CN112375574B - 一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法 - Google Patents

一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法，通过对粉煤灰进行改性处理，将粉煤灰与颗粒态有机质适当混合，并用淀粉、污泥蛋白质及可溶性有机质调节其结构与官能团成分与活性，辅以辐照与焙烧处理，疏通了粉煤灰孔隙结构并改良官能团的功能特性，使其养分的释放与重金属的吸附可同时最大化，有效钝化土壤重金属，增加土壤肥力；同时将适当分子量的有机质与淀粉等营养及功能成分负载于粉煤灰修复剂上，不仅进一步增加了修复剂的肥效还改善了修复剂保水性能，使其更适合于陕北风沙带矿区受损土地的修复。

Description

一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法
技术领域
本发明属于矿区沙质土壤污染修复技术领域，具体涉及一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法。
背景技术
陕北地区作为重要的能源化工基地，其矿产能源的大力开发为国家的发展做出了重大贡献，然而矿产能源开采及化工生产过程严重破坏了当地的生态环境。大量的土地被破坏，固体废弃物的堆放是这些土壤物理结构越来越差、有机质含量越来越低，加之干旱恶劣的气候使这些土地越来越不利于植物生存。同时，矿区土壤重金属含量本就过高，借助风蚀雨淋等自然作用大面积扩散，对周边的环境和人类健康生活产生了严重威胁。因此，合理有效地修复矿区土壤已成为当前迫切解决的问题。
目前，常用的矿区土壤修复方法主要有化学方法(化学淋洗修复方法、氧化方法、还原方法、原位可渗透反应墙等)、生物方法(植物修复方法、动物修复方法、微生物修复方法等)、物理方法(萃取分离修复方法、蒸汽浸提修复方法、电动力学修复方法等)。潘志强等在《环境工程》第37卷第11期P79-84“城市污泥的直接施用对矿区土壤修复的影响”中研究发现：以矿山废弃土壤为基质，向其中直接施加不同含量的城市污泥，然后进行盆栽试验，试验结果显示城市污泥能够有效改善土壤结构、增进土壤肥力，改善，然而同时也提升了重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)的污染程度，若同时联合种植本土植物鸭跖草对Cu、Zn、Pb、Cd有着一定的去除作用。张敬夫等在《山东农业科学》第49卷第8期P82-85“粉煤灰、磷矿粉与鸡粪配施对果园酸性土壤修复效应及苹果产量品质的影响”中采用不同比例的粉煤灰、磷矿粉和鸡粪混合施用，考察其对果园酸性土壤修复效应及苹果产量和品质的影响，研究发现：粉煤灰2100kg/hm2、磷矿粉2100kg/hm2、鸡粪10500kg/hm2能有效地改良果园酸性土壤，促进果实增产提质。徐艳等在《农技服务》第37卷第2期P67-69“猪粪炭和果木炭—三叶草对金矿区重金属污染土壤的修复效果”中采用猪粪炭和果木炭并联合三叶草修复金矿区重金属污染土壤，结果显示：猪粪炭和果木炭联合三叶草对该区重金属复合污染土壤有一定修复效果，但土壤重金属污染潜在风险依然存在。
上述方法对矿区污染及因过度开采而破坏的土壤的修复均具有一定效果，其中土壤污染化学修复方法因其易操作、见效快、效率高已成为矿区污染土壤修复工作中最受欢迎的方法。近年来随着资源紧缺，人们环保意识的日益提高，可持续发展概念已深入人心，现今利用废弃物(如粉煤灰、气化渣、污泥等)替代化学药剂修复土壤污染已引起相关领域学者的广泛关注。通过对废弃物的有效处理不仅可治理受损的土地、还可实现废弃物的资源化利用。然而目前关于该方法的工程应用仍较少，同时针对陕北矿区沙质土修复的报道也极少。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种矿区沙质土壤修复剂及其制备方法及使用方法，通过对固体废弃物粉煤灰的改性处理，降低其毒性、提高其比表面积及特殊官能团活性，然后利用改性后粉煤灰特有的活性成分与结构特性，修复矿区污染土壤，降低其重金属活性、提高其土壤肥力。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法，具体步骤如下：
S1将粉煤灰浸泡于弱酸水溶液中，浸泡后取出粉煤灰并进行焙烧处理，焙烧后冷却，得到第一前驱体；
S2将颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉和步骤S1中得到的第一前驱体混合得到第二前驱体，将第二前驱体与水混合得到固液混合物，对固液混合物进行第一次伽马射线辐照，辐照后冷却静置，进行第二次伽马射线辐照，辐照结束分离固液混合物，对得到的固体物质进行水洗、粉碎、烘干，得到第三前驱体；
S3将可溶性有机质与步骤S2中得到的第三前驱体混合后进行第三次伽马射线辐照，辐照结束后冷却静置得到第四前驱体，在第四前驱体中加入污泥蛋白质粉末并进行第四次伽马射线辐照，辐照结束后分离第四前驱体，对得到的固体物质进行水洗、烘干、研磨，得到改性粉煤灰土壤修复剂。
进一步的，所述步骤S1中，所述粉煤灰与所述弱酸水溶液的质量比为1:(7～10)，浸泡时间为5h～8h；所述粉煤灰在350℃～500℃条件下焙烧1h～1.5h。
进一步的，所述步骤S2中，所述粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉的质量比(5～9)：(1～4)：(1～3)：(1～2)；所述水为去离子水，所述第二前驱体与所述去离子水的质量比为1:(1～4)。
进一步的，所述步骤S2中，所述第一次伽马射线辐照的条件为在56℃～59℃条件下采用450kGy～550kGy的伽马射线辐照17min～22min，辐照结束后冷却至室温静置3h～6h；所述第二次伽马射线辐照的条件为在56℃～59℃条件下采用450kGy～550kGy的伽马射线辐照10min～15min；对得到的固体物质采用去离子水反复冲洗直至浮杂彻底除去，然后将固体物质捣碎为小颗粒。
进一步的，所述步骤S3中，所述第三前驱体和可溶性有机质质量比为1:(3～7)，所述第三次伽马射线辐射的条件为在室温下采用85kGy～100kGy的伽马射线辐照5min～9min，辐照结束后冷却至室温后静置2h～4h。
进一步的，所述步骤S3中，所述污泥蛋白质粉末占所述第一前躯体总质量的10％～25％，所述第四次伽马射线辐射的条件为在56℃～59℃条件下采用0.1kGy～0.6kGy的伽马射线辐照1min～5min；所述水洗采用去离子水水洗，所述固体物质水洗至表面无附着物。
本发明还提供一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法制得的改性粉煤灰土壤修复剂。
本发明还提供一种改性粉煤灰土壤修复剂的使用方法，在废弃矿区的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂，并在施加改性粉煤灰土壤修复剂的区域种植绿化植物。
进一步的，所述改性粉煤灰土壤修复剂施加在所述废弃矿区距离地面5cm～10cm、20cm～40cm、50cm～80cm的土层上，不同高度土层上所述改性粉煤灰土壤修复剂的用量分别为10g/m2～40g/m2、30g/m2～100g/m2、50g/m2～250g/m2。
进一步的，对于污染严重地区于3～6月周期补充改性粉煤灰土壤修复剂，所述改性粉煤灰土壤修复剂的补充量为首次施加量的5％～20％。
与现有技术相比，本申请至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法，研究发现粉煤灰作为多种结构的颗粒集合体具有优异的物理化学性质，特别是其较大比表面积和优良的吸附性能，同时粉煤灰中还含有多种稀有元素如硒、锌、铜、钼、硼等是植物生长所必需的元素，可用于改良土壤结构特性。本发明的制备方法通过将粉煤灰与颗粒态有机质适当混合在机构尺寸上互补，使吸附能力更大，并用淀粉、污泥蛋白质及可溶性有机质调节其结构与官能团成分与活性，辅以合适剂量与次数的辐照与焙烧处理，疏通了粉煤灰孔隙结构并改良官能团的功能特性，使其养分的释放与重金属的吸附可同时最大化，有效钝化土壤重金属，增加土壤肥力；同时将适当分子量的有机质与淀粉等营养及功能成分负载于粉煤灰修复剂上，不仅进一步增加了修复剂的肥效还改善了修复剂保水性能，最终达到土壤改良效果的最大化，使其更适合于陕北风沙带矿区受损土地的修复；
本发明得到的改性粉煤灰土壤修复剂，该修复剂采用的材料主要为废弃物，便宜、量大且易得，制备程序简便，获得的修复剂具有钝化重金属、增加土地肥力、改善保水性等多种功能，具有成本低、绿色环保、功能多、易操作等特点，实现了固废粉煤灰的变废为宝，降低了矿区土壤生态环境的恶化，能显著改善了土壤土质结构。
本发明提供的改性粉煤灰土壤修复剂的使用方法，因废弃矿区上不同层次土壤中的重金属含量不同，并且矿区沙质土随着水沉积作用，浅表重金属含量通常低于较深层，因此在废弃矿区上分层使用改性粉煤灰土壤修复剂，同时考虑植物根系分布，将修复剂进行分层施加，会使修复剂的效果最大化；本发明中将施加修复剂和种植绿化植物联合使用可加快矿区土壤生态环境的良性循环，最终达到改良矿区土壤、绿化环境的目的，该方法具有效果好、成本低、易操作、不存在二次污染等特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。
下述实施例中数据均根据《鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技出版社,2000》计算得到。
实施例1
1)粉煤灰一级预处理：取一定量的粉煤灰浸于弱酸水溶液中(固液质量比1:7)浸泡5h，取出粉煤灰在350℃焙烧1h，冷却后在将粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉按照质量比5：1：1：1充分混合，然后将混合物置于去离子水中(固液质量比1:1)，然后将所得固液混合物于56℃用450kGy的伽马射线辐照17min，辐照后将固液混合物冷却至室温下静置3h；静置后的固液混合物在56℃再次用450kGy的伽马射线辐照10min。辐照完成后，分离的固液混合物，所得固体物质用去离子水反复冲洗至浮杂彻底除去，然后将固体捣成小颗粒并烘干；
2)粉煤灰二级预处理：将步骤1所得固体颗粒与可溶性有机质按照质量比1:3充分混合，在室温下用85kGy的伽马射线辐照5min，然后将该固液混合物冷却至室温下静置2h；然后向该固液混合物中添加少量污泥蛋白质粉末(质量分数固定在焙烧后粉煤灰总质量的10％之间)，在56℃用0.1kGy的伽马射线辐照1min。分离固液混合物，用去离子水反复冲洗所得固体至其表面附着物彻底除去，然后烘干并研磨固体，得改性粉煤灰土壤修复剂，装袋、备用；
3)粉煤灰修复剂的应用：在煤炭开采后的废弃矿区距离地面5cm、20cm、50cm的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂分别10g/m2、30g/m2、50g/m2，然后在该区域种植绿化植物，对于污染严重地区可于3月周期补充粉煤灰修复剂，补充量为首次施加量的5％。
定期对不同层次采样，进行土壤主要重金属Cd、Pb含量测定、植物生长情况及土壤养分含水率分析。
修复效果：见表1-1、表1-2，其中。表1-1、表1-2显示：随着修复剂的施加，土壤中重金属Cd、Pb含量下降86％、79％，同时土壤中重金属Cd、Pb的残渣态显著增加(见表1-1)，土壤重金属Cd、Pb被有效钝化。施用修复剂的土壤中植物长势更好，土壤含水率高于空白对照组。
表1-1在修复剂作用下土壤中Cd、Pb赋存形态变化
Figure BDA0002790250930000061
由表1-1可知，修复剂施用后，土壤中Cd、Pb的残渣态增加明显，尤其是联合植物共同作用下的土壤残渣态比例分别达到了90％、81％，这表明修复剂可有效钝化土壤重金属Cd、Pb，降低它们的生物有效性及生态毒性。
表1-2修复前后矿区土营养成分变化
Figure BDA0002790250930000071
由表1-2数据可知，修复后的矿区土营养成分含量明显改善，表中MC％表示土壤未栽种植物时的含水率，可以看出修复后的矿区土壤含水率在18.9％，修复前的矿区土壤含水率为6.87％；将相同的植物分别种植在矿区修复前和修复后的土壤中，3个月后整株取出两株植物测量干基重，得到修复前土壤中植物的干基重为55.0g，修复后土壤中植物的干基重为70.4g，通过下述公式即可得知修复后土壤中植物的生物质含量提高28％，因此该技术可有效地修复矿区受损土壤。其中生物质含量的计算是根据干基质量计算，公式如下：
Figure BDA0002790250930000072
式中，y为生物质含量增加率，％；m1与m2分别为相同生长期下修复前后生物质量干基重量，kg。
实施例2
1)粉煤灰一级预处理：取一定量的粉煤灰浸于弱酸水溶液中(固液质量比1:7.5)浸泡5.5h，取出粉煤灰在370℃焙烧1.1h，冷却后在将粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉按照质量比6：1.5：1.5：1.2充分混合，然后将混合物置于去离子水中(固液质量比1:1.5)，然后将所得固液混合物于56.5℃用470kGy的伽马射线辐照18min，辐照后将固液混合物冷却至室温下静置3.5h；静置后的固液混合物在56.5℃再次用470kGy的伽马射线辐照11min。辐照完成后，分离的固液混合物，所得固体物质用去离子水反复冲洗至浮杂彻底除去，然后将固体捣成小颗粒并烘干；
2)粉煤灰二级预处理：将步骤1所得固体颗粒与可溶性有机质按照质量比1:4充分混合，在室温下用88kGy的伽马射线辐照6min，然后将该固液混合物冷却至室温下静置2.5h；然后向该固液混合物中添加少量污泥蛋白质粉末(质量分数固定在焙烧后粉煤灰总质量的13％之间)，在56.5℃用0.2kGy的伽马射线辐照2min。分离固液混合物，用去离子水反复冲洗所得固体至其表面附着物彻底除去，然后烘干并研磨固体，得改性粉煤灰土壤修复剂，装袋、备用；
3)粉煤灰修复剂的应用：在煤炭开采后的废弃矿区距离地面6cm、25cm、55cm的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂分别15g/m2、40g/m2、70g/m2，然后在该区域种植绿化植物，对于污染严重地区可于3.5月周期补充粉煤灰修复剂，补充量为首次施加量的10％。
定期对不同层次采样，进行土壤主要重金属Cd、Pb含量测定、植物生长情况及土壤养分含水率分析。
修复效果：见表2-1、表2-2。表2-1、表2-2显示：随着修复剂的施加，土壤中重金属Cd、Pb含量下降85％、83％，同时土壤中重金属Cd、Pb的残渣态显著增加(见表2-1)，土壤重金属Cd、Pb被有效钝化。施用修复剂的土壤中植物长势更好，土壤含水率高于空白对照组，空白对照组即为未进行修复实验的样品。
表2-1在修复剂作用下土壤中Cd、Pb赋存形态变化
Figure BDA0002790250930000081
由表2-1可知，修复剂施用后，土壤中Cd、Pb的残渣态增加明显，尤其是联合植物共同作用下的土壤残渣态比例分别达到了92％、88％，这表明修复剂可有效钝化土壤重金属Cd、Pb，降低它们的生物有效性及生态毒性。
表2-2修复前后矿区土营养成分变化
Figure BDA0002790250930000091
由表2-2数据可知，修复后的矿区土营养成分含量明显改善，表中MC％表示土壤未栽种植物时的含水率，可以看出修复后的矿区土壤含水率达19.22％，明显高于修复前的矿区土壤的含水率；将相同的植物分别种植在矿区修复前和修复后的土壤中，3个月后整株取出两株植物测量干基重，得到修复前土壤中植物的干基重为55.0g，修复后土壤中植物的干基重为67.7g，通过下述公式即可得知修复后土壤中植物的生物质含量提高23％，因此该技术可有效地修复矿区受损土壤。其中生物质含量的计算是根据干基质量计算，公式如下：
Figure BDA0002790250930000092
式中，y为生物质含量增加率，％；m1与m2分别为相同生长期下修复前后生物质量干基重量，kg。
实施例3
1)粉煤灰一级预处理：取一定量的粉煤灰浸于弱酸水溶液中(固液质量比1:8)浸泡6h，取出粉煤灰在400℃焙烧1.2h，冷却后在将粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉按照质量比7：2：2：1.4充分混合，然后将混合物置于去离子水中(固液质量比1:2)，然后将所得固液混合物于57℃用490kGy的伽马射线辐照20min，辐照后将固液混合物冷却至室温下静置4h；静置后的固液混合物在57℃再次用490kGy的伽马射线辐照13min。辐照完成后，分离的固液混合物，所得固体物质用去离子水反复冲洗至浮杂彻底除去，然后将固体捣成小颗粒并烘干；
2)粉煤灰二级预处理：将步骤1所得固体颗粒与可溶性有机质按照质量比1:5充分混合，在室温下用92kGy的伽马射线辐照7min，然后将该固液混合物冷却至室温下静置3.2h；然后向该固液混合物中添加少量污泥蛋白质粉末(质量分数固定在焙烧后粉煤灰总质量的18％之间)，在57℃用0.4kGy的伽马射线辐照3min。分离固液混合物，用去离子水反复冲洗所得固体至其表面附着物彻底除去，然后烘干并研磨固体，得改性粉煤灰土壤修复剂，装袋、备用；
3)粉煤灰修复剂的应用：在煤炭开采后的废弃矿区距离地面8cm、30cm、60cm的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂分别25g/m2、70g/m2、200g/m2，然后在该区域种植绿化植物，对于污染严重地区可于4月周期补充粉煤灰修复剂，补充量为首次施加量的13％。
定期对不同层次采样，进行土壤主要重金属Cd、Pb含量测定、植物生长情况及土壤养分含水率分析。
修复效果：见表3-1、表3-2。表3-1、表3-2显示：随着修复剂的施加，土壤中重金属Cd、Pb含量下降85％、87％，同时土壤中重金属Cd、Pb的残渣态显著增加(见表3-1)，土壤重金属Cd、Pb被有效钝化。施用修复剂的土壤中植物长势更好，土壤含水率高于空白对照组。
表3-1在修复剂作用下土壤中Cd、Pb赋存形态变化
Figure BDA0002790250930000101
由表3-1可知，修复剂施用后，土壤中Cd、Pb的残渣态增加明显，尤其是联合植物共同作用下的土壤残渣态比例分别达到了87％、87％，这表明修复剂可有效钝化土壤重金属Cd、Pb，降低它们的生物有效性及生态毒性。
表3-2修复前后矿区土营养成分变化
Figure BDA0002790250930000111
由表3-2数据可知，修复后的矿区土营养成分含量明显改善，表中MC％表示土壤未栽种植物时的含水率，可以看出修复后的矿区土壤含水率达17.13％，明显高于修复前的矿区土壤的含水率；将相同的植物分别种植在矿区修复前和修复后的土壤中，3个月后整株取出两株植物测量干基重，得到修复前土壤中植物的干基重为55.0g，修复后土壤中植物的干基重为68.2g g，通过下述公式即可得知修复后土壤中植物的生物质含量提高24％，因此该技术可有效地修复矿区受损土壤。其中生物质含量的计算是根据干基质量计算，公式如下：
Figure BDA0002790250930000112
式中，y为生物质含量增加率，％；m1与m2分别为相同生长期下修复前后生物质量干基重量，kg。
实施例4
1)粉煤灰一级预处理：取一定量的粉煤灰浸于弱酸水溶液中(固液质量比1:9)浸泡7h，取出粉煤灰在450℃焙烧1.4h，冷却后在将粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉按照质量比8：3：2.5：1.8充分混合，然后将混合物置于去离子水中(固液质量比1:3.5)，然后将所得固液混合物于58℃用500kGy的伽马射线辐照21min，辐照后将固液混合物冷却至室温下静置5.5h；静置后的固液混合物在58℃再次用520kGy的伽马射线辐照14min。辐照完成后，分离的固液混合物，所得固体物质用去离子水反复冲洗至浮杂彻底除去，然后将固体捣成小颗粒并烘干；
2)粉煤灰二级预处理：将步骤1所得固体颗粒与可溶性有机质按照质量比1:6充分混合，在室温下用97kGy的伽马射线辐照8min，然后将该固液混合物冷却至室温下静置3.5h；然后向该固液混合物中添加少量污泥蛋白质粉末(质量分数固定在焙烧后粉煤灰总质量的22％之间)，在58℃用0.5kGy的伽马射线辐照4min。分离固液混合物，用去离子水反复冲洗所得固体至其表面附着物彻底除去，然后烘干并研磨固体，得改性粉煤灰土壤修复剂，装袋、备用；
3)粉煤灰修复剂的应用：在煤炭开采后的废弃矿区距离地面9cm、35cm、75cm的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂分别35g/m2、90g/m2、230g/m2，然后在该区域种植绿化植物，对于污染严重地区可于5月周期补充粉煤灰修复剂，补充量为首次施加量的18％。
修复效果：见表4-1、表4-2。表4-1、表4-2显示：随着修复剂的施加，土壤中重金属Cd、Pb含量下降91％、89％，同时土壤中重金属Cd、Pb的残渣态显著增加(见表4-1)，土壤重金属Cd、Pb被有效钝化。施用修复剂的土壤中植物长势更好，土壤含水率高于空白对照组。
表4-1在修复剂作用下土壤中Cd、Pb赋存形态变化
Figure BDA0002790250930000121
由表4-1可知，修复剂施用后，土壤中Cd、Pb的残渣态增加明显，尤其是联合植物共同作用下的土壤残渣态比例分别达到了90％、89％，这表明修复剂可有效钝化土壤重金属Cd、Pb，降低它们的生物有效性及生态毒性。
表4-2修复前后矿区土营养成分变化
Figure BDA0002790250930000131
由表4-2数据可知，修复后的矿区土营养成分含量明显改善，表中MC％表示土壤未栽种植物时的含水率，可以看出修复后的矿区土壤含水率达21.98％，明显高于修复前的矿区土壤的含水率；将相同的植物分别种植在矿区修复前和修复后的土壤中，3个月后整株取出两株植物测量干基重，得到修复前土壤中植物的干基重为55.0g，修复后土壤中植物的干基重为67.6g g，通过下述公式即可得知修复后土壤中植物的生物质含量提高23％，因此该技术可有效地修复矿区受损土壤。其中生物质含量的计算是根据干基质量计算，公式如下：
Figure BDA0002790250930000132
式中，y为生物质含量增加率，％；m1与m2分别为相同生长期下修复前后生物质量干基重量，kg。
实施例5
1)粉煤灰一级预处理：取一定量的粉煤灰浸于弱酸水溶液中(固液质量比1:10浸泡8h，取出粉煤灰在500℃焙烧1.5h，冷却后在将粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉按照质量比9：4：3：2充分混合，然后将混合物置于去离子水中(固液质量比1:4)，然后将所得固液混合物于59℃用550kGy的伽马射线辐照22min，辐照后将固液混合物冷却至室温下静置6h；静置后的固液混合物在59℃再次用550kGy的伽马射线辐照15min。辐照完成后，分离的固液混合物，所得固体物质用去离子水反复冲洗至浮杂彻底除去，然后将固体捣成小颗粒并烘干；
2)粉煤灰二级预处理：将步骤1所得固体颗粒与可溶性有机质按照质量比1:7充分混合，在室温下用100kGy的伽马射线辐照9min，然后将该固液混合物冷却至室温下静置4h；然后向该固液混合物中添加少量污泥蛋白质粉末(质量分数固定在焙烧后粉煤灰总质量的25％之间)，在59℃用0.6kGy的伽马射线辐照5min。分离固液混合物，用去离子水反复冲洗所得固体至其表面附着物彻底除去，然后烘干并研磨固体，得改性粉煤灰土壤修复剂，装袋、备用；
3)粉煤灰修复剂的应用：在煤炭开采后的废弃矿区距离地面10cm、40cm、80cm的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂分别40g/m2、100g/m2、250g/m2，然后在该区域种植绿化植物，对于污染严重地区可于6月周期补充粉煤灰修复剂，补充量为首次施加量的20％。
修复效果：见表5-1、表5-2。表5-1、表5-2显示：随着修复剂的施加，土壤中重金属Cd、Pb含量下降89％、94％，同时土壤中重金属Cd、Pb的残渣态显著增加(见表5-1)，土壤重金属Cd、Pb被有效钝化。施用修复剂的土壤中植物长势更好，土壤含水率高于空白对照组。
表5-1在修复剂作用下土壤中Cd、Pb赋存形态变化
Figure BDA0002790250930000141
由表5-1可知，修复剂施用后，土壤中Cd、Pb的残渣态增加明显，尤其是联合植物共同作用下的土壤残渣态比例分别达到了93％、89％，这表明修复剂可有效钝化土壤重金属Cd、Pb，降低它们的生物有效性及生态毒性。
表5-2修复前后矿区土营养成分变化
Figure BDA0002790250930000151
由表5-2数据可知，修复后的矿区土营养成分含量明显改善，表中MC％表示土壤未栽种植物时的含水率，可以看出修复后的矿区土壤含水率达21.03％，明显高于修复前的矿区土壤的含水率；将相同的植物分别种植在矿区修复前和修复后的土壤中，3个月后整株取出两株植物测量干基重，得到修复前土壤中植物的干基重为55.0g，修复后土壤中植物的干基重为68.8g g，通过下述公式即可得知修复后土壤中植物的生物质含量提高25％，因此该技术可有效地修复矿区受损土壤。其中生物质含量的计算是根据干基质量计算，公式如下：
Figure BDA0002790250930000152
式中，y为生物质含量增加率，％；m1与m2分别为相同生长期下修复前后生物质量干基重量，kg。
上述方法用较低的成本即可修复矿区受损土地，同时还可以提高土壤养分及其保水能力、改善土壤土质、钝化土壤重金属，实现了粉煤灰固体废弃物的资源化利用，该修复剂对陕北风沙带矿区受损土地的修复及粉煤灰的处理处置具有重要意义。以上述及内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1将粉煤灰浸泡于弱酸水溶液中，浸泡后取出粉煤灰并进行焙烧处理，焙烧后冷却，得到第一前驱体；
S2将颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉和步骤S1中得到的第一前驱体混合得到第二前驱体，将第二前驱体与水混合得到固液混合物，对固液混合物进行第一次伽马射线辐照，辐照后冷却静置，进行第二次伽马射线辐照，辐照结束分离固液混合物，对得到的固体物质进行水洗、粉碎、烘干，得到第三前驱体；
S3将可溶性有机质与步骤S2中得到的第三前驱体混合后进行第三次伽马射线辐照，辐照结束后冷却静置得到第四前驱体，在第四前驱体中加入污泥蛋白质粉末并进行第四次伽马射线辐照，辐照结束后分离第四前驱体，对得到的固体物质进行水洗、烘干、研磨，得到改性粉煤灰土壤修复剂；
所述步骤S2中，所述第一次伽马射线辐照的条件为在56℃～59℃条件下采用450kGy～550kGy的伽马射线辐照17min～22min，辐照结束后冷却至室温静置3h～6h；所述第二次伽马射线辐照的条件为在56℃～59℃条件下采用450kGy～550kGy的伽马射线辐照10min～15min；对得到的固体物质采用去离子水反复冲洗直至浮杂彻底除去，然后将固体物质捣碎为小颗粒；
所述步骤S3中，所述第三前驱体和可溶性有机质质量比为1:(3～7)，所述第三次伽马射线辐射的条件为在室温下采用85kGy～100kGy的伽马射线辐照5min～9min，辐照结束后冷却至室温后静置2h～4h；
所述步骤S3中，所述污泥蛋白质粉末占所述第一前躯体总质量的10％～25％，所述第四次伽马射线辐射的条件为在56℃～59℃条件下采用0.1kGy～0.6kGy的伽马射线辐照1min～5min；所述水洗采用去离子水水洗，所述固体物质水洗至表面无附着物。
2.根据权利要求1所述的一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述粉煤灰与所述弱酸水溶液的质量比为1:(7～10)，浸泡时间为5h～8h；所述粉煤灰在350℃～500℃条件下焙烧1h～1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述粉煤灰、颗粒态有机质、污泥蛋白质、淀粉的质量比(5～9)：(1～4)：(1～3)：(1～2)；所述水为去离子水，所述第二前驱体与所述去离子水的质量比为1:(1～4)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种矿区沙质土壤修复剂的制备方法制得的改性粉煤灰土壤修复剂。
5.根据权利要求4所述的一种改性粉煤灰土壤修复剂的使用方法，其特征在于，在废弃矿区的土层施加改性粉煤灰土壤修复剂，并在施加改性粉煤灰土壤修复剂的区域种植绿化植物。
6.根据权利要求5所述的一种改性粉煤灰土壤修复剂的使用方法，其特征在于，所述改性粉煤灰土壤修复剂施加在所述废弃矿区距离地面5cm～10cm、20cm～40cm、50cm～80cm的土层上，不同高度土层上所述改性粉煤灰土壤修复剂的用量分别为10g/m2～40g/m2、30g/m2～100g/m2、50g/m2～250g/m2。
7.根据权利要求5所述的一种改性粉煤灰土壤修复剂的使用方法，其特征在于，对于污染严重地区于3～6月周期补充改性粉煤灰土壤修复剂，所述改性粉煤灰土壤修复剂的补充量为首次施加量的5％～20％。
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