CN105414171B - 用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统及其处理方法，用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统包括：水平微生物反应墙，所述水平微生物反应墙置于有机污染土壤层的上面；植物降解墙，所述植物降解墙设置在水平微生物反应墙的上面。本发明结合微生物修复技术和植物修复技术，能够降低土壤中挥发性有机氯污染物对人类健康和生态环境造成的风险，同时可有效阻断土壤中挥发性有机氯向上迁移的现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统及其处理方法，属于土壤污染控制工程技术领域。
背景技术
目前，可渗透反应墙(PRB)是一种为达到一定环境污染治理目标而将特定反应介质安装在地面以下的污染处理系统，它阻断污染带、将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性。可渗透反应墙就是一个填充有活性反应介质的被动反应区，当被污染的地下水通过时，其中的污染物质和介质材料发生物理、化学和生物等作用而被降解、吸附、沉淀或去除。故该技术在国内外地下水修复工程实践中得到广泛应用，并取得良好的修复效果，然而将可渗透反应墙水平设置用于土壤原位修复中却未有相关报道。
可渗透微生物反应墙是指在污染源的下游修建可渗透反应墙，并设置电子受体和营养物供给系统，激活土著微生物或在反应区中接种目标污染物的优势好氧降解菌，形成的具有生物活性的反应墙。当污染地下水或有机污染气体流经反应墙时，污染物会被反应墙中的微生物所降解。对可渗透微生物反应墙的研究主要集中在发达国家，而我国的研究仅处于起步阶段。可渗透微生物反应墙中多采用植物碎屑、石英砂、草炭土、活性炭、土壤等天然材料作为装填介质，微生物的投加方式多为一次性投加好氧降解菌或一次性吸附固定优势好氧降解菌，菌体易于流失，抗冲击能力差，不利于长期修复，且该类生物可渗透反应墙大多用于地下水污染的治理中，对挥发半挥发性的有机污染土壤的治理研究甚少。
植物修复是利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、降解的作用机制来清除环境中污染物质的一项新兴的污染环境治理技术。植物修复的基本类型主要有植物提取修复、植物挥发修复、植物稳定修复、植物降解修复和根际圈生物降解修复。植物修复的研究大多集中在重金属污染土壤的超富集植物的筛选上，有机污染土壤的植物修复实践案例较少，特别是针对低浓度的挥发半挥发性有机污染场地采用低成本的环保绿色植物修复技术更是较少。
国内目前有机污染场地治理中多采用工期较短、修复成本较高的化学修复技术，该类化学修复技术容易造成场地二次污染，且修复成本较高，对于部分低浓度的有机污染场地其未来开发经济价值较低，可投入的修复费用来源较少，建议采用经济高效的绿色修复技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，它结合微生物修复技术和植物修复技术，能够降低土壤中挥发性有机氯污染物对人类健康和生态环境造成的风险，同时可有效阻断土壤中挥发性有机氯向上迁移的现象。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，它包括：
水平微生物反应墙，所述水平微生物反应墙置于有机污染土壤层的上面；
植物降解墙，所述植物降解墙设置在水平微生物反应墙的上面。
进一步为了对氯代烃有机污染物进行生物降解，所述水平微生物反应墙的填充物内含有对氯代烃有机污染物进行生物降解的降解介质。
进一步，所述降解介质为好氧降解菌，所述水平微生物反应墙的填充物内包括含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水，并且含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水的质量份比为(3～5)：(1.5～2.5)：(1.5～2.0)：(0.5～1.0)：(0.15～0.25)：(1.2～1.8)。
进一步，所述植物降解墙具有营养土层和种植在营养土层上的植物层。
进一步为了不仅能为植物生长提供营养物质，还能很好的吸附来自下层有机污染气体，阻隔土壤中有机污染气体物质进入空气的途径，所述营养土层内含有吸附型介质材料。
进一步，所述营养土层(3)中的填充物和各填充物的体积百分比如下：泥炭土：30％～40％，壤土：20％～30％，沙子：15％～20％，草炭土：8％～10％，粉煤灰：2％～5％，活性炭：3％～5％，过磷酸钙：2％～5％。
进一步，所述的植物层上种植的植物为苜蓿草、苏丹草、嫩枝草中的至少一种。
进一步，所述好氧降解菌为氨氧化菌、甲烷菌、芳香族化合物分解菌中的至少一种。
进一步，所述生物酶制剂为蛋白酶、淀粉酶中的至少一种。
本发明还提供了一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的处理方法，该方法的步骤如下：
(a)有机污染土壤层中的氯代烃有机污染物向上挥发进入水平微生物反应墙后，在水平微生物反应墙中对氯代烃有机污染物进行如下处理：对氯代烃有机污染物进行生物降解；
(b)然后未降解的氯代烃有机污染物向上挥发至植物降解墙，在植物降解墙中对氯代烃有机污染物进行如下处理：植物降解墙的植物根系分泌物对未降解的氯代烃有机污染物能进行络合降解，同时植物降解墙的植物根系还吸收部分氯代烃有机污染物进入植物体内被分解。
采用了上述技术方案后，在有机污染土壤层上方原位构建水平可渗透反应植物墙修复系统，当土壤中挥发性有机污染物通过向上挥发进入水平微生物反应墙后；好氧降解菌在过氧化物释放的氧气和生物酶制剂的强化作用下能对氯代烃有机污染物进行生物降解，未来得及降解的残留氯代烃有机污染物向上挥发至植物降解层，植物降解层的植物根系分泌物对氯代烃有机污染物能进行络合降解，同时植物根系还能吸收部分氯代烃有机污染物进入植物体内被分解，降解产生的二氧化碳和水为植物生长提供碳源，本发明结合了微生物修复技术和植物修复技术，可有效阻断土壤中挥发性有机氯向上迁移的现象，降低环境空气中来自污染土壤的挥发性有机物浓度，防治其对人体健康的危害；本发明为绿色修复组合技术，不引入化学药剂，无二次污染物产生，不破坏原土壤结构，修复成本低廉，减轻环境负荷。
附图说明
图1为本发明的用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，它包括：
水平微生物反应墙1，水平微生物反应墙1置于有机污染土壤层2的上面；
植物降解墙，所述植物降解墙设置在水平微生物反应墙1的上面。
所述水平微生物反应墙1的填充物内含有对氯代烃有机污染物进行生物降解的降解介质。
所述降解介质为好氧降解菌，所述水平微生物反应墙的填充物内包括含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水，并且含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水的质量份比为(3～5)：(1.5～2.5)：(1.5～2.0)：(0.5～1.0)：(0.15～0.25)：(1.2～1.8)；其中，过氧化物为Mg2O、Ca2O中的一种或多种。
所述水平微生物反应墙1的厚度为0.3～0.5m，但不限于此。
如图1所示，所述植物降解墙具有营养土层3和种植在营养土层3上的植物层4。
所述营养土层3内含有吸附型介质材料。
所述营养土层3中的填充物和各填充物的体积百分比如下：所述营养土层3中的填充物和各填充物的体积百分比如下：泥炭土：30％～40％，壤土：20％～30％，沙子：15％～20％，草炭土：8％～10％，粉煤灰：2％～5％，活性炭：3％～5％，过磷酸钙：2％～5％。其中，泥炭土的平均颗粒粒径为0.2～0.5mm，壤土的平均颗粒粒径0.3～0.7mmmm，沙子的平均颗粒粒径为0.2～0.6mm，草炭土的平均颗粒粒径为0.2～0.9mm，粉煤灰的平均粒径为0.01～0.15mm，活性炭的平均粒径为0.3～0.6mm。营养土层3的含水率约为10％～30％之间，养护7～15天。
所述的植物层4上种植的植物为苜蓿草、苏丹草、嫩枝草中的至少一种，但不限于此。
所述营养土层3的厚度为0.3～0.5m，但是不限于此。
所述微量元素为含有锌、铁、钼、棚、铜中至少一个元素的无机金属盐类，但不限于此。
所述好氧降解菌为氨氧化菌、甲烷菌、芳香族化合物分解菌中的至少一种；芳香族化合物分解菌为苯酚分解菌或甲苯分解菌，但不限于此。
所述生物酶制剂为蛋白酶、淀粉酶中的至少一种，但不限于此。
该用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的处理方法的步骤如下：
(a)有机污染土壤层2中的氯代烃有机污染物向上挥发进入水平微生物反应墙1后，在水平微生物反应墙1中对氯代烃有机污染物进行如下处理：对氯代烃有机污染物进行生物降解；
(b)然后未降解的氯代烃有机污染物向上挥发至植物降解墙，在植物降解墙中对氯代烃有机污染物进行如下处理：植物降解墙的植物根系分泌物对未降解的氯代烃有机污染物能进行络合降解，同时植物降解墙的植物根系还吸收部分氯代烃有机污染物进入植物体内被分解。
该用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的制备方法如下：
水平微生物反应墙1的建设：将含有过氧化物(Mg2O或Ca2O)的硅藻土、固定好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水按照质量比为(3～5)：(1.5～2.5)：(1.5～2.0)：(0.5～1.0)：(0.15～0.25)：(1.2～1.8)进行混合搅拌，配制成水平微生物反应墙1的覆盖填料，在污染土壤区域上方表层，将水平微生物反应墙1的填料水平均匀地铺设在挥发有机污染土壤上方表面，铺设的厚度为0.3～0.5m，养护5-10天；
营养土层3制备：该营养土层含有粉煤灰、草炭土、活性炭吸附型介质材料，该营养土体积配比为泥炭土：30％～40％，壤土：20％～30％，沙子：15％～20％，草炭土：8％～10％，粉煤灰：2％～5％，活性炭：3％～5％，过磷酸钙：2％～5％。其中，泥炭土的平均颗粒粒径为0.2～0.5mm，壤土的平均颗粒粒径0.3～0.7mmmm，沙子的平均颗粒粒径为0.2～0.6mm，草炭土的平均颗粒粒径为0.2～0.9mm，粉煤灰的平均粒径为0.01～0.15mm，活性炭的平均粒径为0.3～0.6mm。营养土层3的含水率约为10％～30％之间，养护7～15天；
植物层4的建设：将营养土均匀的铺设在水平微生物反应墙1表明，铺设厚度为0.3～0.5m；其后在营养土层3上按照间距为0.1m～0.3的间距种植苜蓿草，0.1m～0.3m的间距种植苏丹草，苏丹草和苜蓿草采用相间套种的方式。
该用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的应用例一如下：
将含有过氧化物Mg2O的硅藻土、固定好氧降解菌苯酚菌的活性污泥、粗砂、生物酶制剂、微量元素和水按照质量比为3.0：2.0：2.0：1.0：0.2：1.8进行混合搅拌，配制成水平微生物反应墙1的覆盖填料，填料颗粒直径为1.0mm～2.0mm,在污染土壤区域上方表层，将水平微生物反应墙1的填料按照10kg/50m2均匀地铺设在挥发半挥发有机污染土壤上方表面，加盖防护膜养护3～5天；
该营养土层3的体积配比为泥炭土30％，壤土30％，沙子20％，草炭土10％，粉煤灰5％，活性炭3％，过磷酸钙2％。其中，泥炭土的平均颗粒粒径为0.45mm，壤土的平均颗粒粒径0.5mm，沙子的平均颗粒粒径为0.45mm，草炭土的平均颗粒粒径为0.45mm，粉煤灰的平均粒径为0.1mm，活性炭的平均粒径为0.55mm。将营养土中的各个材料按照体积比混合加水搅拌均匀，营养土的含水率约为25％之间，养护10天；将营养土均匀的铺设在水平微生物反应层表明，铺设厚度为0.3m；其后在营养土层上按照间距为0.3m的间距种植苜蓿草，0.3m的间距种植苏丹草，苏丹草和苜蓿草采用相间套种的方式。种植6个月后测试土壤中二氯甲烷、三氯乙烯浓度分别从原来的25mg/kg、58mg/kg降到10.8mg/kg、32mg/kg，12个月后降低到1.8mg/kg、5.5mg/kg。
经过检测发现有机污染土壤层2的氯代烃有机污染物的浓度明显下降不少。
该用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的应用例二如下：
将含有过氧化物Ca2O的硅藻土、固定好氧降解菌甲烷菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水按照质量比为5：2.5：2.0：1.0：0.25：1.5进行混合搅拌，配制成水平微生物反应墙1的覆盖填料，填料颗粒直径为2.0mm～3.0mm,在污染土壤区域上方表层，将水平可渗透微生物反应层的填料按照15kg/50m2均匀地铺设在挥发半挥发有机污染土壤上方表面，加盖防护膜养护3～5天；
该营养土层3的体积配比为泥炭土40％，壤土30％，沙20％，草炭土8％，粉煤灰3％，活性炭5％，过磷酸钙5％。将营养土中的各个材料按照体积比混合加水搅拌均匀，营养土的含水率约为10％之间，养护10天；将营养土均匀的铺设在水平微生物反应层表明，铺设厚度为0.5m；其后在营养土层上按照间距为0.16m的间距种植苜蓿草，0.16m的间距种植苏丹草，苏丹草和苜蓿草采用相间套种的方式。种植6个月后测试土壤中1,2-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷浓度分别从原来的10.9mg/kg、18.4mg/kg降到4.5mg/kg、3.8mg/kg，12个月后降低到1.3mg/kg、1.1mg/kg。
经过检测发现有机污染土壤层2的氯代烃有机污染物的浓度明显下降不少。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，其特征在于，它包括：
水平微生物反应墙(1)，所述水平微生物反应墙(1)置于有机污染土壤层(2)的上面；
植物降解墙，所述植物降解墙设置在水平微生物反应墙(1)的上面；
所述水平微生物反应墙(1)的填充物内含有对氯代烃有机污染物进行生物降解的降解介质；
所述降解介质为好氧降解菌，所述水平微生物反应墙的填充物内包括含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水，并且含有过氧化物的硅藻土、固定有好氧降解菌的活性污泥、砂、生物酶制剂、微量元素和水的质量份比为(3～5)：(1.5～2.5)：(1.5～2.0)：(0.5～1.0)：(0.15～0.25)：(1.2～1.8)；
所述植物降解墙具有营养土层(3)和种植在营养土层(3)上的植物层(4)；
所述营养土层(3)内含有吸附型介质材料；
所述营养土层(3)中的填充物和各填充物的体积百分比如下：泥炭土：30％～40％，壤土：20％～30％，沙子：15％～20％，草炭土：8％～10％，粉煤灰：2％～5％，活性炭：3％～5％，过磷酸钙：2％～5％。
2.根据权利要求1所述的用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，其特征在于：所述的植物层(4)上种植的植物为苜蓿草、苏丹草、嫩枝草中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，其特征在于：所述好氧降解菌为氨氧化菌、甲烷菌、芳香族化合物分解菌中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统，其特征在于：所述生物酶制剂为蛋白酶、淀粉酶中的至少一种。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的用于污染土壤修复的反应植物墙修复系统的处理方法，其特征在于该方法的步骤如下：
(a)有机污染土壤层(2)中的氯代烃有机污染物向上挥发进入水平微生物反应墙(1)后，在水平微生物反应墙(1)中对氯代烃有机污染物进行如下处理：对氯代烃有机污染物进行生物降解；
(b)然后未降解的氯代烃有机污染物向上挥发至植物降解墙，在植物降解墙中对氯代烃有机污染物进行如下处理：植物降解墙的植物根系分泌物对未降解的氯代烃有机污染物能进行络合降解，同时植物降解墙的植物根系还吸收部分氯代烃有机污染物进入植物体内被分解。
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