利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置及方法与流程

本发明属于土木工程、环境工程、环境岩土工程技术领域，具体说来，涉及一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置及方法。

背景技术：

在重金属污染场地的修复中，固化稳定技术被广泛采用。该技术是将重金属污染土与固化剂充分混合均匀，通过物理包裹、化学吸附、结晶沉淀等手段，达到封闭污染物，防止其向周围环境迁移目的，从而将有害物质转化为环境可接受材料。一般采用原位搅拌、异位破碎等施工方法。而微生物修复技术是重金属污染场地的修复中的另一项被采用的技术，该技术是利用土壤中的土著微生物或向污染土中投入经驯化的高效微生物，通过菌株的代谢活动固定土体中重金属污染物或者降解土体中有机污染物的过程，一般采用注射井循环、表面喷洒等施工方法。上述两种技术分别在不同重金属污染土修复中所采用，与化学淋洗、植物修复等技术相比，具有修复剂成本低、修复时间快，但依然存在诸多缺点，比如修复成本高、施工设备复杂、施工过程繁琐、人力投入多等等。

对于一些特殊场地，由于地质条件、环境因素及社会约束等条件的限制，大型的施工设备及常规的修复方式不能实施，比如，在一些修建在河床上的景观设施、较早的居民住宅小区及一些军用射击靶场等等，由于早期的环境评价体系不健全，可能存在地表土层重金属超标的情况，会给附近居民及游客带来健康威胁，这种情况下对于已经建成的景观设施，只能采用在保护景观设施功能性的基础上对污染场地进行修复，这就制约了大型修复设备进入污染场地，因此需要考虑采用小型修复设备及相关修复方法，在对周围环境及居民不造成影响的条件下对污染场地进行修复。

技术实现要素：

技术问题：本发明要解决的技术问题是：提供一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置及方法，采用微生物灌注法对重金属污染砂土进行固化稳定化，该修复方法可运用到对重金属污染砂土的修复中，可以充分克服修复成本高、施工设备复杂、施工过程繁琐、人力投入多等缺点，不仅相关设备操作简单、修复成本低、修复周期短，对污染场地的要求低，对周围环境的影响小，而且还能进一步提高固化土体的稳定性和耐久性，修复效果佳。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下的技术方案：

一方面，本实施例提供一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置，该装置包括微生物溶液存储罐、重金属土壤修复溶液存储罐、含钙溶液存储罐、导管清洗液存储罐、微生物溶液流量控制器、土壤修复溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器、导管清洗液流量控制器、第一级灌注导管、溶液开关、第二级灌注导管、第一级导管清洗液开关91、第二级导管清洗液开关、渗透管开关和渗透管；所述的微生物溶液存储罐中盛有微生物溶液，重金属土壤修复溶液存储罐中盛有重金属土壤修复溶液，含钙溶液存储罐中盛有含钙溶液，导管清洗液存储罐中盛有清洗液；微生物溶液存储罐的出口通过第一管道与第一级灌注导管连接，且微生物溶液流量控制器位于第一管道中；重金属土壤修复溶液存储罐的出口通过第二管道与第一级灌注导管连接，且土壤修复溶液流量控制器位于第二管道中；含钙溶液存储罐的出口通过第三管道与第一级灌注导管连接，且含钙溶液流量控制器位于第三管道中；第一级导管清洗液开关和溶液开关位于第一级灌注导管中；第二级灌注导管呈T型，第二级灌注导管的第一端口与第一级灌注导管连通，第二级灌注导管的第二端口通过渗透管开关与渗透管连接，第二级灌注导管的第三端口与导管清洗支路连接，且第二级导管清洗液开关连接在导管清洗支路中。

作为优选例，所述的第二级导管清洗液开关和第一级导管清洗液开关位于溶液开关的两侧。

作为优选例，所述的第二级灌注导管为N根，所述的渗透管为N根，第二级灌注导管与渗透管一一对应设置；所述N为整数，且3≤N≤8。

作为优选例，所述的渗透管的长度为0.5～1m。

另一方面，本实施例提供一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的方法，该方法包括以下过程：

将保护套管内通过合页与椭圆形钢板连接后，再将渗透管置于保护套管内，并将保护帽安装于保护套管顶端；

将保护套管和渗透管一起埋入污染场地中，使渗透管埋入地表0.25～0.75m，然后将保护套管拔出；

将微生物溶液存储罐、重金属土壤修复溶液存储罐、含钙溶液存储罐和导管清洗液存储罐分别与微生物溶液流量控制器、土壤修复溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器、导管清洗液流量控制器进行连接；并将所述四个控制器开关汇集后连接第一级灌注导管，并在第一级灌注导管中安装溶液开关和第一级导管清洗液开关；然后将第一级灌注导管与第二级灌注导管的第一端口进行连接；将第二级灌注导管的第二端口通过渗透管开关与渗透管连接，将第二级灌注导管的第三端口与导管清洗支路连接，且将第二级导管清洗液开关连接在导管清洗支路中；

通过控制微生物溶液流量控制器、土壤修复溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器、导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关、第二级导管清洗液开关、溶液开关和渗透管开关的打开与闭合，对土体进行修复。

作为优选例，所述的对土体进行修复的过程是：

先打开土壤修复溶液流量控制器、溶液开关和渗透管开关，并保持微生物溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器、导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关的关闭状态，使得重金属土壤修复溶液存储罐中的土壤修复溶液流入渗透管中，并通过渗透管渗入土体中，然后关闭土壤修复溶液流量控制器和渗透管开关，打开导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关，使得导管清洗液存储罐中的清洗液流入导管中，清洗导管；

接着关闭导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关，打开含钙溶液流量控制器、溶液开关和渗透管开关，并保持微生物溶液流量控制器和土壤修复溶液流量控制器的关闭状态，使得含钙溶液存储罐中的含钙溶液流入渗透管中，并通过渗透管渗入土体中，然后关闭含钙溶液流量控制器和渗透管开关，打开导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关，使得导管清洗液存储罐中的清洗液流入导管中，清洗导管；

随后关闭导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关，打开微生物溶液流量控制器、溶液开关和渗透管开关，并保持土壤修复溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器关闭状态，使得微生物溶液存储罐中的微生物溶液流入渗透管中，并通过渗透管渗入土体中，然后关闭微生物溶液流量控制器和渗透管开关，打开导管清洗液流量控制器、第一级导管清洗液开关和第二级导管清洗液开关，使得导管清洗液存储罐中的清洗液流入导管中，清洗导管；

以此循环，直至停止修复。

作为优选例，所述的渗流管采用带盲孔的钢管，现场埋置时以人工锤击的方式将渗流管和保护套管置入污染场地中。

有益效果：与现有技术相比，本发明实施例的装置和方法可以结合微生物修复和固化稳定化修复重金属的优点，一方面能够通过重金属修复液对重金属起到初步的固化稳定化效果，另一方面，在固化稳定化的基础上，通过微生物的作用对固化稳定化土体进行进一步的包裹、填充，使得固化土体的结构更加致密，能够大大降低重金属的浸出量及修复土体的长期稳定性。本发明实施例的修复方法，在施工前，污染场地无需预处理，可以对大型设备无法进入的污染场地进行原地原位修复。同时，采用整排推进的方式进行修复，可以有效增加修复效率、降低修复成本低、缩短修复周期短。本发明实施例的修复装置简单、轻便、可靠，只需要用支架对存储罐进行固定，并通过导管将溶液导入砂土层即可。通过重力作用产生的压力差或者小型加压设备即可将足够量的溶液导入重金属污染的砂土层。整个过程中无需专门大型设备，只需小型轻型设备在1～2人的操作下能够完成相应的全部修复作业。

附图说明

图1是本发明实施例的结构剖面示意图；

图2是本发明实施例中的渗流点分布示意图；

图3是本发明实施例中的渗流管及保护套管示意图。

图中有：微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2、含钙溶液存储罐3、导管清洗液存储罐4、微生物溶液流量控制器51、土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53、导管清洗液流量控制器54、第一级灌注导管6、溶液开关7、第二级灌注导管8、第一级导管清洗液开关91、第二级导管清洗液开关9、渗透管开关10、渗流管11、污染砂土12、保护套管13、保护帽14、椭圆形钢板15、合页16。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置，包括微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2、含钙溶液存储罐3、导管清洗液存储罐4、微生物溶液流量控制器51、土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53、导管清洗液流量控制器54、第一级灌注导管6、溶液开关7、第二级灌注导管8、第一级导管清洗液开关91、第二级导管清洗液开关9、渗透管开关10和渗透管11。微生物溶液存储罐1中盛有微生物溶液。重金属土壤修复溶液存储罐2中盛有重金属土壤修复溶液。含钙溶液存储罐3中盛有含钙溶液。导管清洗液存储罐4中盛有清洗液。微生物溶液存储罐1的出口通过第一管道与第一级灌注导管6连接，且微生物溶液流量控制器51位于第一管道中。重金属土壤修复溶液存储罐2的出口通过第二管道与第一级灌注导管6连接，且土壤修复溶液流量控制器52位于第二管道中。含钙溶液存储罐3的出口通过第三管道与第一级灌注导管6连接，且含钙溶液流量控制器53位于第三管道中。溶液开关7和第一级导管清洗液开关91位于第一级灌注导管6中。第二级灌注导管8呈T型，第二级灌注导管8的第一端口与第一级灌注导管6连通，第二级灌注导管8的第二端口通过渗透管开关10与渗透管11连接，第二级灌注导管8的第三端口与导管清洗支路连接，且第二级导管清洗液开关9连接在导管清洗支路中。

本实施例的装置质量轻便、器件成本低、拆装方便、耗能低、场地适用性好，能够较好的适应场地狭窄、地基承载力低的浅层污染。

作为优选，上述实施例的装置中，所述的第二级导管清洗液开关9和第一级导管清洗液开关91位于溶液开关7的两侧。设置第二级导管清洗液开关9和第一级导管清洗液开关91，可以利用两者安装在溶液开关7的不同位置，实现对第一级灌注导管6的不同位置进行清洗，避免只安装第二级导管清洗液开关9，造成第一级灌注导管6的堵塞。由于不同溶液进入第一级灌注导管6中，会发生反应生成颗粒物，堵塞第一级灌注导管6，故在溶液开关7之前，安装第一级导管清洗液开关91，利于及时将反应物排出第一级灌注导管6。

作为优选，上述实施例的装置中，所述的第二级灌注导管8为N根，所述的渗透管11为N根，第二级灌注导管8与渗透管11一一对应设置；所述N为整数，且3≤N≤8。如果第二级灌注导管8数量太少，灌注的效率很低，会增加修复周期；如果数量太多，在不同支路中的水头损失不一致，可能造成不同的灌注管中的液体灌注量不同，导致不同位置土体固化效果不均匀。

作为优选，上述实施例的装置中，所述的渗透管11采用梅花形布置；同一排中相邻两个渗透管11间距X为1～3m，相邻两排渗透管11的间距Y为2～3m，渗透管11直径为3～6cm。如图2所示，两个间距X和Y从溶液的渗流速度、渗流范围及施工的进度等因素综合考虑进行确定。间距太小时施工速度慢，间距太大时灌注不均匀。渗流管直径从溶液流速及施工人员的锤击力度等因素速确定。渗流管直径太大时人工锤击方式打入不便；渗流管直径太小混合液渗流较慢。

作为优选，上述实施例的装置中，所述的渗透管11的长度为0.5～1m。在本优选例中，渗透管11的长度为0.5～1m，也就是说用于较浅的地表修复。由于渗透管11埋入地表深度有限，所以可以通过人工敲击方式将渗透管11埋入地表中，太长反而不方便打入操作的进行。这样省去利用大型设备对渗透管11施加压力，便于修复操作。

上述实施例的装置对利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的方法，包括以下过程：

第一步：如图3所示，将保护套管13内通过合页16与椭圆形钢板15连接后，再将渗透管11置于保护套管13内，并将保护帽14安装于保护套管13顶端；

第二步：将保护套管13和渗透管11一起埋入污染场地中，使渗透管11埋入地表0.25～0.75m，然后将保护套管13拔出；

第三步：将微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2、含钙溶液存储罐3和导管清洗液存储罐4分别与微生物溶液流量控制器51、土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53、导管清洗液流量控制器54进行连接；并将所述四个控制器开关汇集后连接第一级灌注导管6，并在第一级灌注导管6中安装溶液开关7和第一级导管清洗液开关91；然后将第一级灌注导管6与第二级灌注导管8的第一端口进行连接；将第二级灌注导管8的第二端口通过渗透管开关10与渗透管11连接，将第二级灌注导管8的第三端口与导管清洗支路连接，且将第二级导管清洗液开关9连接在导管清洗支路中；

第四步：通过控制微生物溶液流量控制器51、土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53、导管清洗液流量控制器54、第一级导管清洗液开关91、第二级导管清洗液开关9、溶液开关7和和渗透管开关10的打开与闭合，对土体进行修复。

所述的第四步具体过程是：

步骤401）打开土壤修复溶液流量控制器52、溶液开关7和渗透管开关10，并保持微生物溶液流量控制器51、含钙溶液流量控制器53、导管清洗液流量控制器54、第一级导管清洗液开关91和第二级导管清洗液开关9的关闭状态，使得重金属土壤修复溶液存储罐2中的土壤修复溶液流入渗透管11中，并通过渗透管11渗入土体中，然后关闭土壤修复溶液流量控制器52和渗透管开关10，打开导管清洗液流量控制器54和第一级导管清洗液开关91，使得导管清洗液存储罐4中的清洗液流入导管中，从第一级导管清洗液开关91流出，对第一级灌注导管6部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关91，打开溶液开关7和第二级导管清洗液开关9，对第一级灌注导管6其余部分进行清洗；

步骤402）关闭导管清洗液流量控制器54、第一级导管清洗液开关91和第二级导管清洗液开关9，打开含钙溶液流量控制器53、溶液开关7和渗透管开关10，并保持微生物溶液流量控制器51和土壤修复溶液流量控制器52的关闭状态，使得含钙溶液存储罐3中的含钙溶液流入渗透管11中，并通过渗透管11渗入土体中，然后关闭含钙溶液流量控制器53和渗透管开关10，打开导管清洗液流量控制器54和第一级导管清洗液开关91，使得导管清洗液存储罐4中的清洗液流入导管中，并从第一级导管清洗液开关91流到外界，对第一级灌注导管6部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关91，打开溶液开关7和第二级导管清洗液开关9，对第一级灌注导管6其余部分进行清洗。

步骤403）关闭导管清洗液流量控制器54、第一级导管清洗液开关91和第二级导管清洗液开关9，打开微生物溶液流量控制器51、溶液开关7和渗透管开关10，并保持土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53关闭状态，使得微生物溶液存储罐1中的微生物溶液流入渗透管11中，并通过渗透管11渗入土体中，然后关闭微生物溶液流量控制器51和渗透管开关10，打开导管清洗液流量控制器54和第一级导管清洗液开关91，使得导管清洗液存储罐4中的清洗液流入导管中，并从第一级导管清洗液开关91流至外界，对第一级灌注导管6部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关91，打开溶液开关7和第二级导管清洗液开关9，对第一级灌注导管6其余部分进行清洗。

步骤404）返回步骤401），以此循环，直至停止修复。

上述实施例的方法实现了微生物固化重金属污染土和药剂稳定化重金属污染土有益结合，形成的固化体更加稳定。在药剂稳定化重金属污染土的基础上，通过微生物固化能够有效改善土体的物理力学性质，降低固化体的渗透系数和扩散系数，增加土体的致密性。

上述方法中，在每一种溶液灌注的间隔中为了防止导管阻塞，对第一级灌注导管6、第二级灌注导管8进行清洗。将微生物溶液流量控制器51、土壤修复溶液流量控制器52、含钙溶液流量控制器53闭合，将导管清洗液流量控制器54和第一级导管清洗液开关91打开，使得导管清洗液存储罐4中的清洗液流入导管中，并从第一级导管清洗液开关91流出，对第一级灌注导管6部分进行清洗。然后关闭第一级导管清洗液开关91，打开溶液开关7和第二级导管清洗开关9，渗透管开关10闭合，对第一级灌注导管6整体和第二级灌注导管8进行清洗。

上述方法中，为了防止渗流管11在打入土层的过程中被砂石堵塞，采用外部套管保护的方式进行，在打入过程中将渗透管置于内径稍大于其直径的保护套管13，将保护套管13和渗透管11一起打入土层，至预定的深度处，将保护套管拔出。保护套管13顶部带有保护帽14，用以承受将其打入的外部荷载；底部为与椭圆形钢板15配合使用的尖端，椭圆形钢板15和保护套管13通过合页16链接。该方法不需要相关的耗能机械设备，施工费用低；埋入深度较小，方便施工完毕后人工进行拆除。

在上述方法中，从微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2和含钙溶液存储罐3流出的溶液的体积之和为砂土孔隙体积的0.6～0.9倍。该体积能够实现溶液的高效利用，在达到固化稳定化效果的前提下，使用量最少，且灌注时间最短；可以节省药剂成本及时间。

在上述方法中，所述的渗透管11采用梅花形布置；同一排中相邻两个渗透管11间距为1～3m，相邻两排渗透管11的间距为2～3m，渗透管11直径为3～6cm。采用梅花型布置，不仅可以促进溶液在砂土中的渗透扩散，保证固化土体的均匀性，还可以大大节省灌注时间。

在上述方法中，所述的渗流管11采用带盲孔的钢管，现场埋置时以人工锤击的方式将渗流管11和保护套管13置入污染场地中。

本发明实施例的方法，施工前污染场地无需进行清理、整平等预处理，并且可以选取多个灌注点同时进行灌注，对于大面积的重金属污染土固化修复中，可以采用整排推进的方式进行，可以有效增加修复效率，减少修复施工时间。

本实施例中，顺序向土体中渗入修复液、含钙溶液和细菌溶液。这种顺序能够使得固化体的土颗粒成层状分布，重金属的稳定化产物被包裹于固化体微颗粒的最内部，最外部由碳酸钙层包裹，该种层状结构的产生对固化体的长期稳定性效果极佳。

下面例举修复方法的一具体实例，过程如下：

（1）微生物溶液的配制。先将反硝化细菌或者尿素分解细菌按常规方法培养后备用。对于反硝化细菌，在每升去离子水中加入1.2mol的硝酸钠、3g的乙醇以及2g的牛肉膏，溶解均匀，最后将反硝化细菌按照浓度为109～1010个/L，得到反硝化细菌溶液；对于尿素分解细菌，在每升去离子水中加入1.5mol的尿素和2g的牛肉膏，溶解均匀，最后将反硝化细菌按照浓度为109～1010个/L，得到尿素分解细菌溶液。微生物加固液的体积用量按照0.75倍的砂土孔隙体积初步配制。溶液配制好后，密封备用。

（2）含钙溶液的配制。在每升去离子水中加入工业级氯化钙粉末，配制成氯化钙溶液，在100℃煮沸灭菌5min后密封备用。

（3）重金属土壤修复溶液的配制。在每升去离子水中加入工业级磷酸二氢钾粉末，配制成磷酸二氢钾溶液，在100℃煮沸灭菌5min后密封备用。其中，该步骤及步骤（2）中的浓度需要根据实际污染场地中重金属离子类型及含量进一步进行优化。

（4）混合液灌注点的布设。根据现场砂土层的渗透系数、密实度及处理深度等因素综合考虑，确定灌注点的空间分布，布设灌注点。

（5）混合液渗流管的打入。根据步骤（4）确定灌注点，将混合液渗流管以人工锤击的方式打入污染砂土层。

（6）存储罐支架的安装。根据步骤（4）确定灌注点，在灌注点附近安装存储罐支架，并将微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2、含钙溶液存储罐3和清洗液存储罐4固定在支架上。

（7）溶液的填充。将步骤（1）、（2）、（3）配制的溶液装入相应的存储罐中。

（8）灌注管及流速控制器的连接。将步骤（5）和步骤（6）确定的渗流管11和微生物溶液存储罐1、重金属土壤修复溶液存储罐2、含钙溶液存储罐3、清洗液存储罐4用第一级灌注导管6和第二级灌注导管8进行连接，并连接相应的流速控制开关。

（9）单个灌注点的初步调试。设备连接后，首先检查通路的密闭性，在密闭性良好的条件下进行初步的调试；通过单个灌注点的初步调试确定灌注的时间。

（10）整排灌注点施工。在步骤（9）的基础上，将第二级灌注导管8整排连接的渗流管11，以整排的方式推进，加大灌注的效率。

（11）施工结束，拆除设备。

在上述实施例中，微生物溶液、重金属土壤修复溶液和含钙溶液分别单独置于不同的存储罐。三个存储罐分别配置流量控制器，用以控制三种溶液的灌注比例。流量控制器用来控制相应混合溶液的流速。对重金属污染砂土进行固化稳定化修复时，将三种溶液分别通过第一级灌注导管6和第二级灌注导管8分配到不同的渗流管11中，之后相应的溶液渗透扩散至砂土中。在砂土中，混合液与重金属进一步发生一系列的物理、化学反应，最终实现固化稳定化重金属的目的。反应中，首先会有重金属修复剂溶液与重金属离子发生反应，其次微生物细菌产生的碳酸根离子会和重金属离子生成难容的碳酸盐沉淀，之后微生物细菌产生的碳酸根离子会和可溶性钙盐中的钙离子进行反应，形成碳酸钙沉淀，对固化土的孔隙进行进一步的填充作用，增加其密实度，大大降低固化体的重金属溶出风险。其中，微生物溶液存储罐1中放置微生物菌株和微生物营养液的混合溶液。重金属土壤修复溶液存储罐2中放置的是稳定化药剂的溶液。含钙溶液存储罐3中放置含有可溶性钙盐，为微生物矿化提供足够的钙离子。清洗液存储罐4中放置自来水，用于冲洗导管中残余的溶液。灌注过程完毕后，将支撑存储罐的支架及混合液渗流管移除即可。

所述的微生物溶液包括微生物菌株和微生物营养液的混合溶液。其中，微生物菌株主要包括反硝化细菌或者尿素分解细菌两类。作为优选，所述反硝化细菌为反硝化杆菌、斯氏杆菌或者萤气极毛杆菌。尿素分解细菌主要为巴氏芽孢杆菌八叠球菌或者肿大地杆菌。反硝化细菌和尿素分解细菌的浓度分别为109～1010个/L。所述的微生物营养液为牛肉膏3～6g/L、蛋白胨4～8g/L或者酵母膏5～10g/L中的一种或几种。所述的反硝化细菌要分解的含氮底物为可溶性硝酸盐硝酸钠或者硝酸钙。尿素分解细菌要分解的含碳底物为尿素。所述的含钙溶液中的钙离子来自可溶性钙盐硝酸钙或者氯化钙。所述的重金属土壤修复溶液为磷酸钠、磷酸二氢钠及磷酸二氢钾等含磷可溶盐或者其他专门的稳定化药剂的溶液。

下面，通过试验验证本发明实施例具有的良好的修复效果。

试验中采用的污染土为某工业污染场地，为含Pb、Zn的复合污染砂土。参照《土的工程分类标准》（GB/T 50145-2007）的分类，污染砂土属于中砂。污染砂土中Pb、Zn的全量分析采用四酸全消解法进行，具体步骤参照《土壤质量铅、镉的测定-石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141-1997)和《土壤质量铜、锌的测定-火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17138-1997)相关规定，结果测得Pb的全量为121.92mg/L，Zn的全量为495.17mg/L。毒性浸出试验分别参照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)和《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》(HJ/T 300-2007)进行，Pb的浸出量为72.36mg/L，Zn的浸出量为305.72mg/L。

试验中，以现场小规模的单点形式进行，对某一灌注点进行灌注试验，然后对其固化稳定化效果进行评估。试验中的微生物溶液中的菌株采用尿素分解细菌，浓度为1010个/L；微生物营养液为质量浓度为4g/L的牛肉膏和质量浓度为6g/L的蛋白胨；尿素浓度为90g/L。含钙溶液为工业级氯化钙的溶液，质量浓度为150g/L。重金属土壤修复溶液为工业级磷酸二氢钾的溶液，质量浓度为50g/L。

采用本发明实施例的方法进行试验，试验结束28天后测定重金属的溶出量。结果显示，Pb的浸出量为3.43mg/L，Zn的浸出量为60.18mg/L。

对比例1：

只采用上述的微生物溶液对重金属污染土进行固化，试验结束28天后测定重金属的溶出量。结果显示，Pb的浸出量为46.65mg/L，Zn的浸出量为213.94mg/L。

对比例2：

只采用上述的重金属土壤修复溶液对重金属污染土进行固化，试验结束28天后测定重金属的溶出量。结果显示，Pb的浸出量为29.42mg/L，Zn的浸出量为155.15mg/L。

通过对比可以发现，采用本发明实施例的修复方法大大降低了重金属的溶出量，修复固化效果明显。其中，采用本发明实施例方法的Pb的浸出量只有对比例1的7%，Zn的浸出量只有对比例1的28%。该修复效果远远超出本领域技术人员的预料。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置，其特征在于，该装置包括微生物溶液存储罐（1）、重金属土壤修复溶液存储罐（2）、含钙溶液存储罐（3）、导管清洗液存储罐（4）、微生物溶液流量控制器（51）、土壤修复溶液流量控制器（52）、含钙溶液流量控制器（53）、导管清洗液流量控制器（54）、第一级灌注导管（6）、溶液开关（7）、第二级灌注导管（8）、第一级导管清洗液开关（91）、第二级导管清洗液开关（9）、渗透管开关（10）和渗透管（11）；

所述的微生物溶液存储罐（1）中盛有微生物溶液，重金属土壤修复溶液存储罐（2）中盛有重金属土壤修复溶液，含钙溶液存储罐（3）中盛有含钙溶液，导管清洗液存储罐（4）中盛有清洗液；

微生物溶液存储罐（1）的出口通过第一管道与第一级灌注导管（6）连接，且微生物溶液流量控制器（51）位于第一管道中；重金属土壤修复溶液存储罐（2）的出口通过第二管道与第一级灌注导管（6）连接，且土壤修复溶液流量控制器（52）位于第二管道中；含钙溶液存储罐（3）的出口通过第三管道与第一级灌注导管（6）连接，且含钙溶液流量控制器（53）位于第三管道中；第一级导管清洗液开关（91）和溶液开关（7）分别连接在第一级灌注导管（6）中；第二级灌注导管（8）呈T型，第二级灌注导管（8）的第一端口与第一级灌注导管（6）连通，第二级灌注导管（8）的第二端口通过渗透管开关（10）与渗透管（11）连接，第二级灌注导管（8）的第三端口与导管清洗支路连接，且第二级导管清洗液开关（9）连接在导管清洗支路中。

2.按照权利要求1所述的利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置，其特征在于，所述的第二级导管清洗液开关（9）和第一级导管清洗液开关（91）位于溶液开关（7）的两侧。

3.按照权利要求1或2所述的利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置，其特征在于，所述的第二级灌注导管（8）为N根，所述的渗透管（11）为N根，第二级灌注导管（8）与渗透管（11）一一对应设置；所述N为整数，且3≤N≤8。

4.一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的方法，其特征在于，该方法包括以下过程：

将保护套管（13）内通过合页（16）与椭圆形钢板（15）连接后，再将渗透管（11）置于保护套管（13）内，并将保护帽（14）安装于保护套管（13）顶端；

将保护套管（13）和渗透管（11）一起埋入污染场地中，使渗透管（11）埋入地表0.25～0.75m，然后将保护套管（13）拔出；

将微生物溶液存储罐（1）、重金属土壤修复溶液存储罐（2）、含钙溶液存储罐（3）和导管清洗液存储罐（4）分别与微生物溶液流量控制器（51）、土壤修复溶液流量控制器（52）、含钙溶液流量控制器（53）、导管清洗液流量控制器（54）进行连接；并将所述四个控制器开关汇集后连接第一级灌注导管（6），并在第一级灌注导管（6）中安装溶液开关（7）和第一级导管清洗液开关（91）；然后将第一级灌注导管（6）与第二级灌注导管（8）的第一端口进行连接；将第二级灌注导管（8）的第二端口通过渗透管开关（10）与渗透管（11）连接，将第二级灌注导管（8）的第三端口与导管清洗支路连接，且将第二级导管清洗液开关（9）连接在导管清洗支路中；

通过控制微生物溶液流量控制器（51）、土壤修复溶液流量控制器（52）、含钙溶液流量控制器（53）、导管清洗液流量控制器（54）、第一级导管清洗液开关（91）、第二级导管清洗液开关（9）、溶液开关（7）和渗透管开关（10）的打开与闭合，对土体进行修复。

5.按照权利要求4所述的利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的方法，其特征在于，所述的对土体进行修复的过程是：

首先打开土壤修复溶液流量控制器（52）、溶液开关（7）和渗透管开关（10），并保持微生物溶液流量控制器（51）、含钙溶液流量控制器（53）、导管清洗液流量控制器（54）、第一级导管清洗液开关（91）和第二级导管清洗液开关（9）的关闭状态，使得重金属土壤修复溶液存储罐（2）中的土壤修复溶液流入渗透管（11）中，并通过渗透管（11）渗入土体中，然后关闭土壤修复溶液流量控制器（52）和渗透管开关（10），打开导管清洗液流量控制器（54）和第一级导管清洗液开关（91），使得导管清洗液存储罐（4）中的清洗液流入导管中，对第一级灌注导管（6）部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关（91），打开溶液开关（7）和第二级导管清洗液开关（9），对第一级灌注导管（6）其余部分进行清洗；

接着关闭导管清洗液流量控制器（54）、第一级导管清洗液开关（91）和第二级导管清洗液开关（9），打开含钙溶液流量控制器（53）、溶液开关（7）和渗透管开关（10），并保持微生物溶液流量控制器（51）和土壤修复溶液流量控制器（52）的关闭状态，使得含钙溶液存储罐（3）中的含钙溶液流入渗透管（11）中，并通过渗透管（11）渗入土体中，然后关闭含钙溶液流量控制器（53）和渗透管开关（10），打开导管清洗液流量控制器（54）和第一级导管清洗液开关（91），使得导管清洗液存储罐（4）中的清洗液流入导管中，对第一级灌注导管（6）部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关（91），打开溶液开关（7）和第二级导管清洗液开关（9），对第一级灌注导管（6）其余部分进行清洗；

随后关闭导管清洗液流量控制器（54）、第一级导管清洗液开关（91）和第二级导管清洗液开关（9），打开微生物溶液流量控制器（51）、溶液开关（7）和渗透管开关（10），并保持土壤修复溶液流量控制器（52）、含钙溶液流量控制器（53）关闭状态，使得微生物溶液存储罐（1）中的微生物溶液流入渗透管（11）中，并通过渗透管（11）渗入土体中，然后关闭微生物溶液流量控制器（51）和渗透管开关（10），打开导管清洗液流量控制器（54）和第一级导管清洗液开关（91），使得导管清洗液存储罐（4）中的清洗液流入导管中，对第一级灌注导管（6）部分进行清洗，再关闭第一级导管清洗液开关（91），打开溶液开关（7）和第二级导管清洗液开关（9），对第一级灌注导管（6）其余部分进行清洗；

以此循环，直至停止修复。

6.按照权利要求4所述的利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的方法，其特征在于，所述的渗流管（11）采用带盲孔的钢管，现场埋置时以人工锤击的方式将渗流管（11）和保护套管（13）置入污染场地中。

技术总结

本发明公开了一种利用微生物强化重金属污染土固化修复效果的装置及方法。该装置包括微生物溶液存储罐、重金属土壤修复溶液存储罐、含钙溶液存储罐、导管清洗液存储罐、微生物溶液流量控制器、土壤修复溶液流量控制器、含钙溶液流量控制器、导管清洗液流量控制器、第一级灌注导管、溶液开关、第二级灌注导管、第一级导管清洗液开关、第二级导管清洗液开关、渗透管开关和渗透管；第二级灌注导管的第一端口与第一级灌注导管连通，第二端口通过渗透管开关与渗透管连接，第三端口与导管清洗支路连接，且第二级导管清洗液开关连接在导管清洗支路中。该修复装置及方法对重金属污染砂土进行固化稳定化，能提高固化土体的稳定性和耐久性，修复效果佳。

技术研发人员：杜延军;冯亚松;蒋宁俊;任伟伟

受保护的技术使用者：东南大学

文档号码：201610540493

技术研发日：2016.07.11

技术公布日：2016.12.07