原位微生物修复营养剂及使用方法与流程

本发明属于地下水修复领域，具体涉及一种原位微生物修复营养剂及使用方法。

背景技术：

随着工业污染的加剧和农业化学物质的广泛应用，受有机污染物污染的场地数量不断增加，近年来出现了诸多污染面积较大、污染物种类较多和污染程度较重的大型有机污染场地。在治理此种类型污染场地的修复过程中，需要通过合理的技术手段科学设计修复工艺流程。由于有机污染物挥发性和可生物降解性的不同，修复技术类型可分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等，针对受有机地下水的修复工艺往往以多种工艺技术联合的方式实施。

目前，我国常见应用于有机污染地下水修复的是异位的抽出－处理技术，部分污染场地采用地下水曝气、地下水可渗透反应墙技术等联合修复路线。但原位修复技术，尤其是地下水原位微生物修复技术一直是国内外有机污染地下水修复技术研究的热点和重点内容。通过添加微生物生长和繁殖所必须的营养物质，人为的强化土著微生物降解目标有机污染物的效率，一方面可以最大限度的减少对修复场地周围环境的扰动，另一方面可以节省修复工艺成本。应用强化手段原位修复有机污染地下水，无伦与其它修复技术联合应用，还是单独针对特征污染物开展有针对性的修复，对控制污染物在地下环境中的迁移、净化受污染地下水均具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种原位微生物修复营养剂及使用方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种原位微生物修复营养剂，为麦芽膏和酵母膏的混合物。

所述的麦芽膏和酵母膏的质量比为3：2。

麦芽膏的浓度为0.18g·l^-1，酵母膏的浓度为0.12g·l^-1。

本发明还包括一种所述的原位微生物修复营养剂的使用方法，将所述的原位微生物修复营养剂投加到营养物投加井中，所述的营养物投加井设置在污染源下游有10-15m处。还包括观测井；所述的观测井设置在所述的营养物投加井下游10-15m。

优选的，所述的营养物投加井为两个，且与污染源形成三点，从而组成等边三角形。

其中，所述的观测井为3个；相邻的观测井与相邻的营养物投加井形成等边三角形。

或者，所述的观测井为两排7个，其中1排3个，2排4个，不同排相邻的营养物投加井/观测井与观测井之间均形成等边三角形。

所述的营养剂的投加标准为每升地下水投加0.3g所述的原位微生物修复营养剂。

所述的营养物投加井以及观测井的井底均在受污染地下水的第一层隔水底板以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

麦芽膏和酵母膏可与地下水在短时间内充分溶解混合，快速增加地下水中可被微生物利用的营养物质浓度含量，促进可降解有机污染物的土著微生物生长，提高原位降解效率；投加麦芽膏和酵母膏的药剂成本和人工成本均较低廉，修复过程中的日常监管便捷，适合于在实际有机污染地下水修复工程中实施应用；营养物投加井和观测井的井内结构均较简单，井体的使用时间长，可长期用于有机污染地下水场地的营养物投加工作和后期监测；直接在井体中投加麦芽膏和酵母膏，操作简单易行，不需要复杂的修复仪器和设备，且不受场地周边环境条件的影响；对比目前在国内有机污染地下水修复工程中应用的修复技术，此方法的适用性更广泛，针对挥发性、半挥发性或难挥发性有机污染物均可应用，直接井内投加的方式更简便易行，受现场环境条件制约因素小，修复全过程监管可操作性强，无需投入大量人力和设备，大大缩减了经济成本和时间成本，对于原位场地的地上环境扰动较小，不易造成二次污染。

附图说明

图1-2为本发明原位微生物修复营养剂使用方法的示意图；

图3不同浓度麦芽膏作用下地下水中苯的浓度变化图；

图4-10为本发明不同实施例的地下水中污染物的浓度变化图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1-2示出分别示出两种原位微生物修复营养剂的使用位置图，图1中示出观测井为3个的情况，图2中示出观测井为7个的情况；所述的营养物投加井设置在污染源下游有10-15m处；所述的营养物投加井为两个，且与污染源形成三点，从而组成等边三角形。所述的观测井设置在所述的营养物投加井下游10-15m。其中，图1示出所述的观测井为3个；相邻的观测井与相邻的营养物投加井形成等边三角形。

图2示出，所述的观测井为两排7个，其中1排3个，2排4个，不同排相邻的营养物投加井/观测井与观测井之间均形成等边三角形。所述的养物投加井以及观测井的井底均在受污染地下水的第一层隔水底板以上。

根据微生物学的相关知识，麦芽膏和酵母膏是微生物培养过程中应用广泛和普通的细菌基础培养物质。其中，麦芽膏为微生物提供氮源，酵母膏为微生物提供碳源和能源。由于这种营养物质多用于培养细菌，因此，要用稀酸或稀碱将其ph调至中性或微碱性，有利于细菌的生长繁殖。

实验方法:以有机污染场地污染浅层地下水为投加营养物的溶剂，此地下水含有土著微生物菌源，并且地下水中的有机污染物为微生物培养提供了碳源。

实施例1，针对低浓度有机污染物污染地下水的实验，地下水初始浓度为600g·l^-1苯。

强化方法a：添加麦芽膏，设五个添加量，分别为0.06g·l^-1、0.09g·l^-1、0.12g·l^-1、0.18g·l^-1和0.24g·l^-1的麦芽膏，每个浓度设10组顶空培养瓶；

强化方法b：添加酵母膏，设五个添加量，分别为0.04g·l^-1、0.06g·l^-1、0.08g·l^-1、0.12g·l^-1和0.16g·l^-1的酵母膏，每个浓度设10组顶空培养瓶；

强化方法c：添加麦芽膏和酵母膏，设五个添加量，分别为0.15g·l^-1麦芽膏和0.15g·l^-1酵母膏、0.12g·l^-1麦芽膏和0.18g·l^-1酵母膏、0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏，每个浓度设10组顶空培养瓶。

上述三种强化方法的培养液均用稀酸或稀碱将其ph调至中性。

在模拟地下水水温14℃的培养箱内培养。每组设置空白对照实验。每2天取样分析样品中污染物苯的浓度变化。

图3为强化方法a的不同浓度麦芽膏作用下地下水中苯的浓度变化图；由图3可知，随着时间的延长，五种不同浓度的麦芽膏添加到地下水中后，苯的浓度均有所降低。在实验前期的2天时间内，五种浓度麦芽膏对污染物降解的贡献率相差不大；从第3天之后，添加浓度为0.18g·l^-1和0.24g·l^-1的强化方法明显比添加浓度为0.03g·l^-1的强化方法促进苯降解的效果好。随后一段时间，添加浓度为0.03g·l^-1的强化方法虽然地下水中的苯浓度不断降低，但是始终滞后于其它四种添加方式。而其它四种添加方式的作用效果均有不同程度的降低，但是添加浓度为0.18g·l^-1和0.24g·l^-1的麦芽膏的强化效果均较理想。因此，在只选择麦芽膏一种营养物质的强化方式时，其最佳的添加浓度是0.18g·l^-1。

图4为强化方法b不同浓度酵母膏作用下地下水中苯的浓度变化图；从对由图4的观察可知，随着时间的延长，五种比例的添加方式对地下水中苯的降解均有促进作用。与图3相似，在实验前期的2天时间内，五种强化方式对苯降解的贡献率相差不大；从第3天之后，添加浓度为0.12g·l^-1和0.16g·l^-1的强化方法明显比添加浓度为0.04g·l^-1的强化方法促进苯降解的效果好。随后一段时间，添加浓度为0.04g·l^-1的强化方法虽然地下水中的苯浓度不断降低，但是始终滞后于其它四种添加方式。而其它四种添加方式的作用效果均有不同程度的降低，但是添加浓度为0.12g·l^-1和0.16g·l^-1的酵母膏的强化效果均较理想。因此，在只选择酵母膏一种营养物质的强化方式时，其最佳的添加浓度是0.12g·l^-1。

图5为强化方法c协同效果下地下水中污染物的浓度变化；从图6中可以看出，(图5中：配比1为0.15g·l^-1麦芽膏和0.15gl-1酵母膏；配比2为0.12g·l^-1麦芽膏和0.18g·l^-1酵母膏；配比3为0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏。)对比三组强化有机污染地下水的实验结果，添加0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏与污染地下水混合可以较好的达到促进微生物生长，降解苯污染物，净化地下水水质的目的。此方法可以推广到实际有机污染场地的强化自然衰减工程修复实践中。

实施例2，针对高浓度有机污染物污染地下水的实验，地下水初始浓度为1200mgl^-1苯。

强化方法a：添加麦芽膏，设五个添加量，分别为0.20g·l^-1、0.24g·l^-1、0.28g·l^-1、0.32g·l^-1和0.36g·l^-1的麦芽膏，每个浓度设10组顶空培养瓶；

强化方法b：添加酵母膏，设五个添加量，分别为0.14g·l^-1、0.16g·l^-1、0.18g·l^-1、0.20g·l^-1和0.24g·l^-1的酵母膏，每个浓度设10组顶空培养瓶；

强化方法c：添加麦芽膏和酵母膏，设五个添加量，分别为0.20g·l^-1麦芽膏和0.14g·l^-1酵母膏、0.24g·l^-1麦芽膏和0.16g·l^-1酵母膏、0.28g·l^-1麦芽膏和0.18g·l^-1酵母膏、0.32g·l^-1麦芽膏和0.20g·l^-1酵母膏、0.36g·l^-1麦芽膏和0.24g·l^-1酵母膏，每个浓度设10组顶空培养瓶。

上述三种强化方法的培养液均用稀酸或稀碱将其ph调至中性。

图6为强化方法a不同浓度麦芽膏作用下地下水中苯的浓度变化图；由图6可知，随着时间的延长，五种不同浓度的麦芽膏添加到地下水中后，苯的浓度均有所降低。但是，添加浓度为0.18g·l^-1和0.24g·l^-1的强化方法明显比其它添加浓度的强化方法促进苯降解的效果好。同时，添加浓度为0.18g·l^-1和0.24g·l^-1的强化方法对苯降解的效率很接近，没有较大的差别。因此，在只选择麦芽膏一种营养物质的强化方式时，其最佳的添加浓度是0.18g·l^-1。

图7为强化方法b不同浓度酵母膏作用下地下水中苯的浓度变化图；同理，从对由图7的观察可知，随着时间的延长，五种比例的添加方式对地下水中苯的降解均有促进作用。添加浓度为0.12g·l^-1和0.16g·l^-1的强化方法明显比其它添加浓度的强化方法促进苯降解的效果好。同时，添加浓度为0.12g·l^-1和0.16g·l^-1的强化方法对苯降解的效率很接近，没有较大的差别。因此，在只选择酵母膏一种营养物质的强化方式时，其最佳的添加浓度是0.12g·l^-1。

图8为强化方法c协同效果下地下水中苯的浓度变化；(图8中配比1为0.15g·l^-1麦芽膏和0.15g·l^-1酵母膏；配比2为0.12g·l^-1麦芽膏和0.18g·l^-1酵母膏；配比3为0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏。)，从图9中可以看出，对比三组强化有机污染地下水的实验结果，添加0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏与污染地下水混合可以较好的达到促进微生物生长，降解较高浓度苯污染物的效率较高，可以净化地下水水质的目的。

实验结论:

通过有机类污染物地下水的强化自然衰减作用研究，对比分析可知：添加0.18g·l^-1麦芽膏和0.12g·l^-1酵母膏与污染地下水混合可以较好的达到促进微生物生长，此强化自然衰减方式可以应用于有机污染场地的修复工程实践。

实际污染场地的具体修复方法

⑴明确有机污染场地的水文地质条件，如有机污染场地的地下水水流方向、地下水流速v(cm·d^-1)、地下水埋深h1(m)、第一层隔水底板埋深h2(m)等；

⑵在污染源下游适当距离处设置营养物质投加井，在第一营养物质投加井和第二营养物质投加井的正下游、间距3.00m处设置两个观察井，并根据实际情况确定井径d(cm)，也可依据污染场地的污染范围和程度增加投加井和观察，增加时应遵循设置原则；

⑶计算营养物质投加井井筒中有机污染地下水的体积；

①营养物质投加井口面积：s＝л(d/2)2

②营养物质投加井井筒内地下水的体积：v＝sh深＝s(h2–h1)

③计算营养物质理论投加量：麦芽膏：m1＝c1v；酵母膏：m2＝c2v；

④有机污染地下水流经mw1井筒所需时间：t＝d/v

⑷以上述计算时间t为一个周期向地下水中投加营养物质。

投加方式为：抽出营养物质投加井中的有机污染地下水v(l)，快速混合m1(g)麦芽膏和m2(g)酵母膏，待营养物质充分混合后，立即将地下水回注到营养物质投加井中。

⑸每次投加营养物质之前，分别对投加井以及观察井进行采样分析。

实施例3：

在有机污染场地a地下水流速为3.00cm·d^-1，水流方向为从西到东。地下水埋深为5.00m，第一层隔水底板为19.00m。在污染源下游，与污染源距离15.00m处设置两个营养物质投加井，井的内径均为10.00cm，第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2的连线垂直于地下水流向，且第一营养物质投加井1、第二营养物质投加井2与污染源形成等边三角形。平行于地下水流向，在第一营养物质投加井的下游设两口观测井，使第一营养物质投加井、第一观测井3和第二观测井4的位置形成等边三角形，井间距为15.00m，且第一观测井3和第二观测井4的连线垂直于地下水流向。同时，参照同样的布设方法在第二营养物投加井2的下游设第三观测井5，使第二营养物投加井2、第二观测井4和第三观测井5的位置形成等边三角形，井间距为15.00m，且第一观测井3、第二观测井4和第三观测井5的连线垂直于地下水流向。具体布置方法如图1所示。初始地下水总石油烃(tph)的浓度分别：第一营养物质投加井1为32.34mg/l；第二营养物质投加井2为33.29mg/l；第一观测井3为11.42mg/l；第二观测井4为12.39mg/l和第三观测井5为12.64mg/l。

a、计算营养物质投加井井筒中有机污染地下水的体积：

投加井口面积：s＝л(d/2)2＝3.14×5.00cm2＝78.50cm2＝0.00785m2；

投加井筒内地下水的体积：

v＝sh深＝s(h2–h1)＝0.00785m2×(19.00-5.00)m＝0.1099m3＝109.9l；

b、计算营养物质理论投加量：

麦芽膏：m1＝c1v＝0.18g·l^-1×109.9l＝19.782g

酵母膏：m2＝c2v＝0.12g·l^-1×109.9l＝13.188g

c、有机污染地下水流经mw1井筒所需时间：

t＝d/v＝10.00cm/3.00cm·d^-1≈3d

d、以3d为一个周期向地下水中投加营养物质。投加方式为：将第一营养物质投加井2和第二营养物质投加井3中的有机污染地下水分别抽出109.9l，分别快速混合19.782g麦芽膏和13.188g酵母膏，待营养物质充分混合后，用稀酸或稀碱将其ph调至中性，立即将地下水分别回注到第一营养物质投加井和第二营养物质投加井中。

e、每次投加营养物质之前，分别对投加井和观察井进行采样分析。

图9为此污染场地地下水中的总石油烃(tph)浓度随时间的变化，经过30天的强化修复，第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2中的总石油烃(tph)浓度降解率达49.34％和53.65％。第一观测井3、第二观测井4和第三观测井5的降解率均高于第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2，分别为64.87％、61.78％和65.56％。可见此强化方法对石油类污染地下水的修复具有良好的效果，可以作为此类污染场地地下水修复的方法用于工程实践。

实施例4：

在有机污染场地b地下水流速为2.50cm·d^-1，水流方向为从东北到西南。地下水埋深为2.00m，第一层隔水底板为13.00m。在污染源下游，与污染源距离10.00m处设置营养物质第一营养物质投加井1和第二营养物质2投加井，井的内径均为10.00cm，第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2的连线垂直于地下水流向，且第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2与污染源形成等边三角形，井间距为10.00m。平行于地下水流向，在第一营养物质投加井1的下游设两口观测井，使第一营养物质投加井1、第一观测井3和第二观测井4的位置形成等边三角形，井间距为10.00m，且第一观测井3和第二观测井4的连线垂直于地下水流向。同时，参照同样的布设方法在第二营养物投加井2的下游设第三观测井，使第二营养物质投加井2、第二观测井4和第三观测井5的位置形成等边三角形，井间距为10.00m，且第一观测井3、第二观测井4和第三观测井5的连线垂直于地下水流向。此外，以上述原则布设第四观测井6、第五观测井7、第6观测井8和第7观测井9，具体布局如图2。初始地下水中甲苯的浓度分别：第一营养物质投加井1为40.23mg/l；第二营养物质投加井2为43.32mg/l；第一观测井3为30.24mg/l；第二观测井4为30.53mg/l、第三观测井5为30.12mg/l、第四观测井6为10.31mg/l、第五观测井7为10.43mg/l、第六观测井8为10.76mg/l和第七观测井9为10.21mg/l。

a、计算营养物质投加井井筒中有机污染地下水的体积：

投加井口面积：s＝л(d/2)2＝3.14×5.00cm2＝78.50cm2＝0.00785m2

投加井筒内地下水的体积：

v＝sh深＝s(h2–h1)＝0.00785m2×(13.00-2.00)m＝0.08635m3＝86.35l

b、计算营养物质理论投加量：

麦芽膏：m1＝c1v＝0.18g·l^-1×86.35l＝15.543g

酵母膏：m2＝c2v＝0.12g·l^-1×86.35l＝10.362g

c、有机污染地下水流经mw1井筒所需时间：

t＝d/v＝10.00cm/2.50cm·d^-1＝4d

d、以4d为一个周期向地下水中投加营养物质。投加方式为：将第一营养物质投加井和第二营养物质投加井的有机污染地下水分别抽出86.35l，分别快速混合15.543g麦芽膏和10.362g酵母膏，待营养物质充分混合后，用稀酸或稀碱将其ph调至中性，立即将地下水分别回注到第一营养物质投加井和第二营养物质投加井中。

e、每次投加营养物质之前，分别对投加井和观察井进行采样分析。

图10为此污染场地地下水中的甲苯浓度随时间的变化，经过40天的强化修复，第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2中的甲苯浓度降解率达74.30％和75.18％。第一观测井3、第二观测井4和第三观测井5的降解率均低于第一营养物质投加井1和第二营养物质投加井2，分别为72.06％、70.75％和71.98％。第四观测井6、第五观测井7、第六观测井8和第七观测井9的降解率均低于上述各监测井，分别为58.87％、55.32％、57.81％和57.39％。可见此强化方法对甲苯污染地下水修复效果在营养物质投加井的降解效率较高，随着观测井与营养物质投加井距离的增加，降解效率有所降低，但是仍保持在较高的降解率。因此，此方法可以做为甲苯污染场地地下水修复的方法用于工程实践。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。