煤矸石生态基质的制备配方及其肥力特征研究

煤矸石是煤炭开采过程中产生的废弃物,而制备生态基质是消纳煤矸石储量的重要途径。以煤矸石为原料,搭配不同有机原料,经过混合堆制后得到不同理化性质的生态基质。采用 3 因素 4 水平正交试验,研究煤矸石粉碎粒径(A)、煤矸石含量(B)及添加堆肥种类(C)对生态基质产品的肥力影响,并采用高羊茅盆栽试验进行验证。通过测定生态基质理化性质及植物生长的 12 个肥力相关特征指标,并对其进行极差分析与方差分析,检验各配方间的差异显著性。主要研究结果如下:(1)基质营养组成方面,煤矸石粒径、煤矸石含量以及堆肥种类均显著影响(P<0.05)其养分含量。综合考虑有机质、总氮、总磷指标以及经济原则,认为 C4A2B2(40% 污泥堆肥搭配 60% 大粒径煤矸石)方案,在3项指标上都达到了较优水平。煤矸石粒径越小,越利于养分释放;煤矸石含量越高,养分含量就越少;污泥堆肥营养物质丰富,加入基质中,能提高基质养分含量,但是添加污泥同时会增大基质中重金属总量。(2)基质粒径组成中,粘粒含量受煤矸石粒径、堆肥种类显著影响(P<0.01);砂粒和粉粒含量则只受堆肥种类显著影响(P<0.05)。粘粒含量最高的最优选方案为 C4A3B4(20% 污泥堆肥搭配 80%中粒径煤矸石),而砂粒含量最高的最优选配方为 C1A3B4(20% 植物堆肥搭配 80% 中粒径煤矸石)。煤矸石粒径越小,基质粘粒含量越高;污泥堆肥能显著提高基质粘粒百分比,有利于保水保肥;植物堆肥则能提高砂粒占比,有利于透水透气。(3)植物生长方面,高羊茅发芽率及地上生物量积累随基质中煤矸石占比的增加而下降,或与煤矸石重金属含量高但营养元素少有关。然而,地上、地下生物量都受添加堆肥种类显著影响(P<0.01)。根据各组生态基质栽培的高羊茅生长表现,认为使用配方 B1C1A1(50% 植物堆肥搭配 50% 极大粒径煤矸石)能达到最大的发芽率,而使用配方 B2C1A1(40% 植物堆肥搭配 60% 极大粒径堆肥)则在总生物量积累上能达到最优。添加植物堆肥的基质对高羊茅的总生物量积累最有利。     

利用煤矸石和蚯蚓粪进行棉花工厂化育苗的研究

以棉花工厂化育苗推荐基质为对照,以不同配比的煤矸石、蚯蚓粪代替河沙,研究了不同基质的秧苗素质及移栽后的动态生理性状.结果表明,以30％煤矸石+50％专用基质+20％蚯蚓粪和40％煤矸石+50％专用基质+10％蚯蚓粪两种基质的棉苗素质显著优于推荐基质.考虑到经济效益,则以后者配比最优,较对照节省成本30％～50％.以煤矸石和蚯蚓粪代替河沙可以显著提高秧苗质量,提高秧苗抗逆性,缩短移栽后缓苗时间,不仅能大大降低育苗成本,且有利于培育壮苗.     

煤矸石充填复垦地理化特性与重金属分布特征

为研究煤矸石充填复垦地农作物产量达到最佳时的覆土厚度及煤矸石充填复垦地重金属分布状况,该文以新庄孜矿煤矸石充填复垦地作为研究对象,采取室外田间小区试验和室内试验分析方法,选取不同覆土厚度50~60,60~70,70~80,80~90 cm的4类试验地块及对照地块对其土壤理化性质及农作物根系分布、长势产量、重金属元素含量进行调查分析,发现复垦地块各项指标与对照地块差异显著,劣于对照地块;煤矸石充填基质土壤理化性质较差;70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地较经济合理的覆土厚度。煤矸石复垦地重金属元素有向上迁移的趋势;复垦土壤及煤矸石基质中Pb、Zn、Cr元素含量处于安全水平;大部分监测的Cu、Ni、Cd元素含量高于淮南土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,对复垦土壤已构成潜在的威胁性,应予以重视;覆土厚度50~60 cm地块的煤矸石基质中Cu、Ni元素含量处于安全水平,煤矸石基质中Cd元素含量高于淮南土壤土壤背景值,低于中国土壤环境质量标准二级标准,应予以重视。结果表明70~80 cm的厚度是煤矸石充填复垦造地最佳覆土厚度;新庄孜煤矸石充填复垦地重金属有向上迁移的趋势,复垦土壤中重金属含量符合国家二级标准,未出现重金属污染情况,但部分重金属元素含量高于淮南市土壤背景值,应予以重视。     

煤矸石对环境的危害及其综合利用

煤矸石是在煤炭开采、洗选加工过程中所产生的固体废物。对煤矸石的概念和其对环境的危害进行了介绍,并对煤矸石的综合利用进行了论述。     

大通煤矸石充填复垦区不同植被类型土壤碳排放动态

2011年7月至2012年3月,利用LI-8100土壤CO2通量系统测定了淮南市大通煤矸石充填复垦区草地、灌丛、小乔木林、大乔木林土壤呼吸强度及其相关影响因子.结果显示,煤矸石充填复垦区4种植被类型下土壤呼吸强度的昼夜及季节变化均呈单峰曲线形式,最大值出现在夏季的12:00-16:00间,最小值出现在冬季的4:00左右;不同植被类型下土壤呼吸强度差异显著(p＜0.05),且土壤呼吸强度有强到弱的顺序呈现:草地＞灌丛＞小乔木林＞大乔木林.4种植被土壤CO2-C年释放通量分别为(999.74±62.26) g/(m2· a),(908.49±72.41) g/(m2· a),(869.22±56.23) g/(m2· a),(726.10±63.01) g/(m2· a),故考虑植被的碳减排效应,在煤矸石充填复垦区可以多种植乔木、灌木,而尽量少植人工草坪;复垦区土壤呼吸除受植被类型影响外,主要受10 cm土层土壤温度的影响,各植被类型土壤呼吸强度对土壤温度的指数模型均可以解释88％以上的土壤呼吸变异;草地、灌丛、小乔木林、大乔木林碳排放对温度的敏感性Q10值分别为:2.57,2.71,2.96和3.67.     

高硫煤矸石不同细度与用量对苏打盐化土化学性状的影响

根据山西省大同盆地苏打盐化土的特征,选取高硫煤矸石为研究对象,通过室内培养试验,重点研究了高硫煤矸石不同细度和不同用量对苏打盐化土的p H值、电导率(EC)、代换性钠离子含量和碱化度(ESP)等化学性状的影响。结果表明,施用高硫煤矸石后,苏打盐化土的p H值、代换性钠离子含量、碱化度(ESP)均有所降低,较对照分别降低了15.73%,28.57%,25.04%;而且随着高硫煤矸石用量的增加,各项指标的变化幅度增大,其中,以细度为0.21 mm、用量为9.6 t/hm2的高硫煤矸石对苏打盐化土的改良效果最为显著;施用高硫煤矸石会导致大量外源离子的输入,使苏打盐化土EC值与对照相比均有所升高,但通过调整土壤中盐离子的结构,使产生毒害作用的钠离子含量减少,对苏打盐化土起到良好的改良作用。     

改良煤矸石基质淋溶液主要污染物特征

煤矸石中含有大量的S、Fe、Mn等元素,在长期的自然淋溶中伴随着一系列反应会对水体造成严重污染、对人们的生产生活造成极大的影响.通过改良煤矸石基质并种植多年生黑麦草,水体的污染就会得到有效的改善.淋溶液中的Fe3+、Mn2+、SO42-浓度可达到符合<国家生活饮用水水质标准(GB5749-2006)>标准,pH值也会维持在弱碱性.为煤矸石废弃地的复垦打下一定的实践基础.     

煤矸石充填型重构土壤中重金属的生物迁移及分布特征

为了研究不同类型煤矸石充填型重构土壤中重金属的生物迁移及分布特征,以淮北芦岭矿细矸、粗矸和洗矸3种煤矸石及其复垦地玉米(Zea mays L.)为研究对象,测定了其Cu、Pb、Zn、Sn、Hg、Cd、Cr等重金属元素含量,分析了重金属元素在煤矸石和玉米不同器官中的分布特征。结果表明,复垦所用煤矸石重金属含量整体呈洗矸细矸粗矸;复垦地玉米不同器官对重金属元素的富集能力差异较大,果实富集能力弱于其他器官,叶对Cu、Pb、Zn和Cd等重金属元素的富集能力较强。此外,各器官重金属含量与煤矸石中重金属含量之间存在不同程度的相关性。     

高吸水树脂改良煤矸石基质水分特性

【目的】探究不同质量分数的高吸水树脂（SAP）对矿区煤矸石基质容重、孔隙度、毛管水运移规律和保水性等方面的改善状况,阐明SAP最佳使用量下煤矸石基质的水分运移规律,为无土矿区煤矸石基质水分条件改善提供依据,实现矿区煤矸石固废资源化利用,为植被生长提供适宜条件。【方法】通过室内土柱试验模拟质量分数0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的SAP对煤矸石基质水分运移规律的影响。【结果】（1）SAP可以改善煤矸石基质物理性质,随SAP使用量的增加,煤矸石基质容重呈下降趋势,总孔隙度与毛管孔隙度呈上升趋势;（2）SAP会极显著抑制煤矸石毛管水上升高度,且质量分数在0%～0.4%范围内,随SAP使用量的增加抑制效果逐渐增强,但当SAP质量分数为0.4%时,对煤矸石毛管水抑制程度较0.3%差异不显著;（3）最小显著差异法拟合分析得到：煤矸石毛管水上升高度随时间变化呈幂函数增加趋势（P <0.01）,上升速率与时间变化呈对数函数下降趋势;（4）在室内通风条件下,72 h内不同SAP质量分数的煤矸石基质含水率持续降低,纯煤矸石（SAP质量分数0%）基质含水率下降趋势最大,水分损失率为15.9...     

煤矸石改良膨胀土特性及其最佳掺量条件下的孔隙结构表征

为减小膨胀土对土木工程设施及农业生态环境的危害,进行掺加煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。该文以内蒙古兴和县高庙子乡的膨胀土和煤矸石为研究对象,通过无荷膨胀试验、有荷膨胀试验和收缩试验确定煤矸石粉的最佳掺量,对最佳煤矸石粉掺量的膨胀土进行干湿循环试验,利用直剪试验测定每次干湿循环后试件的抗剪强度指标;通过压汞试验测得孔隙特征值,从微观角度揭示强度变化机理。试验结果表明:煤矸石粉掺量为6%时抑制膨胀土的胀缩性效果最佳;干湿循环作用使素膨胀土黏聚力和内摩擦角均有所衰减,掺入煤矸石粉后强度衰减得到控制;随干湿循环次数的增加孔径逐渐向大孔范围聚集,团粒结构增多,使素膨胀土的抗剪强度指标降低;经过5次干湿循环,掺加煤矸石粉土样的大孔孔隙密度比素膨胀土降低约35%,煤矸石有效阻止膨胀土的强度劣化。