交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置和方法，本发明专利技术在石油降解菌剂修复过程中施加交流电场，利用交流电场作用下的电化学氧化作用和电动效应强化石油降解菌剂对石油烃类有机物的降解效果。在交流电场作用下，电极表面发生的电化学氧化反应可协同石油降解菌剂降解石油烃。交流电场诱导的电动效应可促进土壤中物质的往复移动，强化营养物质、污染物与石油降解菌剂之间的接触和传质，最终提高石油降解菌剂对石油烃的降解效果，提高修复效率。本发明专利技术通过交流电场与石油降解菌剂修复相耦合，不会造成土壤理化性质的分化，相比于基于直流电场的电动修复具有显著的优势。

Equipment and Method of Microbial Remediation of Petroleum Hydrocarbon Contaminated Soil by AC Electric Field

The invention discloses a device and method for reinforcing microbial remediation of petroleum hydrocarbon contaminated soil by alternating current electric field. The device applies alternating current electric field in the process of remediation of petroleum hydrocarbon-degrading microbial agent, and strengthens the degradation effect of petroleum hydrocarbon-degrading microbial agent by using electrochemical oxidation and electrodynamic effect under alternating current electric field Under the action of alternating current electric field, the electrochemical oxidation reaction on the electrode surface can degrade petroleum hydrocarbons with petroleum degrading bacteria. The electric effect induced by AC electric field can promote the reciprocating movement of substances in soil, strengthen the contact and mass transfer between nutrients, pollutants and petroleum degrading bacteria, and ultimately improve the degradation effect of petroleum degrading bacteria on petroleum hydrocarbons and improve the repair efficiency. The invention can couple the AC electric field with the oil degrading bacterium remediation, and will not cause the differentiation of the physical and chemical properties of the soil. Compared with the electric remediation based on the DC electric field, the invention has remarkable advantages.

【技术实现步骤摘要】
交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置和方法
本专利技术属于石油烃污染土壤修复的
，具体涉及一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置和方法，其中微生物为石油降解菌剂。
技术介绍
石油化工行业是我国国民经济的基础性行业。石油化工行业产生了大量的污染物，造成严重的水体，空气和土壤污染。这些污染物主要来源于原料的“跑冒滴漏”，废水的排放，废渣的堆放以及废气中污染物的沉降，从而产生了大量石油类有机物污染土壤。这些石油类有机污染物中含有大量的石油烃，主要分为烷烃和芳烃(单环芳烃和多环芳烃)，进入土壤后将改变土壤的性状，肥力以及对该土壤上生长的作物以及食物链相关的人畜造成严重危害。因此，有必要寻找经济高效的修复技术处理石油烃类有机物污染土壤。微生物修复技术是目前常见的石油烃污染土壤修复技术之一，是指利用微生物将土壤中的污染物降解为无害的无机物(二氧化碳和水)或其他无害物质的过程。微生物修复技术具有适用范围广、成本低、无二次污染的特点，已在国内外广泛应用。但由于土壤中营养物质、污染物等传质限制，微生物修复技术也存在降解周期长，修复效率低的问题。有研究表明，通过电动修复技术与微生物修复技术相耦合，即通过向污染土壤内施加外源直流低压电场，利用电场的电动效应和电化学氧化作用可以强化微生物对石油烃类有机物的降解效果，提高修复效率。但在直流电场的长期作用下，土壤的理化性质会发生改变，特别是电极附近的土壤pH会发生显著变化，对电极材料造成腐蚀并对微生物生长造成影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置和方法，将交流电场与石油降解菌剂修复相耦合。交流电场的作用不会造成土壤理化性质的分化，电极表面发生的电化学氧化反应可协同石油降解菌剂降解石油烃，交流电场诱导的电动效应可促进土壤中物质的往复移动，强化营养物质、污染物与石油降解菌剂之间的接触和传质，最终提高石油降解菌剂对石油烃的降解效果，提高修复效率。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，包括电源控制系统、电极装置、喷淋系统及搅拌装置；所述电极装置包括至少一对电极对；所有所述电极对以并联的方式连接到电源控制系统；所述喷淋系统用于向土壤喷淋土壤添加剂和石油降解菌剂；喷淋系统包括储罐、喷淋泵及喷淋头；所述的储罐、喷淋泵及喷淋头顺次相连；所述储罐用于储放土壤添加剂及石油降解菌剂，并通过喷淋泵喷淋；所述的搅拌装置用于土壤翻搅；所述电源控制系统及电极装置用于向土壤施加电场。各电极对放置位置并非随机的，需保证施加电压后，土壤中的电场强度分布均匀。作为优选，所述的电源控制系统包括变压器、交流稳压器、电流电压监测器和电源保护器，用于输出稳定的正弦交流电；变压器、交流稳压器、电流电压监测器和电源保护器顺次相连；所述的电极对为DSA电极对或BDD电极对，且采取直插式设计，即直接插入土壤就可使用。电源控制系统所输出的周期性变化的正弦交流电可显著降低对土壤pH值得影响。DSA电极或BDD电极具有一定的电催化氧化作用，可协同石油降解菌剂降解污染物。作为优选，所述的喷淋系统包括两套喷淋管线，分别用于喷淋土壤添加剂及石油降解菌剂；每套喷淋管线包括依次相连的储罐、喷淋泵及喷淋头。双管线设计可有效地增加喷淋效率。作为优选，所述的土壤添加剂用于调节土壤理化性质；土壤添加剂包括水、硝酸钠、硫酸铵、磷酸氢二钾和β-环糊精。作为优选，所述的土壤添加剂中β-环糊精的浓度为1.2-1.6g/L，可最大程度的促进石油污染物从土壤固相中脱附转移到水相，提高生物可利用性。本专利技术还提供了一种利用上述装置的交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的方法，包括如下步骤：1)通过喷淋系统向污染土壤注入土壤添加剂，并利用搅拌装置对污染土壤进行翻搅，以调节污染土壤的理化性质；2)向污染土壤中均匀喷洒活化后的石油降解菌剂并进行翻搅；3)在施加石油降解菌剂的污染土壤中布设电极装置，并通过电源控制系统输出正弦交流电，使土壤中存在交流电场。所述的石油降解菌剂的菌种为市售。上述石油降解菌剂首先接种到牛肉膏蛋白胨液体培养基中活化3天，得到活化后的石油降解菌剂。石油降解菌剂的喷洒量为每立方米的污染土壤中喷洒0.05到0.15L石油降解菌剂。进一步优选，所述的步骤1)中调节污染土壤的含水率在25％以上，调节污染土壤的pH在6～8范围内，为石油降解菌剂提供合适的土壤环境。进一步优选，所述的步骤1)中调节污染土壤中碳∶氮∶磷的质量比为100∶(5～10)∶1。其中调节所用的氮由硝酸钠和硫酸铵提供，磷由磷酸氢二钾提供。因此需根据污染土壤中有机碳、速效氮和速效磷的浓度调节土壤添加剂中硝酸钠、硫酸铵、磷酸氢二钾的比例，其中硝酸钠和硫酸铵的质量比优选为1:1。进一步优选，所述的步骤3)中交流电场频率为50Hz，峰值强度为0.5-2V/cm。由于使用的是正弦交流电，所以上述的峰值强度为正弦交流电压为峰值时的电场强度。此过程中需保持电源输出的电压稳定。进一步优选，所述方法适用的石油烃污染为直链烃污染、支链烃污染或芳香烃污染中的一种或多种。本专利技术与现有技术相比，所具有的有益效果是：与施加直流电场相比，施加交流电场不会造成土壤理化性质严重分化。电场刺激可极大提高石油降解菌剂活性，进而提高石油降解菌剂的降解效果。DSA电极或BDD电极具有较强的电化学催化氧化作用，可以协同石油降解菌剂降解。同时DSA电极和BDD电极具有较强的抗腐蚀性能。交流电场诱导的电动效应可使物质在土壤中发生往复运动，强化营养物质、污染物与石油降解菌剂之间的接触和传质，提高修复效率，节约经济与时间成本。附图说明图1为交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置的示意图；图2为实施例1中电极附近的土壤pH变化图；图3为实施例2中电极附近的土壤pH变化图；图4为对比例1中电极附近的土壤pH变化图；图5为对比例2中电极附近的土壤pH变化图。图中：电源控制系统-1、电极装置-2、喷淋系统-3、搅拌装置-4、储罐-5、喷淋泵-6。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域地技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术所描述的实例仅仅使本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。对于本领域地技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。基于本专利技术中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示为交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置示意图。该装置包括电源控制系统1、电极装置2、喷淋系统3及搅拌装置4。电源控制系统1及电极装置2用于向土壤施加电场。电极装置2包括一对电极对。可根据污染土壤的面积对电极对数量进行相应的增加，但是若有多对电极对，其放置位置并非随机，需保证施加电压后，土壤中的电场强度分布均匀。电极对为DSA电极对，且采取直插式设计，即直接插入土壤就可使用，也可以使用具有类似效果的BDD电极对。DSA电极或BDD电极具有一定的电催化氧化作用，可协同石油降解菌剂降解污染物。所有电极对以并联的方式连接到电源控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，其特征在于：包括电源控制系统(1)、电极装置(2)、喷淋系统(3)及搅拌装置(4)；所述电极装置(2)包括至少一对电极对；所有所述电极对以并联的方式连接到电源控制系统(1)；所述喷淋系统(3)用于向土壤喷淋土壤添加剂和石油降解菌剂；喷淋系统(3)包括储罐(5)、喷淋泵(6)及喷淋头；所述的储罐(5)、喷淋泵(6)及喷淋头顺次相连；所述储罐(5)用于储放土壤添加剂及石油降解菌剂，并通过喷淋泵(6)喷淋；所述的搅拌装置(4)用于土壤翻搅；所述电源控制系统(1)及电极装置(2)用于向土壤施加电场。

【技术特征摘要】
1.一种交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，其特征在于：包括电源控制系统(1)、电极装置(2)、喷淋系统(3)及搅拌装置(4)；所述电极装置(2)包括至少一对电极对；所有所述电极对以并联的方式连接到电源控制系统(1)；所述喷淋系统(3)用于向土壤喷淋土壤添加剂和石油降解菌剂；喷淋系统(3)包括储罐(5)、喷淋泵(6)及喷淋头；所述的储罐(5)、喷淋泵(6)及喷淋头顺次相连；所述储罐(5)用于储放土壤添加剂及石油降解菌剂，并通过喷淋泵(6)喷淋；所述的搅拌装置(4)用于土壤翻搅；所述电源控制系统(1)及电极装置(2)用于向土壤施加电场。2.根据权利要求1所述的交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，其特征在于，所述的电源控制系统(1)包括变压器、交流稳压器、电流电压监测器和电源保护器，用于输出稳定的正弦交流电；变压器、交流稳压器、电流电压监测器和电源保护器顺次相连；所述的电极对为DSA电极对或BDD电极对，且采取直插式设计，即直接插入土壤就可使用。3.根据权利要求1所述的交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，其特征在于，所述的喷淋系统包括两套喷淋管线，分别用于喷淋土壤添加剂及石油降解菌剂；每套喷淋管线包括依次相连的储罐(5)、喷淋泵(6)及喷淋头。4.根据权利要求1所述的交流电场强化微生物修复石油烃污染土壤的装置，其特征在于，所述的土壤添加剂用于调节土壤理化性...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑾，冯志，袁栋栋，辛小军，余铭铨，陆俊宇，陈峰，李中坚，杨彬，何中炜，
申请(专利权)人：中电建路桥集团有限公司，中国电建集团环境工程有限公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：北京,11