一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂及修复方法

本发明属于土壤环境污染修复，具体涉及一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂及修复方法。

背景技术：

1、炸药具有较高爆速、较高爆热以及良好的化学安定性，因此成为各国广泛使用的爆炸物。三硝基甲苯（tnt）、环三亚甲基三硝胺（rdx）、环四亚甲基四硝胺（hmx）等在使用中产生了大量炸药残留物，这些残留物进入水体或土壤会造成严重的环境污染。近年来，炸药造成的环境污染问题已受到国内外的广泛关注。当炸药进入环境后，对生态系统造成了诸多负面的影响。有研究报导，tnt等炸药具有较为强烈的致毒、致癌和致突变效应，可引起人体白内障、中毒性肝炎、再生障碍性贫血甚至死亡。人体直接接触tnt等炸药后会诱发癫痫，还可能引起急性中毒。大量炸药残留在土壤中，对生态环境产生了长期的毒害效应，进一步威胁到人类的健康安全。至今，多种炸药已被列为可能的致癌物。各地相关机构开展了炸药污染源的调查，评估相关活动对土壤、地下水和地表水质量的影响，制定相应策略对污染场地进行治理和修复，并规定土壤中tnt含量不得超过17 mg/kg，水环境中不得超过0.06 mg/l。

2、炸药修复治理手段包括焚烧、化学氧化等技术手段，其具有过程复杂、成本较高且易发生二次污染风险的问题。生物修复技术具有绿色低碳和成本较低等优势。目前针对微生物修复炸药污染土壤的研究较多，研究发现微生物可能通过两种方式对炸药进行降解：一种是以炸药为唯一碳源和能源，对其进行降解或者矿化：另一种是某些炸药不能作为微生物的唯一碳源和能源，需要添加共代谢底物，以共代谢的形式降解炸药。就目前的研究来看，利用微生物共代谢降解炸药是使用较多的方法之一，但生物修复技术中特定的微生物只降解特定的炸药类型，反应条件较为苛刻，不具有普适性。另外，场地条件和环境因素对微生物修复效率的影响较大，致使生物修复时间较长、修复效率较低。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂及修复方法，以期至少部分地解决上述技术问题，由此本发明提供的具体技术方案如下。

2、作为本发明的第一个方面，本发明提供了一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂，由缓释碳源、还原性物质、有机改良剂及营养物质组成。其中，以质量百分比计，缓释碳源为25-35%，还原性物质为40-50%，有机改良剂为10-15%，营养物质为5-10%，共计100%；缓释碳源包括植物油和农林业废弃物，还原性物质包括还原性含铁物质，有机改良剂包括生物炭、有机堆肥中至少一种，营养物质包括糖类营养物质、蛋白类营养物质、有机酸类营养物质、有机酸盐类营养物质中至少一种。

3、作为本发明的第二个方面，本发明提供了一种用于炸药污染土壤的原位修复方法，包括如下步骤：将包含土著微生物的待修复污染土壤进行翻混；将原位修复药剂铺撒在翻混后的待修复污染土壤上，并进行翻混；将混有原位修复药剂的待修复污染土壤经厌氧修复后翻混，进行好氧修复。其中，待修复污染土壤的含水量达到饱和状态；原位修复药剂的投加比例为待修复污染土壤干重的0.5-5wt%；原位修复药剂由缓释碳源、还原性物质、有机改良剂及营养物质组成，以质量百分比计，缓释碳源为25-35%，还原性物质为40-50%，有机改良剂为10-15%，营养物质为5-10%，共计100%；缓释碳源包括植物油和农林业废弃物，还原性物质包括还原性含铁物质，有机改良剂包括生物炭、有机堆肥中至少一种，营养物质包括糖类营养物质、蛋白类营养物质、有机酸类营养物质、有机酸盐类营养物质中至少一种。

4、在本发明实施例中，缓释碳源可以随着微生物降解缓慢分解，为污染土壤中能够降解炸药的土著微生物提供中长效碳源，保证生物修复的可持续性和高效性。还原性物质不但可以直接还原污染土壤中炸药，还可以为微生物提供还原环境，这种环境有助于微生物的生长和繁殖，使得微生物能够更好地降解炸药。有机改良剂具有较大的比表面积和较高的孔隙率，可以为微生物生长繁殖提供合适的载体，同时吸附污染土壤中炸药，加快微生物对炸药的降解，有机改良剂中含有的微量元素还可以促进微生物生长。营养物质可以为微生物提供短效碳源以及合适的碳氮比，在短时间内可以加速降解炸药的土著微生物的增殖，从而加快炸药的去除。本发明中原位修复药剂由缓释碳源、还原性物质、有机改良剂及营养物质组成。通过缓释碳源和营养物质供给微生物生长以进行生物修复；通过还原性物质还原降解炸药以进行化学修复，同时还原性物质还可以为微生物的生长提供还原性环境，便于微生物充分发挥生物修复性能；通过有机改良剂将土壤中炸药吸附进行物理固定便于进行化学修复和生物修复，同时有机改良剂还可以为微生物生长提供载体。由此，通过利用生物修复、化学修复和物理固定三者之间的协同作用降解炸药，高效的完成对炸药污染土壤的原位修复，弥补了单独使用化学修复或生物修复时的不足，即单独使用化学修复时，具有成本较高、存在二次污染的风险，单独采用生物修复时，具有修复效率较低、修复周期较长的问题。

5、在本发明实施例中，通过翻混将待修复污染土壤中大块渣石去除，同时将团聚土壤和聚集炸药分散；将原位修复药剂铺撒在待修复污染土壤上并进行翻混使原位修复药剂与待修复污染土壤混合均匀；将待修复污染土壤进行厌氧修复和好氧修复间歇式修复，为降解炸药的土著微生物提供适宜的生存环境。通过向炸药污染土壤中添加缓释碳源、还原性物质、有机改良剂以及营养物质，刺激待修复污染土壤中降解炸药的土著微生物在还原剂存在的还原性环境中快速增殖，形成共代谢氛围，提高对炸药污染土壤的共生修复能力，为炸药污染土壤提供了一种生物治理与调控的微生物种质新资源和生物修复联合化学修复的技术新途径。由此，本发明提供的用于炸药污染土壤的原位修复方法可以提高待修复污染土壤的修复效率，降低修复成本，缩短修复工期，不存在二次污染的风险。

技术特征：

1.一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂，其特征在于，所述原位修复药剂由缓释碳源、还原性物质、有机改良剂及营养物质组成；

2.根据权利要求1所述的原位修复药剂，其特征在于，所述植物油在所述原位修复药剂中的质量百分比为15-20%，所述农林业废弃物在所述原位修复药剂中的质量百分比为10-15%。

3.根据权利要求1或2所述的原位修复药剂，其特征在于，所述植物油包括大豆油、棕榈油、花生油、菜籽油、玉米油中至少一种，所述农林业废弃物包括玉米秸秆粉、小麦秸秆粉、稻草秸秆粉、枝桠、枝条中至少一种，所述农林业废弃物的粒径为0.5-1μm。

4.根据权利要求1所述的原位修复药剂，其特征在于，所述还原性含铁物质包括零价铁、磁铁矿、黄铁矿中至少一种，所述还原性含铁物质的粒径为40-100μm。

5.根据权利要求1所述的原位修复药剂，其特征在于，所述生物炭通过以下方法获得：

6.根据权利要求1所述的原位修复药剂，其特征在于，所述有机堆肥包括植物源有机堆肥、动物源有机堆肥、混合源有机堆肥中至少一种。

7.根据权利要求1所述的原位修复药剂，其特征在于，所述糖类营养物质包括糖蜜、葡萄糖、淀粉中至少一种，所述蛋白类营养物质包括酵母，所述有机酸类营养物质包括琥珀酸、丙酮酸、醋酸中至少一种，所述有机酸盐类营养物质包括乳酸盐。

8.一种用于炸药污染土壤的原位修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的原位修复方法，其特征在于，所述原位修复方法还包括：

10.根据权利要求8所述的原位修复方法，其特征在于，所述原位修复方法还包括：

技术总结本发明提供了一种用于炸药污染土壤的原位修复药剂及修复方法，属于土壤环境污染修复技术领域。原位修复药剂由缓释碳源、还原性物质、有机改良剂及营养物质组成；其中，以质量百分比计，缓释碳源为25‑35%，还原性物质为40‑50%，有机改良剂为10‑15%，营养物质为5‑10%，共计100%；缓释碳源包括植物油和农林业废弃物，还原性物质包括还原性含铁物质，有机改良剂包括生物炭、有机堆肥中至少一种，营养物质包括糖类营养物质、蛋白类营养物质、有机酸类营养物质、有机酸盐类营养物质中至少一种。技术研发人员：朱勇兵,刘晓东,张慧君,计超,张海阳受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/23