復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)系統(tǒng)及修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種污染地下水修復(fù)技術(shù)，具體地說是一種復(fù)合型污染地下水的原位 修復(fù)系統(tǒng)及修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地下水是人類社會重要的供水水源，也是維持生態(tài)安全的重要組成部分。隨著現(xiàn) 代人口的不斷增加、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的大發(fā)展以及不科學(xué)的農(nóng)業(yè)種植，導(dǎo)致人類社會每天 產(chǎn)生大量的廢棄物，這些廢棄物中包含大量難生物降解或不可生物降解的有機(jī)物、重金屬 等污染組分，這些污染組分能夠通過不同路徑進(jìn)入到地下水環(huán)境，導(dǎo)致地下水呈現(xiàn)復(fù)合型 污染態(tài)勢。而類似垃圾滲濾液等這種富含多種類、高濃度污染組分的污染物已經(jīng)成為難以 被修復(fù)的復(fù)合型污染地下水的重要污染來源，嚴(yán)重威脅著土壤及地下水環(huán)境的公共安全， 已成為現(xiàn)階段我國乃至全世界人口稠密、工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)普遍存在的重大環(huán)境問題之一， 也是人類亟需解決的重大環(huán)境問題之一。
[0003] 垃圾滲濾液進(jìn)入到地下環(huán)境以后，其所含的多種污染組分會發(fā)生一系列的迀移轉(zhuǎn) 化和降解過程，主要包括物理、化學(xué)和生物等不同方式的反應(yīng)，如被土壤顆粒過濾、吸附、沉 淀，或被植物根系吸收，或被微生物降解、合成吸收，或被地下水稀釋等，從而使不同污染組 分截留在包氣帶內(nèi)，或隨降雨等過程通過土壤孔隙水?dāng)y帶污染組分迀移進(jìn)入地下水，從而 對地下環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。這些污染組分在土壤層間滲漏或通過人工不科學(xué)處置及 排放，對地下水、地表水和土壤造成嚴(yán)重污染，而被污染的地下水、地表水和土壤可通過食 物鏈直接或間接地危害著人類的健康，因此，開展復(fù)合型污染地下水的修復(fù)研究，對優(yōu)化人 類社會發(fā)展和生存環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 垃圾滲濾液中污染組分種類繁多、濃度較高，其一旦進(jìn)入地下水，必將導(dǎo)致該污染 地下水修復(fù)難度提高，為此，國內(nèi)外大量學(xué)者依托各種修復(fù)技術(shù)對垃圾滲濾液污染地下水 開展了大量研究工作，特別是依托可滲透反應(yīng)墻技術(shù)對此進(jìn)行了有效探索。不同學(xué)者的前 期相關(guān)研究主要是針對垃圾滲濾液中某單一類重金屬、無機(jī)離子或鹵化物等展開修復(fù)研 究，取得了大量成果。但是這些研究主要是利用可滲透反應(yīng)墻中反應(yīng)材料自身的吸附性能 和厭氧環(huán)境條件下零價(jià)鐵的還原性能，雖然修復(fù)試驗(yàn)獲得一定成功，但相關(guān)修復(fù)試驗(yàn)過多 的依靠可滲透反應(yīng)墻內(nèi)反應(yīng)材料自身的物理、化學(xué)反應(yīng)，從而過多消耗可滲透反應(yīng)墻內(nèi)的 反應(yīng)材料，必然導(dǎo)致可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)有效運(yùn)行周期大大縮短，從而增大可滲透反應(yīng)墻所 添加反應(yīng)材料的更換頻率，導(dǎo)致可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用大幅增加，這極不利于該技 術(shù)的推廣應(yīng)用。而且，前期的相關(guān)研究中，對復(fù)合型污染地下水中多組分、多相污染物共同 作用機(jī)理的研究較少，因此，還需進(jìn)一步探索可同時(shí)高效去除復(fù)合型污染地下水中多種并 存污染組分的相關(guān)修復(fù)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的之一就是提供一種復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有 的可滲透反應(yīng)墻技術(shù)只能針對單一類污染組分去除，而缺乏同時(shí)去除多種并存污染組分的 問題。
[0006] 本發(fā)明的目的之二就是提供一種復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)方法，采用該方法 可以同時(shí)去除復(fù)合型污染地下水中多種并存污染組分。
[0007] 本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)系統(tǒng)，包括 頂部敞口的長方形箱式殼體，在所述箱式殼體的前壁板與后壁板的內(nèi)側(cè)均勻設(shè)置有若干直 立的凹形卡槽，所述卡槽的下沿與所述箱式殼體的底板相接觸，所述卡槽的上沿與所述箱 式殼體的上口平齊；在所述箱式殼體的前壁板與后壁板上的位置相對的兩個(gè)所述卡槽之間 插接一張矩形的多孔配水板，在所述多孔配水板的板面上密布有過流孔眼，所述多孔配水 板的下沿與所述箱式殼體的底板相接觸，所述多孔配水板的上沿與所述箱式殼體的上口相 平齊；所述多孔配水板將所述箱式殼體的內(nèi)腔分隔為若干樣品空間；在所述箱式殼體的上 口設(shè)置有可掀起或扣合的密封蓋； 在所述箱式殼體的左壁板上接有分層設(shè)置的若干進(jìn)水口，在所述箱式殼體的右壁板上 接有分層設(shè)置的若干出水口；所述箱式殼體的左壁板、右壁板以及箱式殼體內(nèi)的所述多孔 配水板均與飽水帶內(nèi)的地下水的流向垂直； 在所述箱式殼體內(nèi)靠近左壁板的位置處設(shè)置有一段由若干樣品空間構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，稱為 系統(tǒng)第一段；在所述箱式殼體內(nèi)靠近右壁板的位置處設(shè)置有一段由若干樣品空間構(gòu)成的結(jié) 構(gòu)，稱為系統(tǒng)第二段；所述系統(tǒng)第一段與所述系統(tǒng)第二段相鄰或由樣品空間分隔開來；所 述系統(tǒng)第二段自左向右分為前半部分和后半部分兩段結(jié)構(gòu)； 在所述系統(tǒng)第一段的樣品空間內(nèi)填充有第一段反應(yīng)材料，所述第一段反應(yīng)材料包括零 價(jià)鐵，還包括石英砂、河沙、多孔陶瓷、無煙煤、高嶺土、膨脹珍珠巖、鋼渣、粉煤灰、爐渣中的 任意一種或多種組合；在所述第一段反應(yīng)材料內(nèi)負(fù)載固定有耐酸性厭氧微生物； 在所述系統(tǒng)第二段的前半部分的左端和右端分別設(shè)置有釋氧材料層，所述釋氧材料層 由過氧化鈣和過氧化鎂中的一種或兩種的組合填充而成；在所述系統(tǒng)第二段前半部分的左 端釋氧材料層中還填充有pH值調(diào)節(jié)劑，所述pH值調(diào)節(jié)劑為（NH4)2S04、NaH2P〇dPKH丨04的 任意一種或多種組合； 在所述系統(tǒng)第二段的前半部分中間以及后半部分的樣品空間內(nèi)填充有第二段反應(yīng)材 料，所述第二段反應(yīng)材料包括石英砂、河沙、活性炭、粉煤灰、鋼渣、爐渣、無煙煤、沸石、離子 交換樹脂、蒙脫土、凹凸棒土中的任意一種或多種組合；在所述系統(tǒng)第二段前半部分的第二 段反應(yīng)材料內(nèi)負(fù)載固定有中性好氧微生物，在所述系統(tǒng)第二段后半部分的第二段反應(yīng)材料 內(nèi)負(fù)載固定有耐堿性好氧微生物； 所述箱式殼體置于地表以下的地下環(huán)境中，其上端位于包氣帶內(nèi)，其下端伸入隔水層 中，其中間部分貫穿飽水帶；復(fù)合型污染地下水經(jīng)包氣帶后在飽水帶中形成污染羽，污染羽 首先進(jìn)入箱式殼體內(nèi)的系統(tǒng)第一段，在系統(tǒng)第一段內(nèi)由零價(jià)鐵將復(fù)合型污染地下水中難生 物降解的有機(jī)物還原為易生物降解的簡單有機(jī)物，再由厭氧微生物將易生物降解的簡單有 機(jī)物消化吸收，同時(shí)零價(jià)鐵還將高價(jià)態(tài)的有害離子還原為低價(jià)態(tài)并沉淀或吸附在第一段反 應(yīng)材料的空隙中；之后污染羽進(jìn)入系統(tǒng)第二段，在系統(tǒng)第二段的前半部分中，由好氧微生物 對經(jīng)系統(tǒng)第一段厭氧分解后的有機(jī)物在中性條件下進(jìn)一步進(jìn)行好氧降解或生物共代謝；在 系統(tǒng)第二段的后半部分中，由好氧微生物在堿性條件下對污染組分進(jìn)一步去除，同時(shí)由第 二段反應(yīng)材料吸附部分不能完全降解的污染組分。
[0008] 在所述箱式殼體內(nèi)除所述系統(tǒng)第一段和所述系統(tǒng)第二段外的空間內(nèi)填充有石英 砂；所填充的石英砂以及第一段反應(yīng)材料、第二段反應(yīng)材料的高度低于所述箱式殼體的上 P50mm〇
[0009] 所述箱式殼體設(shè)置在一個(gè)底盤上，在所述底盤的底面接有若干腳輪；在所述箱式 殼體的底板上開有若干排水排泥孔，每個(gè)排水排泥孔的底口上接有一個(gè)排水排泥管，在所 述排水排泥管上接有排水排泥控制閥，所有所述排水排泥管的下端共接到一根橫置的排水 排泥總管上。
[0010] 在所述箱式殼體的前壁板和后壁板上分別設(shè)置有若干分層設(shè)置在采樣口，所述采 樣口分布在由所述多孔配水板分隔開的每個(gè)樣品空間所對應(yīng)的前壁板和后壁板上；在所述 箱式殼體的前壁板和后壁板的兩端分別設(shè)置有呈縱向排列的一列溢流口；在所述箱式殼體 內(nèi)由所述多孔配水板分隔開的每個(gè)樣品空間中分別插接有若干直立的監(jiān)測/加藥孔管。
[0011] 本發(fā)明的目的之二是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)方法，包括 如下步驟： a、 預(yù)先培育耐酸性厭氧微生物、中性好氧微生物和耐堿性好氧微生物； b、 將步驟a中所培育的耐酸性厭氧微生物負(fù)載固定于第一段反應(yīng)材料內(nèi)，所述第一段 反應(yīng)材料包括零價(jià)鐵，還包括石英砂、河沙、多孔陶瓷、無煙煤、高嶺土、膨脹珍珠巖、鋼渣、 粉煤灰、爐渣中的任意一種或多種組合；將步驟a中所培育的中性好氧微生物和耐堿性好 氧微生物分別負(fù)載固定于第二段反應(yīng)材料內(nèi)；所述第二段反應(yīng)材料包括石英砂、河沙、活性 炭、粉煤灰、鋼渣、爐渣、無煙煤、沸石、離子交換樹脂、蒙脫土、凹凸棒土中的任意一種或多 種組合； c、 在地表以下的地下環(huán)境中布設(shè)復(fù)合型污染地下水的原位修復(fù)系統(tǒng)，具體是： 將頂部敞口的長方形箱式殼體置于地表以下的地下環(huán)境中，且使其上端位于包氣帶 內(nèi)，下端伸入隔水層中，中間部分貫穿飽水帶；在所述箱式殼體的前壁板與后壁板的內(nèi)側(cè)均 勻設(shè)置有若干直立的凹形卡槽，在所述箱式殼體的前壁板與后壁板上的位置相對的兩個(gè)所 述卡槽之間插接一張矩形的多孔配水板，所述多孔配水板將所述箱式殼體的內(nèi)腔分隔為若 干樣品空間；在所述箱式殼體的左壁板上接有分層設(shè)置的若干進(jìn)水口，在所述箱式殼體的 右壁板上接有分層設(shè)置的若干出水口；所述箱式殼體的左壁板、右壁板以及所述多孔配水 板均與飽水帶內(nèi)的地下水的流向垂直；且布置箱式殼體時(shí)應(yīng)保障復(fù)合型污染地下水經(jīng)包氣 帶進(jìn)入飽水帶后可隨飽水帶內(nèi)水流均勻進(jìn)入所述箱式殼體內(nèi)的樣品空間； 在所述箱式殼體內(nèi)靠近左壁板的位置處設(shè)置有一段由若干樣品空間構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，稱為 系統(tǒng)第一段；在所述箱式殼體內(nèi)靠近右壁板的位置處設(shè)置有一段由若干樣品空間構(gòu)成的結(jié) 構(gòu)，稱為系統(tǒng)第二段；所述系統(tǒng)第一段與所述系統(tǒng)第二段相鄰或由樣品空間分隔開來；所 述系統(tǒng)第二段自左向右分為前半部分和后半部分兩段結(jié)構(gòu)； 在系統(tǒng)第二段的前半部分的左端和右端分別設(shè)置釋氧材料層，并在左端釋氧材料層中 填充pH值調(diào)節(jié)劑；所述釋氧材料層由過氧化鈣和過氧化鎂中的一種或兩種的組合填充而 成，所述pH值調(diào)節(jié)劑為（NH4) 2S04、NaH2P04和KH2P04的任意一種或多種組合； 將負(fù)載固定有酸性厭氧微生物的第一段反應(yīng)材料填充在系統(tǒng)第一段的樣品空間內(nèi)，將 負(fù)載固定有中性好氧微生物的第二段反應(yīng)材料填充在系統(tǒng)第二段的前半部分中間的樣品 空間內(nèi)，將負(fù)載固定有耐堿性好氧微生物的第二段反應(yīng)材料填充在系統(tǒng)第二段前半部分的 樣品空間內(nèi)； d、 污染地下水經(jīng)包氣帶后在飽水帶中形成污染羽，污染羽首先進(jìn)入箱式殼體內(nèi)的系統(tǒng) 第一段，在系統(tǒng)第一段內(nèi)由零價(jià)鐵將污染地下水中難生物降解的有機(jī)物還原為易生物降解 的簡單有機(jī)物，再由厭氧微生物將易生物降解的簡單有機(jī)物消化吸收，同時(shí)零價(jià)鐵還將高 價(jià)態(tài)的有害離子還原為低價(jià)態(tài)并沉淀或吸附在第一段反應(yīng)材料的空隙中；之后污染羽進(jìn)入 系統(tǒng)第二段，在系統(tǒng)第二段的前半部分中，由好氧微生物對經(jīng)系統(tǒng)第一段厭氧分解后的有 機(jī)物在中性條件下進(jìn)一步進(jìn)行好氧降解或生物共代謝；在系統(tǒng)第二段的后半部分中，由好 氧微生物在堿性條件下對污染組分進(jìn)一步去除，同時(shí)由第二段反應(yīng)材料吸附部分不能完全 降解的污染組分； e、 復(fù)合型污染地下水依次經(jīng)系統(tǒng)第一段、系統(tǒng)第二段后流出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)合型污染 地下水的原位修復(fù)。
[0012] 步驟a具體包括如下步驟： al、選取菌源：采集城市大型垃圾衛(wèi)生填埋場處不同垃圾滲濾液污染區(qū)表層以下 5~10cm的土壤樣品作為菌源； a2、微生物培養(yǎng)：將從不同垃圾滲濾液污染區(qū)處采集的土壤樣品充分混合并分為三份； 其中兩份采用好氧富集培養(yǎng)，另一份采用厭氧富集培養(yǎng)；培養(yǎng)基的成分以葡萄糖為主； a3、微生物馴化：更換培養(yǎng)基，使葡萄糖加入量逐漸遞減，最后變?yōu)榱?；而用垃圾滲濾 液污染地下水作為目標(biāo)污染物的加入量逐漸遞增，最終完成替代葡萄糖；之后在一份好氧 富集培養(yǎng)液中加入堿，加入量逐漸遞增，使存活微生物馴化成為耐堿性好氧微生物；使另一 份好氧富集培養(yǎng)液保持pH值在7-8,使存活微生物馴化成為中性好氧微生物；在另一份厭 氧富集培養(yǎng)液中加入酸，加入量逐漸遞增，使存活微生物馴化成為耐酸性厭氧微生物； a4、菌種分離與保存：將步驟a3中馴化后的微生物菌群懸液