本發(fā)明涉及有機(jī)污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種提高生物堆修復(fù)技術(shù)中堆體溫度和濕度的方法。

背景技術(shù)：

微生物修復(fù)技術(shù)作為一種應(yīng)用廣泛的污染土壤治理修復(fù)技術(shù)，早已得到廣泛的研究和應(yīng)用。其環(huán)境友好、價格低廉、操作簡單等優(yōu)點吸引著環(huán)保工作者的目光。然而，修復(fù)周期長、修復(fù)效率不穩(wěn)定等劣勢也一定程度上限制了微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍。隨著近年來微生物修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，多種微生物修復(fù)技術(shù)形式如土壤耕作、預(yù)制床、生物泥漿反應(yīng)器及生物堆等涌現(xiàn)出來，針對各種影響微生物修復(fù)效率的因素進(jìn)行針對性改良和調(diào)控，以追求高效快速的微生物修復(fù)效果。

土壤溫度、土壤濕度及土壤空氣量是影響微生物生長代謝活性的重要環(huán)境因素。適宜的土壤溫度為微生物代謝酶類提供良好的酶促反應(yīng)條件，保障有機(jī)污染物代謝活性的暢通；適度的土壤水分含量具有平衡土壤內(nèi)微生物細(xì)胞內(nèi)外滲透壓得作用，并促進(jìn)對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取以及提高有機(jī)污染物的生物可接觸性，滿足微生物修復(fù)需求；足量的土壤空氣含量是保障好氧微生物代謝的基礎(chǔ)，空氣中的氧分子作為好氧代謝有機(jī)污染物的電子受體，是參與有機(jī)污染物生物氧化過程必不可少的條件之一。

目前，在生物堆等微生物修復(fù)技術(shù)形式的應(yīng)用過程中，多應(yīng)用自然通風(fēng)或鼓風(fēng)機(jī)主動通風(fēng)形式進(jìn)行土壤通氣，但通風(fēng)溫度往往均為自然條件下的空氣溫度，且通風(fēng)過程中勢必增加水分散失，并進(jìn)一步降低土壤堆體內(nèi)部溫度。從而造成雖然得到空氣補(bǔ)給，但溫度與濕度等關(guān)鍵環(huán)境因素不利于微生物生長代謝的局面。此外，在對生物堆堆體進(jìn)行水分補(bǔ)給調(diào)控的過程中還存在水分補(bǔ)給不均勻等問題，同樣限制了生物堆技術(shù)的整體修復(fù)效果。

對此，通過采用新的技術(shù)手段在生物堆體進(jìn)行通氣處理的同時進(jìn)行土壤溫度及土壤濕度的有效調(diào)節(jié)，將有利于最佳環(huán)境條件對微生物代謝促進(jìn)作用的優(yōu)勢放大，從而實現(xiàn)生物堆修復(fù)技術(shù)對有機(jī)污染土壤的高效快速修復(fù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種提高生物堆修復(fù)技術(shù)中堆體溫度和濕度的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種提高生物堆修復(fù)技術(shù)中堆體溫度和濕度的方法，采用溫度濕度控制系統(tǒng)提高生物堆體溫度達(dá)到30～40℃和維持生物堆體濕度達(dá)到25％～35％(v/w)；

溫度濕度控制系統(tǒng)由發(fā)生設(shè)備和輸出管路構(gòu)成，發(fā)生設(shè)備設(shè)于生物堆體外，并與輸出管路相連，輸出管路通入生物堆體。

所述輸出管路由管路A、B、C、D和E組成；兩個并聯(lián)管路B一端通過管路A與溫度濕度控制系統(tǒng)中的管道式氣體加熱器相連，另一端與管路C相連，管路C上并聯(lián)多個分支管路D，每個管路D在生物反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)有與其垂直的管路E，使其呈“倒T字”型。

所述并聯(lián)的兩個管路B上分別設(shè)有閥門，其中一條管路的閥門至與管路C相連之間設(shè)有霧化加濕器。

所述通入反應(yīng)堆內(nèi)的管路表面上設(shè)有孔。

所述每個管路D間隔1～2m；每個管路D設(shè)置的孔位于管路橫向管壁的上表面(即，每個管路D水平放置孔設(shè)于其上表面)。

所述每個管路E設(shè)置的孔位于管路上兩兩垂直的相鄰切面的切點所延伸的直線上(即，每個管路E豎直布設(shè)，孔位于圍繞管壁在兩兩垂直的相鄰切面的切點所延伸的直線上)。

所述孔在管路表面每隔30～50mm間距開設(shè)，孔口徑為5～8mm。

所述反應(yīng)堆外設(shè)置的管路外壁采用厚度為1～2cm的隔熱真空板以長方體形式包裹，孔隙部分采用碎巖棉填充；反應(yīng)堆內(nèi)部的管路表面由細(xì)孔紗布包裹。

所述管路E的高度與反應(yīng)堆相當(dāng)，管路D伸入反應(yīng)堆內(nèi)，但不超出其寬的長度。

在生物堆修復(fù)過程中，當(dāng)土壤濕度與溫度均不足需補(bǔ)給調(diào)節(jié)時，關(guān)閉熱空氣單獨輸送線路閥門，打開熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送線路的閥門進(jìn)行熱空氣與霧化水汽的同時供給；當(dāng)土壤監(jiān)測指示土壤堆體濕度達(dá)到25％～35％(v/w)時，關(guān)閉熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送線路的閥門，打開熱空氣單獨輸送線路閥門，只進(jìn)行熱空氣供給；當(dāng)土壤監(jiān)測指示土壤堆體溫度達(dá)到30～40℃時，關(guān)閉空氣加熱功能，轉(zhuǎn)而進(jìn)行自然溫度空氣補(bǔ)給。

所述的發(fā)生設(shè)備為管道式氣體加熱器和霧化加濕器，設(shè)備功率以每千瓦功率對應(yīng)處理2～3m³土方量為基準(zhǔn)，熱空氣和常溫霧化水汽分別通過管路輸送至土壤堆體內(nèi)；所述輸出管路由聚乙烯塑料管(PE)(口徑為50～70mm)經(jīng)保溫處理后由絲扣連接組成。

在系統(tǒng)運行過程中，熱空氣加熱器的出風(fēng)溫度為40～45℃，管線保溫效果根據(jù)熱空氣進(jìn)入溫度與管孔出氣溫度計算，熱空氣單獨輸送線路熱量傳遞效率達(dá)到80％～90％，熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送線路熱量傳遞效率達(dá)到70％～80％。此效率滿足實現(xiàn)生物堆溫度及濕度補(bǔ)給目標(biāo)的需求。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：

1.本發(fā)明所建立的生物堆土壤溫度濕度控制系統(tǒng)，有利于提高生物堆體內(nèi)的環(huán)境溫度，形成中溫(30～40℃)的溫度場，此溫度下利于微生物代謝活性的提高；以熱空氣的形式將熱量補(bǔ)入土壤堆體內(nèi)，伴隨熱空氣在土壤孔隙內(nèi)的擴(kuò)散，更有利于實現(xiàn)土壤堆體內(nèi)溫度的均勻調(diào)控及保持整體溫度的一致性。

2.本發(fā)明所采用的“倒T字”的生物堆體內(nèi)分支管路布設(shè)方式及相鄰兩分支管路間隔1～2m的設(shè)計要求，更有利于在土壤內(nèi)部形成適宜的溫度場及土壤濕度補(bǔ)給區(qū)域，調(diào)控的均勻性更強(qiáng)。

3.本發(fā)明對露在外的總管路采用保溫處理有效減小了熱空氣從管道式氣體加熱器送出經(jīng)管路輸送至生物堆體內(nèi)的過程所耗散的熱量，提高熱空氣熱能利用率。

4.本發(fā)明所采用的熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送的方式，有利于熱空氣在堆體土壤孔隙內(nèi)擴(kuò)散的同時攜帶水汽在堆體內(nèi)分布，擴(kuò)大了土壤濕度的調(diào)控范圍；并且，這種以霧化水汽的形式進(jìn)行補(bǔ)給的溫和補(bǔ)水方式更利于土壤微生物的代謝利用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的含溫度與濕度控制系統(tǒng)布設(shè)的生物堆立體示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的含溫度與濕度控制系統(tǒng)布設(shè)的生物堆平面示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例提供的含溫度與濕度控制系統(tǒng)布設(shè)的管路表面開孔的位置及分布示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例提供的含溫度與濕度控制系統(tǒng)布設(shè)的生物堆縱剖面示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例提供的堆體外管路保溫處理示意圖。

圖6為本發(fā)明實施例提供的采用溫度與濕度控制系統(tǒng)的生物堆(Biopile-T)修復(fù)污染土壤石油烴降解率與普通生物堆(Biopile)修復(fù)的污染土壤石油烴降解率圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

生物堆修復(fù)技術(shù)的堆體溫度與濕度制約堆體內(nèi)微生物的生長代謝活性，影響微生物修復(fù)有機(jī)污染土壤的效率及其可持續(xù)修復(fù)性。本發(fā)明通過建立生物堆修復(fù)技術(shù)堆體溫度和濕度的控制系統(tǒng)，將熱空氣及霧化水汽共同輸入堆體內(nèi)部，在控制管路能耗損失的條件下，有效增強(qiáng)了土壤堆體溫度，使其維持在30～40℃的中溫范圍，并促進(jìn)了土壤溫度場分布的均勻性；同時維持了土壤濕度在25％～35％(v/w)的最佳范圍內(nèi)，實現(xiàn)了土壤空氣補(bǔ)給、熱量供給及濕度保持的“一舉三得”的作用效果。

實施例1

提高生物堆修復(fù)技術(shù)中堆體溫度和濕度的方法：

1).采用發(fā)生設(shè)備與輸出管路搭配使用的方法，將產(chǎn)生的熱源與水汽源通過管路向堆體內(nèi)輸送，均進(jìn)行管路上閥門的調(diào)節(jié)，使得生物堆體的目標(biāo)溫度可達(dá)到30～40℃，目標(biāo)濕度可達(dá)到25％～35％。

2).上述產(chǎn)生的熱源與水汽源由發(fā)生設(shè)備管道式氣體加熱器和霧化加濕器提供，其功率選擇以每千瓦功率對應(yīng)處理2～3m³土方量為基準(zhǔn)，輸送管道的材質(zhì)選擇為聚乙烯塑料管(PE)(口徑為50～70mm)。

3).根據(jù)修復(fù)試驗生物堆體大小進(jìn)行管路長度選擇及管路連接布設(shè)，總管路由熱空氣單獨輸送線路(管路B)及熱空氣與霧化水汽同時輸送線路(管路B’)等兩路組成，每條總管路安裝球形閥門，伸入堆體的分支管路(管路D和E)的每一支呈“倒T字”布設(shè)，即在水平放置的管線長度中心處采用三通豎直連接新管路(管路E)；伸入堆體的分支管線的PE管表面每隔30～50mm間距開設(shè)口徑為5～8mm的孔，伸入反應(yīng)堆內(nèi)的分支管路(部分管路D和E)表面由細(xì)孔紗布包裹。暴露在堆體外部的管路(管路A、B、B’、C和部分D)外壁采用厚度為1～2cm的隔熱真空板以長方體形式包裹，孔隙部分采用碎巖棉填充；在系統(tǒng)運行過程中，熱空氣加熱器的出風(fēng)溫度為40～45℃。

4).系統(tǒng)運行時的總管閥門根據(jù)土壤性質(zhì)需求進(jìn)行開關(guān)，從而調(diào)節(jié)熱能與水汽向生物堆體中的輸送，使堆體修復(fù)性質(zhì)保持在最佳狀態(tài)。

實施例2

勝利油田石油污染土壤生物堆修復(fù)堆體溫度和濕度調(diào)控

試驗所用污染土壤為吉林油田石油污染土壤，石油污染物濃度為4％(w/w，g/g)。將污染土壤預(yù)設(shè)制成長4m，底寬2m，頂寬1.4m，高1m的臺體(圖1、圖2)。堆體制備前進(jìn)行堆體溫度和濕度調(diào)控系統(tǒng)管路鋪設(shè)。

輸出管路由管路A、B、B’、C、D、E和F組成；兩個并聯(lián)的管路B和B’，一端通過管路A與溫度濕度控制系統(tǒng)中的管道式氣體加熱器相連，另一端與管路C相連，管路C上并聯(lián)多個管路D，每個管路D在生物反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)有與其垂直的管路E，使其呈“倒T字”型。

所述并聯(lián)的兩個管路B和B’上分別設(shè)有閥門，其中一條管路B’的閥門至與管路C相連之間通過管路F連接霧化加濕器。

所述通入反應(yīng)堆內(nèi)的管路表面上每隔30～50mm設(shè)有孔，孔徑為5～8mm。

所述每個管路D間隔1～2m；每個管路D設(shè)置的孔位于管路橫向管壁的上表面(即，每個管路D水平放置孔設(shè)于其上表面)(圖3B)。

所述每個管路E設(shè)置的孔位于管路上兩兩垂直的相鄰切面的切點(圖3A)所延伸的直線上(即，每個管路E豎直布設(shè)，孔位于圍繞管壁在兩兩垂直的相鄰切面的切點所延伸的直線上)。

根據(jù)堆體尺寸，總管路長度為3.2m，每米長度的堆體內(nèi)分配一個管路D，共4個，管路D長1.4m，管路D長度中心以“倒T字”的形式通過三通連接長度為1m的豎直管路E(圖4)。管路選用聚乙烯塑料管(PE)(口徑為50～70mm)。伸入反應(yīng)堆內(nèi)的管路外壁采用細(xì)紗布包裹，裸露在反應(yīng)堆外的管路外壁采用隔熱真空板固定包裹，孔隙內(nèi)填充碎巖棉(圖5)。管路間連接及堆體建設(shè)完畢后，連接發(fā)生設(shè)備，即管道式氣體加熱器和霧化加濕器。根據(jù)堆體體積(6.6m³)選擇設(shè)備功率為2.2kw。系統(tǒng)運行過程中，熱空氣加熱器的出風(fēng)溫度為42～45℃。

系統(tǒng)運行時的總管閥門根據(jù)土壤性質(zhì)需求進(jìn)行開關(guān)，當(dāng)土壤濕度與溫度均不足時，關(guān)閉熱空氣單獨輸送線路閥門，打開熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送線路的閥門進(jìn)行熱空氣與霧化水汽的同時供給；當(dāng)土壤監(jiān)測指示土壤堆體濕度達(dá)到目標(biāo)范圍時25％～35％，關(guān)閉熱空氣與常溫霧化水汽同時輸送線路的閥門，打開熱空氣單獨輸送線路閥門，只進(jìn)行熱空氣供給；當(dāng)土壤監(jiān)測指示土壤堆體溫度達(dá)到目標(biāo)范圍時(30～40℃)，關(guān)閉空氣加熱功能，轉(zhuǎn)而進(jìn)行自然溫度空氣補(bǔ)給。

試驗共設(shè)置含堆體溫度和濕度調(diào)控系統(tǒng)的生物堆處理及普通通氣生物堆處理。試驗共運行60天，每隔10天取樣一次，進(jìn)行石油烴降解率測定。

試驗結(jié)果表明(圖6)，修復(fù)60天后，安裝堆體溫度和濕度調(diào)控系統(tǒng)的生物堆體內(nèi)(Biopile-T)石油烴降解率達(dá)41.3±3.1％，較普通生物堆(Biopile)高出9.1％。表明應(yīng)該該發(fā)明系統(tǒng)的應(yīng)用有效增強(qiáng)的生物堆修復(fù)技術(shù)對石油污染土壤的修復(fù)。