关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究

精品WORD文档下载可编缉使用关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究本文关键词：菱镁矿，粉末状，土壤污染，石膏，修复关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究本文简介：摘要：菱镁矿在煅烧制备氧化镁过程中产生大量的氧化镁粉尘，降落到土壤表面容易形成土壤结皮，降低土壤孔隙度，减弱土壤渗透速率。采用土柱淋洗方式在室内模拟氧化镁粉尘对土壤的渗透性影响及修复过程。向土柱中的土壤加入氧化镁粉尘模拟自然条件下氧化镁粉尘对土壤渗透速率影响；以石膏作为改良剂通过与氧化镁粉尘及土壤混关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究本文内容：摘要：菱镁矿在煅烧制备氧化镁过程中产生大量的氧化镁粉尘，降落到土壤表面容易形成土壤结皮，降低土壤孔隙度，减弱土壤渗透速率。采用土柱淋洗方式在室内模拟氧化镁粉尘对土壤的渗透性影响及修复过程。向土柱中的土壤加入氧化镁粉尘精品WORD文档下载可编缉使用模拟自然条件下氧化镁粉尘对土壤渗透速率影响；以石膏作为改良剂通过与氧化镁粉尘及土壤混合考察石膏修复氧化镁粉尘污染土壤的效果，并用扫描电镜观察石膏作用前后土壤表面形态变化。结果表明：空白对照组土壤两次淋洗后渗透速率稳定在0.367mm·min-1;加入氧化镁粉尘后土壤渗透速率降低至0.214mm·min-1,氧化镁粉尘污染土壤渗透速率显着降低（P<0.05）;加入石膏和氧化镁粉尘的土柱经两次淋洗后土壤渗透速率稳定在0.425mm·min-1,与氧化镁粉尘污染土壤相比，加入石膏后土壤渗透速率显着提高（P<0.05）;扫描电镜图显示，加入石膏后土壤表面呈网状结构，土壤表面的孔隙度及稳定性提高，有利于改善土壤渗透性能。关键词：菱镁矿区；土壤结皮；渗透速率；石膏；ExperimentalstudyonsoilpollutionandrestorationinmagnesiteareaAbstract:Magnesiumoxidedustsproducedduringcalcinationfalltothesoilsurfaceandeasilyformmagnesiansoilcrustinmagnesiteminingarea,whichwouldreducesoilporosity,weakensoilinfiltrationrate,andbeharmfultosoilquality.Usingasoilcolumn精品WORD文档下载可编缉使用leachingdevice,anexperimentwascarriedouttoexaminetheinfluenceofmagnesiumoxidedustonsoilinfiltrationandtheprocessesofsoilremediation.Soilcrustwasformedbyaddingmagnesiumoxidedusttothesoilcolumn,gypsumwasusedasamodifiertoinhibittheformationofcrusts,andthemorphologicalchangesofsoilcrustswereobservedbyscanningelectronmicroscope（SEM）.Theresultsshowedthatthecontrolgroupafterleachingfortwotimes,thesoilinfiltrationratewasstableat0.367mm·min-1.Afteraddingmagnesiumoxidetothesoil,thesoilinfiltrationratewassignificantlydecreasedto0.214mm·min-1.Whengypsumandmagnesiumoxidewerecombinedaddedintosoilcolumn,thesoilinfiltrationratewasstableat0.425mm·min-1afterleachingfortwotimes,suggestingthatthesoilinfiltrationrateincreasedsignificantlyaftergypsumadditioncomparedtothatcontaminatedbymagnesiumoxidedust.TheSEMdiagramshowedthatthesoilsurfaceafteraddinggypsumexhibitedareticularstructureandthattheporosityandstabilityofthesoilsurfacewereimproved,whichwouldincreasethepermeabilityofthesoil.精品WORD文档下载可编缉使用Keyword:magnesiteminingarea;soilcrust;penetrationrate;gypsum;辽宁海城地区拥有丰富的菱镁矿资源，矿产资源给当地带来经济收益的同时也造成了严重的环境污染。菱镁矿在煅烧窑中高温煅烧过程中会产生大量的氧化镁粉尘，造成矿区周围土壤污染问题较严重（朱京海等，2021;方玥蒙，2021）.氧化镁粉尘降落至矿区周围土壤表面，自然条件下形成一层结皮，降低当地的土壤质量（郭芳，1997）.在一些典型的菱镁矿开发利用区域每年产生的含镁粉尘多达14万t,矿区周围的土壤表层积累大量的粉尘在自然条件下形成坚硬致密的镁质土壤结皮，厚度最后可达10cm（Kautzetal.,2001）.氧化镁粉尘不仅可以在土壤表面形成土壤结皮，对海城菱镁矿区的某块废弃地调查研究发现，土壤偏碱性较为严重，且随着距离矿区越近土壤的pH越大，该地区土壤被菱镁矿粉尘污染后pH为8.48~10.08,未被污染的土壤pH为7.67（杨丹等，2021）.镁粉尘污染土壤不仅影响农作物产量，在污染严重区，只有少部分的灌木和幼松树存活（Ramanetal.,1993;Kautzetal.,2001）.精品WORD文档下载可编缉使用菱镁矿矿区污染土壤修复的方法主要包括物理修复、生物修复和化学修复。物理修复主要以更换土壤为主，例如，刘绮等（1998）建议客土、翻土等物理方法修复镁质污染土壤。客土目的是改善土壤中镁的空间分布、降低镁含量，减弱和消除对土壤的污染。但是，海城地区矿区周围土壤污染面积较大，采用物理修复方法其修复费用较高，而且该方法仅适用于重度污染且修复迫切地点和污染程度较轻的农田。生物修复主要是以植物修复为主，通过在菱镁矿区土壤上种植耐碱及耐镁离子植物而改善土壤理化性质。王泓泉等（2021）研究了羊草、披碱草、剪股颖和碱茅对菱镁矿区镁粉尘污染土壤的修复效果时发现在被镁粉尘轻度污染的土壤中4种植物对土壤镁的去除能力较好。方英等（2021）研究了芒颖大麦草对菱镁矿粉尘污染土壤适应性时发现，芒颖大麦草可在高浓度的含镁土壤中存活，其可以作为菱镁矿区污染土壤植被恢复中重要的一种绿色植物。但是，与物理修复及化学修复相比，生物修复周期长，见效慢。化学修复是通过加入土壤修复药剂改善土壤性质及结构。聚丙烯酰胺被认为是良好的土壤改良剂，大量研究表明，聚丙烯酰胺能保持土壤的结构防止分解，提高土壤的渗透速率（Benetal.,1997;Greenetal.,2004）.但是聚丙烯酰胺的用量和使用方法需要严格控制，使用不当会增加水的粘性，阻碍水流下渗，进而降低土壤渗透精品WORD文档下载可编缉使用速率（Ajwaetal.,2006;Sojkaetal.,2007）.张心昱等（2006）研究磷石膏和猪粪混合施入污染土壤中发现，不仅能降低土壤的pH值，还增加了水溶性钙镁比的值，改良后的土壤对植物的营养供给更好，张立军等（1995）也证明，施加磷石膏使得镁污染土壤中玉米的发育状况也有所改善。杨丹（2021）利用糠醛渣和磷石膏混合修复菱镁矿区污染土壤，发现二者加入污染土壤后可降低土壤pH,促进植被恢复。本研究采用土柱作为试验淋洗装置，以洁净土壤进行淋洗试验作为空白对照组；向土壤中添加定量的氧化镁粉尘后在相同条件下进行淋洗试验模拟矿区土壤被氧化镁粉尘污染后土壤渗透性变化；在洁净土壤中同时加入定量的石膏与氧化镁粉尘后进行淋洗试验考察石膏对氧化镁粉尘污染土壤渗透性能的改良作用。通过扫面电镜观察加入石膏前后镁质土壤结皮表面的结构变化表征改良效果，为菱镁矿区镁质土壤结皮修复提供依据。1、材料与方法1.1试剂与仪器精品WORD文档下载可编缉使用石膏，北京红星化工厂，粉末状；供试的镁粉尘为海城总厂生产的轻烧氧化镁粉尘，氧化镁含量为97%,粒径大小约为5μm.扫描电镜（SEM:S-3400,RigakuCorporation）;pH测试仪（上海雷磁PHS-3C酸度计）1.2清洁土壤样品试验土壤样品采自海城市梨树村农田土壤（0~15cm）表层土，将土壤样品于室内自然风干后过2mm尼龙筛获得小于2mm的土壤颗粒备用，测得土壤的理化性质如表1所示。1.3淋洗试验土柱淋洗是测定土壤渗透速率常用的方法，在土柱最底部铺上一层石英，上层均匀铺垫300g未被污染的清洁土壤，最顶层铺垫5g氧化镁和100g土及4g石膏的混合物，同时以400g清洁土壤在相同条件下淋洗作为对照组。土柱内径5cm,土壤填充高度约15cm,土壤容重约1.36g·cm-3.将土柱用蒸馏水浸泡8h后进行土壤淋洗试验，初次淋洗结束后将土柱自然晾干两周后进行第二次淋洗试验，精品WORD文档下载可编缉使用每组实验设置3个平行。试验过程保持土柱上方水头稳定，防止因水压不同造成渗透速率波动，影响试验结果。1.4土壤渗透速率测定土壤的渗透速率利用如下公式计算（AL-Kayssi,2021）:i=Vp·（tp·A）-1式中，i为土壤渗透速率，Vp为间隔时间内土柱渗透出来的水量（mm3）,tp为间隔时间（min）,A为承接土柱底部渗透水容器的底面积（mm2）.1.5土壤结皮样品检测利用扫描电镜观察土壤中加入石膏淋洗后土壤表面结构变化。将土壤结皮取下用滤纸包好后室温自然风干12h,用竹刀将结皮下部土壤刮下后再用分析纯乙醇进行冲洗至表面颗粒不能被洗下，制成表面积为1cm2大小的长方体样品自然风干24h.将结皮样品放在铝管中，在其表面铺上金粉，通精品WORD文档下载可编缉使用过环境扫描电子显微镜观察结皮的形态和微观结构。1.6数据处理每组试验设置3组平行，试验数据采用3组数据平均值。试验数据采用SPSS16.0统计分析，土壤渗透速率因加入氧化镁及石膏而产生差异采用多重比较LSD法比较差异显着性（显着性水平为0.05）.Origin8.0进行作图和模型拟合。2、结果与分析2.1清洁土壤渗透速率变化规律空白对照组土壤经过淋洗后渗透速率变化如图1所示。两次淋洗试验土壤渗透速率变化趋势大致相同：淋洗初期土壤渗透速率下降速度较为快速，径流稳定后最初短时间内，土壤的渗透速率不断降低，然后逐步趋于稳定并达到最小渗透速率。当淋洗时间超过15min时土壤渗透速率逐渐趋于稳定。其中第一次淋洗土壤渗透速率稳定时为0.469mm·min-1,和第一次淋洗相比，第二次淋洗时土壤的渗透速率明显降低，第二次淋洗后土壤渗透速率最终稳定在0.367mm·min-1.和初次淋洗不同的是，第二次淋洗精品WORD文档下载可编缉使用渗透速率达到稳定时所用时间更短。2.2氧化镁粉尘对土壤渗透速率影响在土壤中加入氧化镁粉末后在淋洗初期土壤结皮尚未形成，因而渗透速率较大。初次淋洗时前10min淋洗速率从0.544mm·min-1降至0.408mm·min-1,淋洗时间超过10min后土壤渗透速率下降趋势逐渐变缓，到70min时土壤渗透速率逐渐稳定在0.346mm·min-1.在土柱自然风干两周后进行第