CN112157120B - 一种利用增溶增排方式修复土壤的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，具体而言，涉及一种利用增溶增排方式修复土壤的方法及其装置。以柠檬酸作为增溶剂对待修复污染土壤中的重金属镉进行去除，而后加入水形成柠檬酸‑水体系对土壤进行浸提，进而有效去除重金属，处理后废液经废液处理再利用装置排出，使得土壤修复和增排液一并处理。该方法减少土壤重金属修复难度并提高修复效率，不仅具有成本低、操作方便、修复周期短和不破坏土壤环境等优势，而且可解决增溶剂残存于土壤或迁移于地下水造成二次污染的风险，本发明为农田土壤重金属的环境友好型快速修复及应用创造了条件。

Description

一种利用增溶增排方式修复土壤的方法及其装置

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染修复技术领域，具体而言，涉及一种利用增溶增排方式修复土壤的方法及其装置。

背景技术

土壤重金属污染已成为世界范围内最普遍、最严重的环境问题之一，对人类健康和生态安全构成重大威胁。农田土壤镉污染具有低浓度、长期性和累积性等特点，其在土壤中过度积累导致作物对重金属的吸收增加，影响农作物的产量和质量，而进入食物链的重金属会对人体健康带来巨大风险。因此，迫切需要对受镉污染的农田土壤进行修复研究，以提高农产品质量安全。

目前，针对农田土壤重金属污染的原位修复主要以固化稳定化和植物提取法为主，但固化稳定化法存在重金属去除不彻底和二次释放风险，植物提取法存在重金属去除效率低和修复周期长等问题。而土壤清洗技术因其适用的污染物种类广泛、处理效果稳定、成本低、效率高且可永久去除重金属等优点，在农田重金属土壤修复上具有巨大的应用潜力。土壤清洗的目的是降低土壤中重金属的总浓度和生物有效利用浓度，其关键在于清洗剂的选择。目前常用的清洗剂主要包括无机酸、盐、表面活性剂及螯合剂。无机酸、中性盐及人工螯合剂在土壤清洗中虽对土壤中重金属具有较好的去除能力，但会破坏土壤结构、对种子萌发和幼苗生长具有抑制作用，同时，该类清洗剂降解性差，在土壤中会向下迁移，从而存在污染地下水风险。并且现阶段技术中利用土壤清洗剂与土壤充分反应后，有效分离排出土壤中废液是土壤清洗增排技术的关键。目前，土壤清洗研究主要采用离心管搅拌或振荡洗涤后倾倒静置上清液的方式排出废液，少数会采用小型土柱浸提洗涤后自然渗滤洗涤废液的方式模拟田间处理，这些试验所用土壤量小、反应废液量少且缺少废液处理方法，与田间的实际土壤清洗修复效果可能存在较大差异。目前在中国大多数修复技术仍处于小规模试验阶段，很少有技术在现场试验中得到应用评估，仅有少数可原位应用的清洗方法主要通过原位注入-抽提井处理，但主要应用于污染场地的修复，在农田土壤应用中由于耗能高、成本大和可操作性差等问题受到一定限制。根据我国重金属污染农田土壤的修复要求和现状，开发新的修复措施具有一定的紧迫性。

因此，基于土壤清洗方法的局限性以及农田土壤需保证环境友好修复的特殊性，需要一种环境友好、效果良好和经济实用的增溶增排联合去除土壤中镉的快速修复方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种增强土壤中重金属友好溶出(增溶)和促进溶出重金属从土壤中快速排出(增排)相结合的，利用增溶增排方式修复土壤的方法及其装置。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种利用增溶增排方式修复土壤的方法，以柠檬酸作为增溶剂对待修复污染土壤中的重金属镉进行去除，而后加入水形成柠檬酸-水体系对土壤进行浸提，进而有效去除重金属，处理后废液经废液处理再利用装置排出，使得土壤修复和增排液一并处理。

所述通过废液处理再利用装置排出废液经再生处理后，套用进行清洗修复土壤。

所述向增排液中加入生石灰(氧化钙)对其进行再生处理，回收增排液中的柠檬酸进行套用。

向待处理土壤中加入增溶剂，其土液质量比1:1-2，先振荡1-6h后静置5-24h，修复处理后增溶液下排全部收集至所述废液处理再利用装置，而后向待处理土壤中加入水，使得土液比为1:1-2进行浸提，形成柠檬酸-水体系对土壤进行顺序浸提，进而有效去除重金属，处理后水收集至废液处理再利用装置中与增溶剂混合得废液。

所述增溶剂为浓度为0.05-0.6mol·L^-1的柠檬酸，pH为2-6(0.1mol·L^-1HCl和1mol·L^-1KOH调节)。

一种所述方法的专用装置，装置依次由增溶装置、增溶增排修复装置和废液处理再利用装置组成；

所述增溶装置包括增溶液储存箱、增溶液水阀和增溶液水泵；

所述增溶增排修复装置包括增溶增排箱、暗沟和水阀；

所述废液处理再利用装置包括增排液处理渠、水阀和水泵。

所述增溶液储存箱一侧设有出液口，出液口通过软管与增溶增排箱相连，两者间设置有增溶液控制水阀和水泵；其中，与增溶增排箱相连的软管设置于其一侧的上方。

所述增溶增排箱另一侧下部设置有出液口，出液口通过软管与增排液处理渠进液口相连，出液口设滤网防堵塞，两者间设置有控制水阀；增溶增排箱底部设置增排暗沟，暗沟上分层装填污染土壤；所述暗沟内装填砾石或农林废弃物秸秆。

所述增溶增排箱内设置的暗沟为多通道或单通道。所述增溶增排暗沟可根据农田土壤污染程度或面积大小设置多道或单道，暗沟增排装置主要根据污染区域在土层中分布的深度和位置设计简易增排暗沟，但暗沟深度至少在作物根系以下土层，不影响作物正常生长；暗沟填充介质可根据土质情况可设置不同粒径、不同形状碎砾石或农林废弃物、作物秸秆等，可缓冲土壤颗粒对暗沟淤塞，保持增排废液高效排放；水阀控制增排废液出流。

所述增排液处理渠的出液口通过软管与增溶增排箱，两者间设置增排液控制水阀和水泵。

所述软管与增溶增排箱相连的一端上设有喷头。

由上述可见本发明增溶增排去除土壤中镉的的方法，其主要包括环境友好型增溶、污染土壤重金属溶出液增排和增排废液处理及再利用等流程；其中：所述环境友好型土壤增溶：在污染土壤表土中加入环境友好型重金属增溶剂柠檬酸，并基于土壤重金属污染程度，通过柠檬酸流量控制、顺序浸提(柠檬酸-水)及搅拌后静置等方式增强重金属增溶去除效果。

所述污染土壤重金属溶出液增排：通过对污染土壤晾土风干等方式以增加土壤孔隙及疏松度，既利于土壤重金属与增溶剂的充分接触，同时利于增溶废液高效排放。根据污染区域在土层中分布的深度和植物根系生长位置，在增溶增排箱土层30cm下设计简易增排暗沟以快速排出增溶废液。污染土壤风干后，通过分层压实装填方式装于增溶箱以防止发生侧渗和优先流。

所述增排废液处理及再利用：增排废液进入收集沟渠后，利用生石灰对含重金属的废液进行快速处理，处理达标后的增排液用于土壤二次增溶或土壤灌溉，节约增溶剂和水资源。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了利用环境友好经济型增溶剂柠檬酸原位对土壤中的重金属镉进行去除，而后利用装置进行增排处理，可实现对废液的有效清除，其通过环境友好型增溶剂将土壤中重金属由固相分离并转移到液相水溶液中，减少土壤修复难度并提高修复效率。选用可降解的环境友好型增溶剂柠檬酸(食品级)，具有成本低，操作方便且不破坏土壤环境。同时，增溶增排法修复周期短，不影响作物正常农艺耕种，且可充分利用田间灌排水利设施，通过地下增排暗沟，在修复重金属的同时，减轻作物涝害，增加土壤液体渗漏量，起到“增氧、沥毒、促根”作用，而秸秆填充暗沟可资源节约化利用，可就地取材，广开有机肥源，变废为宝。同时，通过增溶—增排方法，对土壤中重金属可实现边增溶边排放边处理，处理后增排废液达标后重新再利用，节约增溶剂和水资源，为农田原位土壤重金属的修复及应用创造了条件。

(2)本发明提供的装置可将土壤修复与增排液处理实现一体化，在增溶剂对土壤中重金属增溶解吸后，通过装置中设置的简易增排碎石暗沟可快速排出土壤中含重金属的增溶液，可解决土壤增溶液残存及迁移污染地下水的风险；同时，可节约耕地土壤资源，不占用作物生长空间，后期结合农田沟渠灌排设施以及田间农艺管理措施，土壤重金属清除更为彻底，农作物生产更为安全。本增溶增排重金属清除方法具有环境友好、成本低、操作方便且重金属清除效果好等优势。

附图说明

图1为本发明提供的装置的示意图，其中，1.增溶液储存箱，2.增溶液水阀，3.增溶液蠕动泵，4.塑料管，5.喷头，6.增溶增排箱，7.滤网，8.碎砾石，9.暗沟，10.污染土壤，11.增排液处理渠，12.增排液处理材料。

图2(a-d)为本发明实施例2提供的柠檬酸在不同增溶条件对土壤重金属Cd增溶去除效果变化图；

图3为本发明实施例2提供的在不同增排方式下(a)6h和(b)24h对土壤中镉增溶去除效果变化图；

图4为本发明实施例3提供的增溶增排箱中不同暗沟填充物顺序浸提增排对土壤中镉去除效果的影响变化图；

图5为本发明实施例3提供的氧化钙对增排液中镉含量及pH值的影响变化图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明方法和装置可在中轻度污染农田土壤通过灌排措施直接投放，以快速原位去除农用农田土壤中的镉，其是通过能促进土壤环境中重金属污染物溶解、迁移的环境友好型增溶剂，让增溶剂在重力、水头压力及其它方式的作用下渗流通过污染土壤区域，根据污染区域在土层中分布的深度和位置设计增排暗沟以快速排出增溶废液，最后利用农业收集沟渠等方式收集增排废液，并在原位处理含重金属增排废液，将处理达标后的增排液回收再利用。

实施例1

由图1可见，装置依次由增溶装置、增排装置和增排液处理再利用装置组成；

所述增溶装置包括增溶液储存箱、增溶液水阀和增溶液水泵；

所述增排装置包括增溶增排箱、暗沟和水阀；

所述增排液处理及再利用装置包括增排液处理渠、水阀和水泵。

所述增溶液储存箱一侧设有出液口，出液口通过软管与增溶增排箱相连，两者间设置有增溶液水阀和增溶液水泵；其中，与增溶增排箱相连的软管设置于其一侧的上方。

所述增溶液储存箱用于储存环境友好型增溶液；水阀控制出液开关和流量大小；水泵将增溶液(柠檬酸)通过塑料管匀速导流进入污染土壤；

所述增溶增排箱另一侧下部设置有出液口，出液口通过软管与废液处理渠进水口相连，两者间设置有出水阀；增溶增排箱内分层装填污染土壤，并在污染土壤底层设置装填有砾石或作物秸秆的简易增排暗沟。

所述增溶增排暗沟可根据农田土壤污染程度或面积大小设置多道或单道，暗沟增排装置主要根据污染区域在土层中分布的深度和位置设计简易增排暗沟，但暗沟深度至少在作物根系以下土层，不影响作物正常生长；暗沟填充介质可根据土质情况可设置不同粒径、不同形状碎砾石或农林废弃物、作物秸秆等，可缓冲土壤颗粒对暗沟淤塞，保持增排废液高效排放；水阀控制增排废液出流。

所述废液处理渠的出液口通过软管与增溶增排箱，两者间设置控制水阀和水泵。

所述软管与增溶增排箱相连的一端上设有喷头。

所述废液处理渠可利用田间灌排渠，通过水阀控制收集增排废液量，增排废液进入收集沟渠后，投加一定量液相重金属快速修复材料生石灰，通过絮凝、吸附共沉淀等方式，对重金属废液进行快速处理；处理达标后的增排液通过水泵用于土壤二次增溶或土壤灌溉，节约增溶液和水资源。

所述装置于田间实地操作时，增溶增排箱可按照实地需求于待修复土地中，通过设置田埂对污染土块进行适当拆分隔离，形成多个修复小区，各修复小区之间除设置田埂外，另设置埋深1m的塑料薄膜墙或PVC隔板作为土壤剖面隔水带，阻断各修复小区间土壤增溶增排液侧渗。根据农田土壤污染程度或修复小区面积设置多道增排暗沟，增排暗沟末端和出液口坡降为1/1 000。增排暗沟出液口设置一道收集增排集液处理渠，其设置方向与增排暗沟垂直，在增排暗沟出液口安装可控制出液量的阀门，用以控制农田地下排液速率。在农田翻耕时期，在黏质土壤采用深耕翻土方式以增加土壤孔隙及疏松度，既利于土壤重金属与增溶剂充分接触，同时利于增溶废液高效排放。增溶后的农田土壤中含有的重金属逐渐进入水溶液，通过翻耕时期新配备的增排暗沟(砾石填充可整体填充暗沟，而农林废弃物秸秆等填充时可分三层，底层为细砾石薄层以防止含重金属增溶废液继续下渗造成地下水污染风险；中间层为作物秸秆带：基于作物秸秆孔隙度较大、透水性好、深埋后腐解速度较慢、腐解后能增加土壤团聚体及孔隙度等特点设置作物秸秆带，既利于含重金属增溶废液的快速排出，同时作物分解后增加土壤肥力达到秸秆资源化利用目的；上层为粗砾石薄层以缓冲土壤颗粒对暗沟淤塞，保持增排废液高效排放)。暗沟增排后通过临时收集沟或田间已有的沟渠设施有效收集含重金属的增排废液。

实施例2

本实施例为室内优化模拟实验，通过离心管优选环境友好型增溶剂柠檬酸增溶最佳参数条件：增溶浓度、土液比、pH值和时间等。增溶增排箱采用增溶瓶代替，并设置石英砂增排暗层，增排废液通过上方倾倒(上排)和下方自然滤渗(下排)两种方式排出，通过实验室模拟获得土壤重金属修复参数的优化设置：

试验所用柠檬酸(食品级)购自山东丰泰生物科技有限公司。供试土壤采自烟台市后富村耕地表层土(37°15′48"N，121°16′30"E)，土壤类型为棕壤，质地为砂质壤土。供试土壤风干后过2mm尼龙筛，参考GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》土壤重金属在5.5<pH≤6.5环境下镉的风险管控值(2.0mg·kg^-1)，加入氯化镉溶液充分混匀，配制镉污染土壤，在25℃室内条件下老化2个月并风干过筛测定其主要理化性质：有机质26.21g·kg^-1、pH 5.66、总镉含量2.30mg·kg^-1和硝酸可提取态镉含量1.97mg·kg^-1。

所述环境友好型柠檬酸增溶条件参数优选试验：称取5.00g模拟Cd污染土壤于50mL离心管中，采用25℃恒温静置和180r·min^-1恒温振荡增溶条件，调整增溶浓度、土液比、pH值(0.1mol·L^-1HCl和1mol·L^-1KOH调节)和时间，分析柠檬酸增溶最佳条件，具体调整参数如表1所示。以去离子水作为增溶剂对照，每个处理设置3次重复。而所述增溶瓶采用自制PVC增溶瓶(内径6cm，高10cm)验证最优参数下柠檬酸对土壤中镉的增溶去除效果。用60目尼龙布将一张滤纸固定在增溶瓶底部，上覆一层厚1cm、4％硝酸浸洗过的石英砂，垫覆一张滤纸，均匀加入100g人工污染土后再垫覆一张滤纸。增溶瓶底部设液体出流控制塞，下端用4％硝酸浸洗过的PVC烧杯收集增溶液。增溶瓶土柱上部覆滤纸可使增溶液均匀下渗并消除液滴对土柱中表层土壤的冲击，土柱下部垫层可防止土壤外漏并过滤增溶废液。装填土柱时分多次装入并压实，保证土壤在土柱中均匀分布，防止出现侧渗外流。

基于柠檬酸离心管增溶设计实验获得最优参数：

通过设计不同条件获得处理优选参数，如表1中记载通过对增溶浓度、增溶土液比、增溶时间和增溶体系pH值，四方面进行设计实验，并设置去离子水作为对照，每次处理设置3次重复，参见图2(a-d)；

通过增溶浓度设计实验，采用不同浓度的柠檬酸与待处理土壤混合进行洗涤，同时土液比为1:1.5，不同浓度柠檬酸与土壤混合后，平均分成两份，一份静置增溶处理24h，另一份振荡增溶处理6h(参见图2a)；由图可见：当柠檬酸浓度由0mol·L^-1(去离子水)增加到0.3mol·L^-1时，静置和振荡对Cd增溶去除率均显著提高(P<0.05)，分别由0.7％和0.8％增加到34.4％和53.3％，当柠檬酸浓度增加到0.6mol·L^-1，静置和振荡下Cd的增溶去除率增幅明显降低(P<0.05)，对Cd的络合能力逐渐趋于饱和，综合效果和成本，柠檬酸合适浓度为0.3mol·L^-1。

通过增溶土液比设计实验，采用不同土液比的柠檬酸与待处理土壤混合进行洗涤，同时柠檬酸浓度为0.3mol·L^-1，不同土液比柠檬酸与土壤混合后，平均分成两份，一份静置增溶处理24h，另一份振荡增溶处理6h(参见图2b)；由图可见：柠檬酸对Cd增溶去除率随固液比的减小而显著增加(P<0.05)，柠檬酸比去离子水对Cd增溶去除率高30.9％-57.3％；柠檬酸振荡和静置方式下均在固液比为1:2时Cd增溶去除率最大，分别为58.2％和35.2％，但相对于固液比为1:1.5时Cd增溶去除率仅增加7.51％和1.96％。基于效果与实际田间可操作性，柠檬酸固液比为1:1.5时较为合适。

通过增溶时间设计实验，在不同洗涤时间下，用柠檬酸与待处理土壤混合进行洗涤，同时柠檬酸浓度为0.3mol·L^-1，柠檬酸与土壤混合后，平均分成两份，一份静置增溶(在恒温25℃下，放入恒温箱中分别静置1、6、12、24h)，另一份振荡增溶(在180r/min恒温振荡箱下分别振荡1、6、12、24h)；由图2c可见：柠檬酸在静置条件下1-12h内对Cd的增溶去除率显著提升(P<0.05)，由12.7％增加到29.6％；振荡条件下，柠檬酸在1-6h内Cd的增溶去除率显著提升(P<0.05)，由45.5％增加到53.7％。基于时效与可操作性，柠檬酸静置增溶24h、振荡增溶6h时较为合适。

通过增溶体系pH值设计实验，采用不同pH的柠檬酸(0.1mol·L^-1HCl和1mol·L^{- 1}KOH调节)与待处理土壤混合进行洗涤，同时柠檬酸浓度为0.3mol·L^-1，不同pH柠檬酸与土壤混合后，平均分成两份，一份静置增溶处理24h，另一份振荡增溶处理6h(参见图2d)；由图可见：静置条件下，柠檬酸在pH值超过3后对Cd的增溶去除率显著下降(P<0.05)，降幅为5.88％；振荡条件下，柠檬酸在pH值超过4后对Cd的增溶去除率显著下降(P<0.05)，降幅为9.72％，低pH值下柠檬酸增溶去除重金属效果较好。基于效果与成本，选用未调节pH值的柠檬酸(pH为2)较为合适。

表1

通过离心管增溶最佳参数优化批试验得出(图2)，在柠檬酸浓度0.3mol·L^-1，土液比1:1.5，静置增溶24h、振荡增溶6h和pH值为2的增溶条件下，柠檬酸对污染土壤中Cd的去除率较好。进一步通过增溶瓶试验对此增溶条件进行验证，同时对比柠檬酸在不同增排方式(上排和下排)下分别增溶不同时间时对土壤中镉增溶去除效果。

即，结合田间实际应用的可操作性，向待处理的100g土壤中加入150mL柠檬酸后，先搅拌土浆1h(模拟野外机械土壤翻耕)后，分别再静置或振荡5h(图3a)和23h(图3b)后，不同处理分别将增溶废液通过上方倾倒(上排)和下方自然滤渗(下排)两种方式排出，取15mL增排液于50mL离心管中以4000r·min^-1离心10min，最后利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，美国珀金埃尔默有限公司)测定上清液镉含量含量，每个处理重复2次。

由图3可见，随着增溶时间延长，柠檬酸对镉的增溶去除率有所增加，但增幅不显著(P>0.05)。增溶瓶下排显著高于上排对镉的增溶去除率(P<0.05)，增溶去除率高出30％左右，增溶瓶下排可彻底排出整个土层的液相重金属增溶液，而增溶瓶上排方式只能排出上层静置后上清液中的重金属，在土壤中的重金属却无法完全排出，导致大部分重金属残存于土壤中。综合增溶增排效率和实地应用性，选择柠檬酸浓度0.3mol·L^-1，土液比1:1.5，先振荡1h后静置5h，增溶液下排较为合适。

实施例3

在实施例2实验优选参数(柠檬酸浓度0.3mol·L^-1土液比1:1.5，pH值为2，先振荡1h后静置5h，增溶液下排方式)的基础之上，采用图1装置进一步贴近现场土壤条件，对重金属增溶增排清除方法开展试验：

按照实施例1记载装置进行，增溶增排箱材质为PVC(长×宽×高＝55cm×40cm×40cm)模拟现场土壤清洗试验条件。增溶增排箱内设置单道暗沟(长×宽×高＝55cm×5cm×10cm)，暗沟填充物分为两种：一种是在沟内填充直径约1.25cm碎砾石，另一种是在沟内填充风干后小麦秸秆，以增强柠檬酸流动性，使其通过重力作用由土壤小孔隙向碎砾石大孔隙扩散并均匀排出达到增排目的。称取干重约为30kg的污染棕壤于增溶增排箱中分层填充，将45.00kg浓度为0.30mol/L增溶剂(柠檬酸)经蠕动泵以200r·min^-1匀速提升，由穿孔管布水，从顶部经喷头均匀进入增溶增排箱中。待柠檬酸完全进入增溶增排反应箱后，利用电动搅拌器以360r·min^-1搅拌1.00h后静置5h，打开增排液出口阀门(用60目尼龙布垫加一张滤纸以减少土壤滤出损失)收集全部增排液。待增排液全部收集后，在增溶增排箱中利用蠕动泵以200r·min^-1匀速加入30kg自来水，先搅拌1.00h后静置5h后打开增排液出口阀门收集全部水洗增排液。分别取柠檬酸增排和柠檬酸-水增排液以4000r·min^-1离心10min，两种增排液各取3个重复样。增溶增排试验设置2个重复。增溶增排完成后，采用氧化钙絮凝法处理增排液，分别加入0.00、0.25、0.50、1.00、0.10、1.50、2.50、3.50、4.00和5.00g氧化钙到50mL增排废液中，搅拌10min，水样pH值采用pH计(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)测定，静置过滤后利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，美国珀金埃尔默有限公司)测定上清液镉含量含量，每个处理重复3次(参见图4和5)。

在本实施例中，为更接近实际土壤清洗试验条件，通过增溶增排箱开展了柠檬酸对土壤镉的增溶增排试验，结果如图4所示。在增溶增排箱体系下，通过柠檬酸增溶和暗沟增排后，土壤中的镉含量在碎石和秸秆填充暗沟增排下由初始2.30mg·kg^-1分别降至0.79mg·kg^-1和0.72mg·kg^-1，增溶去除率分别为65.7％和68.7％，表明碎石和秸秆填充暗沟对土壤中重金属均具有较好的增排去除效果，鉴于秸秆是一种农业废弃物，秸秆还田可以就地取材，广开有机肥源，变废为宝，是充分利用秸秆资源的有效途径之一，因此，后续田间应用推荐农林废物秸秆作为暗沟填充物。同时，通过加去离子水对柠檬酸清洗后的土壤进行梯级顺序清洗，土壤中剩余镉含量在碎石和秸秆暗沟增排下分别为0.50mg·kg^-1和0.43mg·kg^-1，总镉的增溶去除率分别为78.0％和81.2％，表明柠檬酸-水梯级增溶对土壤中重金属具有较好的增溶去除效果。增溶增排体系下投加氧化钙后镉去除效果及pH值变化如图5所示。随着氧化钙投加量的增加，增排废液的pH值逐渐增大，而镉浓度逐渐下降。当氧化钙投加量为2.50g/50mL增排废液时，pH值升至3.93，而镉浓度降至0.39mg·L^-1，镉去除率为79.3％。当pH值>5时，搅拌后静置数分钟便可观察到固液出现明显分层，易于分离出上清液直接排放。当氧化钙投加量为5.0g/50mL增排液时，镉去除率可达95.6％，剩余镉含量已低于ICP-MS检测限，符合地表水水质标准工业用水区标准，可直接排放或回收利用。

最后应当说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：以柠檬酸作为增溶剂对待修复污染土壤中的重金属镉进行去除，而后加入水形成柠檬酸-水体系对土壤进行浸提，进而有效去除重金属，处理后废液经废液处理再利用装置排出，使得土壤修复和增排液一并处理；

通过废液处理再利用装置排出废液经再生处理后，套用进行清洗修复土壤；

其中，经再生处理具体为向增排液中加入生石灰（氧化钙）对其进行再生处理，回收增排液中的柠檬酸进行套用；

所述增溶剂为浓度为0.05-0.6 mol•L-1的柠檬酸，用0.1 mol•L-1 HCl和1 mol•L-1KOH调节pH为2-6；

利用增溶增排方式修复土壤的方法的专用装置依次由增溶装置、增溶增排修复装置和废液处理再利用装置组成；

所述增溶装置包括增溶液储存箱、增溶液水阀和增溶液水泵；

所述增溶增排修复装置包括增溶增排箱、暗沟和水阀；

所述废液处理再利用装置包括增排液处理渠、水阀和水泵；

所述增溶增排箱另一侧下部设置有出液口，出液口通过软管与增排液处理渠进液口相连，出液口设滤网防堵塞，两者间设置有控制水阀；增溶增排箱底部设置增排暗沟，暗沟上分层装填污染土壤；所述暗沟内装填砾石或农林废弃物秸秆。

2.根据权利要求1所述的利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：向待处理土壤中加入增溶剂，其土液质量比1:1-2，先振荡1-6 h后静置5 -24 h，修复处理后增溶液下排全部收集至所述废液处理再利用装置，而后向待处理土壤中加入水，使得土液比为1:1-2进行浸提，形成柠檬酸-水体系对土壤进行顺序浸提，进而有效去除重金属，处理后水收集至废液处理再利用装置中与增溶剂混合得废液。

3.根据权利要求1所述的利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：所述增溶液储存箱一侧设有出液口，出液口通过软管与增溶增排箱相连，两者间设置有增溶液控制水阀和水泵；其中，与增溶增排箱相连的软管设置于其一侧的上方。

4.根据权利要求1所述的利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：所述增溶增排箱内设置的暗沟为多通道或单通道。

5.根据权利要求1所述的利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：所述增排液处理渠的出液口通过软管与增溶增排箱连接，两者间设置增排液控制水阀和水泵。

6.按权利要求5所述的利用增溶增排方式修复土壤的方法，其特征在于：所述软管与增溶增排箱相连的一端上设有喷头。

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