【精选】关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究精选

1、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，降落到土壤外表容易构成土壤结皮，降低土壤孔隙度，减弱土壤浸透速率。采纳土柱淋洗方式在室内模仿氧化镁粉尘对土壤的浸透性阻碍及修复过程。向土柱中的土壤参加氧化镁粉尘模仿自然条件下氧化镁粉尘对土壤浸透速率阻碍；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， 降落到土壤外表

2、容易构成土壤结皮， 降低土壤孔隙度， 减弱土壤浸透速率。采纳土柱淋洗方式在室内模仿氧化镁粉尘对土壤的浸透性阻碍及修复过程。向土柱中的土壤参加氧化镁粉尘模仿自然条件下氧化镁粉尘对土壤浸透速率阻碍；以石膏作为改良剂通过与氧化镁粉尘及土壤混合调查石膏修复氧化镁粉尘污染土壤的效果， 并用电镜观察石膏作用前后土壤外表形态变化。结果说明：空白对照组土壤两次淋洗后浸透速率稳定在0.367 mmmin-1;参加氧化镁粉尘后土壤浸透速率降低至0.214 mmmin-1, 氧化镁粉尘污染土壤浸透速率显着降低 （plt;0.05） ;参加石膏和氧化镁粉尘的土柱经两次淋洗后土壤浸透速率稳定在0.425 mmmin-1

3、, 与氧化镁粉尘污染土壤相比， 参加石膏后土壤浸透速率显着提高 （plt;0.05） ;电镜图显示， 参加石膏后土壤外表呈网状构造， 土壤外表的孔隙度及稳定性提高， 有利于改善土壤浸透功能。关键词：菱镁矿区； 土壤结皮； 浸透速率； 石膏；experimental study on soil pollution and restoration in magnesite areaabstract:magnesium oxide dusts produced during calcination fall to the soil surface and easily form magnesian

4、soil crust in magnesite mining area, which would reduce soil porosity, weaken soil infiltration rate, and be harmful to soil quality. using a soil column leaching device, an experiment was carried out to examine the influence of magnesium oxide dust on soil infiltration and the processes of soil rem

5、ediation. soil crust was formed by adding magnesium oxide dust to the soil column, gypsum was used as a modifier to inhibit the formation of crusts, and the morphological changes of soil crusts were observed by scanning electron microscope （ sem） . the results showed that the control group after lea

6、ching for two times, the soil infiltration rate was stable at 0.367 mmmin-1. after adding magnesium oxide to the soil, the soil infiltration rate was significantly decreased to 0. 214 mm min-1. when gypsum and magnesium oxide were combined added into soil column, the soil infiltration rate was stabl

7、e at 0.425 mmmin-1 after leaching for two times, suggesting that the soil infiltration rate increased significantly after gypsum addition compared to that contaminated by magnesium oxide dust. the sem diagram showed that the soil surface after adding gypsum exhibited a reticular structure and that t

8、he porosity and stability of the soil surface were improved, which would increase the permeability of the soil.keyword:magnesite mining area; soil crust; penetration rate; 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峻的环境污染。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， 造成矿区四周土壤污染征询题较严峻 （朱京海等， 2013;方玥蒙， 2016） .氧化镁粉尘降

9、落至矿区四周土壤外表， 自然条件下构成一层结皮， 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, 矿区四周的土壤表层积累大量的粉尘在自然条件下构成坚硬致密的镁质土壤结皮， 厚度最后可达10 cm （kautz et al., 2001） .氧化镁粉尘不仅能够在土壤外表构成土壤结皮， 对海城菱镁矿区的某块废弃地调查研究觉察， 土壤偏碱性较为严峻， 且随着间隔矿区越近土壤的p h越大， 该地区土壤被菱镁矿粉尘污染后p h为8.4810.08, 未被污染的土壤p h为7.67 （杨丹等， 2010） .镁粉尘污染土壤不仅阻碍农作物产量， 在

10、污染严峻区， 只有少部分的灌木和幼松树存活 （raman et al., 1993;kautz et al., 2001） .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， 海城地区矿区四周土壤污染面积较大， 采纳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。

11、王泓泉等 （2014） 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如今被镁粉尘轻度污染的土壤中4种植物对土壤镁的去除才能较好。方英等 （2012） 研究了芒颖大麦草对菱镁矿粉尘污染土壤习惯性时觉察， 芒颖大麦草可在高浓度的含镁土壤中存活， 其能够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。化学修复是通过参加土壤修复药剂改善土壤性质及构造。聚丙烯酰胺被认为是良好的土壤改良剂， 大量研究说明， 聚丙烯酰胺能保持土壤的构造防止分解， 提高土壤的浸透速率 （ben et al., 1997;green et

12、 al., 2004） .但是聚丙烯酰胺的用量和使用方法需要严格操纵， 使用不当会增加水的粘性， 阻碍水流下渗， 进而降低土壤浸透速率 （ajwa et al., 2006;sojka et al., 2007） .张心昱等 （2006） 研究磷石膏和猪粪混合施入污染土壤中觉察， 不仅能降低土壤的p h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应更好， 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情况也有所改善。杨丹 （2017） 利用糠醛渣和磷石膏混合修复菱镁矿区污染土壤， 觉察二者参加污染土壤后可降低土壤p h, 促进植被恢复。本研究采纳土柱作为

13、试验淋洗装置， 以干净土壤进展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一样条件下进展淋洗试验模仿矿区土壤被氧化镁粉尘污染后土壤浸透性变化；在干净土壤中同时参加定量的石膏与氧化镁粉尘后进展淋洗试验调查石膏对氧化镁粉尘污染土壤浸透功能的改良作用。通过扫面电镜观察参加石膏前后镁质土壤结皮外表的构造变化表征改良效果， 为菱镁矿区镁质土壤结皮修复提供按照。1、材料与方法1.1 试剂与仪器石膏， 北京红星化工厂， 粉末状；供试的镁粉尘为海城总厂消费的轻烧氧化镁粉尘， 氧化镁含量为97%, 粒径大小约为5mu;m.电镜 （sem:s-3400, rigaku corporation） ;p

14、h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 （015 cm） 表层土， 将土壤样品于室内自然风干后过2 mm尼龙筛获得小于2 mm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浸透速率常用的方法， 在土柱最底部铺上一层石英， 上层均匀铺垫300 g未被污染的清洁土壤， 最顶层铺垫5 g氧化镁和100 g土及4 g石膏的混合物， 同时以400 g清洁土壤在一样条件下淋洗作为对照组。土柱内径5 cm, 土壤填充高度约15 cm, 土壤容重约1.36 gcm-3.将土柱用蒸馏水浸泡8 h后进展土壤淋洗试验， 初

15、次淋洗完毕后将土柱自然晾干两周后进展第二次淋洗试验， 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浸透速率波动， 阻碍试验结果。1.4 土壤浸透速率测定土壤的浸透速率利用如下公式计算 （al-kayssi, 2016） :i=vp （tpa） -1式中， i为土壤浸透速率， vp为间隔时间内土柱浸显露出来的水量 （mm3） , tp为间隔时间 （min） , a为承接土柱底部浸透水容器的底面积 （mm2） .1.5 土壤结皮样品检测利用电镜观察土壤中参加石膏淋洗后土壤外表构造变化。将土壤结皮取下用滤纸包好后室温自然风干12 h, 用竹刀将结皮下部土壤刮下后再用分析纯

16、乙醇进展冲洗至外表颗粒不能被洗下， 制成外表积为1 cm2大小的长方体样品自然风干24 h.将结皮样品放在铝管中， 在其外表铺上金粉， 通过环境电子显微镜观察结皮的形态和微观构造。1.6 数据处理每组试验设置3组平行， 试验数据采纳3组数据平均值。试验数据采纳spss 16.0统计分析， 土壤浸透速率因参加氧化镁及石膏而产生差异采纳多重比拟lsd法比拟差异显着性 （显着性水平为0.05） .origin 8.0进展作图和模型拟合。2、结果与分析2.1 清洁土壤浸透速率变化规律空白对照组土壤通过淋洗后浸透速率变化如图1所示。两次淋洗试验土壤浸透速率变化趋势大致一样：淋洗初期土壤浸透速率下降速度较

17、为快速， 径流稳定后最初短时间内， 土壤的浸透速率不断降低， 然后逐步趋于稳定并到达最小浸透速率。当淋洗时间超过15 min时土壤浸透速率逐步趋于稳定。其中第一次淋洗土壤浸透速率稳定时为0.469 mmmin-1, 和第一次淋洗相比， 第二次淋洗时土壤的浸透速率明显降低， 第二次淋洗后土壤浸透速率最终稳定在0.367 mmmin-1.和初次淋洗不同的是， 第二次淋洗浸透速率到达稳定时所用时间更短。2.2 氧化镁粉尘对土壤浸透速率阻碍在土壤中参加氧化镁粉末后在淋洗初期土壤结皮尚未构成， 因而浸透速率较大。初次淋洗时前10min淋洗速率从0.544 mmmin-1降至0.408 mmmin-1,

18、淋洗时间超过10 min后土壤浸透速率下降趋势逐步变缓， 到70 min时土壤浸透速率逐步稳定在0.346 mmmin-1.在土柱自然风干两周后进展第二次淋洗时觉察淋洗时间超过15 min时土壤浸透速率到达稳定为0.214 mmmin-1.和空白对照组相比土壤中参加氧化镁粉尘后土壤浸透速率显着降低 （plt;0.05） , 淋洗初期土壤浸透速率较初次淋洗时降低0.230 mmmin-1, 说明土柱单调两周后在氧化镁的作用下构成薄薄一层结皮， 降低土壤浸透速率效果较明显 （图2） .2.3 石膏对含氧化镁粉尘土壤浸透速率阻碍在清洁土壤中同时参加石膏和氧化镁粉尘混匀淋洗试验后浸透速率变化如图3所示

19、。第一次淋洗时土壤浸透速率变化趋势同空白对照组及参加氧化镁粉尘淋洗浸透速率变化趋势类似。随着浸透时间的增加， 浸透速率由0.527 mmmin-1快速降至0.405 mmmin-1后下降速度变缓， 最终土壤浸透速率稳定在0.379 mmmin-1.通过两周土柱自然单调后再次进展淋洗试验时觉察土壤的浸透速率得到明显的提高， 通过60 min的淋洗试验后土柱的浸透速率最终稳定在0.425 mmmin-1, 与参加氧化镁粉尘的土壤相比土壤浸透速率显着提升 （plt;0.05） , 说明石膏具有抑制氧化镁粉尘污染的土壤外表构成结皮。2.4 氧化镁粉尘及石膏对土壤结皮外表构造阻碍在清洁土壤中参加氧化镁粉

20、尘后通过两次淋洗试验构成的土壤外表镁质结皮如图4所示。镁质土壤结皮外表整体比拟光滑， 外表有少许土壤小颗粒附着在外表， 结皮外表土粒粘结严密， 本实验得到的镁质土壤结皮sem图和徐明特 （2015） 研究的镁质土壤结皮类似。而付莎莎 （2009） 在八里镇矿区采集的土壤结皮进展研究觉察， 结皮上层颜色为灰白色， 外表比拟松软， 结皮中层为白色质地紧实， 但是结皮底层呈灰白色， 颗粒较大， 质地疏松。矿区土壤结皮的中层与本实验得到的土壤结皮性质较为类似， 而最上层的与实验结果相差较大， 缘故是由于该地区粉尘污染较为严峻， 在构成土壤结皮时土壤外表同时不断沉降粉尘， 因而最上层显得松软。土壤中同时

21、参加氧化镁粉尘和石膏经两次淋洗后土壤外表构造如图5所示。参加石膏在淋洗作用后土壤外表变得凹凸不平， 结皮的构造为条构成簇的小晶体， 和未加石膏的土壤结皮相比， 结皮外表显得较为疏松， 孔隙度也明显增加。3、讨论3.1 清洁土壤浸透速率变化规律土壤浸透速率由土壤构造和孔隙度决定的， 在淋洗初期土壤孔隙度较大， 淋洗速率也大。当淋洗一段时间后土壤外表小颗粒在水流带动下向下部运动并逐步堵塞土壤大孔隙， 土壤的浸透速率逐步下降。有研究说明， 土壤结皮的构成是以细砂和粗粉沙为骨架， 小于0.01 mm的细小颗粒逐步填塞土壤孔隙的， 该过程为物理过程 （吴发启等， 2001） .随着土壤团聚体的分散和稳定

22、， 空白对照组土壤的最终浸透速率稳定在0.367 mmmin-1.土壤通过淋洗后自然风干土壤外表会出现一层结皮， 该层结皮属于物理性土壤结皮。3.2 土壤结皮构成对土壤浸透速率阻碍采纳人工模仿土壤结皮构成试验觉察， 镁质土壤结皮能够降低土壤浸透功能， 随着淋洗次数的增加， 氧化镁粉尘对土壤浸透功能的阻碍表现的越明显， 付莎莎 （2009） 及刘庆等 （2011） 在研究土壤结皮对土壤浸透功能阻碍时同样得出本结论。和空白对照组相比， 参加氧化镁粉后土壤浸透速率下降较大， 其缘故为：1） 土壤颗粒及氧化镁粉末在水流带动下向下运动而降低土壤孔隙度， 且氧化镁粉末粒径较小容易填充于大孔隙之间增加土壤致

23、密性， 因而降低土壤浸透速率；2） 在第二次淋洗时由于第一次淋洗氧化镁粉末溶于水通过风干后在土壤外表构成一层坚硬致密的镁质土壤结皮， 该致密结皮层难以被向下浸透的水流破坏， 因而和空白对照组相比， 参加氧化镁粉末后土壤的浸透速率明显下降， 即镁矿区四周氧化镁粉尘在土壤外表构成镁质土壤结皮能够严峻降低土壤浸透速率 （wang et al., 2015） .许多试验研究说明， 菱镁矿区构成的镁质土壤结皮是由菱镁矿粉尘中的氧化镁造成的：大量的氧化镁粉尘降落于矿区四周的土壤外表， 在自然条件下发生了物理和化学反响构成了堆积型结皮 （焦阳， 2014;alkayssi, 2016） , 因而， 在被氧化

24、镁粉尘污染的土壤外表构成的土壤结皮以堆积型土壤结皮为主， 其次也会分布少量物理结皮。第二次土壤淋洗浸透速率较第一次下降较大说明结皮降低土壤浸透速率较为显着。在实际矿区污染区域， 由于氧化镁粉尘的不断积累， 随着土壤通过屡次雨水淋洗后及积累时间的延长， 构成的结皮厚度也在不断的增加， 结皮容重及紧实度也随之不断增加， 严峻阻碍土壤理化性质 （刘庆， 2011） .mcintyre （1958） 及程琴娟等 （2013） 的研究同样得出， 表土有结皮的土壤入渗率明显低于无表土结皮外表， 且结皮的存在是降低土壤浸透速率的主要缘故， 与本实验结果一致。3.3 石膏对含氧化镁污染土壤浸透速率阻碍被氧化镁

25、粉尘污染土壤中参加石膏后土壤的浸透速率得到显着提高， 缘故是参加的氧化镁粉与水反响生成氢氧化镁：mg o+h2orarr;mg （oh） 2, 氢氧化镁又与溶液中的镁离子和硫酸根离子发生化学反响：mg （oh） 2+mg2+so42-+h2orarr;3mg （oh） 2mgso48h2o.通过该反响生成的3.1.8相硫氧镁水合物呈网状构造， 一方面这种网状构造能够防止土壤表层从上往下迁移的物质， 通过增加土壤孔隙度来增加土壤浸透速率；另一方面尽管土壤中的石膏溶解会促进3.1.8相硫氧镁水合物， 一定程度上增加土壤外表硬度， 提高土壤外表稳定性。因而关于长期被菱镁矿粉尘污染的土壤施加石膏能够有

26、效的改良土壤构造， 增加土壤构造稳定性， 提高土壤浸透速率。3.4 氧化镁粉尘及石膏对土壤p h阻碍参加氧化镁粉尘的土柱通过两次淋洗试验后， 测得渗出液的p h值为8.97, 明显高于试验土壤。其缘故一方面是由于土壤中参加氧化镁粉后在淋洗时氧化镁容易水解即：mg o+h2o （l） rarr;mg （oh） 2, 生成的氢氧化镁为碱性含镁化合物， 使得渗出液p h显着升高；另一方面氧化镁与二氧化碳反响生成碳酸镁：mg o+co2rarr;mg co3, 且伴随副反响发生， 即4mg co3+mg （oh） 2+4h2orarr;4mg co3mg （oh） 24h2o, 碳酸根离子在水中水解产

27、生氢氧根离子同样能够增加淋洗液的p h.国外学者在研究西班牙某处菱镁矿煅烧厂附近土壤p h值变化时觉察， 造成土壤p h值上升的一个重要要素是粉尘中的碱性氧化镁导致的 （machin et al., 2000） .joshi等 （1997） 对印度kuman himalaya区被菱镁矿粉尘污染的土壤和水调查时觉察土壤和水的p h值在9.39.6, 和本实验结果比拟接近。在含氧化镁粉尘的土壤中参加石膏后测得土柱渗出液的p h值为8.39, 和试验土壤的初始p h值相近， 比参加氧化镁粉尘的土柱淋洗液p h降低了0.58, 缘故是土壤中的氧化镁粉末遇水反响生成的氢氧化镁又与镁离子和硫酸根离子发生反

28、响生成了3.1.8水相物质， 降低了氢氧化镁在土壤中的作用效果， 在含有氧化镁粉尘的土壤中参加石膏后不仅能够改变土壤浸透功能， 也能够调理土壤酸碱度， 修复碱性土壤。3.5 氧化镁粉尘及石膏对土壤构造阻碍由于镁质土壤结皮致密的构造能够抵抗水流的冲击力较强， 因而该构造即便在雨水冲刷情况下也难以被破坏， 故有效的降低了土壤的浸透速率；同时致密的结皮层较对照组土壤的孔隙度也严峻降低， 进而抑制水流下渗。土壤构成镁质结皮后硬度比正常土壤构成的物理性结皮大， 缘故能够从两方面解释：1） 氧化镁粉尘与土壤中的si o2发生化学反响生成微量水泥物质mg si o3致使镁质土壤结皮硬度增加；2） 碳酸镁溶解

29、度较低， 在淋洗状态下沿着孔隙向下运动， 逐步堵塞土壤的细小孔隙， 致使土壤结皮坚硬而致密 （刘庆， 2011） .在土壤中参加石膏和氧化镁粉末混匀淋洗后土壤外表变得粗糙， 土壤孔隙度明显增加， 且土壤外表硬度最大， 缘故是mg （oh） 2+mg2+so42-+h2orarr;3mg （oh） 2mg so48h2o, 3mg （oh） 2mg so48h2o作为镁水泥的主要组成部分， 增加了土壤外表结皮的强度， 这种物质也作为土壤外表结皮的骨架， 说明石膏具有促进结皮构成的作用。有研究说明， 3.1.8相硫氧镁水合物在水溶液中不稳定易分解 （deng, 2003） , 方程式如下：3mg

30、（oh） 2mg so48h2orarr;3mg （oh） 2+mg2+so42+8h2o, 在自然条件下随着降雨的进展， 构成的3.1.8相物质分解后土壤结皮的骨架强度消失， 土壤结皮发育得到操纵和消除。因而， 石膏能够作为土壤修复剂用于修复被氧化镁粉尘污染的土壤。4、结论清洁土壤通过两次淋洗后浸透速率稳定在0.367 mmmin-1, 土壤中混入氧化镁粉尘后通过两次淋洗浸透速率最终稳定在0.214 mmmin-1.由此证明， 矿区四周大量的氧化镁粉尘积累在土壤外表会严峻阻碍土壤的理化性质， 尤其是在构成厚实而坚硬的镁质土壤结皮后， 改变土壤构造， 降低土壤浸透功能。在被氧化镁粉尘污染的土壤

31、中参加石膏后经两次淋洗土壤浸透速率最终稳定在0.425 mmmin-1, 与对照组相比在石膏作用下土壤浸透速率显着提高。通过对土壤外表的电镜图片觉察被氧化镁粉尘污染的土壤外表结实而严密， 孔隙度较低；而参加石膏作用后的土壤外表孔隙度较大， 外表粗糙而结实， 有效改良土壤浸透功能。本试验属于初期探究阶段， 仅验证粉末状石膏修复菱镁矿区污染土壤作用效果， 未考虑石膏粒度等其他要素对其修复菱镁矿区污染土壤效果的阻碍， 有待于深化研究。参考文献1程琴娟， 蔡强国。2013.模仿降雨下黄土表土结皮的侵蚀响应。水土保持学报， 27 （4） :73-77.2方英， 赵琼， 台培东， 等。2012.芒颖大麦草

32、对菱镁矿粉尘污染的生态习惯性。应用生态学报， 23 （12） :3474-3478.3方玥蒙。2016.菱镁矿区土壤结皮化学破除过程研究 （硕士学位） .鞍山：辽宁科技大学。4付莎莎。2009.菱镁矿山土壤镁污染机理研究 （硕士学位论文） .沈阳：中国科学院沈阳应用生态研究所。5郭芳。1997.镁砂窑烟尘污染治理调查研究。环境工程， 15 （1） :34-37.6焦阳。2014.构树在菱镁矿高镁污染地区的应用研究 （硕士学位论文） .沈阳：沈阳化工大学。7刘庆， 梁成华， 王磊， 等。2011.菱镁矿区土壤结皮对浸透功能的阻碍。江苏农业科学， 39 （6） :587-589.8刘绮， 宁晓宇，

33、 赵昕。1998.辽宁东部山区土壤污染情况与防治对策研究。应用生态学报， 9 （1） :101-106.9王泓泉， 赵琼， 赵欣然， 等。2014.菱镁矿区镁粉尘污染土壤的植物修复效果评价。生态学杂志， 33 （10） :2782-2788.10吴发启， 波。2001.坡耕地黄缮土结皮的理化性质分析。水土保持通报， （4） :22-24.11徐名特。2015.菱镁矿区土壤结皮构成过程研究 （硕士学位论文） .辽宁鞍山：辽宁科技大学。12杨丹， 曾德慧。2010.含镁粉尘对菱镁矿区土壤性质的阻碍。土壤通报， 41 （5） :1216-1221.13杨丹。2017.糠醛渣和磷石膏对菱镁矿粉尘污染土

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