污泥生物炭與紫花苜蓿聯(lián)合修復離子型稀土尾礦土壤機制.pdf

1、分類號：密級：UDC：學號：博士學位論文博士學位論文2018年01月18日學位類別：工學博士作者姓名：羅才貴學科專業(yè)：礦業(yè)工程研究方向：稀土礦山環(huán)境與生態(tài)修復污泥生物炭與紫花苜蓿聯(lián)合修復離子型稀土污泥生物炭與紫花苜蓿聯(lián)合修復離子型稀土尾礦尾礦土壤土壤機制機制Themechanismofionicrareearthtailingsoilbythecombinedrestationofsludgebioalfalfa指導教師：羅仙平教授鄧揚

2、悟副教授江西理工大學博士學位論文摘要摘要離子型稀土礦是我國極其重要的稀土礦產(chǎn)資源，早期采用池浸和堆浸工藝進行開采，造成了嚴重的礦區(qū)生態(tài)失衡，形成了大量離子型稀土尾礦（以下簡稱“稀土尾礦”），迫切需要進行生態(tài)修復。然而，目前稀土尾礦土壤生態(tài)修復存在修復障礙因子不清、適宜的土壤改良劑缺乏以及稀土脅迫下的稀土尾礦土壤有效修復措施不足等問題。基于此，本文在弄清稀土尾礦土壤修復障礙因子的基礎上，針對市政污泥亟待合理處置的現(xiàn)狀，將市政污泥以熱解方式

3、制備轉化成污泥生物炭并選作土壤改良劑，以退化土壤中常用的紫花苜蓿為修復植物，在室內(nèi)進行盆栽實驗，考察污泥生物炭與紫花苜蓿聯(lián)合修復對稀土尾礦土壤理化性質與微生物群落的影響以及紫花苜蓿的生長響應，在此基礎上，繼續(xù)探尋聯(lián)合修復對釔脅迫下稀土尾礦土壤的作用機制以及紫花苜蓿的響應，為更好地實現(xiàn)離子型稀土尾礦土壤生態(tài)修復提供了科學依據(jù)和實踐參考。本文的主要研究內(nèi)容和結果如下：（1）采集稀土尾礦土壤，系統(tǒng)分析了土壤理化性質以及重金屬和稀土含量，結果表

4、明：稀土尾礦土壤砂粒含量高（76.880.38%），容重大（1.520.19），總孔隙度和pH值（僅為4.980.02）小，持水性差，肥力（有機質、全氮以及堿解N、有效P和速效K等）低，均低于周邊正常土壤。XRD和SEMEDS顯示土壤的主要無機礦物是石英，元素以Si、Al、K、Fe、O、C等為主，且C和K含量較低，土壤表面形貌為層狀，顆粒間較為疏松，粘土含量低，團聚性差。土壤中僅Pb元素略超中國和江西省土壤背景值，其他重金屬均不超標，稀

5、土總量也低于周邊正常土壤，因此，稀土尾礦土壤修復的障礙因子是土壤理化性質差，而非土壤重金屬和稀土含量的超標。（2）將市政污泥制備成污泥生物炭，考察了熱解終溫（300~700℃）與時間（2h和4h）對其性質的影響，結果表明：隨著熱解終溫和時間的增大，污泥生物炭的pH值（2.13%~29.21%）不斷上升，但電導率（23.61%~65.98%）、有機質（25.75%~94.25%）、全氮（33.33%~98.05%）、速效養(yǎng)分（堿解N、有效

6、P和速效K）以及C、H、O、N、S等含量均不同程度地下降，比表面積和CN比則先增大后減小，以SBC5002為最佳（分別可達61.2617m2g1和34.800.44），其顆粒（除SBC7004外）孔徑主要是介孔。污泥的重金屬均未超標，但所有污泥生物炭的Cu和Zn超標，部分污泥生物炭的Cd和Pb也超標。污泥與污泥生物炭的主要無機成分是石英，兩者表面均具有碳氧鍵（CO）、羥基（OH），但污泥生物炭含有芳香族（C=C和CH等）官能團。污泥形貌