一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置及方法与流程

本发明涉及石油污染土壤的无害化生物修复，属于微生物处理和环境保护，具体涉及一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置及方法。

背景技术：

1、石油的开采、贮运、加工和适用过程中，受到事故、检修、不当操作以及跑冒滴漏等因素的影响，易于导致石油烃污染物进入土壤中，改变土壤的理化性质，对生态环境造成污染和破坏，同时，由于石油烃污染物能够渗透至土壤中，随着土壤和地下水扩散迁移，最终进入生物链危害人类生命健康。

2、土壤中常见的石油烃污染修复方法包括热解吸、化学氧化、气相抽提和化学淋洗等，由于上述石油烃污染修复方法在不同程度上存在破坏土壤结构性质、处理成本高、二次污染严重、修复效率低等技术局限，而微生物降解方法因其所具有的经济高效、操作简单、绿色无二次污染等优点受到社会各界的广泛关注。

3、但是，现阶段微生物降解方法的应用存在以下问题：

4、(1)大多被石油烃污染的场地中，石油烃污染物从不饱和区域向深层饱和区域迁移，污染深度较大，而用于降解微生物仅在土壤表层0～30cm范围内大量繁殖，距离地表30cm以下的低渗透层因氧含量不足使得用于降解微生物无法生存；(2)低渗透层土壤渗透系数低，污染物传质能力差，微生物的生物利用率低。

5、由于高压旋喷注射技术具有修复深度大、修复效率高、工艺流程简单和易于工程化应用的特点，已被广泛应用于地基处理工程中，但环保行业中高压旋喷注射技术的应用仅见于对石油烃污染物污染场地的原位化学修复，因此，亟需提出一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置及方法，有效解决土壤低渗透区石油烃污染的问题。

技术实现思路

1、针对微生物降解工艺无法高效解决土壤低渗透区石油烃污染的现状，本发明提出了一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置及方法，一方面基于高压旋喷处理破坏地层中的土体结构，在地层内大面积形成土壤重塑区，提高土壤的渗透系数，另一方面通过向地层中喷射缓释氧药剂，为注入土壤中的生物菌剂提供了长期的好氧环境，促进了生物菌剂的代谢，有效解决了对土壤低渗透区石油烃类污染的修复，实现了对地层中石油烃类污染修复的工程化应用。

2、本发明具体采用如下技术方案：

3、一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置，包括无菌水泵、生物菌剂配制单元、缓释氧药剂配制单元、修复药剂高压注射单元和控制器；

4、所述无菌水泵的进水端与无菌水供应端相连接，出水端分为两路，一路通过第一管路与生物菌剂配制单元相连接，另一路通过第二管路与缓释氧药剂配制单元相连接；

5、所述生物菌剂配制单元内设置有微生物菌剂罐，微生物菌剂罐的顶部设置有进水口、微生物菌剂投料口和微生物菌剂出液口，微生物菌剂罐的进水口通过第一管路与无菌水泵的出水端相连接，微生物菌剂出液口通过第三管路与三通的第一进口端相连接，微生物菌剂罐内部设置有微生物菌剂搅拌装置，微生物菌剂罐的底部通过废液排出管与微生物菌剂废液泵的流入端相连接，微生物菌剂废液泵的流出端通过第四管路与微生物菌剂废液罐的废液流入口相连接；

6、所述缓释氧药剂配制单元内设置有缓释氧药剂罐，缓释氧药剂罐的顶部设置有进液口、缓释氧药剂投料口和缓释氧药剂出液口，缓释氧药剂罐的进液口通过第二管路与无菌水泵的出水端相连接，缓释氧药剂罐内部设置有缓释氧药剂搅拌装置，缓释氧药剂出液口通过第五管路与三通的第二进口端相连接，三通的出口端通过第六管路与高压注浆泵的进液端相连接，高压注浆泵的出液端通过高压注浆管与修复药剂高压注射单元相连接；

7、所述修复药剂高压注射单元内设置有旋喷钻机，旋喷钻机的底座固定在待修复位置处，旋喷钻机的顶部设置有自动提升装置，自动提升装置通过固定支撑杆固定在底座上，自动提升装置底端设置有钻杆，钻杆上设置有动力头，钻杆套于高压旋喷双重钻杆的高压旋喷内管外，钻杆外部套设有高压旋喷双重钻杆的高压旋喷外管，高压旋喷外管的底部设置有钻头，高压旋喷内管内设置有混合药剂喷管和压缩空气喷管，混合药剂喷管与高压注浆管相连接，压缩空气喷管通过压缩空气管路与空气压缩机相连接，混合药剂喷管的底端设置有混合药剂喷嘴，压缩空气喷管的底端设置有压缩空气喷嘴，混合药剂喷嘴和压缩空气喷嘴分别穿过高压旋喷内管、钻杆和高压旋喷外管，与地层中土壤相接触；

8、所述控制器固定在底座上，分别与生物菌剂配制单元、缓释氧药剂配制单元、修复药剂高压注射单元相连接。

9、优选地，所述底座上还固定有石油烃气体检测仪，用于实时监测地层中石油烃污染物的浓度。

10、优选地，所述微生物菌剂罐固定在微生物菌剂罐支架上，微生物菌剂罐内设置有加热装置、微生物菌剂液位计、曝气管和出液导管，出液导管与微生物菌剂出液口相连接，微生物菌剂罐底部设置有微生物菌剂漏斗，微生物菌剂漏斗顶部设置有过滤膜，底部通过废液排出管与微生物菌剂废液泵的流入端相连接。

11、优选地，所述废液排出管上设置有废液控制阀。

12、优选地，所述第一管路上设置有微生物菌剂水泵表和第一控制阀，第二管路上设置有缓释氧药剂水泵表和第二控制阀，第三管路上设置有第三控制阀，第五管路上设置有第四控制阀。

13、优选地，所述空气压缩机的进气端设置有空气压缩机入口阀。

14、优选地，所述压缩空气管路上设置有空气压缩机压力表和空气压缩机出口阀。

15、优选地，所述钻头表面设置有多组硬质合金块。

16、优选地，所述高压注浆管上设置有高压注浆泵压力表。

17、一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复方法，采用如上所述的基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置，具体包括以下步骤：

18、步骤1，选取点位安装基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置；

19、在待修复区域中选取点位，根据石油烃污染物的污染范围，以所选取点位作为中心点，安装基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置，并利用修复药剂高压注射单元的旋喷钻机带动钻头进行引孔钻机施工；

20、步骤2，利用生物菌剂配制单元配制生物菌剂混悬液；

21、经微生物菌剂罐的进水口向微生物菌剂罐内注入无菌水，再经微生物菌剂投料口向微生物菌剂罐中投入复配菌剂和培养基粉料，利用微生物菌剂罐对复配菌剂进行发酵处理后，经微生物菌剂投料口向微生物菌剂罐中投入生物炭，利用微生物菌剂搅拌装置搅拌均匀后，开启废液排出管上的废液控制阀，生物菌剂经过滤膜过滤后留存于过滤膜上，废弃培养液经废液排出管流入微生物菌剂废液罐中，关闭废液控制阀，经微生物菌剂罐的进水口再次向微生物菌剂罐内注入无菌水，并经微生物菌剂投料口向微生物菌剂罐中投入复合肥，在微生物菌剂罐内制得生物菌剂混悬液；

22、步骤3，利用缓释氧药剂配制单元配制缓释氧药剂混悬液；

23、经缓释氧药剂罐的进液口向缓释氧药剂罐内注入无菌水，再经缓释氧药剂投料口向缓释氧药剂罐投入过氧化钙基缓释氧剂，利用缓释氧药剂搅拌装置搅拌均匀后，制得缓释氧药剂混悬液；

24、步骤4，利用修复药剂高压注射单元将生物菌剂混悬液和缓释氧药剂混悬液注入地层中；

25、利用控制器控制修复药剂高压注射单元的旋喷钻机带动钻头进行高压旋喷施工，待高压旋喷外管下放置预设深度后，将石油烃气体检测仪的检测软管下放置地层中，利用石油烃气体检测仪检测地层中石油烃污染物的浓度后，启动高压注浆泵，利用压缩空气喷嘴向地层中喷射高压空气，待地层的土体结构被破坏后，利用混合药剂喷嘴向地层中喷射制得的缓释氧药剂混悬液，待缓释氧药剂混悬液与地层中的土壤充分反应后，再利用混合药剂喷嘴向地层中喷射制得的生物菌剂混悬液，对被石油烃污染物污染的地层进行修复。

26、优选地，所述步骤1中，引孔钻机施工过程中，旋喷钻机控制钻头钻取的引孔段深度不超过3m，钻头的钻入段长度为3～9m。

27、优选地，所述复配菌剂中包括菌株cellulomonas sp.a和菌株pseudomonas sp.e，菌株cellulomonas sp.a和菌株pseudomonas sp.e的菌落数之比为(0.5～2):(0.5～1)，降解温度设置为15～40℃、ph值设置为6.5～10.5。

28、优选地，所述菌株cellulomonas sp.a和菌株pseudomonas sp.e的菌落数之比为1:0.75。

29、优选地，所述培养基粉料中包括酵母提取物、胰蛋白和氯化钠，其中，酵母提取物的浓度为5g/l-1，胰蛋白的浓度为10g/l-1，氯化钠的浓度为10g/l-1。

30、优选地，所述过氧化钙基缓释氧剂的浓度为1％。

31、优选地，所述步骤4中，高压旋喷施工前，对修复药剂高压注射单元的压缩空气喷嘴和混合药剂喷嘴进行清水试喷。

32、优选地，所述步骤4中，地层石油烃污染物修复过程中，利用石油烃气体检测仪分别在修复开始后的第15天、第30天和第45天检测地层中石油烃污染物的浓度。

33、本发明具有的有益效果是：

34、本发明提供了基于高压旋喷双重管的原位生物修复装置及方法，利用高压旋喷双重管向地层中注入高压空气，通过扰动土壤破坏地层中的土体结构，在地层内大面积形成土壤重塑区，提高土壤的渗透系数，将原位生物修复深度由距离地表0～30cm扩大至距离地表0～30m处，大幅度扩大了土壤中石油烃污染物的治理范围。

35、本发明还提出了一种基于高压旋喷双重管的原位生物修复方法，通过先将缓释氧药剂注入土壤中，再将生物菌剂注入土壤中，缓释氧药剂的注入为后续注入的生物菌剂提供了长期的好氧环境，促进了降解菌的代谢速率，大幅度提高了地层中微生物的生物利用率，有效解决了对土壤低渗透区石油烃类污染的修复，有利于工程化利用。同时，本发明方法通过在原位生物修复装置上设置石油烃气体检测仪，利用石油烃气体检测仪实时监测土壤中石油烃污染物的浓度，既有利于实时获取土壤的修复效果，又实现了对生物菌剂注入剂量和缓释氧药剂注入剂量的精准控制，避免了药物的浪费。