[发明专利]一种修复石油类有机物污染土壤的装置和方法

说明书

本发明公开了一种直流‑交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置及方法，本发明在石油类有机物污染土壤修复的生物反应器中施加二维正交的直流电场和交流电场(即在直流电场的垂直方向叠加一个交流电场)，并周期性旋转电场，保证反应器中电场的均匀性。利用直流电场和交流电场诱导的电动效应，其叠加效果可以改变各种物质的电动轨迹，强化土壤中的传质过程，从而强化营养物质、污染物与石油降解菌之间的接触和混合，最终提高石油类有机物污染土壤的生物修复效率。与此同时，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类有机物，最终提高石油降解菌对石油类有机物的降解效果，提高修复效率。

技术领域

本发明属于原地异位微生物修复石油类有机物污染土壤的技术领域，具体涉及一种直流-交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法。

背景技术

石油污染土壤的微生物修复技术，是指利用微生物的生长代谢作用将土壤中有毒有害的污染物降解为无毒无害的产物的过程。因其经济成本低、无二次污染，是一种极具市场潜力的石油污染土壤清洁技术。然而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，电动修复技术通过在土壤介质中施加直流电场，诱导土壤中的物质发生电动效应(电渗透、电迁移和电泳)。土壤中各物质的运动可增加微生物对营养源、污染物等各物质接触和利用的机率，从而提高微生物降解效率。与此同时，电极表面发生的电化学氧化反应可氧化降解部分污染物。因此，将电动修复技术与微生物修复技术相耦合，可强化微生物的修复效果，提高修复效率。

然而在直流电场的长期作用下，土壤中各物质的定向运动会造成土壤性状的发生改变，阳极产生的氢离子和阴极产生的氢氧根离子(电解水反应)会引起阳极附近的土壤酸化/阴极附近的土壤碱化。外部环境的变化易对微生物生长造成影响，从而影响修复效果。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种直流-交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法。在微生物修复过程中，施加直流电场，并在垂直方向叠加一个交流电场，然后周期性旋转电场，从而保证电场的均匀性以维持土壤性状不发生显著变化。交流电场类似于不断变化方向的直流电场，可以促进土壤中的各种物质(如离子、有机污染物、微生物等)在电动效应的作用下进行小尺度往复运动。利用正交的直流电场和交流电场诱导的电动效应，其叠加效果可以改变各种物质的电动轨迹，强化土壤中的传质过程，从而强化营养物质、污染物与石油降解菌剂之间的接触和混合，最终提高石油降解菌剂对石油类有机物的降解效果，提高修复效率。

本发明所采用的具体技术方案如下：

本发明公布了一种直流-交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置，包括生物反应器、带孔密封盖、控制系统、导轨、可移动搅拌取样系统和喷淋系统；

所述生物反应器呈方形，其内部作为反应区域，生物反应器的四面内壁上均设有片状DSA电极，四个片状DSA电极构成相互正交的两对片状DSA电极对；所述带孔密封盖设置在生物反应器顶部，带孔密封盖上设有电极连接口、搅拌取样口和喷淋口；

所述控制系统包括用于给DSA电极对施加直流电的直流电源、用于给DSA 电极对施加正弦交流电的交流电源和PLC自动控制系统，PLC自动控制系统用于控制可移动搅拌取样系统，并控制直流电源、交流电源与片状DSA电极对的连通关系，使直流电场和交流电场周期性旋转切换；其中，同一时间内，直流电源给其中一对DSA电极对施加直流电，交流电源给另一对正交方向上的DSA电极对施加正弦交流电；所述可移动搅拌取样系统设置在导轨上，包括升降轴和若干连接在升降轴上的搅拌取样两用辊；所述喷淋系统用于向生物反应器内供给土壤添加剂和/或石油降解菌剂。