本發(fā)明屬于土木工程、環(huán)境工程、環(huán)境巖土工程技術領域，具體說來，涉及一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置及方法。

背景技術：

在重金屬污染場地的修復中，固化穩(wěn)定技術被廣泛采用。該技術是將重金屬污染土與固化劑充分混合均勻，通過物理包裹、化學吸附、結晶沉淀等手段，達到封閉污染物，防止其向周圍環(huán)境遷移目的，從而將有害物質轉化為環(huán)境可接受材料。一般采用原位攪拌、異位破碎等施工方法。而微生物修復技術是重金屬污染場地的修復中的另一項被采用的技術，該技術是利用土壤中的土著微生物或向污染土中投入經(jīng)馴化的高效微生物，通過菌株的代謝活動固定土體中重金屬污染物或者降解土體中有機污染物的過程，一般采用注射井循環(huán)、表面噴灑等施工方法。上述兩種技術分別在不同重金屬污染土修復中所采用，與化學淋洗、植物修復等技術相比，具有修復劑成本低、修復時間快，但依然存在諸多缺點，比如修復成本高、施工設備復雜、施工過程繁瑣、人力投入多等等。

對于一些特殊場地，由于地質條件、環(huán)境因素及社會約束等條件的限制，大型的施工設備及常規(guī)的修復方式不能實施，比如，在一些修建在河床上的景觀設施、較早的居民住宅小區(qū)及一些軍用射擊靶場等等，由于早期的環(huán)境評價體系不健全，可能存在地表土層重金屬超標的情況，會給附近居民及游客帶來健康威脅，這種情況下對于已經(jīng)建成的景觀設施，只能采用在保護景觀設施功能性的基礎上對污染場地進行修復，這就制約了大型修復設備進入污染場地，因此需要考慮采用小型修復設備及相關修復方法，在對周圍環(huán)境及居民不造成影響的條件下對污染場地進行修復。

技術實現(xiàn)要素：

技術問題：本發(fā)明要解決的技術問題是：提供一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置及方法，采用微生物灌注法對重金屬污染砂土進行固化穩(wěn)定化，該修復方法可運用到對重金屬污染砂土的修復中，可以充分克服修復成本高、施工設備復雜、施工過程繁瑣、人力投入多等缺點，不僅相關設備操作簡單、修復成本低、修復周期短，對污染場地的要求低，對周圍環(huán)境的影響小，而且還能進一步提高固化土體的穩(wěn)定性和耐久性，修復效果佳。

技術方案：為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例采用如下的技術方案：

一方面，本實施例提供一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置，該裝置包括微生物溶液存儲罐、重金屬土壤修復溶液存儲罐、含鈣溶液存儲罐、導管清洗液存儲罐、微生物溶液流量控制器、土壤修復溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器、導管清洗液流量控制器、第一級灌注導管、溶液開關、第二級灌注導管、第一級導管清洗液開關91、第二級導管清洗液開關、滲透管開關和滲透管；所述的微生物溶液存儲罐中盛有微生物溶液，重金屬土壤修復溶液存儲罐中盛有重金屬土壤修復溶液，含鈣溶液存儲罐中盛有含鈣溶液，導管清洗液存儲罐中盛有清洗液；微生物溶液存儲罐的出口通過第一管道與第一級灌注導管連接，且微生物溶液流量控制器位于第一管道中；重金屬土壤修復溶液存儲罐的出口通過第二管道與第一級灌注導管連接，且土壤修復溶液流量控制器位于第二管道中；含鈣溶液存儲罐的出口通過第三管道與第一級灌注導管連接，且含鈣溶液流量控制器位于第三管道中；第一級導管清洗液開關和溶液開關位于第一級灌注導管中；第二級灌注導管呈T型，第二級灌注導管的第一端口與第一級灌注導管連通，第二級灌注導管的第二端口通過滲透管開關與滲透管連接，第二級灌注導管的第三端口與導管清洗支路連接，且第二級導管清洗液開關連接在導管清洗支路中。

作為優(yōu)選例，所述的第二級導管清洗液開關和第一級導管清洗液開關位于溶液開關的兩側。

作為優(yōu)選例，所述的第二級灌注導管為N根，所述的滲透管為N根，第二級灌注導管與滲透管一一對應設置；所述N為整數(shù)，且3≤N≤8。

作為優(yōu)選例，所述的滲透管的長度為0.5～1m。

另一方面，本實施例提供一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的方法，該方法包括以下過程：

將保護套管內通過合頁與橢圓形鋼板連接后，再將滲透管置于保護套管內，并將保護帽安裝于保護套管頂端；

將保護套管和滲透管一起埋入污染場地中，使?jié)B透管埋入地表0.25～0.75m，然后將保護套管拔出；

將微生物溶液存儲罐、重金屬土壤修復溶液存儲罐、含鈣溶液存儲罐和導管清洗液存儲罐分別與微生物溶液流量控制器、土壤修復溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器、導管清洗液流量控制器進行連接；并將所述四個控制器開關匯集后連接第一級灌注導管，并在第一級灌注導管中安裝溶液開關和第一級導管清洗液開關；然后將第一級灌注導管與第二級灌注導管的第一端口進行連接；將第二級灌注導管的第二端口通過滲透管開關與滲透管連接，將第二級灌注導管的第三端口與導管清洗支路連接，且將第二級導管清洗液開關連接在導管清洗支路中；

通過控制微生物溶液流量控制器、土壤修復溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器、導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關、第二級導管清洗液開關、溶液開關和滲透管開關的打開與閉合，對土體進行修復。

作為優(yōu)選例，所述的對土體進行修復的過程是：

先打開土壤修復溶液流量控制器、溶液開關和滲透管開關，并保持微生物溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器、導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關的關閉狀態(tài)，使得重金屬土壤修復溶液存儲罐中的土壤修復溶液流入滲透管中，并通過滲透管滲入土體中，然后關閉土壤修復溶液流量控制器和滲透管開關，打開導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關，使得導管清洗液存儲罐中的清洗液流入導管中，清洗導管；

接著關閉導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關，打開含鈣溶液流量控制器、溶液開關和滲透管開關，并保持微生物溶液流量控制器和土壤修復溶液流量控制器的關閉狀態(tài)，使得含鈣溶液存儲罐中的含鈣溶液流入滲透管中，并通過滲透管滲入土體中，然后關閉含鈣溶液流量控制器和滲透管開關，打開導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關，使得導管清洗液存儲罐中的清洗液流入導管中，清洗導管；

隨后關閉導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關，打開微生物溶液流量控制器、溶液開關和滲透管開關，并保持土壤修復溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器關閉狀態(tài)，使得微生物溶液存儲罐中的微生物溶液流入滲透管中，并通過滲透管滲入土體中，然后關閉微生物溶液流量控制器和滲透管開關，打開導管清洗液流量控制器、第一級導管清洗液開關和第二級導管清洗液開關，使得導管清洗液存儲罐中的清洗液流入導管中，清洗導管；

以此循環(huán)，直至停止修復。

作為優(yōu)選例，所述的滲流管采用帶盲孔的鋼管，現(xiàn)場埋置時以人工錘擊的方式將滲流管和保護套管置入污染場地中。

有益效果：與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明實施例的裝置和方法可以結合微生物修復和固化穩(wěn)定化修復重金屬的優(yōu)點，一方面能夠通過重金屬修復液對重金屬起到初步的固化穩(wěn)定化效果，另一方面，在固化穩(wěn)定化的基礎上，通過微生物的作用對固化穩(wěn)定化土體進行進一步的包裹、填充，使得固化土體的結構更加致密，能夠大大降低重金屬的浸出量及修復土體的長期穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例的修復方法，在施工前，污染場地無需預處理，可以對大型設備無法進入的污染場地進行原地原位修復。同時，采用整排推進的方式進行修復，可以有效增加修復效率、降低修復成本低、縮短修復周期短。本發(fā)明實施例的修復裝置簡單、輕便、可靠，只需要用支架對存儲罐進行固定，并通過導管將溶液導入砂土層即可。通過重力作用產(chǎn)生的壓力差或者小型加壓設備即可將足夠量的溶液導入重金屬污染的砂土層。整個過程中無需專門大型設備，只需小型輕型設備在1～2人的操作下能夠完成相應的全部修復作業(yè)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的結構剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的滲流點分布示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的滲流管及保護套管示意圖。

圖中有：微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2、含鈣溶液存儲罐3、導管清洗液存儲罐4、微生物溶液流量控制器51、土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53、導管清洗液流量控制器54、第一級灌注導管6、溶液開關7、第二級灌注導管8、第一級導管清洗液開關91、第二級導管清洗液開關9、滲透管開關10、滲流管11、污染砂土12、保護套管13、保護帽14、橢圓形鋼板15、合頁16。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明實施例的技術方案進行詳細的說明。

如圖1所示，本發(fā)明實施例的一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置，包括微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2、含鈣溶液存儲罐3、導管清洗液存儲罐4、微生物溶液流量控制器51、土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53、導管清洗液流量控制器54、第一級灌注導管6、溶液開關7、第二級灌注導管8、第一級導管清洗液開關91、第二級導管清洗液開關9、滲透管開關10和滲透管11。微生物溶液存儲罐1中盛有微生物溶液。重金屬土壤修復溶液存儲罐2中盛有重金屬土壤修復溶液。含鈣溶液存儲罐3中盛有含鈣溶液。導管清洗液存儲罐4中盛有清洗液。微生物溶液存儲罐1的出口通過第一管道與第一級灌注導管6連接，且微生物溶液流量控制器51位于第一管道中。重金屬土壤修復溶液存儲罐2的出口通過第二管道與第一級灌注導管6連接，且土壤修復溶液流量控制器52位于第二管道中。含鈣溶液存儲罐3的出口通過第三管道與第一級灌注導管6連接，且含鈣溶液流量控制器53位于第三管道中。溶液開關7和第一級導管清洗液開關91位于第一級灌注導管6中。第二級灌注導管8呈T型，第二級灌注導管8的第一端口與第一級灌注導管6連通，第二級灌注導管8的第二端口通過滲透管開關10與滲透管11連接，第二級灌注導管8的第三端口與導管清洗支路連接，且第二級導管清洗液開關9連接在導管清洗支路中。

本實施例的裝置質量輕便、器件成本低、拆裝方便、耗能低、場地適用性好，能夠較好的適應場地狹窄、地基承載力低的淺層污染。

作為優(yōu)選，上述實施例的裝置中，所述的第二級導管清洗液開關9和第一級導管清洗液開關91位于溶液開關7的兩側。設置第二級導管清洗液開關9和第一級導管清洗液開關91，可以利用兩者安裝在溶液開關7的不同位置，實現(xiàn)對第一級灌注導管6的不同位置進行清洗，避免只安裝第二級導管清洗液開關9，造成第一級灌注導管6的堵塞。由于不同溶液進入第一級灌注導管6中，會發(fā)生反應生成顆粒物，堵塞第一級灌注導管6，故在溶液開關7之前，安裝第一級導管清洗液開關91，利于及時將反應物排出第一級灌注導管6。

作為優(yōu)選，上述實施例的裝置中，所述的第二級灌注導管8為N根，所述的滲透管11為N根，第二級灌注導管8與滲透管11一一對應設置；所述N為整數(shù)，且3≤N≤8。如果第二級灌注導管8數(shù)量太少，灌注的效率很低，會增加修復周期；如果數(shù)量太多，在不同支路中的水頭損失不一致，可能造成不同的灌注管中的液體灌注量不同，導致不同位置土體固化效果不均勻。

作為優(yōu)選，上述實施例的裝置中，所述的滲透管11采用梅花形布置；同一排中相鄰兩個滲透管11間距X為1～3m，相鄰兩排滲透管11的間距Y為2～3m，滲透管11直徑為3～6cm。如圖2所示，兩個間距X和Y從溶液的滲流速度、滲流范圍及施工的進度等因素綜合考慮進行確定。間距太小時施工速度慢，間距太大時灌注不均勻。滲流管直徑從溶液流速及施工人員的錘擊力度等因素速確定。滲流管直徑太大時人工錘擊方式打入不便；滲流管直徑太小混合液滲流較慢。

作為優(yōu)選，上述實施例的裝置中，所述的滲透管11的長度為0.5～1m。在本優(yōu)選例中，滲透管11的長度為0.5～1m，也就是說用于較淺的地表修復。由于滲透管11埋入地表深度有限，所以可以通過人工敲擊方式將滲透管11埋入地表中，太長反而不方便打入操作的進行。這樣省去利用大型設備對滲透管11施加壓力，便于修復操作。

上述實施例的裝置對利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的方法，包括以下過程：

第一步：如圖3所示，將保護套管13內通過合頁16與橢圓形鋼板15連接后，再將滲透管11置于保護套管13內，并將保護帽14安裝于保護套管13頂端；

第二步：將保護套管13和滲透管11一起埋入污染場地中，使?jié)B透管11埋入地表0.25～0.75m，然后將保護套管13拔出；

第三步：將微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2、含鈣溶液存儲罐3和導管清洗液存儲罐4分別與微生物溶液流量控制器51、土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53、導管清洗液流量控制器54進行連接；并將所述四個控制器開關匯集后連接第一級灌注導管6，并在第一級灌注導管6中安裝溶液開關7和第一級導管清洗液開關91；然后將第一級灌注導管6與第二級灌注導管8的第一端口進行連接；將第二級灌注導管8的第二端口通過滲透管開關10與滲透管11連接，將第二級灌注導管8的第三端口與導管清洗支路連接，且將第二級導管清洗液開關9連接在導管清洗支路中；

第四步：通過控制微生物溶液流量控制器51、土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53、導管清洗液流量控制器54、第一級導管清洗液開關91、第二級導管清洗液開關9、溶液開關7和和滲透管開關10的打開與閉合，對土體進行修復。

所述的第四步具體過程是：

步驟401）打開土壤修復溶液流量控制器52、溶液開關7和滲透管開關10，并保持微生物溶液流量控制器51、含鈣溶液流量控制器53、導管清洗液流量控制器54、第一級導管清洗液開關91和第二級導管清洗液開關9的關閉狀態(tài)，使得重金屬土壤修復溶液存儲罐2中的土壤修復溶液流入滲透管11中，并通過滲透管11滲入土體中，然后關閉土壤修復溶液流量控制器52和滲透管開關10，打開導管清洗液流量控制器54和第一級導管清洗液開關91，使得導管清洗液存儲罐4中的清洗液流入導管中，從第一級導管清洗液開關91流出，對第一級灌注導管6部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關91，打開溶液開關7和第二級導管清洗液開關9，對第一級灌注導管6其余部分進行清洗；

步驟402）關閉導管清洗液流量控制器54、第一級導管清洗液開關91和第二級導管清洗液開關9，打開含鈣溶液流量控制器53、溶液開關7和滲透管開關10，并保持微生物溶液流量控制器51和土壤修復溶液流量控制器52的關閉狀態(tài)，使得含鈣溶液存儲罐3中的含鈣溶液流入滲透管11中，并通過滲透管11滲入土體中，然后關閉含鈣溶液流量控制器53和滲透管開關10，打開導管清洗液流量控制器54和第一級導管清洗液開關91，使得導管清洗液存儲罐4中的清洗液流入導管中，并從第一級導管清洗液開關91流到外界，對第一級灌注導管6部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關91，打開溶液開關7和第二級導管清洗液開關9，對第一級灌注導管6其余部分進行清洗。

步驟403）關閉導管清洗液流量控制器54、第一級導管清洗液開關91和第二級導管清洗液開關9，打開微生物溶液流量控制器51、溶液開關7和滲透管開關10，并保持土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53關閉狀態(tài)，使得微生物溶液存儲罐1中的微生物溶液流入滲透管11中，并通過滲透管11滲入土體中，然后關閉微生物溶液流量控制器51和滲透管開關10，打開導管清洗液流量控制器54和第一級導管清洗液開關91，使得導管清洗液存儲罐4中的清洗液流入導管中，并從第一級導管清洗液開關91流至外界，對第一級灌注導管6部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關91，打開溶液開關7和第二級導管清洗液開關9，對第一級灌注導管6其余部分進行清洗。

步驟404）返回步驟401），以此循環(huán)，直至停止修復。

上述實施例的方法實現(xiàn)了微生物固化重金屬污染土和藥劑穩(wěn)定化重金屬污染土有益結合，形成的固化體更加穩(wěn)定。在藥劑穩(wěn)定化重金屬污染土的基礎上，通過微生物固化能夠有效改善土體的物理力學性質，降低固化體的滲透系數(shù)和擴散系數(shù)，增加土體的致密性。

上述方法中，在每一種溶液灌注的間隔中為了防止導管阻塞，對第一級灌注導管6、第二級灌注導管8進行清洗。將微生物溶液流量控制器51、土壤修復溶液流量控制器52、含鈣溶液流量控制器53閉合，將導管清洗液流量控制器54和第一級導管清洗液開關91打開，使得導管清洗液存儲罐4中的清洗液流入導管中，并從第一級導管清洗液開關91流出，對第一級灌注導管6部分進行清洗。然后關閉第一級導管清洗液開關91，打開溶液開關7和第二級導管清洗開關9，滲透管開關10閉合，對第一級灌注導管6整體和第二級灌注導管8進行清洗。

上述方法中，為了防止?jié)B流管11在打入土層的過程中被砂石堵塞，采用外部套管保護的方式進行，在打入過程中將滲透管置于內徑稍大于其直徑的保護套管13，將保護套管13和滲透管11一起打入土層，至預定的深度處，將保護套管拔出。保護套管13頂部帶有保護帽14，用以承受將其打入的外部荷載；底部為與橢圓形鋼板15配合使用的尖端，橢圓形鋼板15和保護套管13通過合頁16鏈接。該方法不需要相關的耗能機械設備，施工費用低；埋入深度較小，方便施工完畢后人工進行拆除。

在上述方法中，從微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2和含鈣溶液存儲罐3流出的溶液的體積之和為砂土孔隙體積的0.6～0.9倍。該體積能夠實現(xiàn)溶液的高效利用，在達到固化穩(wěn)定化效果的前提下，使用量最少，且灌注時間最短；可以節(jié)省藥劑成本及時間。

在上述方法中，所述的滲透管11采用梅花形布置；同一排中相鄰兩個滲透管11間距為1～3m，相鄰兩排滲透管11的間距為2～3m，滲透管11直徑為3～6cm。采用梅花型布置，不僅可以促進溶液在砂土中的滲透擴散，保證固化土體的均勻性，還可以大大節(jié)省灌注時間。

在上述方法中，所述的滲流管11采用帶盲孔的鋼管，現(xiàn)場埋置時以人工錘擊的方式將滲流管11和保護套管13置入污染場地中。

本發(fā)明實施例的方法，施工前污染場地無需進行清理、整平等預處理，并且可以選取多個灌注點同時進行灌注，對于大面積的重金屬污染土固化修復中，可以采用整排推進的方式進行，可以有效增加修復效率，減少修復施工時間。

本實施例中，順序向土體中滲入修復液、含鈣溶液和細菌溶液。這種順序能夠使得固化體的土顆粒成層狀分布，重金屬的穩(wěn)定化產(chǎn)物被包裹于固化體微顆粒的最內部，最外部由碳酸鈣層包裹，該種層狀結構的產(chǎn)生對固化體的長期穩(wěn)定性效果極佳。

下面例舉修復方法的一具體實例，過程如下：

（1）微生物溶液的配制。先將反硝化細菌或者尿素分解細菌按常規(guī)方法培養(yǎng)后備用。對于反硝化細菌，在每升去離子水中加入1.2mol的硝酸鈉、3g的乙醇以及2g的牛肉膏，溶解均勻，最后將反硝化細菌按照濃度為109～1010個/L，得到反硝化細菌溶液；對于尿素分解細菌，在每升去離子水中加入1.5mol的尿素和2g的牛肉膏，溶解均勻，最后將反硝化細菌按照濃度為109～1010個/L，得到尿素分解細菌溶液。微生物加固液的體積用量按照0.75倍的砂土孔隙體積初步配制。溶液配制好后，密封備用。

（2）含鈣溶液的配制。在每升去離子水中加入工業(yè)級氯化鈣粉末，配制成氯化鈣溶液，在100℃煮沸滅菌5min后密封備用。

（3）重金屬土壤修復溶液的配制。在每升去離子水中加入工業(yè)級磷酸二氫鉀粉末，配制成磷酸二氫鉀溶液，在100℃煮沸滅菌5min后密封備用。其中，該步驟及步驟（2）中的濃度需要根據(jù)實際污染場地中重金屬離子類型及含量進一步進行優(yōu)化。

（4）混合液灌注點的布設。根據(jù)現(xiàn)場砂土層的滲透系數(shù)、密實度及處理深度等因素綜合考慮，確定灌注點的空間分布，布設灌注點。

（5）混合液滲流管的打入。根據(jù)步驟（4）確定灌注點，將混合液滲流管以人工錘擊的方式打入污染砂土層。

（6）存儲罐支架的安裝。根據(jù)步驟（4）確定灌注點，在灌注點附近安裝存儲罐支架，并將微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2、含鈣溶液存儲罐3和清洗液存儲罐4固定在支架上。

（7）溶液的填充。將步驟（1）、（2）、（3）配制的溶液裝入相應的存儲罐中。

（8）灌注管及流速控制器的連接。將步驟（5）和步驟（6）確定的滲流管11和微生物溶液存儲罐1、重金屬土壤修復溶液存儲罐2、含鈣溶液存儲罐3、清洗液存儲罐4用第一級灌注導管6和第二級灌注導管8進行連接，并連接相應的流速控制開關。

（9）單個灌注點的初步調試。設備連接后，首先檢查通路的密閉性，在密閉性良好的條件下進行初步的調試；通過單個灌注點的初步調試確定灌注的時間。

（10）整排灌注點施工。在步驟（9）的基礎上，將第二級灌注導管8整排連接的滲流管11，以整排的方式推進，加大灌注的效率。

（11）施工結束，拆除設備。

在上述實施例中，微生物溶液、重金屬土壤修復溶液和含鈣溶液分別單獨置于不同的存儲罐。三個存儲罐分別配置流量控制器，用以控制三種溶液的灌注比例。流量控制器用來控制相應混合溶液的流速。對重金屬污染砂土進行固化穩(wěn)定化修復時，將三種溶液分別通過第一級灌注導管6和第二級灌注導管8分配到不同的滲流管11中，之后相應的溶液滲透擴散至砂土中。在砂土中，混合液與重金屬進一步發(fā)生一系列的物理、化學反應，最終實現(xiàn)固化穩(wěn)定化重金屬的目的。反應中，首先會有重金屬修復劑溶液與重金屬離子發(fā)生反應，其次微生物細菌產(chǎn)生的碳酸根離子會和重金屬離子生成難容的碳酸鹽沉淀，之后微生物細菌產(chǎn)生的碳酸根離子會和可溶性鈣鹽中的鈣離子進行反應，形成碳酸鈣沉淀，對固化土的孔隙進行進一步的填充作用，增加其密實度，大大降低固化體的重金屬溶出風險。其中，微生物溶液存儲罐1中放置微生物菌株和微生物營養(yǎng)液的混合溶液。重金屬土壤修復溶液存儲罐2中放置的是穩(wěn)定化藥劑的溶液。含鈣溶液存儲罐3中放置含有可溶性鈣鹽，為微生物礦化提供足夠的鈣離子。清洗液存儲罐4中放置自來水，用于沖洗導管中殘余的溶液。灌注過程完畢后，將支撐存儲罐的支架及混合液滲流管移除即可。

所述的微生物溶液包括微生物菌株和微生物營養(yǎng)液的混合溶液。其中，微生物菌株主要包括反硝化細菌或者尿素分解細菌兩類。作為優(yōu)選，所述反硝化細菌為反硝化桿菌、斯氏桿菌或者螢氣極毛桿菌。尿素分解細菌主要為巴氏芽孢桿菌八疊球菌或者腫大地桿菌。反硝化細菌和尿素分解細菌的濃度分別為109～1010個/L。所述的微生物營養(yǎng)液為牛肉膏3～6g/L、蛋白胨4～8g/L或者酵母膏5～10g/L中的一種或幾種。所述的反硝化細菌要分解的含氮底物為可溶性硝酸鹽硝酸鈉或者硝酸鈣。尿素分解細菌要分解的含碳底物為尿素。所述的含鈣溶液中的鈣離子來自可溶性鈣鹽硝酸鈣或者氯化鈣。所述的重金屬土壤修復溶液為磷酸鈉、磷酸二氫鈉及磷酸二氫鉀等含磷可溶鹽或者其他專門的穩(wěn)定化藥劑的溶液。

下面，通過試驗驗證本發(fā)明實施例具有的良好的修復效果。

試驗中采用的污染土為某工業(yè)污染場地，為含Pb、Zn的復合污染砂土。參照《土的工程分類標準》（GB/T 50145-2007）的分類，污染砂土屬于中砂。污染砂土中Pb、Zn的全量分析采用四酸全消解法進行，具體步驟參照《土壤質量鉛、鎘的測定-石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141-1997)和《土壤質量銅、鋅的測定-火焰原子吸收分光光度法》(GB/T 17138-1997)相關規(guī)定，結果測得Pb的全量為121.92mg/L，Zn的全量為495.17mg/L。毒性浸出試驗分別參照《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)和《固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法》(HJ/T 300-2007)進行，Pb的浸出量為72.36mg/L，Zn的浸出量為305.72mg/L。

試驗中，以現(xiàn)場小規(guī)模的單點形式進行，對某一灌注點進行灌注試驗，然后對其固化穩(wěn)定化效果進行評估。試驗中的微生物溶液中的菌株采用尿素分解細菌，濃度為1010個/L；微生物營養(yǎng)液為質量濃度為4g/L的牛肉膏和質量濃度為6g/L的蛋白胨；尿素濃度為90g/L。含鈣溶液為工業(yè)級氯化鈣的溶液，質量濃度為150g/L。重金屬土壤修復溶液為工業(yè)級磷酸二氫鉀的溶液，質量濃度為50g/L。

采用本發(fā)明實施例的方法進行試驗，試驗結束28天后測定重金屬的溶出量。結果顯示，Pb的浸出量為3.43mg/L，Zn的浸出量為60.18mg/L。

對比例1：

只采用上述的微生物溶液對重金屬污染土進行固化，試驗結束28天后測定重金屬的溶出量。結果顯示，Pb的浸出量為46.65mg/L，Zn的浸出量為213.94mg/L。

對比例2：

只采用上述的重金屬土壤修復溶液對重金屬污染土進行固化，試驗結束28天后測定重金屬的溶出量。結果顯示，Pb的浸出量為29.42mg/L，Zn的浸出量為155.15mg/L。

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明實施例的修復方法大大降低了重金屬的溶出量，修復固化效果明顯。其中，采用本發(fā)明實施例方法的Pb的浸出量只有對比例1的7%，Zn的浸出量只有對比例1的28%。該修復效果遠遠超出本領域技術人員的預料。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結構做任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術方案的范圍內。

技術特征：

1.一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置，其特征在于，該裝置包括微生物溶液存儲罐（1）、重金屬土壤修復溶液存儲罐（2）、含鈣溶液存儲罐（3）、導管清洗液存儲罐（4）、微生物溶液流量控制器（51）、土壤修復溶液流量控制器（52）、含鈣溶液流量控制器（53）、導管清洗液流量控制器（54）、第一級灌注導管（6）、溶液開關（7）、第二級灌注導管（8）、第一級導管清洗液開關（91）、第二級導管清洗液開關（9）、滲透管開關（10）和滲透管（11）；

所述的微生物溶液存儲罐（1）中盛有微生物溶液，重金屬土壤修復溶液存儲罐（2）中盛有重金屬土壤修復溶液，含鈣溶液存儲罐（3）中盛有含鈣溶液，導管清洗液存儲罐（4）中盛有清洗液；

微生物溶液存儲罐（1）的出口通過第一管道與第一級灌注導管（6）連接，且微生物溶液流量控制器（51）位于第一管道中；重金屬土壤修復溶液存儲罐（2）的出口通過第二管道與第一級灌注導管（6）連接，且土壤修復溶液流量控制器（52）位于第二管道中；含鈣溶液存儲罐（3）的出口通過第三管道與第一級灌注導管（6）連接，且含鈣溶液流量控制器（53）位于第三管道中；第一級導管清洗液開關（91）和溶液開關（7）分別連接在第一級灌注導管（6）中；第二級灌注導管（8）呈T型，第二級灌注導管（8）的第一端口與第一級灌注導管（6）連通，第二級灌注導管（8）的第二端口通過滲透管開關（10）與滲透管（11）連接，第二級灌注導管（8）的第三端口與導管清洗支路連接，且第二級導管清洗液開關（9）連接在導管清洗支路中。

2.按照權利要求1所述的利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置，其特征在于，所述的第二級導管清洗液開關（9）和第一級導管清洗液開關（91）位于溶液開關（7）的兩側。

3.按照權利要求1或2所述的利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置，其特征在于，所述的第二級灌注導管（8）為N根，所述的滲透管（11）為N根，第二級灌注導管（8）與滲透管（11）一一對應設置；所述N為整數(shù)，且3≤N≤8。

4.一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的方法，其特征在于，該方法包括以下過程：

將保護套管（13）內通過合頁（16）與橢圓形鋼板（15）連接后，再將滲透管（11）置于保護套管（13）內，并將保護帽（14）安裝于保護套管（13）頂端；

將保護套管（13）和滲透管（11）一起埋入污染場地中，使?jié)B透管（11）埋入地表0.25～0.75m，然后將保護套管（13）拔出；

將微生物溶液存儲罐（1）、重金屬土壤修復溶液存儲罐（2）、含鈣溶液存儲罐（3）和導管清洗液存儲罐（4）分別與微生物溶液流量控制器（51）、土壤修復溶液流量控制器（52）、含鈣溶液流量控制器（53）、導管清洗液流量控制器（54）進行連接；并將所述四個控制器開關匯集后連接第一級灌注導管（6），并在第一級灌注導管（6）中安裝溶液開關（7）和第一級導管清洗液開關（91）；然后將第一級灌注導管（6）與第二級灌注導管（8）的第一端口進行連接；將第二級灌注導管（8）的第二端口通過滲透管開關（10）與滲透管（11）連接，將第二級灌注導管（8）的第三端口與導管清洗支路連接，且將第二級導管清洗液開關（9）連接在導管清洗支路中；

通過控制微生物溶液流量控制器（51）、土壤修復溶液流量控制器（52）、含鈣溶液流量控制器（53）、導管清洗液流量控制器（54）、第一級導管清洗液開關（91）、第二級導管清洗液開關（9）、溶液開關（7）和滲透管開關（10）的打開與閉合，對土體進行修復。

5.按照權利要求4所述的利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的方法，其特征在于，所述的對土體進行修復的過程是：

首先打開土壤修復溶液流量控制器（52）、溶液開關（7）和滲透管開關（10），并保持微生物溶液流量控制器（51）、含鈣溶液流量控制器（53）、導管清洗液流量控制器（54）、第一級導管清洗液開關（91）和第二級導管清洗液開關（9）的關閉狀態(tài)，使得重金屬土壤修復溶液存儲罐（2）中的土壤修復溶液流入滲透管（11）中，并通過滲透管（11）滲入土體中，然后關閉土壤修復溶液流量控制器（52）和滲透管開關（10），打開導管清洗液流量控制器（54）和第一級導管清洗液開關（91），使得導管清洗液存儲罐（4）中的清洗液流入導管中，對第一級灌注導管（6）部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關（91），打開溶液開關（7）和第二級導管清洗液開關（9），對第一級灌注導管（6）其余部分進行清洗；

接著關閉導管清洗液流量控制器（54）、第一級導管清洗液開關（91）和第二級導管清洗液開關（9），打開含鈣溶液流量控制器（53）、溶液開關（7）和滲透管開關（10），并保持微生物溶液流量控制器（51）和土壤修復溶液流量控制器（52）的關閉狀態(tài)，使得含鈣溶液存儲罐（3）中的含鈣溶液流入滲透管（11）中，并通過滲透管（11）滲入土體中，然后關閉含鈣溶液流量控制器（53）和滲透管開關（10），打開導管清洗液流量控制器（54）和第一級導管清洗液開關（91），使得導管清洗液存儲罐（4）中的清洗液流入導管中，對第一級灌注導管（6）部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關（91），打開溶液開關（7）和第二級導管清洗液開關（9），對第一級灌注導管（6）其余部分進行清洗；

隨后關閉導管清洗液流量控制器（54）、第一級導管清洗液開關（91）和第二級導管清洗液開關（9），打開微生物溶液流量控制器（51）、溶液開關（7）和滲透管開關（10），并保持土壤修復溶液流量控制器（52）、含鈣溶液流量控制器（53）關閉狀態(tài)，使得微生物溶液存儲罐（1）中的微生物溶液流入滲透管（11）中，并通過滲透管（11）滲入土體中，然后關閉微生物溶液流量控制器（51）和滲透管開關（10），打開導管清洗液流量控制器（54）和第一級導管清洗液開關（91），使得導管清洗液存儲罐（4）中的清洗液流入導管中，對第一級灌注導管（6）部分進行清洗，再關閉第一級導管清洗液開關（91），打開溶液開關（7）和第二級導管清洗液開關（9），對第一級灌注導管（6）其余部分進行清洗；

以此循環(huán)，直至停止修復。

6.按照權利要求4所述的利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的方法，其特征在于，所述的滲流管（11）采用帶盲孔的鋼管，現(xiàn)場埋置時以人工錘擊的方式將滲流管（11）和保護套管（13）置入污染場地中。

技術總結

本發(fā)明公開了一種利用微生物強化重金屬污染土固化修復效果的裝置及方法。該裝置包括微生物溶液存儲罐、重金屬土壤修復溶液存儲罐、含鈣溶液存儲罐、導管清洗液存儲罐、微生物溶液流量控制器、土壤修復溶液流量控制器、含鈣溶液流量控制器、導管清洗液流量控制器、第一級灌注導管、溶液開關、第二級灌注導管、第一級導管清洗液開關、第二級導管清洗液開關、滲透管開關和滲透管；第二級灌注導管的第一端口與第一級灌注導管連通，第二端口通過滲透管開關與滲透管連接，第三端口與導管清洗支路連接，且第二級導管清洗液開關連接在導管清洗支路中。該修復裝置及方法對重金屬污染砂土進行固化穩(wěn)定化，能提高固化土體的穩(wěn)定性和耐久性，修復效果佳。

技術研發(fā)人員：杜延軍;馮亞松;蔣寧俊;任偉偉

受保護的技術使用者：東南大學

文檔號碼：201610540493

技術研發(fā)日：2016.07.11

技術公布日：2016.12.07