复合改良剂对粉煤灰土壤的改良效应研究.pdf
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1、复合改良剂对粉煤灰土壤的改良效应研究李昉泽1,黄占斌2,毋振庆3,门姝慧4,刘洪超5(1.矿冶科技集团有限公司,北京 100160;2.中国矿业大学(北京),北京 100083;3.柏美迪康环境科技(上海)股份有限公司,上海 200333;4.中国环境科学研究院,北京 100012;5.华北地质勘查局综合普查大队,河北 廊坊 065201)摘 要:针对粉煤灰土地利用中存在土壤结构差、水肥保持力弱和利用率低及重金属超标等问题,研究以腐植酸(HA)、高分子保水剂(SAP)、沸石粉(ZL)和黑矾(FE)为原材料的粉煤灰土壤改良材料,配施不同厚度的黄壤土;通过在河北涉县粉煤灰地土壤进行添加生黄土优化用
2、量试验,研究改良材料施用后,粉煤灰土壤的物理、化学和微生物等指标的变化情况,探索粉煤灰土壤改良的机理。研究结果表明,粉煤灰地土壤添加生黄土改良后,玉米籽粒产量较无客土和改良剂的对照增加 94.54%。同时,可有效改良土壤物理结构,提高化学养分。最优组合为添加 20%生黄土和 13.5 t/hm2复合材料。对粉煤灰和客土应用及粉煤灰地改良有一定参考意义。关键词:粉煤灰;土壤改良;腐植酸;高分子保水剂;沸石粉;黑矾中图分类号:TQ536.4 文献标识码:A 文章编号:1005-8397(2023)07-0093-06Study on the improvement and application
3、of composite materials to the fly ash with loessLI Fang-ze1,HUANG Zhan-bin2,WU Zhen-qing3,MEN Shu-hui4,LIU Hong-chao5(1.BGRIMM Technology Group,Beijing,100160,China;2.China University of Mining&Technology(Beijing),Beijing 100083,China;3.Eco-Development Research Center,BioMintec Environment(Shanghai)
4、Co.Ltd.(BME),Shanghai 200333,China;4.Chinese ResearchAcademy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China;5.HebeiHuanan Geological Exploration Co.,LTD,Langfang,Heibei 065201,China)Abstract:With the continuous mining and burning of coal,a large number offly ash was produced.In this study,humic acid
5、(HA),super absorbent polymer(SAP),zeolite powder(ZL)and alum(FE)were used as fly ash soil improvement materials,and loess of different thickness was applied in the fly ash soil of Shexian county,Hebei Province.The soil physical and chemical indexes of fly ash soil were studied after application of i
6、mproved materials,and the mechanism of fly ash soil improvement was explored.The results showed that the grain yield of corn increased by 94.54%compared with that of the control group without passenger soil and conditioner.At the same time,it can effectively improve soil physical structure and chemi
7、cal nutrients.The optimal combination was 20%raw loess and 13.5 t/hm2 composite material.This study has reference significance for soil conversion and improvement of fly ash soil.Keywords:fly ash;soil improvement;humic acid;polymer water retaining agent;zeolite powder;black alum收稿日期:2023-05-04 DOI:1
8、0.16200/ki.11-2627/td.2023.07.022基金项目:矿冶科技集团有限公司青年科技创新基金(04-2204)作者简介:李昉泽(1990),男,甘肃兰州人,2021 年毕业于中国矿业大学(北京)环境工程专业,工学博士,矿冶科技集团有限公司工程师。引用格式:李昉泽,黄占斌,毋振庆,等.复合改良剂对粉煤灰土壤的改良效应研究 J.煤炭加工与综合利用,2023(7):93-98.自 1986 年以来,我国一直是世界最大的煤炭消费国。19782012 年,我国的煤炭总消费量从 5.66 亿 t 增加到 35.4 亿 t,年均增长率为5.38%1。在燃煤过程中,会产生 2 种污染物:固
9、体污染物和气态污染物。固体污染物主要包括灰分和矿渣。粉煤灰即是通过在火力发电厂燃烧39煤炭加工与综合利用No.7,2023 COAL PROCESSING&COMPREHENSIVE UTILIZATION 煤炭的过程中从除尘器收集细灰获得的固体废物,属于灰分。随着煤炭的不断开采和燃烧,产生了大量的煤粉煤灰,自 2015 年以来,我国的粉煤灰产量已增至 5.8 亿 t2。结合粉煤灰的性能和质量,多领域已在回用大量的粉煤灰,使这种固废得以回收利用,例如,在煤层开采沉陷中代替黄沙回填,混合原料生产水泥以及从废水中去除染料作为吸收剂,由于其高有机质含量,可以用作土壤改良剂3-6。尽管粉煤灰可以改善土
10、壤结构,提高土壤肥力,并在调节土壤环境中发挥重要作用,但是纯用粉煤灰会导致 2 个问题:纯粉煤灰地会恶化某些“土壤”容量和特性(例如土壤存储水能力和养分特性);粉煤灰地中含有一些重金属,在土壤中使用会导致地下水或土壤的污染。同时,在一些地区,例如,河北省邯郸市的涉县部分地区,粉煤灰被用于客土回填于当地耕作土壤表层。有 223 hm2的农田直接使用粉煤灰为作物土壤,并且已被种植用于农业生产 20 多年。实际上,粉煤灰土地的经济产量非常低,土壤养分、水分易流失。因此,针对粉煤灰土地利用中存在土壤结构差、水肥保持力弱和利用率低及重金属超标等问题,重点拟解决粉煤灰地拌生黄土改良措施中的生土熟化问题。研
11、究采用客土技术改善粉煤灰土壤物理结构,同时通过添加不同用量的复合材料作为土壤改良剂,分析复合材料对粉煤灰地拌生黄土的改良效果,特别是对土壤理化性能和土壤微生物、作物生长和经济产量的影响。在河北省邯郸市涉县粉煤灰地开展了田间试验,为复合材料的实际推广应用提供参考,也为当地粉煤灰土地的开发和利用提供技术支撑。1 材料与方法1.1 试验地概况实验区位于河北省涉县清间河流域,庄上连泉村一带,距县城 10 km(北纬 362945363045,东经 1134240 1134350)。由于历史气候原因,导致 30 a 前当地农田水土流失,当地曾将周围发电厂的粉煤灰回填于耕地。前期调查显示,粉煤灰土层的范围
12、为表层 040 cm。庄上联泉地区农作物直接种植在粉煤灰土地上,单产很低,作物的抗旱性性差,重金属中的 Pb含量高于当地土壤(如表 1,FS)。表 1 生土的理化性质样品pH碱解 N/(mgkg-1)速效 P/(mgkg-1)速效 K/(mgkg-1)TN/(gkg-1)TP/(gkg-1)TK/(gkg-1)OM/(gkg-1)Pb/(mgkg-1)Cd/(mgkg-1)Hg/(mgkg-1)CS7.8744.1332.1381.851.090.240.966.0426.500.160.003FS7.5660.5044.20220.01.360.791.6510.3446.400.130.0
13、30 注:CS 为客土,FS 为试验地土壤。1.2 试验材料G1 改良剂,主要成分为:腐植酸(HA,纯度大于 70%),高分子保水剂(SAP 由线性阴离子聚丙烯酰胺组成,纯度大于 99%),沸石粉(ZL,200 目,纯度大于 90%),黑矾(FE,主要成分为 FeSO47H2O,纯度大于 90%)。试验大田土壤基本农化性状见表 1,FS。总体 pH 微偏碱,速效养分(N、P、K)偏低。尽管有机质含量适中,但因为是粉煤灰质地,组成比较简单,主要矿物相为石英、相变矿物 Al2O3-SiO2二元体系莫来石。有机组分主要为未燃尽的炭粒,几乎没有腐殖质,所以对土壤团粒结构效应非常低。所用客土为当地黄壤生
14、土,性质见表 1,CS。黄土颗粒之间结合不紧,孔隙度 40%50%。颗粒组成为:黏粒(小于 0.002 mm)、粉粒(0.0020.05 mm)和砂粒(大于 0.05 mm),各粒级组分为 24.63%、55.61%和 19.76%。1.3 试验设计试验共设计 9 种处理方案,其中包括 1 组对照(不添加土壤和改良剂)和 8 种覆有 10%40%生土(通过表层 020 cm 土壤容重换算为质量;生土为当地山体黄壤土,CS,理化特性如表 1 所示)和改良剂 G1 的土壤。分别在 020 cm 表层土壤中施以 4.5 t/hm2、9.0 t/hm2、13.5 t/hm2和 18.0 t/hm2 G
15、1 改良剂,所有处理还添加了化学肥料 1.8 t/hm2(N:P205:K2O=18:9:9),具体试验设计见表 2。选取当地一块 31.5m22m的田地为实验地,并将其平均分成 9 个部分49 煤炭加工与综合利用2023 年第 7 期(3.5m2m,在每块土地之间留 50 cm 作为通道)。添加生土和土壤改良剂 G1 后种植玉米种子(苏丹 20 号,由河南省郡县农业科学研究所生产)。按照行距 40cm30cm(8 株/m2)种植玉米。收获后测定玉米质量及粉煤灰表层土壤理化性质变化情况。表 2 试验设计处理A0A1A2A3A4A5A6A7A8客土/%0010304020202020G1/(th
16、m-2)013.513.513.513.513.54.59.018.01.4 测定指标与方法碱解 N 是通过碱解扩散法(UV-1100 分光光度计)测定。总 N 使用 SKD-1000 微型凯氏定氮仪测定。使用 NaHCO3萃取钼锑比色法测量速效P。使用玻璃电极法(NY/T 13772007)测定土壤 pH。用火焰光度计(BDN900 火焰光度计)分别测定速效 K 和总 K。用重铬酸钾氧化滴定法测定土壤有机质。土壤样品的团聚体分布通过湿筛法利用团聚体分析仪确定。用环刀法测定土壤容重。使用比重瓶法测得土壤比重。土壤孔隙度使用以下公式计算:孔隙度=(1-容重/比重)100。1.5 数据处理使用 S
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