CN109127680A

CN109127680A - 一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法

Info

Publication number: CN109127680A
Application number: CN201811243437.2A
Authority: CN
Inventors: 邱静; 吴永贵; 罗有发; 陈然; 郑志林; 周佳佳
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-01-04

Abstract

本发明公开了一种利用有机废弃物沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，包括以下几个步骤：(1)沼渣的预处理；(2)铅锌冶炼废渣堆场的预处理；(3)沼渣与表层废渣的均匀混合及稳定；(4)修复植被的播种或栽植和(5)前期日常维护。本发明有效解决了铅锌冶炼废渣堆场植物难以生长的极端生境，使废渣基质养分含量增加，酶活性及微生物数量提高，重金属的生物有效性降低，促进了修复植物的生长定植。特别是沼渣添加量为废渣重量的5％～9％时，沼渣对废渣基质植生改良效果显著，可作为改良土法炼锌废渣基质的配比模式。本发明对有机废弃物沼渣的有效利用显著降低了铅锌冶炼废渣治理修复的成本，达到“以废治废”的双赢目的。

Description

一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法

技术领域

本发明涉及一种铅锌冶炼废渣的植生改良方法，特别是一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法。

背景技术

在历史时期，贵州黔西北(尤其是赫章和威宁)大规模的铅锌冶炼活动遗留下大量的冶炼废渣，虽然该区域土法炼锌活动在2006年时已被彻底取缔，但在长期冶炼活动中产生的大量铅锌废渣堆积在山坡及周围农用土壤中，废渣中高含量重金属通过风力扩散及地表径流等途径迁移至周边大气、水体、土壤、农作物等环境介质中，严重威胁周边及下游地区的水质安全、农产品食品安全和区域生态安全，并最终通过食物链或直接吸收进入人体，增大了人体健康暴露的风险。在废渣堆场上建立植被可使矿渣堆场最小程度遭受到侵蚀，开展废渣堆场植被的生态恢复是控制重金属污染扩散的关键。然而有研究发现，利用植物对高重金属污染的矿渣进行生态重建时，主要由植物根系分泌的有机化合物的存在使矿渣中的重金属在根际环境的影响可能发生风化活性增强。而且植物根系微域中由于微生物降解及根系分泌物中溶解性有机酸的存在，也增大了废渣中重金属的移动及渗滤的可能性。再加上铅锌冶炼废渣高重金属含量，物理结构差，持水保肥能力低，有机质及植物必需的营养元素缺乏的恶劣生境，都限制了铅锌冶炼废渣植被恢复的进程。因此，在进行植物稳定的修复过程中，需要添加改良剂抑制植物诱导重金属的活化，降低重金属的移动与渗滤缓解重金属的植物毒性，同时改善废渣堆场的极端生境。

近年来，添加有机废弃物作改良剂是备受欢迎的矿渣改良措施。有机改良剂如酒渣、中药渣、蘑菇渣、甘蔗渣、城市固体废弃物等被作为有机改良剂广泛应用于矿渣堆场植被重建或生态修复实践。这些有机改良剂应用于土法炼锌废渣基质的改良主要发挥了以下的功能：一是废渣养分贫瘠的现状，改善废渣物理结构；二是重金属形态再分配，固定部分重金属离子，缓解重金属毒性；三是为植物生长提供营养物质；四是重建微生物群落，恢复废渣的生态学功能。沼渣是投入沼气池内的原料经密封厌氧发酵后的固体残留物，由部分未完全分解的固体有机物和微生物组成，含有丰富的氮、磷、钾等营养成分，还有丰富的有机物质与腐殖酸，能有效改善土壤性能、肥沃土质。沼渣中的纤维素、木质素可以松土，腐殖酸有利于土壤微生物的活动和团粒结构的形成，具有良好的改土作用。表面存在大量羟基、酚基等吸附性官能团，对重金属离子具有较强的吸附能力。但沼渣目前主要被作为饲料添加来研究和开发利用，对于利用沼渣作为改良剂用于环境污染修复领域的并未被报道。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，本发明方法能显著提高废渣基质养分含量和微生物活性，促进废渣基质中酸溶态铅锌铜镉向残渣态转化，降低了重金属的生物有效性，有效改善废渣基质植生条件，最终有利于植物的生长定植。为铅锌废渣堆场的生态修复提供了一种新的基质改良方法。

本发明的技术方案：一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，包括(1)沼渣的预处理；(2)铅锌冶炼废渣堆场的预处理；(3)沼渣与表层废渣的均匀混合及稳定；(4)修复植被的播种或栽植和(5)前期日常维护。

前述的利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法中，

所述的步骤(1)沼渣的预处理是；将沼渣用机械或人工碾碎处理为粒径不大于1cm的湿料或者干料，所述湿料为用沼气发酵过程中的含水量不大于90％的湿料；所述干料是经过自然风干后的干料；

所述的步骤(2)铅锌冶炼废渣堆场的预处理是；铅锌冶炼废渣堆场表面2～50cm深度的废渣用机械或人工翻挖破碎，使粒径不大于5cm；

所述的步骤(3)沼渣与表层废渣的均匀混合及稳定是；预处理后得到的沼渣按废渣重量的0.1％～20％抛撒在废渣堆场表面后，用机械或人工将沼渣与上述预处理后的铅锌废渣混匀，洒水保持最大田间持水量的65％～70％，平衡1～4周；

所述的步骤(4)修复植被的播种或栽植是；选取饱满的草本植物种子或乔灌植物的种子，播撒于堆场表面后，用冶炼废渣覆盖种子，保证播种深度为2～5cm；也可以采用点播、条播或移栽的方式进行植被的栽种；或者种植以上乔灌植物的幼苗，种植密度每亩200～1000株；

所述的步骤(5)前期日常维护是；种植后3～5个月内，在恢复植被生长过程中天气干旱时应进行日常洒水，洒水量为50～150t·hm^-2，使废渣含水率维持在30％～50％。

前述的利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法中，所述的步骤(3)中，所述沼渣按废渣重量的5％～9％抛撒在废渣堆场表面后。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术步骤，以沼渣为改良材料，采用不同的比例对铅锌废渣的植生性能进行改良。沼渣含有丰富的氮、磷、钾等营养成分，直接补充了废渣基质中的营养物质，其疏松的结构和高含量的有机质和丰富的微生物群落组成，有效改善了废渣基质的物理结构，从而提高废渣营养含量和微生物活性。沼渣表面存在大量羟基、酚基等吸附性官能团，对重金属离子具有较强的吸附能力，降低重金属生物有效性。而且沼渣作为一种有机固体废物，应用于铅锌废渣基质改良，实现了有机废弃物的资源化利用，降低土法炼锌废渣治理修复成本，达到“以废治废”的双赢目的，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。

附图说明：

图1是沼渣对废渣基质重金属赋存形态分布的影响图。

具体实施方式

实施例1：

土法炼锌废渣采自贵州省威宁县猴场镇群发村某铅锌废渣堆场，沼渣经自然风干碾碎(粒径不大于1cm)。在室外采用一个直径为11.5cm，高为10cm的柱形容器装填经过磨碎的粒径在2mm左右的铅锌冶炼废渣，沼渣按废渣重量的1％、3％、5％、7％、9％将沼渣加入废渣基质中，分别记作BR1、BR3、BR5、BR7、BR9，充分混匀，并设置对照组(CK)。每组处理设置4个重复，浇水保持75％的田间持水量平衡2周。然后选择选择颗粒饱满、成熟度一致的黑麦草种子，播种于柱形容器中，播种深度为2～5cm。为避免位置效应的影响，容器按随机区组排列，每周调整一次位置，种植4个月后收获。

废渣各指标的测定：pH、电导率(EC)分别采用玻璃电极法、原位电极法(废渣:水＝1:2.5)测定；有效氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用0.5mol·L^-1NaHCO₃溶液浸提-钼锑抗比色法测定；总氮采用H₂SO₄-HClO₄消煮-蒸馏法测定，总磷采用H₂SO₄-HClO₄消煮-钼锑抗比色法测定；有机质采用灼烧法测定。废渣重金属总量采用盐酸-硝酸-高氯酸消解；植物样品重金属含量采用硝酸-高氯酸消解；废渣重金属化学形态分级采用改进BCR连续提取法提取。用稀释平板法测定基质中的微生物数量，分别采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基、察贝氏培养基和改良高氏一号培养基培养细菌、真菌和放线菌。脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定；蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定；废渣呼吸作用强度采用静止培养-碱液吸收滴定法测定。

本实施例中，沼渣各处理组对冶炼废渣中主要养分含量的改善效果见表1，对废渣基质酶活性和微生物数量的影响见表2，对废渣各形态分布的影响见图1，对植物生长及植物体内重金属含量的影响见表3和表4。

表1沼渣对土法冶炼废渣基质理化性质的影响

处理

pH

EC(μs·cm-1)

TP(g·kg-1)

TN(g·kg-1)

AP(mg·kg-1)

AN(mg·kg-1)

OM(％)

CK

8.03±0.02a

225.33±16.82d

0.62±0.00d

2.02±0.04c

62.33±4.86e

45.50±9.20c

13.10±0.80c

BR1

8.01±0.05a

268.33±1.70c

0.98±0.05c

2.25±0.30b

89.99±3.45d

56.00±9.90b

20.35±0.55b

BR3

8.00±0.02a

298.33±11.03c

1.66±0.04b

2.73±0.09b

105.80±7.68c

60.67±6.60b

23.15±0.45b

BR5

7.98±0.02a

312.67±9.57bc

1.90±0.20a

2.95±0.06a

132.31±11.20b

72.33±17.46ab

25.45±0.65ab

BR7

7.98±0.03a

329.00±5.10b

2.05±0.05a

3.04±0.04a

146.39±5.31ab

85.00±1.41a

26.50±1.40ab

BR9

7.99±0.03a

357.67±11.15a

2.05±0.13a

3.06±0.07a

148.34±5.64a

84.83±8.33a

28.00±1.80a

注：表中数据为平均值±标准差。不同小写字母分别表示各处理水平之间存在差异显著性(p<0.05)，下同。

表2沼渣对土法冶炼废渣酶活性和呼吸强度的影响

表3沼渣对土法炼锌废渣中黑麦草生长的影响

处理	鲜重(g)	根长(cm)	株高(cm)
				CK	13.55±1.70d	10.50±0.78d	10.17±1.25c
BR1	23.33±0.97c	11.00±0.41c	12.57±2.89c
				BR3	26.96±0.94b	13.67±0.60b	15.80±1.58b
BR5	33.79±0.83a	16.33±1.03a	22.50±2.50a
				BR7	34.39±0.03a	15.17±0.66ab	20.36±1.08a
BR9	35.68±0.39a	15.67±1.03a	22.08±1.01a

表4沼渣对黑麦草植物体内重金属含量的影响

由此可知，添加沼渣处理后与对照组(CK)相比，废渣基质中的全磷、全氮、有效磷、有效氮及有机质等养分指标增加了58.06％～230.64％，11.39％～51.48％、44.38％～138.00％、23.08％～86.81％、83.82％～113.74％；废渣基质中的碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性、呼吸强度等生理生化指标增长了1.64～4.13倍、1.44～4.36倍、1.24～3.90倍、1.49～1.93倍、1.20～1.85倍；黑麦草鲜重、根长、株高等生物学指标增长了1.72～2.63倍、1.05～1.55倍、1.24～2.21倍，地上部分、地下部分重金属含量均显著降低。施用沼渣对废渣中Cu、Cd、Zn、Pb的赋存形态具有明显影响，促进了废渣基质中酸溶态Cu、Cd、Zn、Pb向残渣态转化，降低了废渣中重金属的生物有效性。特别是沼渣施用剂量选择5％～9％的处理组废渣基质中各个指标均较对照和其他处理组有显著的改善，可以作为沼渣改良废渣基质的配比模式，用于土法炼锌废渣堆场的生态修复。

实施例2.

现场小规模实验：在风化多年的铅锌冶炼废渣堆场选取一块20m²的区域，铅锌冶炼废渣堆场表面2～50cm深度的废渣用机械翻挖破碎，使粒径不大于5cm。沼渣经过自然风干后用机械破碎至粒径不大于1cm。将处理后的沼渣按废渣重量的7％抛撒在废渣堆场表面后，机械混匀，撒水保持最大田间持水量的75％，平衡2周。2周后选取黑麦草、三叶草、土荆芥、芦竹的种子混匀后，播撒于堆场表面后用废渣覆盖种子，保证播种深度为2～5cm，种植密度为每亩600株左右。种植后3个月内，洒水使废渣含水率维持在30％～50％。

实施例2在1周后种子陆续发芽，生长5个月后，植物覆盖率可达100％，植株长势良好，显著提高了废渣基质氮磷有机质等矿物养分的含量，废渣的植生环境得到了良好的改善。长期监测发现修复植被能够完成自然生命周期，维持较好的植被覆盖。

Claims

1.一种利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，其特征在于：包括(1)沼渣的预处理；(2)铅锌冶炼废渣堆场的预处理；(3)沼渣与表层废渣的均匀混合及稳定；(4)修复植被的播种或栽植和(5)前期日常维护。

2.如权利要求1所述的利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，其特征在于：

3.如权利要求2所述的利用沼渣改良铅锌冶炼废渣植生特性的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，所述沼渣按废渣重量的5％～9％抛撒在废渣堆场表面。