究热点。例如中国专利申请cn113695369a公开了一种多技术耦合原位修复石油烃污染土壤的方法，采用多相抽提、化学氧化和生物修复耦合工艺修复石油烃污染土壤；中国专利申请cn112588814a公开了一种污染土壤电动-微生物联合原位修复方法，采用电动-微生物协同工艺修复石油烃污染土壤。

4、但已有研究成果存在很大局限性，不利于工程应用。

5、以中国专利申请cn113695369a为例，(1)该方法适用含napl污染地下水的土壤修复，而不适合含油污泥/土壤等污染主要来源的修复，然而石化行业污染主要来源是含油污泥/土壤，无法进行多相抽提；(2)化学氧化剂改变土壤理化性质，不利于后续石油功能菌发挥降解作用，且存在二次污染风险；(3)石油降解菌原位投放后非最佳降解条件，降解周期长、效率低。

6、以中国专利申请cn112588814a为例，(1)每块石油污染土壤及同一块土壤不同部分质地、粒径、含水率等参数均不同，电流强化刺激程度不均匀，降解周期长、效率低；(2)石油降解菌液流失快、投入量大、对环境耐受力差，影响降解效率。

7、如上所述，目前多技术耦合的原位修复技术尚不能满足工程化应用要求，亟需一种多技术耦合的高效、快速、彻底降解石油烃类污染物的原地异位修复技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有的石油污染土壤生物修复技术存在修复周期长、效率低、存在二次污染等问题，提供一种多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的方法和系统，可显著提高石油污染土壤修复效率，改善土壤质量，该多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的系统可满足工程化应用要求。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的方法，该方法包括以下步骤：

3、(1)采集石油污染土壤，进行破碎处理，得到颗粒尺寸为5mm以下的石油污染土壤；

4、(2)在步骤(1)得到的石油污染土壤中加入糖脂类生物表面活性剂和助剂，然后进行超声处理；

5、(3)在经过步骤(2)处理后得到的石油污染土壤中投放微生物菌剂，其中，所述微生物菌剂包括壁材和被包裹在该壁材中的芯材，所述壁材含有天然可降解材料，所述芯材含有能够降解石油烃的微生物菌以及用于吸附所述微生物菌的生物炭；

6、(4)采用电动力处理装置对步骤(3)得到的石油污染土壤施加电场电压，其中，所述电动力处理装置包括直流电源、控制系统和插入所述石油污染土壤中的若干根石墨电极。

7、优选的，在步骤(2)中，所述糖脂类生物表面活性剂的用量为0.1-1g/kg，所述助剂的用量为0.1-1g/kg。

8、优选的，所述糖脂类生物表面活性剂与所述助剂的用量的重量比为1：1-5。

9、优选的，在步骤(2)中，所述糖脂类生物表面活性剂选自鼠李糖脂、海藻糖脂和槐糖脂中的一种或多种。

10、优选的，在步骤(2)中，所述助剂为亚硫酸钠和/或碳酸钠。

11、优选的，所述超声处理的条件包括：超声功率为50-80w，处理时间为8-15min，温度为45-55℃，处理的次数为1-3。

12、优选的，在步骤(3)中，所述能够降解石油烃的微生物菌为纤维单胞菌属cellulomonas sp.和/或假单胞菌属pseudomonas sp.，其中，所述纤维单胞菌属cellulomonas sp.的保藏编号为gdmcc no：62343，所述假单胞菌属pseudomonas sp.的保藏编号为gdmcc no：62341。

13、优选的，在步骤(3)中，投放微生物菌剂的过程包括：先向所述石油污染土壤中投放第一微生物菌剂，然后再投放第二微生物菌剂，所述第一微生物菌剂的芯材中所包含的微生物菌为纤维单胞菌属cellulomonas sp.，所述第二微生物菌剂的芯材中所包含的微生物菌为假单胞菌属pseudomonas sp.。

14、优选的，所述第一微生物菌剂的用量为50-200g/kg，所述第二微生物菌剂的用量为50-100g/kg。

15、优选的，所述微生物菌剂为颗粒状，载菌量lg(cfu/g)≥10，优选为10-12，包埋率≥90％，优选为90-95％。

16、优选的，所述方法还包括按照以下工序制备微生物菌剂：

17、(1)将微生物菌液和生物炭搅拌混合并固化，得到微生物菌悬液；

18、(2)将所述天然可降解材料、氮源、磷源在水中搅拌混合以获得凝胶溶液，然后进行热处理灭菌，得到凝胶；

19、(3)配制氯化钙溶液，然后进行热处理灭菌；

20、(4)将工序(1)得到的所述微生物菌悬液和工序(2)得到的所述凝胶注入工序(3)得到的氯化钙溶液中，交联、静置、过滤、低温烘干，得到颗粒状的微生物菌剂。

21、优选的，所述生物炭为椰壳炭和/或农作物炭；

22、优选的，所述天然可降解材料为海藻酸钠、琼脂和壳聚糖中的至少一种；

23、优选的，所述氮源为尿素、硫酸铵、硝酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的至少一种；

24、优选的，所述磷源为磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和三聚磷酸钠中的至少一种；

25、优选的，在工序(1)中，相对于100体积的所述微生物菌液，所述生物炭的用量为0.5-1.5体积，混合的温度为30-37℃，固化时间为6-24h；

26、优选的，在工序(2)中，所述天然可降解材料、所述氮源和所述磷源的用量的重量比为2-4：10-15：1，搅拌混合时间为10-60min；所述热处理灭菌的温度为115-130℃，时间为10-20min；

27、优选的，在工序(4)中，所述微生物菌悬液和所述凝胶的用量的体积比为1：8-12，所述氯化钙溶液中的氯化钙与所述天然可降解材料的重量比为1：0.8-1.2；所述交联的时间为3-6h。

28、优选的，在步骤(4)中，施加的电场电压为80-120v/m，12h间歇式通电10-30d。

29、本发明第二方面提供了一种多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的系统，该系统包括：

30、土壤采集装置，所述土壤采集装置用于采集石油污染土壤；

31、前处理装置，所述前处理装置用于对采集的石油污染土壤进行破碎处理，以获得颗粒尺寸为5mm以下的石油污染土壤；

32、超声处理装置，在所述超声处理装置中，使经过前处理的石油污染土壤与糖脂类生物表面活性剂和助剂混合接触并进行超声处理，

33、微生物处理装置，在所述微生物处理装置中，使来自所述超声处理装置的土壤混合物与微生物菌剂混合接触，其中，所述微生物菌剂包括壁材和被包裹在该壁材中的芯材，所述壁材含有天然可降解材料，所述芯材含有能够降解石油烃的微生物菌以及用于吸附所述微生物菌的生物炭；

34、电动力处理装置，所述电动力处理装置包括直流电源、控制系统和插入投放微生物菌剂的石油污染土壤中的若干根石墨电极，用于对投放微生物菌剂的石油污染土壤进行电动力-微生物处理；

35、检测装置，所述检测装置分别用于对经过前处理的石油污染土壤和经过电动力-微生物处理的土壤中的石油烃和芳烃含量进行检测。

36、按照本发明所述的多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的方法，利用超声-微生物缓释菌剂-电动力多技术耦合原地异位修复技术，显著提高了石油污染土壤修复效率(修复效率≥85％)，而单纯微生物修复(修复效率50％左右)、超声-微生物修复(修复效率60％左右)、电动力-微生物修复(修复效率70％左右)的修复效率均明显较低。

37、在较优选的实施方式中，通过将两种不同微生物菌分别制成的微生物菌剂以特定的顺序进行联用，不仅可以进一步提高修复效率(修复效率高达90％以上)，而且还可显著提高多环芳烃去除率(去除率高达65％以上)。

38、而且，本发明所述的多技术耦合原地异位修复石油污染土壤的系统可制造成移动式撬装设备，可多作业点移动式作业，提高了生物修复覆盖面及工作效率。