CN111924982A - 一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合污染场地生物可渗透反应墙，包括混凝土基座、混凝土顶盖、反应墙腔体和反应区填料，所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；溶磷芽孢杆菌矿化层包括溶磷芽孢杆菌、第一石英砂和磷矿石粉；厌氧芽孢杆菌降解层包括厌氧芽孢杆菌、第二石英砂和第一活性炭；好氧芽孢杆菌降解释氧层包括好氧芽孢杆菌、过氧化物、第三石英砂和第二活性炭；可实现重金属‑有机物复合污染修复、净化能力强；可根据污染程度变化弹性调节服役强度，增加反应墙寿命；可用于高风险突发污染场地防治。

Description

一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法

技术领域

本发明涉及地下水污染修复技术领域，特别涉及一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法。

背景技术

以工业为发展驱动的发展中国家，普遍存在多种多类重金属、有机及复合污染、水土复合污染等复杂情况。现有处理污染地下水的方式包括原位修复和异位修复两类，可渗透反应墙技术是地下水修复中的常用原位处理技术，其垂直于污染地下水流经的方向建造，由可渗透反应墙内反应材料去除流过地下水中的污染物。可渗透反应墙因具有持续原位处理污染物，处理多种污染物、扰动小、处理效果好、安装施工方便、性价比相对较高等优点，目前在欧美已有很多成功的实际工程实例，其中既有有机污染场地，也有重金属污染场地，但高效适用于有机-重金属复合污染场地的可渗透反应墙还较少。此外，我国长江、黄河流域污染场地具有地质水文情况复杂，污染程度多变，存在突发污染场地的特点。因此可渗透反应墙不仅需求于现有污染场地的修复，还亟需满足对高风险突发污染场地的防治。

可渗透反应墙内的反应介质或为以吸附为主的磷灰石，沸石，熔渣，亲有机黏土，生物炭等；或为具有氧化还原性质的零价铁；或为对水中有污染物有代谢作用的微生物。其中，微生物可渗透反应墙因其修复过程无二次污染、低碳节能、可彻底降解有机污染物，具有良好的应用前景。

然而，现有的微生物可渗透反应墙存在以下缺陷：对重金属以及重金属-有机物复合污染修复效果差、净化能力弱；可渗透反应墙内微生物营养物质被不断消耗，使反应墙寿命短暂；微生物活性由反应墙现存营养物质含量决定，无法针对污染程度采取相适应的代谢活性，因此对于污染程度多变的污染场地，不能根据污染程度弹性调节修复强度；微生物反应墙一经投放，微生物生存代谢即启动，不能满足高风险突发污染场地防治对可渗透反应墙待命服役的要求。

因此，如何制备一种可对重金属污染净化能力强、能根据污染程度弹性调节服役强度、能够满足高风险突发污染场地防治的可渗透反应墙，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法，可实现重金属-有机物复合污染修复、净化能力强、能够满足高风险突发污染场地能根据污染程度弹性调节服役强度。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合污染场地生物可渗透反应墙，所述可渗透反应墙包括混凝土基座、混凝土顶盖、反应墙腔体和反应区填料，所述混凝土基座和所述混凝土顶盖之间设有所述反应墙腔体，所述反应区填料设于所述反应墙腔体内；

所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；

所述溶磷芽孢杆菌矿化层的原料包括溶磷芽孢杆菌、第一石英砂和磷矿石粉；

所述厌氧芽孢杆菌降解层的原料包括厌氧芽孢杆菌、第二石英砂和第一活性炭；

所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的原料包括好氧芽孢杆菌、过氧化物、第三石英砂和第二活性炭。

进一步地，所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌均经驯化以有机污染物为所需碳源和氮源；所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌为购买的菌或者筛选自待修复污染场地。

进一步地，所述第一石英砂、所述第二石英砂和所述第三石英砂的粒径均为0.1mm～3mm；所述第一活性炭和所述第二活性炭的粒径均为0.05mm～1mm。

进一步地，所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的厚度均为30cm～40cm。

进一步地，所述溶磷芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述溶磷芽孢杆菌、所述磷矿石粉和所述第一石英砂，所述溶磷芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的溶磷芽孢杆菌悬浮液；

将所述溶磷芽孢杆菌和所述磷矿石粉按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉；

将所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂混匀获得所述溶磷芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

进一步地，所述厌氧芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述厌氧芽孢杆菌、所述第一活性炭和所述第二石英砂，所述厌氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的厌氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述厌氧芽孢杆菌和所述第一活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭；

将所述第二石英砂和所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭混匀获得所述厌氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭和所述第二石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

进一步地，所述好氧芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述好氧芽孢杆菌、所述过氧化物、所述第二活性炭和所述第三石英砂，所述好氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的好氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述好氧芽孢杆菌和所述第二活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭；

将所述过氧化物、所述第三石英砂和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭混匀获得所述好氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述第三石英砂体积、所述过氧化物质量和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭体积比为(1～1.5)：(0.4～0.7)：1。

进一步地，所述反应墙腔体包括第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔；所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层依次设置在所述第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔内。

进一步地，所述第一透水混凝土腔、所述第二透水混凝土腔和所述第三透水混凝土腔的壁厚均为15cm～25cm。

进一步地，所述混凝土基座上设有卡槽，所述卡槽包括第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，且所述第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔一一对应设置在所述第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽上。

本发明还提供了采用所述的方法制备得到的芽孢杆菌属微生物可渗透反应墙的制备方法，所述方法包括：

获得混凝土基座，并水平放置所述混凝土基座；

获得反应墙腔体，将反应区填料设于所述反应墙腔体内，并将所述反应墙腔体设于所述混凝土基座上，所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；

将混凝土顶盖设于所述反应墙腔体顶部。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

(1)本发明提供的一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法，由修复重金属的溶磷矿化层，降解有机污染物的厌氧层和好氧层三层反应介质组成，三层逐层铺垫递进，通过矿化，吸附，生物降解，氧化还原等作用可高效去除污染地下水中重金属-有机复合污染物，具体地：利用溶磷芽孢杆菌高效的溶磷矿化作用稳定污染地下水中游离重金属，利用厌氧芽孢杆菌和好氧芽孢杆菌降解有机污染物，实现对重金属-有机复合污染的去除。

(2)利用芽孢杆菌属产芽孢休眠的特性，可满足高风险突发污染场地防治对可渗透反应墙待命服役的要求，并且对于污染程度多变的污染场地，可根据污染程度弹性调节服役强度，具体地：该可渗透反应墙筛为以有机污染物为食的芽孢杆菌属，当缺乏食物时可产芽孢休眠。因此，当可渗透反应墙位于未污染的高风险突发复合污染场地或地下水污染程度降低的复合污染场地时，芽孢杆菌缺乏食物来源逐步产生芽孢休眠；当场地突发复合污染或地下水有机物污染物浓度升高时，芽孢杆菌重新活化并高效服役。因此该芽孢杆菌属可渗透反应墙面对污染程度多变的污染场地可弹性服役，面对未污染的高风险突发污染场地可待命服役，达到防治效果。且该微生物菌群对污染环境适应性强，反应活性高，并且，反应墙中无需额外添加营养物质，避免了反应介质快速损耗，因此反应墙使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种复合污染场地生物可渗透反应墙的结构示意图；

图2为本发明提供的一种复合污染场地生物可渗透反应墙的制备方法的流程图；

1、混凝土基座；11、第一卡槽；12、第二卡槽；13、第三卡槽；2、混凝土顶盖；3、反应墙腔体；31、第一透水混凝土腔；32、第二透水混凝土腔；33、第三透水混凝土腔；4、反应区填料；41、溶磷芽孢杆菌矿化层；42、厌氧芽孢杆菌降解层；43、好氧芽孢杆菌降解释氧层；

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。为了进行区分，本发明的“第一”、“第二”等名词不代表顺序，可以理解为名词。

本发明实施例提供一种复合污染场地生物可渗透反应墙，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种复合污染场地生物可渗透反应墙，如图1所示，所述可渗透反应墙包括混凝土基座1、混凝土顶盖2和反应区填料4，所述混凝土基座1和所述混凝土顶盖2之间设有反应墙腔体3，所述反应区填料设于所述反应墙腔体3内；

所述反应区填料4包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层41、厌氧芽孢杆菌降解层42和好氧芽孢杆菌降解释氧层43；

所述溶磷芽孢杆菌矿化层41的原料包括溶磷芽孢杆菌、第一石英砂和磷矿石粉；

所述厌氧芽孢杆菌降解层42的原料包括厌氧芽孢杆菌、第二石英砂和第一活性炭；

所述好氧芽孢杆菌降解释氧层43的原料包括好氧芽孢杆菌、过氧化物、第三石英砂和第二活性炭。

本发明提供的一种复合污染场地生物可渗透反应墙及其制备方法，由修复重金属的溶磷矿化层，降解有机污染物的厌氧层和好氧层三层反应介质组成，三层逐层铺垫递进，通过矿化，吸附，生物降解，氧化还原等作用可高效去除污染地下水中重金属-有机复合污染物；具体地：利用溶磷芽孢杆菌高效的溶磷矿化作用稳定污染地下水中游离重金属，利用厌氧芽孢杆菌和好氧芽孢杆菌降解有机污染物，实现对重金属-有机复合污染的去除；利用芽孢杆菌属产芽孢休眠的特性，可满足高风险突发污染场地防治对可渗透反应墙待命服役的要求，并且对于污染程度多变的污染场地，可根据污染程度弹性调节服役强度，具体地：该可渗透反应墙筛为以有机污染物为食的芽孢杆菌属，当缺乏食物时可产芽孢休眠。因此，当可渗透反应墙位于未污染的高风险突发复合污染场地或地下水污染程度降低的复合污染场地时，芽孢杆菌缺乏食物来源逐步产生芽孢休眠；当场地突发复合污染或地下水有机物污染物浓度升高时，芽孢杆菌重新活化并高效服役。因此该芽孢杆菌属可渗透反应墙面对污染程度多变的污染场地可弹性服役，面对未污染的高风险突发污染场地可待命服役，达到防治效果。且该微生物菌群对污染环境适应性强，反应活性高，并且，反应墙中无需额外添加营养物质，避免了反应介质快速损耗，因此反应墙使用寿命长。

方案一：所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌均为在市场上购买的菌剂。其中(1)溶磷芽孢杆菌：枯草芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，胶质芽孢杆菌，侧孢芽孢杆菌，多黏芽孢杆菌等具有溶磷作用的芽孢杆菌属中的三种或三种以上细菌种类。(2)厌氧芽孢杆菌：包括丁酸梭菌、产气荚膜梭菌、艰难梭菌、生孢梭菌、肉毒梭菌、巴氏梭菌等厌氧芽孢杆菌属中的三种或三种以上细菌种类。(3)好氧芽孢杆菌：炭疽芽孢杆菌，蜡状芽孢杆菌，枯草芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌，凝结芽孢杆菌，侧孢芽孢杆菌，苏云金芽孢杆菌，地衣芽孢杆菌，胶冻样芽孢杆菌，巨大芽孢杆菌，短芽孢杆菌，缓慢芽孢杆菌，短小芽孢杆菌，环状芽孢杆菌，坚强芽孢杆菌，东洋芽孢杆菌，纳豆芽孢杆菌，芽孢乳杆菌等好氧芽孢杆菌属三种或三种以上细菌种类。

方案二：将所述购买的溶磷芽孢杆菌、厌氧芽孢杆菌和好氧芽孢杆菌均经驯化以有机污染物为所需碳源和氮源，具体地：将所述购买的溶磷芽孢杆菌、厌氧芽孢杆菌和好氧芽孢杆菌分别用保藏中心购买说明中建议的培养基和培养方式培养，并逐步将营养成分增量替换为污染场地地下水，同时不断将污染场地地下水浓度增大；将三份培养基中存活的芽孢杆菌分离、保存或扩大培养。该方案中可以使最终存活的购买的溶磷芽孢杆菌、厌氧芽孢杆菌和好氧芽孢杆菌在应用时更快适应污染场地恶劣环境，并使其以污染场地有机污染物为食的基因表达更强。

方案三：在待修复污染场地中筛选出所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌，并均经驯化以有机污染物为所需碳源和氮源。具体制备方法为：

步骤1、采集污染场地污染羽范围内多处土壤样品作为菌源；

步骤2、将采集的土样充分混合并分成三份，分别进行溶磷培养，厌氧培养和好氧培养，分别从三份培养的微生物群中筛选出芽孢杆菌属；具体如下：

(1)溶磷富集培养

①配制无机磷细菌培养基：葡萄糖10.0g、(NH₄)₂SO₄ 0.5g、NaCl 0.3g、KCl 0.3g、MgSO₄·7H₂O 0.3g、FeSO₄·7H₂O 0.03g、MnSO₄ 1.0g、Ca₃[PO₄]₂ 5.0g、H₂O1000mL、琼脂15g

②配制有机磷细菌培养基：葡萄糖10.0g、(NH₄)₂SO₄ 0.5g、NaCl 0.3g、KCl 0.3g、MgSO₄·7H₂O 0.3g、FeSO₄·7H₂O 0.03g、MnSO₄ 1.0g、卵磷脂5.0g、H₂O 1000mL、CaO 20g、琼脂15g；

③溶磷菌的筛选：将采集的土样用稀释平板法分别涂布于上述两种培养基上，30℃培养3d，挑选培养基周围产生透明圈的单菌落划线纯化后保存于LB固体斜面培养基上。

④溶磷芽孢杆菌的分离和鉴定：运用16S rRNA/rDNA序列分析方法对筛选出的芽孢杆菌进行分离和鉴定，从而得到以有机污染物为细菌生命所需碳源和氮源的溶磷芽孢杆菌。

(2)厌氧富集培养

①配制常用固体培养基平皿(如LB/NA/NB等)；

②将采集的土样用稀释平板法分别涂布于培养基平皿上,将平皿放入厌氧袋中，并装入吸氧剂后封好口，放在普通温箱里培养3d；

③运用16S rRNA/rDNA序列分析方法对生长出的单菌落进行芽孢杆菌分离和鉴定。

(3)好氧富集培养

①配制常用固体培养基平皿(如LB/NA/NB等)；

②将采集的土样用稀释平板法分别涂布于培养基平皿上，将平皿放入放在普通温箱里培养3d；

③运用16S rRNA/rDNA序列分析方法对生长出的单菌落进行芽孢杆菌分离和鉴定。

需要说明的是，由于芽孢杆菌属在自然界中很普遍，按照上述的筛选驯化方法一定能够该微生物，并不具备偶然性。

步骤3、将三份培养基中的营养成分逐步增量替换为污染场地地下水，并不断将污染场地地下水浓度增大；

步骤4、将三份培养基中存活的芽孢杆菌分离、保存或扩大培养。

所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌均筛选自待修复污染场地，并均经驯化的原因为：(1)场地中的本土细菌对污染环境适应性更强；(2)场地中的本土芽孢杆菌属均具备以污染场地中有机物为食的能力；(3)进一步驯化使场地中的本土芽孢杆菌以污染场地有机污染物为食的基因表达更强。

作为优选的实施方式，所述反应墙腔体3包括第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33；所述溶磷芽孢杆菌矿化层41、所述厌氧芽孢杆菌降解层42和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层43依次设置在所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33内。

作为优选的实施方式，所述第一透水混凝土腔、所述第二透水混凝土腔和所述第三透水混凝土腔的壁厚均为15cm～25cm。该厚度需要保证一定高度的透水混凝土腔具有足够的强度，不易弯曲变形或断裂，透水混凝土腔高度越大，所需的透水混凝土腔壁厚越大。其中，透水混凝土腔高度应视具体地质水文情况而定，透水混凝土腔底端嵌入不透水层至少160cm，以防止污染羽流发生底渗作用流向下游地区，顶端需高于地下水最高水位。

所述第一透水混凝土腔、所述第二透水混凝土腔和所述第三透水混凝土腔的透水速度达30～50L/m/h，此处的透水速度，强调的是透水混凝土本身的透水性能，需要这个参数范围透水性能的透水混凝土作为腔体。并且，该参数的具体确定视污染场地土层性质而定，场地土层渗透性越强(砂土＞粉质砂土＞砂质粉土＞粉土＞粘质粉土＞粉质黏土＞黏土)，选用的透水混凝土的透水率在此范围内越大。

作为优选的实施方式，所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的厚度均为30cm～40cm。该厚度范围根据污染场地常见地下水流速度以及常见浓度的污染物在本发明可渗透反应墙中的水力停留时间，即为修复污染物所需的反应时间，也即污染羽流在反应墙的停留时间设计。在此厚度范围内遵循随污染物浓度越高厚度越厚的规律。各层介质所对应修复的污染物对象不同，各层厚度视各自对应污染物浓度确定各层厚度。对于一定的污染物浓度，反应介质层过薄将达不到目标反应效果，过厚对反应效果没有提升，将增加成本，性价比低。

在填充各层反应介质时涉及压实度，又称夯实度，指土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。各层反应料按比例配好后按设计压实度向腔体内填充。填充压实度低时，反应介质疏松，渗透强；当填充压实度高时，反应介质密实，渗透性较疏松时降低。实际操作时压实度应根据场地土渗透性确定，保证各层反应介质渗透性略大于场地污染土渗透性即可。

作为优选的实施方式，所述混凝土基座1上设有卡槽，所述卡槽包括第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13，且所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33一一对应设置在所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13上。

所述混凝土基座为C30普通混凝土，高度优选为30cm～50cm；所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33的形状优选为U型；本发明可渗透反应墙各层反应物介质均由独立U型透水混凝土承载，具有引流地下水、防止反应墙***变形、避免各层反应物介质流失和互相干扰、拆装方便、质量轻、成本低的优点；

所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13的高度均为20cm～35cm，这个高度有利于将所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33卡紧。

所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13的形状分别与所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33的底部形状相对应；所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13的形状优选为U型；卡槽宽度视所放置透水混凝土腔宽度而定；

所述混凝土顶盖12为C30普通混凝土，顶盖厚度为10cm～15cm，顶盖内宽度视可渗透反应墙总宽度而定。

作为优选的实施方式，所述溶磷芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述溶磷芽孢杆菌、所述磷矿石粉和所述第一石英砂，所述溶磷芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的溶磷芽孢杆菌悬浮液；

将所述溶磷芽孢杆菌和所述磷矿石粉按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉；

将所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂混匀获得所述溶磷芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

所述磷矿石粉作为溶磷芽孢杆菌负载体的原因为：1)磷矿粉本身具有吸附性质，可将细菌固载于其表面；2)溶磷芽孢杆菌通过分泌有机酸溶解不溶的磷矿粉，以提供固定重金属的磷酸根离子；3)磷矿粉对重金属亦有较好的吸附、络合、离子交换作用，可进一步加强溶磷芽孢杆菌矿化层对重金属的去除效果。

所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂混匀的原因为：石英砂因其较大的粒径，在反应介质中作为粗骨料以保证反应介质具有较好的渗透性。

所述溶磷芽孢杆菌选用OD₆₀₀＝1.5～3的溶磷芽孢杆菌悬浮液是原因为：OD₆₀₀大小为细菌悬浮液在600nm波长处的吸光值，其值大小代表了细菌悬浮液浓度，利用微生物/细菌对环境治理时，常用此范围浓度的菌悬液，该值选择在这个范围内随对应修复污染物浓度越大而越大。

所述溶磷芽孢杆菌和所述磷矿石粉的质量体积比为1：(0.8～1.2)的原因为：该值为经试验发现的较佳比例，该比值若过小导致反应介质中溶磷芽孢杆菌数量不足，修复反应期长；该值过大对效果没有提升，将使成本增大，性价比低。

所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂的体积比为1：(1～1.5)的原因为：该值为经试验发现的较佳比例，过小导致反应物质不足，修复效果差；该值过大对修复效果没有提升，性价比低；根据污染物浓度，在此范围内随污染程度越高，比值越大。

作为优选的实施方式，所述厌氧芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述厌氧芽孢杆菌、所述第一活性炭和所述第二石英砂，所述厌氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的厌氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述厌氧芽孢杆菌和所述第一活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭；

将所述第二石英砂和所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭混匀获得所述厌氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭和所述第二石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

所述厌氧芽孢杆菌选用OD₆₀₀＝1.5～3的厌氧芽孢杆菌悬浮液是原因为：OD600该值为细菌悬浮液在600nm波长处的吸光值，其值大小代表了细菌悬浮液浓度，利用微生物/细菌对环境治理时，一般是这个范围或更低，该值选择在这个范围内随对应修复污染物浓度越大而越大。

所述厌氧芽孢杆菌和所述第一活性炭的质量体积比为1：(0.8～1.2)的原因为：该值为经试验发现的较佳比例，该比值若过小导致修复初期微生物含量不足，使初期修复效果差，需一段时间繁殖后达到目标效果所需微生物含量；该值过大对效果没有提升，将使成本增大，性价比低、

所述第二石英砂和所述第一活性炭的体积比为1：(1～1.5)的原因为：该值为经试验发现的较佳比例，过大导致反应物质不足，修复效果差；该值若过小对效果没有提升，性价比不高；根据污染物浓度，在此范围内随污染程度越高，比值越小。

作为优选的实施方式，所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的制备方法为：

获得所述好氧芽孢杆菌、所述过氧化物、所述第二活性炭和所述第三石英砂，所述好氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的好氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述好氧芽孢杆菌和所述第二活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭；

将所述过氧化物、所述第三石英砂和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭混匀获得所述好氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述第三石英砂体积、所述过氧化物质量和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭体积比为(1～1.5)：(0.4～0.7)：1。

所述溶磷芽孢杆菌矿化层选用磷矿石粉作为载体；而所述厌氧芽孢杆菌降解层中选用活性炭(而不是磷矿石粉)作为载体、所述好氧芽孢杆菌降解释氧层中选用活性炭(而不是磷矿石粉)作为载体的原因为：因为厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层的修复对象为有机污染物，生物炭对有机污染物具有较好的吸附效果，可进一步加强所在反应层对有机污染物的去除效果，而磷矿粉尽管可以作为细菌负载体，但对有机污染物没有作用，在此不具有附加效果，故选用生物炭。

所述第三石英砂体积、所述过氧化物质量和所述第二活性炭体积比为(1～1.5)：(0.4～0.7)：1的原因为：该值为经试验发现的较佳比例；所述过氧化物具体可以选用MgO₂、CaO₂等，其可与水反应释放氧气。若过氧化物过多，过多的氧气在好氧层中阻隔污染地下水流通，使可渗透反应墙的修复效率下降。若过氧化物过少，氧气产量不足，将致该层好氧微生物的修复效果差。

所述第三石英砂和所述第二活性炭的体积比为1：(1～1.5)的原因为：该值为经试验发现的较佳比例，过大导致反应物质不足，修复效果差；该值若过小对效果没有提升，性价比不高；根据污染物浓度，在此范围内随污染程度越高，比值越小。

作为优选的实施方式，所述第一石英砂、所述第二石英砂和所述第三石英砂的粒径均为0.1mm～3mm；以此范围内的石英砂作为本发明可渗透反应墙中反应介质的粗骨料时，反应介质具有适中的透水性，既大于周围场地土体，可引导地下水流入，同时保证污染地下水在其中充分停留并反应，不致过快流走。

所述第一活性炭和所述第二活性炭的粒径均为0.05mm～1mm。选择这个范围是经实验发现的较佳范围，随着粒径越大，活性炭吸附效果降低。

需要说明的是，所述第一石英砂、所述第二石英砂、所述第三石英砂、所述第一活性炭和所述第二活性炭的粒径范围，不意为在范围内取一确定值，而表示所用第一石英砂、第二石英砂、第三石英砂、第一活性炭或第二活性炭可具有不同粒径，只需在范围内即可。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种复合污染场地生物可渗透反应墙的制备方法，如图2所示，所述方法包括：

S1、获得混凝土基座，并水平放置所述混凝土基座；

S2、获得反应墙腔体，将反应区填料设于所述反应墙腔体内，并将所述反应墙腔体设于所述混凝土基座上，所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；

S3、将混凝土顶盖设于所述反应墙腔体顶部。

具体地，所述S1中所述混凝土基座上设有所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13；

具体地，所述S2中所述反应墙腔体包括第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33；所述第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33一一对应设置在所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13上。

本发明采用筛选自污染场地的以有机污染物为食的芽孢杆菌属作为反应微生物，该微生物菌群对污染环境适应性强，反应活性高，并且，反应墙中无需额外添加营养物质，避免了反应介质快速损耗，因此反应墙使用寿命长，另外以芽孢杆菌属作为反应微生物，利用其产芽孢休眠特性，针对污染程度多变的污染场地可实现弹性修复，针对高风险突发污染场地可实现待命防治。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种复合污染场地生物可渗透反应墙进行详细说明。

S1、获得混凝土基座1，并水平放置所述混凝土基座1，所述S1中所述混凝土基座上设有所述第一卡槽11、第二卡槽12和第三卡槽13；

S2、获得反应墙腔体3，所述反应墙腔体包括第一透水混凝土腔31、第二透水混凝土腔32和第三透水混凝土腔33；所述第一透水混凝土腔、所述第二透水混凝土腔和所述第三透水混凝土腔的壁厚如表1所示。

将反应区填料设于所述反应墙腔体3内，并将所述反应墙腔体3设于所述混凝土基座1上，所述反应区填料4包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层41、厌氧芽孢杆菌降解层42和好氧芽孢杆菌降解释氧层43；所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层依次设置在所述第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔内。

所述溶磷芽孢杆菌矿化层的原料包括溶磷芽孢杆菌、第一石英砂和磷矿石粉；

所述厌氧芽孢杆菌降解层的原料包括厌氧芽孢杆菌、第二石英砂和第一活性炭；

所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的原料包括好氧芽孢杆菌、过氧化物、第三石英砂和第二活性炭；其中所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌均筛选自待修复污染场地，并均经驯化以有机污染物为所需碳源和氮源。

其中，所述溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层、好氧芽孢杆菌降解释氧层的厚度和压实度如表2所示，所示原料之间的用料比值如表3所示。

S3、将混凝土顶盖设于所述反应墙腔体顶部。

其中，实施例1中可渗透反应墙应用于一处重金属污染突出且污染严重的的重金属-有机复合污染场地，场地土层为砂土，根据地下水文情况，腔体高度定为6m；

实施例2中可渗透反应墙应用于一处有机物污染突出且污染严重的重金属-有机复合污染场地，污染土层为砂质粉土，根据地下水文情况，腔体高度定为5m；

实施例3中可渗透反应墙应用于一处重金属和有机物污染较为严重的重金属-有机复合污染场地，污染土层为粉质砂土，腔体高度定为4m。

表1

表2

表3

将各实施例和各对比例制备得到的可渗透反应墙在该污染场地中的修复效果如下，分析结果如表4所示。

表4

由表4的数据可知：

对比例1中，所述芽孢杆菌和所述载体的质量体积比为0.5：1.2，小于本发明的比值，其余均同实施例1，对Pb(Ⅱ)的去除效果为73％，对Cu(Ⅱ)的去除效果为80％，对COD的修复率仅为69％，对BOD的修复率仅为85％，修复效果不佳；

对比例2中，附着溶磷芽孢杆菌的磷灰石矿粉质量与第一石英砂体积比值、负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭的质量与第二石英砂体积均为0.5:1，小于本发明的比值，其余均同实施例1，对Pb(Ⅱ)的去除效果为74％，对COD的修复率仅为71％，修复效果不佳；

对比例3中，第三石英砂体积、过氧化物质量和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭体积比为1.5：0.3：1，过氧化物占比较本发明比例过少，其余均同实施例1，对COD的修复率仅为75％，对BOD的修复率仅为77％，修复效果不佳；

对比例4中，所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的厚度均为25cm，小于本发明的30cm～40cm范围，对Pb(Ⅱ)的修复率为83％,对Zn(Ⅱ)的修复率为84％，对Cu(Ⅱ)的修复率为79％，对COD的修复率仅为78.7％，对BOD的修复率仅为85％，修复效果不佳；

本发明实施例1-实施例3制备得到的芽孢杆菌属微生物可渗透反应墙修复效果好，对Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、COD、BOD的修复率均在99％以上，净化能力强、能够满足高风险突发污染场地能根据污染程度弹性调节服役强度。

综上可知，由修复重金属的溶磷矿化层，降解有机污染物的厌氧层和好氧层三层反应介质组成，三层逐层铺垫递进，通过矿化，吸附，生物降解，氧化还原等作用可高效去除污染地下水中重金属-有机复合污染物；且利用芽孢杆菌属产芽孢休眠的特性，可满足高风险突发污染场地防治对可渗透反应墙待命服役的要求，并且对于污染程度多变的污染场地，可根据污染程度弹性调节服役强度。

进一步控制溶磷矿化层，降解有机污染物的厌氧层和好氧层三层内的各组分比例，缺少任何一个组分、或者含量不在所述范围内，均不能获得良好性能的芽孢杆菌属微生物可渗透反应墙。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述可渗透反应墙包括混凝土基座、混凝土顶盖、反应墙腔体和反应区填料，所述混凝土基座和所述混凝土顶盖之间设有所述反应墙腔体，所述反应区填料设于所述反应墙腔体内；

所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；

所述溶磷芽孢杆菌矿化层的原料包括溶磷芽孢杆菌、第一石英砂和磷矿石粉；

所述厌氧芽孢杆菌降解层的原料包括厌氧芽孢杆菌、第二石英砂和第一活性炭；

所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的原料包括好氧芽孢杆菌、过氧化物、第三石英砂和第二活性炭。

2.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌均经驯化以有机污染物为所需碳源和氮源；所述溶磷芽孢杆菌、所述厌氧芽孢杆菌和所述好氧芽孢杆菌为购买的菌或者筛选自污染场地。

3.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述第一石英砂、所述第二石英砂和所述第三石英砂的粒径均为0.1mm～3mm；所述第一活性炭和所述第二活性炭的粒径均为0.05mm～1mm。

4.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层的厚度均为30cm～40cm。

5.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述溶磷芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述溶磷芽孢杆菌、所述磷矿石粉和所述第一石英砂，所述溶磷芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的溶磷芽孢杆菌悬浮液；

将所述溶磷芽孢杆菌和所述磷矿石粉按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉；

将所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂混匀获得所述溶磷芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有溶磷芽孢杆菌的磷矿石粉和所述第一石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

6.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述厌氧芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述厌氧芽孢杆菌、所述第一活性炭和所述第二石英砂，所述厌氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的厌氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述厌氧芽孢杆菌和所述第一活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭；

将所述第二石英砂和所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭混匀获得所述厌氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述负载有厌氧芽孢杆菌的第一活性炭和所述第二石英砂的体积比为1：(1～1.5)。

7.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述好氧芽孢杆菌矿化层的制备方法为：

获得所述好氧芽孢杆菌、所述过氧化物、所述第二活性炭和所述第三石英砂，所述好氧芽孢杆菌为OD₆₀₀＝1.5～3的好氧芽孢杆菌悬浮液；

将所述好氧芽孢杆菌和所述第二活性炭按质量体积比为1：(0.8～1.2)进行混匀和风干，获得负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭；

将所述过氧化物、所述第三石英砂和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭混匀获得所述好氧芽孢杆菌矿化层；其中，所述第三石英砂体积、所述过氧化物质量和所述负载有好氧芽孢杆菌的第二活性炭体积比为(1～1.5)：(0.4～0.7)：1。

8.根据权利要求1所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述反应墙腔体包括第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔；所述溶磷芽孢杆菌矿化层、所述厌氧芽孢杆菌降解层和所述好氧芽孢杆菌降解释氧层依次设置在所述第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔内。

9.根据权利要求8所述的一种复合污染场地生物可渗透反应墙，其特征在于，所述第一透水混凝土腔、所述第二透水混凝土腔和所述第三透水混凝土腔的壁厚均为15cm～25cm；所述混凝土基座上设有卡槽，所述卡槽包括第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽，且所述第一透水混凝土腔、第二透水混凝土腔和第三透水混凝土腔一一对应设置在所述第一卡槽、第二卡槽和第三卡槽上。

10.一种权利要求1-9任一所述的复合污染场地生物可渗透反应墙的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

获得混凝土基座，并水平放置所述混凝土基座；

获得反应墙腔体，将反应区填料设于所述反应墙腔体内，并将所述反应墙腔体设于所述混凝土基座上，所述反应区填料包括沿地下水渗流方向依次设置的溶磷芽孢杆菌矿化层、厌氧芽孢杆菌降解层和好氧芽孢杆菌降解释氧层；

将混凝土顶盖设于所述反应墙腔体顶部。

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