污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置

摘要

本发明涉及一种污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置。所述污染土壤修复长效性的加速试验方法包括如下步骤：S1：获取待测场地的土壤以及土壤特征信息；S2：根据所述土壤特征信息设置场地微生态，于所述场地微生态的条件下驯养微生物群落，富集，制备微生物菌液；S3：将所述微生物菌液注入所述土壤进行处理，处理结束后，分别收集液体和土壤，将收集得到的土壤烘干后，检测重金属浸出率；S4：重复步骤S3，获取重金属浸出率随注入次数的变化图，直至稳定化作用失效。该加速试验方法能够准确、定量反映实际场地重金属土壤的稳定化修复长效性。

权利要求

1.一种污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取待测场地的土壤以及土壤特征信息，所述土壤特征信息包括pH值、氧化还原电位值以及地层主控矿物种类；所述待测场地为稳定化处理后的污染场地；

S2：根据所述土壤特征信息设置场地微生态，于所述场地微生态的条件下驯养微生物群落，富集，制备微生物菌液；

S3：将所述微生物菌液注入所述土壤进行处理，处理结束后，收集土壤，将收集得到的土壤烘干后，检测重金属浸出率；处理的过程中还包括注入有机酸溶液的步骤，处理在生化老化柱中进行，所述土壤填充于所述生化老化柱的腔体内；

所述生化老化柱的两端分别设有进液口和出液口，在由所述进液口向所述出液口延伸的方向上，所述生化老化柱在z高度处的内壁厚度为Sz， 式中，v为水的运动黏度，u0为所述微生物菌液或所述有机酸溶液注入的速度， q为所述微生物菌液或3

所述有机酸溶液注入的流量，单位为m/s，y为所述生化老化柱的最大内直径；

S4：重复步骤S3，获取重金属浸出率随注入次数的变化图，直至稳定化作用失效。

2.根据权利要求1所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S3中，注入前，按照所述土壤特征信息中的pH值和氧化还原电位值调节所述有机酸溶液的pH值和氧化还原电位值。

3.根据权利要求1所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S3中，所述有机酸溶液的注入的量为0～20000mg有机酸/kg土壤。

4.根据权利要求3所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S3中，所述有机酸溶液的注入的量大于0且小于等于20000mg有机酸/kg土壤。

5.根据权利要求1～4任一项所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S2中，驯养的方式为液体培养，时间为7～21天；及/或步骤S2中，富集的倍数为10～

100倍；及/或

步骤S3中，处理的时间为1～4天。

6.根据权利要求1～4任一项所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S1中，所述土壤与表层的距离为0.5m～10m；及/或步骤S1中，所述待测场地的稳定化处理的深度为D，2m

7.根据权利要求6所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S2中，所述场地微生态的设置包括培养基质的配伍、pH的调节以及氧化还原电位的调节；其中，所述培养基质的配伍如下表1所示：表1

8.根据权利要求1～4任一项所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，步骤S2中，驯养在微生物液体培养器中进行，所述微生物液体培养器的腔体中设置有若干隔板；所述隔板具有凹陷部，用于沉积地层主控矿物。

9.根据权利要求1～4任一项所述的污染土壤修复长效性的加速试验方法，其特征在于，所述土壤填充的高度与所述生化老化柱的最大内直径的比为(3～6):1。

10.一种污染土壤修复长效性的加速试验装置，其特征在于，包括微生物液体培养器和生化老化柱；

所述生化老化柱的两端分别设有进液口和出液口，在由所述进液口向所述出液口延伸的方向上，所述生化老化柱在z高度处的内壁厚度为Sz， 式中，v为水的运动黏度，u0为微生物菌液或有机酸注入的速度， q为所述微生物菌液或所述有机酸注3

入的流量，单位为m/s，y为所述生化老化柱的最大内直径；所述生化老化柱的腔体用于填充待测场地的土壤；

所述微生物液体培养器经管道连通至所述生化老化柱的进液口，用于输送微生物菌液；所述微生物液体培养器的腔体中设置有若干隔板；所述隔板具有凹陷部，用于沉积待测场地的土壤的地层主控矿物；所述微生物液体培养器还设有第一控制器，所述第一控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位值。

11.根据权利要求10所述的污染土壤修复长效性的加速试验装置，其特征在于，还包括有机酸混合装置，所述有机酸混合装置经管道连通至所述生化老化柱的进液口，用于输送有机酸溶液；所述有机酸混合装置设有第二控制器，所述第二控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位值。

说明书

污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及污染防治技术领域，特别是涉及一种污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置。

背景技术

[0002] 重金属难以从土壤中完全移除，若将其通过土壤淋洗、热脱附(针对汞有效)等方式实现分离，往往对土壤生态环境造成不可逆转的破坏，修复后的土壤难以适应于绿化用地回用的需求。因此，目前对于土壤重金属污染最常用的修复技术为重金属的稳定化，通过投加外源修复材料，实现重金属地球化学形态的转变，即通过表面络合、沉淀等机理，土壤重金属从活泼、易浸出、易富集、易迁移的水溶交换态、碳酸盐结合态转变为不活泼、难浸出、难造成环境风险的惰性形态。这种修复技术已经成为重金属污染土壤主流的修复技术。

[0003] 重金属的稳定化修复技术固然具有易施工、低扰动、成本低廉的特征。但是由于重金属没有从土壤中移除，而是被暂时性钝化，在降雨浸沥、化学转化、生物移殖等环境老化过程的作用下，重金属元素会发生“再活化”的现象，重新转变为高环境风险的地球化学形态。因此，对稳定化修复的长效性开展评价是非常必要的。

[0004] 稳定化修复长效性评价的最直接方式便是修复后场地的长期取样监测。但是在大多数情况下，受到场地回用现实需求的限制，开展长期监测是非常困难的。基于此，一些研究开发了基于降雨淋溶这一关键老化作用的加速老化方法与装置，实现了降雨情形下土壤重金属稳定化长效性的模拟，还有研究在降雨淋溶的基础上耦合了表层土受到的光照过程。但是，场地修复往往会修复到较深的地层，加上修复后场地通常会覆盖土工膜(如HDPE膜)，这些深层土壤受到降雨持续冲刷或光照的可能性几乎为0。同时，前述研究均为定性老化，不能实现定量老化。综上可知，前述研究均难以准确、直观地反映修复后场地的稳定化修复长效性情况。

发明内容

[0005] 基于此，本发明提供一种能够准确、定量反映实际场地重金属土壤的稳定化修复长效性的污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置。

[0006] 本发明的第一方面，提供一种污染土壤修复长效性的加速试验方法，包括如下步骤：

[0007] S1：获取待测场地的土壤以及土壤特征信息，所述土壤特征信息包括pH值、氧化还原电位(Eh)值以及地层主控矿物种类；所述待测场地为稳定化处理后的污染场地；

[0008] S2：根据所述土壤特征信息设置场地微生态，于所述场地微生态的条件下驯养微生物群落，富集，制备微生物菌液；

[0009] S3：将所述微生物菌液注入所述土壤进行处理，处理结束后，收集土壤，将收集得到的土壤烘干后，检测重金属浸出率；

[0010] S4：重复步骤S3，获取重金属浸出率随注入次数的变化图，直至稳定化作用失效。

[0011] 在其中一个实施例中，步骤S3中，处理的过程中还包括注入有机酸溶液的步骤。

[0012] 在其中一个实施例中，步骤S3中，注入前，按照所述土壤特征信息中的pH值和氧化还原电位(Eh)值调节所述有机酸溶液的pH值和氧化还原电位(Eh)值。

[0013] 在其中一个实施例中，步骤S3中，所述有机酸溶液的注入的量为0～20000mg有机酸/kg土壤。

[0014] 在其中一个实施例中，步骤S2中，驯养的方式为液体培养，时间为7～21天；及/或[0015] 步骤S2中，富集的倍数为10～100倍；及/或

[0016] 步骤S3中，处理的时间为1～4天。

[0017] 在其中一个实施例中，步骤S1中，所述土壤与表层的距离为0.5m～10m；及/或[0018] 步骤S1中，所述待测场地的稳定化处理的深度为D，2m

[0019] 在其中一个实施例中，步骤S2中，所述场地微生态的设置包括培养基质的配伍、pH的调节以及氧化还原电位的调节；其中，所述培养基质的配伍如下表1所示：

[0020] 表1

[0021]

[0022]

[0023] 在其中一个实施例中，步骤S2中，驯养在微生物液体培养器中进行，所述微生物液体培养器的腔体中设置有若干隔板；所述隔板具有凹陷部，用于沉积地层主控矿物。

[0024] 在其中一个实施例中，步骤S3中，处理在生化老化柱中进行，所述土壤填充于所述生化老化柱的腔体内；优选地，所述土壤填充的高度与所述生化老化柱的最大内直径的比为(3～6)：1；

[0025] 所述生化老化柱的两端分别设有进液口和出液口，在由所述进液口向所述出液口延伸的方向上，所述生化老化柱在z高度处的内壁厚度为Sz， 式中，v为水的运动黏度，u0为所述微生物菌液或所述有机酸注入的速度， q为所述微生物菌液或3
所述有机酸注入的流量，单位为m/s，y为所述生化老化柱的最大内直径。

[0026] 本发明的第二方面，提供一种污染土壤修复长效性的加速试验装置，包括微生物液体培养器和生化老化柱；

[0027] 所述生化老化柱的两端分别设有进液口和出液口，在由所述进液口向所述出液口延伸的方向上，所述生化老化柱在z高度处的内壁厚度为Sz， 式中，v为水的运动黏度，u0为所述微生物菌液或所述有机酸注入的速度， q为所述微生物菌液或3
所述有机酸注入的流量，单位为m /s，y为所述生化老化柱的最大内直径；所述生化老化柱的腔体用于填充待测场地的土壤；

[0028] 所述微生物液体培养器经管道连通至所述生化老化柱的进液口，用于输送微生物菌液；所述微生物液体培养器的腔体中设置有若干隔板；所述隔板具有凹陷部，用于沉积待测场地的土壤的地层主控矿物；所述微生物液体培养器还设有第一控制器，所述第一控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位(Eh)值；

[0029] 可选地，还包括有机酸混合装置，所述有机酸混合装置经管道连通至所述生化老化柱的进液口，用于输送有机酸溶液；所述有机酸混合装置设有第二控制器，所述第二控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位(Eh)值。

[0030] 上述污染土壤修复长效性的加速试验方法，针对待测场地的土壤特征信息进行微生物驯养，并将其注入待测场地获取的土壤中进行加速老化试验，经过试验验证，能够更准确地模拟实际环境中稳定化后土壤的修复长效性，特别是能够准确反映深层土壤的修复长效性。同时，该加速试验方法耗时短，且还能够对修复过程进行定量化。

[0031] 进一步叠加有机酸进行加速老化，能够模拟不同深度的土壤，扩大方法的适用范围。

附图说明

[0032] 图1为本发明一实施例的污染土壤修复长效性的加速试验装置示意图；

[0033] 图2为本发明一实施例中微生物培养的原理示意图；

[0034] 图3为本发明一实施例中微生物液体培养器的结构示意图；

[0035] 图4为本发明一实施例中不同深度的土壤的pH规律示意图；

[0036] 图5为本发明一实施例中不同深度的土壤的Eh规律示意图；

[0037] 图6为本发明一实施例中生化老化柱的结构示意图；

[0038] 图7为本发明一实施例中有机酸混合装置的结构示意图；

[0039] 图8为本发明实施例1的加速试验得到的老化曲线；

[0040] 图9为本发明实施例2的加速试验得到的老化曲线。

具体实施方式

[0041] 以下结合具体实施例对本发明的污染土壤修复长效性的加速试验方法及装置作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。

[0042] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

[0043] 本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的可选范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。

[0044] 本文中，“一种或多种”指所列项目的任一种、任两种或任两种以上。

[0045] 本发明中，“第一方面”、“第二方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。

[0046] 本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

[0047] 本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

[0048] 本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相‑固相混合均指质量百分比，对于液相‑液相混合指体积百分比。

[0049] 本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。

[0050] 本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。

[0051] 可以理解地，本发明中的涉及液体培养的过程中，物料添加的“固液比”是指物料相对于液体培养基的质量比或质量百分比。

[0052] 本发明的提供一种污染土壤修复长效性的加速试验方法，包括如下步骤：

[0053] S1：获取待测场地的土壤以及土壤特征信息，土壤特征信息包括pH值、氧化还原电位(Eh)值以及地层主控矿物种类；可以理解地，该待测场地为稳定化处理后的污染场地；

[0054] S2：根据步骤S1获取的土壤特征信息设置场地微生态，于场地微生态的条件下驯养微生物群落，富集，制备微生物菌液；

[0055] S3：将步骤S2制备的微生物菌液注入待测场地获取的土壤中进行处理，处理结束后，收集土壤，将收集得到的土壤烘干后，检测重金属浸出率；

[0056] S4：重复步骤S3，获取重金属浸出率随注入次数的变化图，直至稳定化作用失效。

[0057] 具体地，步骤S1为待测物料和信息步骤。

[0058] 参见图1，可以在待测场地100的监测井101中设置pH‑ORP在线监测仪器，获取土壤的pH值和Eh值，并通过控制器传回至加速试验装置。同时还收集相应的土壤，通过场地调查获取地层主控矿物种类。此外，还可以获取稳定化药剂的组成、投加量等，以便试验记录。

[0059] 在其中一个示例中，步骤S1中，获取待测场地的土壤与表层的距离为0.5m～10m。

[0060] 在其中一个示例中，步骤S1中，待测场地的稳定化处理的深度为D，2

[0061] 具体地，步骤S2为微生物培养步骤。

[0062] 不作限制地，其原理如图2所示：(a)死去的微生物沉降、并吸附在主控矿物的内、外表面实现附着固定；(b)主控矿物同时也能吸附营养元素、从而降低微生物的生长速率；(c)活的微生物悬浮在液体中增殖。主控矿物的作用是：(d)使土壤微生物群落定向选择，模拟出与不同深度的实际地层最接近的群落结构；(e)通过吸附营养元素，降低微生物的生长速率，使其不至于长得过快跨过对数期达到衰老期。

[0063] 参见图1，将从待测场地100获取的信息传回至微生物液体培养器200。

[0064] 在其中一个示例中，微生物液体培养器200的腔体中设置有若干隔板201；隔板201具有凹陷部，用于沉积地层主控矿物。

[0065] 进一步地，参见图3，隔板201呈V字型，其夹角为90°，侧边的长度为c，开口的宽度为b， 高度为(1/2)b。V字型的夹角沟槽处为主控矿物沉积点，有利于微生物附着生长。可选地，c＝3cm～5cm。

[0066] 进一步地，参见图3，微生物液体培养器200的腔体的内宽度x为内长度的0.5～1.5倍。可选地，x＝20～30cm。若干隔板201分层布置于微生物液体培养器200的腔体中，且同一层的隔板201中第偶数个隔板201错层设置，可选地，错层设置后，第偶数个隔板形成的层与原层之间的距离h0＝0.5cm～1cm。可以理解地，x＝2a+nxb，a为距离微生物液体培养器200的腔壁最近的隔板201与腔壁之间的距离，nx为同一层中隔板201的总个数。可选地，a＝0.5cm～1cm。可选地，距离微生物液体培养器200的进料口最近的一层隔板与进料口之间的距离为h1＝(0.2～0.5)x。可选地，距离微生物液体培养器200的底部最近的一层隔板与底部之间的距离为h＝(0.2～0.3)x。可选地，隔板201的层数(包括错层)ny＝3～5。可选地，隔板201的材质可以采用如塑料。

[0067] 在其中一个示例中，微生物液体培养器200还设有第一控制器，第一控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位(Eh)值信息。

[0068] 可以理解地，微生物液体培养器200中的物料可以通过曝气实现混合。

[0069] 在其中一个示例中，步骤S2中，场地微生态的设置包括培养基质的配伍、pH的调节以及氧化还原电位的调节。

[0070] 其中，pH的调节通过加入盐酸和/或氢氧化钠进行。Eh的调节通过导入氧气(O2)和氮气(N2)进行。同时，pH和Eh可以通过pH/ORP电极进行监测。

[0071] 培养基质通过蠕动泵由微生物液体培养器200的进料口导入。待测场地的不同深度的土壤的培养基质的配伍，以及微生物群落中的优势菌种对应如下表2所示：

[0072] 表2

[0073]

[0074] 其中，1:1型黏土包括但不限于高岭石和蛇纹石中的一种或多种，2:1型黏土包括但不限于蒙脱石、海泡石和坡缕石中的一种或多种。MnOx中的x＝1～1.5，具体地，MnOx为MnO2、Mn2O3或二者的混合物。

[0075] 在其中一个示例中，步骤S2中，驯养的方式为液体培养，时间为7～21天。

[0076] 在其中一个示例中，步骤S2中，富集的倍数为10～100倍。富集倍数可以采用如浊度计进行监测。

[0077] 另外，分别通过对不同主控矿物、pH和Eh条件下的优势菌种进行研究，结果如下表3～5所示。

[0078] 表3不同主控矿物作用下的优势菌种

[0079]

[0080] 表4不同pH作用下的优势菌种

[0081]

[0082]

[0083] 表5不同Eh作用下的优势菌种

[0084]

[0085]

[0086] 分别通过对不同深度的土壤的pH和Eh规律进行研究，其结果如图4～5所示。

[0087] 综合表3～5和图4～5，可以对不同特征信息的土壤进行场地微生态的设置，均能够实现准确、定量的污染土壤修复长效性的加速老化试验。

[0088] 具体地，步骤S3为生化老化步骤。

[0089] 参见图1，将微生物液体培养器200培养得到的微生物菌液经管道由底部注入生化老化柱300。同时，将步骤S1中获取的土壤填充于生化老化柱300的腔体内。

[0090] 在其中一个示例中，参见图6，生化老化柱300的两端分别设有进液口301和出液口302，在由进液口301向出液口302延伸的方向上，生化老化柱300在z高度处的内壁303的厚度为Sz， 式中，v为水的运动黏度，u0为微生物菌液(或有机酸溶液，参见下
3
文)注入的速度， q为微生物菌液(或有机酸溶液)注入的流量，单位为m /s，y为生化老化柱的最大内直径。

[0091] 生化老化柱300的设计原理如下：

[0092] 生化老化柱300内液体的流动方向由压强控制。根据伯努利原理，流速大的地方压强小。生化老化柱300的出液口302截面积小于进液口301、压强小于进液口301，因此有利于微生物菌液(或有机酸溶液)推流向上，同时可以避免边界层分离。

[0093] 根据伯努利方程，对于不可压缩均质流体，ρ为常数，可得到下式(*)(此处的δ同Sz)：

[0094]

[0095] 假定层流边界层的流速分布和老化柱管流中的层流速度分布相同，即为：

[0096]

[0097] 式中，r0与r分别为老化柱内径与老化柱横截面与圆心的距离，老化柱中r0对应于边界层中的δ，r对应为(δ‑y)，umax对应为u0，u对应于uz，可将上式改写为[0098]

[0099] 或

[0100]

[0101] 由根据切应力与边界层厚度的关系式τ0＝τ0(δ)，符合牛顿内摩擦定律。而老化柱中的切应力y＝0，代入牛顿内摩擦定律可得：

[0102]

[0103] 式中，μ为流体的动力粘度，μ＝ρv。负号表示切应力和老化柱z轴方向相反。取绝对值整理简化后得：

[0104]

[0105] 上式说明τ0与δ成反比。将以上方程代入(*)式，得

[0106]

[0107] 可得：

[0108]

[0109] 积分得：

[0110]

[0111] 当z＝0，δ＝0，得C＝0

[0112]

[0113] 因 上式简化得

[0114]

[0115] 根据(**)式设计曲线、并通过3D打印等形式实现，即可得到生化老化柱300。

[0116] 在其中一个示例中，步骤S3中，注入微生物菌液后处理的时间为1～4天。

[0117] 在其中一个示例中，步骤S3中，生化老化柱300中，土壤填充的高度与生化老化柱300的最大内直径的比值为(3～6)：1。如此可以保证不产生优先流、使混合均匀。

[0118] 进一步地，在其中一个示例中，步骤S3在注入微生物菌液的同时，还包括步骤S31：注入有机酸溶液。

[0119] 参见图7，有机酸溶液在有机酸混合装置400中进行配置。有机酸混合装置400的结构基本同微生物液体培养器200，且在微生物液体培养器200的基础上于底部增设搅拌器401。其结构在此不再赘述。如此可以在微生物液体培养器200基础上进行改装，同时，隔板
201的存在可以促进酸液的充分混合。可选地，搅拌器401的搅拌桨的桨叶长度r＝5cm～
10cm。

[0120] 在其中一个示例中，有机酸溶液在注入前，需按照土壤特征信息中的pH值和Eh值调节其自身的pH值和Eh值。其中，pH的调节通过加入盐酸和/或氢氧化钠调节进行。Eh的调节通过导入氧气(O2)和氮气(N2)进行。同时，pH和Eh可以通过pH/ORP电极进行监测。

[0121] 在其中一个示例中，有机酸混合装置400还设有第二控制器，第二控制器用于接收待测场地的土壤的pH值和氧化还原电位(Eh)值信息。

[0122] 参见图1，将有机酸混合装置400制备得到的有机酸溶液经管道由底部注入生化老化柱300。

[0123] 在其中一个示例中，步骤S3中，有机酸溶液的注入的量为0～20000mg有机酸/kg土壤。可以理解地，注入的量为0时，即不加入有机酸溶液，对于近表层的土壤(土壤与表层的距离为0.5m～1m)优选为加入有机酸溶液，有机酸溶液的注入的量大于0且小于等于20000mg有机酸/kg土壤。

[0124] 在其中一个示例中，步骤S3中，当待测场地的土壤与表层的距离为0.5m～1m时，可注入有机酸溶液。

[0125] 可选地，有机酸的种类可为柠檬酸、草酸中的一种或多种。

[0126] 在其中一个示例中，步骤S3中，处理结束后，在收集土壤进行重金属浸出率的同时，还可以收集处理得到的液体，对液体中重金属的浓度、pH、Eh等进行检测，进一步对土壤中微生物群落与土壤修复之间的关联进行研究。

[0127] 进一步地，在其中一个示例中，适用于深层的土壤加速老化的场地微生态调控参数(超过这个pH和ORP范围不符合自然状态)：pH变化范围为2～12；ORP变化范围为‑550mV～+550mV；有机酸溶液的浓度为0～20000mg有机酸/kg土壤。

[0128] 不作限制地，重金属浸出率的检测方法可以采用本领域的传统方法，如硫酸硝酸法、水平振荡法、醋酸缓冲溶液法等。

[0129] 在其中一个示例中，待测场地的土壤的重金属类型选自铅、镉、铜、锌、砷、铬(六价)、汞、镍、锑和锰中的一种或多种。

[0130] 本发明的还提供一种污染土壤修复长效性的加速试验装置，包括微生物液体培养器200和生化老化柱300。微生物液体培养器200经管道连通至生化老化柱300的进液口，用于输送微生物菌液。

[0131] 进一步地，还包括有机酸混合装置400，有机酸混合装置400经管道连通至生化老化柱300的进液口，用于输送有机酸溶液。

[0132] 具体地，微生物液体培养器200、生化老化柱300和有机酸混合装置400的结构同前述内容，在此不再赘述。

[0133] 以下为具体的实施例。

[0134] 实施例1

[0135] 本实施例的测试对象为典型的铅镉污染场地，土壤铅浓度3510mg/kg，镉浓度86mg/kg，稳定化材料为石灰，投加量：0.5％wt(相对于土壤)，修复深度为4.5m。

[0136] 装置参数：

[0137] 微生物液体培养器中，c＝3cm，nx＝3，a＝1cm，x＝23.2cm，h＝2.5cm，h0＝1cm，ny＝3，h1＝6cm；

[0138] 生化老化柱中，y＝2cm，z＝10cm，q＝3×10‑5m3/s，v＝1.003×10‑6m2/s，土壤完全填充老化柱；上端、下端分别铺2层200目尼龙网防止土壤在菌液流的作用下喷出；

[0139] 有机酸混合装置中，r＝5cm，其余参数同微生物液体培养器。

[0140] 工艺步骤和参数：

[0141] 该典型铅镉复合污染场地为典型钢铁冶炼与加工制造场地，该场地初查与详查报告显示，表层土壤富含铁氧化物(XRF测试得到的Fe含量为2.5％)，但主控矿物仍为二氧化硅；激光粒度测试结果显示，深层土壤(土壤与表层的距离为3m)粘粒(<0.002mm)含量为55％，粉粒(0.002～0.05mm)含量为32％，砂粒(>0.05mm)含量为13％，可认为其主控矿物为粘土。经过小试与现场中试确定采用石灰作为稳定化材料。石灰能够有效提升土壤pH，从而实现铅、镉等多阳离子污染物的协同稳定化。将稳定化之后的土壤回填至原址，其上覆盖薄层粘土；粘土层之上覆盖30cm厚清洁土壤进行绿化回用。

[0142] 在稳定化修复材料投加后回填之前，取回30kg稳定化后的样品，作为加速老化的原始土壤(储备20kg，60℃烘干以限制微生物活动)，并将其在场地微生态的条件下驯养微生物群落(液体培养，固：液比为1:20，用鲜土)，富集，制备得到微生物菌液。具体地，液体培养分为两个平行实验，除1:20添加鲜土外、分别添加相对于表1所述固液比0.5％的铁铝混合矿物(FeOOH与Al(OH)3质量比为2:1)(A组，该组后续老化过程添加有机酸)，以及相对于表1所述固液比10％的混合黏土矿物(高岭石：蒙脱石＝1:2)(B组，该组后续老化过程不加有机酸)。

[0143] 场地微生态条件的确定：在稳定化区域建立监测井获取场地回填区3m深度处的pH和Eh信息，测得：pH为8.49，Eh为‑175mV。

[0144] 按照前述比例将取回的新鲜土壤与相应的矿物混合，放置在密封容器中振荡培养，采用牛肉膏蛋白胨作为全营养培养基(每1g牛肉膏蛋白胨加入20mL水配制液体培养基)，采用盐酸和氢氧化钠调节pH、采用双氧水和硫化钠调节Eh。培养14天，用浊度计测量得到富集倍数为85倍，得到菌液。将菌液用于上述场地取回并烘干后土壤的加速老化。菌液与土壤单批次混合时间为4天。菌液单次预先注入10个土壤空隙(PV)的用量(1PV＝16mL)(前9个PV浸润空隙，由于菌液是持续注入的、前9个空隙体积用量的溶液均排出系统；后一个PV实现菌液负载与老化处理)、使土壤被微生物菌液浸润；4天后将其排出，称为1次操作。共开展5组实验，每组分别在1、2、3、4、5次混合之后将土壤样品取出。

[0145] B组按照前述步骤进行，A组按照前述步骤进行的同时，在生化老化前加入有机酸(10000mg柠檬酸/kg土壤)。投加步骤：向生化老化柱中承装的土壤中按照质量比为1％的掺量投加柠檬酸固体粉末，然后加入1PV的去离子水使其溶解，搅拌达到均匀。随后按照上述步骤注入菌液。

[0146] 同时定期采用土壤取样器钻孔取样得到不同深度的样品(表6)，将采集得到的土壤样品带回实验室烘干研磨过筛后开展浸出实验，并与加速老化结果进行比较。

[0147] 土壤有效态重金属的浸出率根据TCLP法得出(用pH＝2.88的醋酸溶液，以1:20的固液比振荡18h，测试浸出液浓度)。

[0148] 生化老化方法得到的老化曲线如图8所示。

[0149] 实施例2

[0150] 本实施例的测试对象为典型的六价铬污染场地，土壤六价铬浓度129mg/kg，稳定化材料为硫酸亚铁，投加量：1％wt(相对于土壤)，修复深度为4.5m。

[0151] 装置参数：

[0152] 微生物液体培养器中，c＝3cm，nx＝3，a＝1cm，x＝23.2cm，h＝2.5cm，h0＝1cm，ny＝3，h1＝6cm；

[0153] 生化老化柱中，y＝2cm，z＝10cm，q＝3×10‑5m3/s，v＝1.003×10‑6m2/s，土壤完全填充老化柱；上端、下端分别铺2层200目尼龙网防止土壤在菌液流的作用下喷出；

[0154] 有机酸混合装置中，r＝5cm，其余参数同微生物液体培养器。

[0155] 工艺步骤和参数：

[0156] 该典型六价铬污染场地为电镀厂地，经过小试与中试，采用硫酸亚铁进行修复。硫酸亚铁具有良好的还原性，能够通过将六价铬还原为三价铬、实现污染物的长效稳定化。该场地以原位注入硫酸亚铁的方式进行修复。在稳定化修复材料投加后2m深度(此时表层、深层环境差异较小)取回30kg稳定化后的样品，作为加速老化的原始土壤(储备20kg，60℃烘干以限制微生物活动)，并将其在场地微生态的条件下驯养微生物群落(液体培养，固：液比为1:20，用鲜土)，富集，制备得到微生物菌液。具体地，液体培养分为两个平行实验，除1:20添加鲜土外、分别添加相对于表1所述固液比1％的铁铝混合矿物(FeOOH与Al(OH)3质量比为3:1)(C组，该组后续老化过程添加有机酸)，以及相对于表1所述固液比2％的质量比为5:1的SiO2与MnO2的混合物(D组，该组后续老化过程不加有机酸)。

[0157] 场地微生态条件的确定：在稳定化区域建立监测井获取场地2m深度处的pH和Eh信息，测得：pH为6.93，Eh为‑230mV。

[0158] 按照前述比例将取回的新鲜土壤与相应的矿物混合，放置在密封容器中振荡培养，采用牛肉膏蛋白胨作为全营养培养基(每1g牛肉膏蛋白胨加入20mL水配制液体培养基)，采用盐酸和氢氧化钠调节pH、采用双氧水和硫化钠调节Eh。培养14天，用浊度计测量得到富集倍数为67倍，得到菌液。将菌液用于加速老化。菌液与土壤单批次混合时间为2天。菌液单次预先注入10个土壤空隙(PV)的用量(1PV＝16mL)(前9个PV浸润空隙，由于菌液是持续注入的、前9个空隙体积用量的溶液均排出系统；后一个PV实现菌液负载与老化处理)、使土壤被微生物菌液浸润；4天后将其排出，称为1次操作。共开展5组实验，每组分别在1、2、3、4、5次混合之后将土壤样品取出。

[0159] D组按照前述步骤进行，C组按照前述步骤进行的同时，在生化老化前加入有机酸(20000mg草酸/kg土壤)。投加步骤：向生化老化柱中承装的土壤中按照质量比为1％的掺量投加草酸固体粉末，然后加入1PV的去离子水使其溶解，搅拌达到均匀。随后按照上述步骤注入菌液。

[0160] 土壤有效态重金属的浸出率根据TCLP法得出(用pH＝2.88的醋酸溶液，以1:20的固液比振荡18h，测试浸出液浓度)。

[0161] 生化老化方法得到的老化曲线如图9所示。

[0162] 结果验证：

[0163] 针对实施例1的同一测试对象，同步进行真实自然环境中的铅镉污染场地的修复长效性检测。采用TCLP法进行分析，发现在稳定化伊始(t＝0)、稳定化4个月、稳定化8个月和稳定化1年的有效态含量分别如下表6所示。

[0164] 表6

[0165]

[0166]

[0167] 与实施例1的老化曲线图8进行比对可知，实施例1中一次循环的作用约等于自然界4个月的老化过程，自然状况下镉铅浸出性的增加趋势与加速老化模拟情形下一致。用铁铝混合矿物培养微生物并添加有机酸能够很好地模拟自然条件下0.5m处的老化规律；用混合黏土矿物培养微生物并不添加有机酸能够很好地模拟自然条件下3m处的老化规律。

[0168] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0169] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。