CN115401064B - 一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法 - Google Patents

一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法。本发明方法包括以下步骤：S1.按1‑4g结冷胶、60‑240g湿污泥、60‑240g堆置污泥与1L水的比例混合，进行破壁粉碎处理，过筛，回收滤渣，留下初悬浊液；初悬浊液静置分层后，将上清液回收，留下层悬浊液备用；S2.按每千克稀土矿采矿迹地土壤添加120‑200mL悬浊液的比例加入悬浊液，且控制土壤相对含水量为60％～80％，搅拌混合，然后静置培养5‑8天；然后重复上述操作1‑3次。本发明方法工艺简单、原材料简单且能实现城市污泥安全资源利用，有效的促进了稀土矿迹地土壤团聚形成更多大团聚体。

Description

一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法
技术领域
本发明属于土壤质量改良技术领域，具体涉及一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法。
背景技术
稀土采矿废弃地土壤极度贫瘠、有害物质累积以及土壤结构极差，严重限制了植被重建。恢复适宜植物生长的土壤环境是重建一个稳定植被系统的核心过程，也是采矿废弃地生态修复成功与否的关键。另一方面，剥离表土式稀土采矿活动，破坏原有土壤结构，导致母质和母岩裸露并加速其风化，极易产生剧烈的水土流失，严重威胁下游的人民生命安全和生产活动。改良土壤并重塑土壤团聚体结构成为了稀土采矿废弃地生态恢复的核心问题之一。覆土、施用有机物料和生物改良是应用较多的采矿废弃地土壤改良技术，但均存在一定局限性：覆土法工程量大，需解决土源、交通和成本问题，并可能破坏耕地资源；施用有机物料需要考虑物料的生态安全性；生物改良法效果慢且不适用于极端贫瘠和环境恶劣的矿区。尽管国内外开展了大量的采矿废弃地土壤改良研究工作，但尚未形成改善采矿废弃地土壤状况的成熟技术。从促进土壤团聚出发，探索切实可行的土壤改良技术仍是稀土采矿废弃地生态修复研究中亟待解决的难题。
土壤团聚体形成的过程复杂，不同因素对团聚体形成和稳定的作用难以辨别。目前，科学家基本明确了影响团聚体形成和稳定的主要因素。这些因素包括有机质、微生物、植物根系、多价阳离子、土壤动物以及人为因素。有机质在土壤团聚中的作用，启发了业内人士尝试人为添加有机质以促进土壤团聚体的形成。尚应妮等(2017)探究不同物质对黄绵土团聚体形成作用，发现腐殖酸、壳聚糖等有机质有利于微团聚体向大团聚体变化，尤其是>5mm团聚体增加更加明显；并且对团聚体形成的作用表现为腐殖酸>壳聚糖>硫酸铝。董远鹏等(2020)研究赤泥团聚的影响因素，发现腐殖质的添加有效地增加了赤泥的孔隙度，促进了赤泥水稳团聚体的形成；添加腐殖质后1.0-2.0mm大团聚体数量显著增加。专利CN101723766B报道一种有机复合型土壤改良剂(按重量份数计，有机质100-200份、多孔无机物20-40份、粘土30-60份、强酸100-150份、复合肥或尿素60-100份、粘土40-70份、微生物菌剂0.5-2份，酵母0.03-0.1份)可促进土壤团聚体形成。专利CN106554782B报道将凹凸棒土和阴离子型聚丙烯酰胺的混合物添加到沙地土壤中与耕作层充分混合，可促进沙质土壤形成团粒结构。专利CN108865170A报道一种生物炭基土壤结构调理剂(生物炭、植物纤维物料、火山石、蚯蚓粪、腐殖酸、膨润土以及耐盐碱微生物菌剂)，并将结合聚丙烯酰胺溶液与土壤混合，可促进土壤团粒结构形成。其他已报到的促进土壤团聚的专利还有CN111410589A(牛粪堆肥85～95份，甲壳素3～9份，葡萄糖2～6份。)CN112979390A(水溶性碳混合物20-40份，糖醇混合物30-35份，液体植物油25-35份)、CN112574752A(1～5份堆肥牛粪、0.5～2份膨润土、0.01～0.02份聚丙烯酰胺保水剂、0.5～2份负载土壤改良菌剂的生物质炭、0.5～2份改性稻壳)。也有报道指出，人为接种产胞外多糖细菌，可以提高土壤中胞外多糖含量，进而促进土壤团聚体形成；并且该促进作用与胞外多糖结构密切相关(杜秀娟，2016；潘彬，2015；郭蓉，2015；上官王丽，2013)。上述现有促进土壤团聚的相关技术方法存在以下问题：(1)上述相关方法无法直接应用于促进稀土矿采矿迹地土壤团聚。这些方法主要集中于农田或沙地土壤，这些土壤与采矿迹地特别是是稀土矿采矿迹地土壤的物质组成存在较大差异。农田或沙地土壤含有合适比例的砂粒、粉粒和黏粒且细颗粒(<0.01mm)含量相对较高，土壤颗粒之间存在一定的凝聚力；上述技术方法主要基于该基础而产生效果。不同的是稀土矿采矿迹地土壤主要是风化或半风化的母质和母岩，土壤细颗粒(<0.01mm)含量很低，颗粒之间凝聚力非常弱，更加容易被侵蚀和流失；失去土壤颗粒自身凝聚力支撑，上述技术方法难达到预期效果。(2)胞外多糖在稀土矿废弃地作用极有限。微生物所分泌的胞外多糖物质由于具有一定胶结性，被认为是瞬变性胶结剂，该胶结剂只对土壤细颗粒(<0.01mm)具有短时粘合作用，对土壤粗颗粒的作用有限；作用时效短，该类多糖容易作为碳源被微生物分解进而失去黏结效力；胞外多糖的产生需要合适的环境且产生的量有限，而稀土矿废弃地环境恶劣基本不适合直接接种产胞外多糖细菌。(3)这些已报道的土壤结构调理剂的原材料相对复杂，获取成本较高，制作工艺也相对复杂；针对于稀土矿废弃地的大规模应用，技术难度大，投入成本极高。因此，寻找一种工艺简单、原材料简单且能实现废弃物资源利用，并适用于稀土矿采矿迹地的促进土壤团聚的方法意义重大。遗憾的是，业内尚未找到理想方法。
我国城市产生的污泥量日益增加，截至2020年底，我国城市污泥年产量已突破6.0×107t。科学处置污泥成为生态环境建设的重要难题之一。污泥成分十分复杂，存在大量微生物以保证污泥中的有机物质充分分解并产生大量未知胶结物。污泥有机质含量高、存在大量微生物和胶结物是促进土壤团聚体形成的重要基础，将污泥进行一定处理后应用于重塑土壤结构潜力巨大。业内有较多报道关注到污泥是促进土壤团聚体形成的良好材料(赖发英等，2010；王磊等，2016；王仲瑀，2017)。但是，利用污泥来促进土壤团聚存在以下技术难点：(1)污泥富含一定量重金属等污染物，直接应用污泥来促进土壤团聚也带来严重的土壤重金属等污染风险；降低污泥应用的重金属污染风险技术难度非常大。(2)污泥形态非常不利于大规模直接应用。出厂湿污泥尚未完成脱水，呈絮凝胶结状；而脱水干污泥呈板结大块砖；两者直接施用非常不方便。尽管污泥堆置处理后，形态结构有所改善，但其团聚作用有所下降且没有解决重金属残留问题。(3)污泥以黑色为主且本身存在很大臭味，未经处理直接大规模应用容易造成空气和视觉污染，容易引起环境纠纷。因此，尽管国内外也有报道污泥促进土壤团聚，但受污泥自身形态和含有重金属等有害物质的影响，国内外也没有将污泥大规模运用于提高土壤团聚的相关报道。如何充分挖掘污泥的促进土壤团聚潜力，且最大程度的避免污泥中重金属向土壤转移，实现污泥安全资源化利用，成为了长期困扰业界的难题。
发明内容
本发明的目的是开发一种工艺简单、原材料简单且能实现城市污泥安全资源利用，并适用于稀土矿采矿迹地的促进土壤团聚的方法。
本发明的一种促进稀土矿迹地土壤团聚的方法，包括以下步骤：
S1.按1-4g结冷胶、60-240g湿污泥、60-240g堆置污泥与1L水的比例混合，进行破壁粉碎处理，过筛，回收滤渣，留下初悬浊液；初悬浊液静置分层后，将上清液回收，留下层悬浊液备用；
S2.按每千克稀土矿采矿迹地土壤添加120-200mL悬浊液的比例加入悬浊液，且控制土壤相对含水量为60％～80％，搅拌混合，然后静置培养5-8天；然后重复上述操作1-3次。
优选，所述的步骤S1中，按4g结冷胶、180g湿污泥、120g堆置污泥与1L水的比例混合。
优选，所述的步骤S1中，按4g结冷胶、120g湿污泥、60g堆置污泥与1L水的比例混合。
优选，所述的步骤S1中，按2g结冷胶、60g湿污泥、180g堆置污泥与1L水的比例混合。
优选，所述的步骤S1中，按3g结冷胶、180g湿污泥、60g堆置污泥与1L水的比例混合。
优选，所述的步骤S1中，所述的破壁粉碎处理为常温下破壁粉碎处理10-20分钟；所述的过筛为过60目筛；所述的初悬浊液静置分层为静置24小时。
优选，所述的步骤S2中，按每千克稀土矿采矿迹地土壤添加160mL悬浊液的比例加入悬浊液，且控制土壤相对含水量为70％，搅拌混合，然后静置培养7天；然后重复上述操作1-3次。
优选，对于母质风化较完全，<0.25mm颗粒含量超过质量分数60％的稀土矿采矿迹地土壤，步骤S2中重复操作1次；对于母质风化不完全，<0.25mm颗粒含量低于质量分数60％的稀土矿采矿迹地土壤，步骤S2中重复操作2-3次。
优选，所述的步骤S2中，搅拌混合后在稀土矿采矿迹地土壤表面覆盖一层塑料薄膜，然后静置培养。这样做可以减少水分蒸发或避免雨水冲刷。
本发明针对稀土采矿废弃地生态修复研究中亟待解决的土壤团聚难题和长期困扰业界的实现污泥安全资源化土地利用的难题，深入挖掘不同城市污泥和稀土矿采矿迹地土壤性质，提供一种安全利用城市污泥促进稀土采矿迹地土壤团聚的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)工艺简单，只有获取悬浊液和搅拌混合培养两步，这降低了野外施工难度，极大的便利了野外大规模施工，节约施工成本。
(2)本发明原材料简单，只有出厂湿污泥、堆肥污泥和天然结冷胶三种原材料，这三种材料获取容易，价格低廉，降低了大规模应用于改良稀土矿采矿迹地土壤的成本。
(3)针对性强，本发明根据稀土矿采矿迹地土壤主要由风化或半风化的母质和母岩、颗粒之间凝聚力非常弱以及有机质含量和微生物丰度低特点，科学运用目前业界已知的有机质、微生物和多价阳离子作用于土壤团聚的机制，合理选择和配比使用出厂湿污泥、堆肥污泥和天然结冷胶三种原材料。其中，出厂湿污泥富含絮凝物质和钙、铁多价阳离子，可以利用其絮凝作用解决稀土矿采矿迹地土壤颗粒之间凝聚力弱问题。堆肥污泥可溶性有机质含量且真菌丰度高，可以利用其解决稀土矿采矿迹地土壤有机质含量和微生物丰度低问题，并发挥真菌分泌黏性物质和菌丝捆绑作用促进土壤团聚。天然结冷胶，即高酰基结冷胶，是一种有微生物代谢产生的胞外多糖，也是一种天然的胶结物质，可以利用其进一步强化土壤颗粒间的胶结作用。
(4)解决原料的使用缺点并实现原料间协同增效。出厂湿污泥富含活性絮凝物质，对土壤团聚效果相对较好，但由于以下缺点限制了其被直接施用于土壤：①呈絮凝胶结状，施用非常不方便；②尚未完成堆置除臭，直接施用产生恶臭味；③尚未完成压缩减重，大量运输不便利且成本高；④尚未完成高效脱水和去除重金属，仍富含可溶性的重金属等污染物；⑤尚未完成高温堆置和灭菌处理过程，仍富含病原菌等有害微生物和有机污染物。堆置污泥经过发酵和除臭处理，结构疏松，含水量低，病原菌等有害微生物和有机污染物含量低，而活性有机质含量高且丛枝状真菌丰富；但由于在堆置过程中，一些天然活性絮凝物质如胞外多糖被降解，对土壤团聚效果相对较差；并且受高温蒸发脱水工艺影响，重金属和盐分物质浓度较高。天然结冷胶作为一种有微生物代谢产生的胞外多糖，具有很好的絮凝效果且使用安全，目前主要作为食品添加剂应用于饮料、果冻和雪糕等食品制作中，但使用量过高将出现板结现象；至今尚未有应用于土壤改良的报道。本发明综合考虑这三种原材料的优缺点，科学摸索相互配比，并加入简单的破壁粉碎、过滤和静置分离工艺，解决了三种原料的使用缺点并实现原料间优势互补。例如，通过破壁处理破坏了出厂湿污泥原有絮凝胶结结构，但保留活性絮凝物质。静置和过筛处理可以分离出厂湿污泥和堆置污泥中可溶态和残渣态重金属等污染物。控制出厂湿污泥使用量，减少臭味产生和病原菌等有害微生物和有机污染物污染风险。添加堆置污泥，补充活性有机质和接种丛枝状真菌，发挥和强化微生物和有机质自然促进土壤团聚的作用。添加天然结冷胶，可以达到以下目的：①作为外源胶结性多糖，弥补湿污泥和堆置污泥中多糖物质含量较低的短板，强化污泥的胶结性能；②作为外源碳源，为湿污泥和堆置污泥中原住微生物提供碳源，这样既可以提高微生物活性并产生更多样的胞外多糖促进团聚体形成而不是分解团聚体，也可以实现提高稀土矿废弃地土壤在微生物多样性的目标；③作为有机络合物，有效降低污泥中重金属的生物活性或毒性，协同污泥的破壁-沉降分离处理进一步降低污泥应用带来的重金属污染风险；④作为有机络合物，有效降低污泥中其他盐分离子的活性，降低污泥的盐度和电导率，为微生物定植提供更合适环境；⑤有利于维持制备的促进稀土矿采矿迹地土壤团聚的悬浊液的稳定性，便于大规模应用和保存。
(5)实现城市污泥的安全资源化利用。本发明合理配比和处理出厂湿污泥和堆肥污泥，较大程度保留了污泥中具有促进土壤团聚作用的组分，有效降低了污泥中污染物和弱化了其他不利土地利用因素，保障城市污泥的安全资源化利用。
本发明方法工艺简单、原材料简单且能实现城市污泥安全资源利用，有效的促进了稀土矿迹地土壤团聚形成更多大团聚体。
附图说明
图1是实施例1中不同处理形成的团聚体分析结果；图a：干筛团聚体含量；图b：干筛平均重量直径MWD；图c：干筛几何平均直径GMD；图d：>0.25mm水稳团聚体含量；其中各处理分别为：CK：原矿土；T1：10％堆置污泥+90％原矿土；T2：30％湿污泥+70％原矿土；T3：10％堆置污泥+10％湿污泥+80％原矿土；T4：加16mL配方1(1g/L结冷胶+120g/L湿污泥+180g/L堆置污泥)；T5：加16mL配方2(2g/L结冷胶+60g/L湿污泥+180g/L堆置污泥)；T6：加16mL配方3(4g/L结冷胶+180g/L湿污泥+120g/L堆置污泥)；图中数据为3次重复的平均值±标准误，柱子上不同小写字母为同一指标各处理间差异显著(P<0.05)。
图2是实施例2中不同处理形成的团聚体分析结果；图a：干筛团聚体含量；图b：干筛平均重量直径MWD；图c：干筛几何平均直径GMD；图d：>0.25mm水稳团聚体含量；其中各处理分别为：CK：原矿土；T1：加16mL配方1(2g/L结冷胶)；T2：加16mL配方2(3g/L结冷胶)；T3：加16mL配方3(4g/L结冷胶)；T4：加16mL配方4(2g/L结冷胶+240g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)；T5：加16mL配方5(3g/L结冷胶+60g/L湿污泥+240g/L堆置污泥)；T6：加16mL配方6(4g/L结冷胶+120g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)；图中数据为3次重复的平均值±标准误，柱子上不同小写字母为同一指标各处理间差异显著(P<0.05)。
图3是实施例3中不同处理形成的团聚体照片；其中各处理分别为：CK：原矿土；T1：加16mL配方1(60g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)；T2：加16mL配方2(120g/L湿污泥+120g/L堆置污泥)；T3：加16mL配方3(1g/L结冷胶+240g/L湿污泥)；T4：加16mL配方4(2g/L结冷胶+120g/L堆置污泥)；T5：加16mL配方5(1g/L结冷胶+60g/L湿污泥+120g/L堆置污泥)；T6：加16mL配方6(2g/L结冷胶+60g/L湿污泥+180g/L堆置污泥)；T7：加16mL配方7(3g/L结冷胶+180g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)。
图4是实施例3中不同处理形成的团聚体分析结果；图a：干筛团聚体含量；图b：干筛平均重量直径MWD；图c：干筛几何平均直径GMD；图d：>0.25mm水稳团聚体含量；各处理缩写与图3中的相同；图中数据为3次重复的平均值±标准误，柱子上不同小写字母为同一指标各处理间差异显著(P<0.05)。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
以下实施例中所用的实验材料：
供试土壤为广东省梅州市某废弃稀土矿迹地表层土壤，以下实施例中统称原矿土，风干过3mm筛后备用，过3mm筛后原矿土的土壤颗粒组成为：石砾(1～3mm)5.62％、砂粒(0.05～1mm)56.47％、粉粒(0.002～0.05mm)30.49％和黏粒(<0.002mm)7.42％，土壤质地偏砂。该稀土矿20世纪80、90年代期间对其进行过开采，现已废弃二十多年；表土基本被采矿剥离，剩下底层土壤发育严重不良，滑坡及泥石流频发。供试出厂湿污泥，以下实施例中统称湿污泥，由广东省广州市新塘生活污水处理厂提供；所使用的湿污泥满足《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T24600-2009)或《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009)标准要求。供试堆置污泥，由广东省清远市绿由环保科技有限公司提供；所使用的堆置污泥满足《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》(GB/T24600-2009)或《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T 23486-2009)标准要求。天然结冷胶(以下简称结冷胶)购买自广东省广州市绿城生物科技有限公司，供试胶为食品级，纯度>90％，凝胶强度>900g/cm2。
实施例1
1、实验材料：原矿土，湿污泥，堆置污泥，结冷胶。
2、实验设置：本实验以原矿土为对照(CK)，设置6个处理，如表1所示。每个处理设置3个重复。
表1实施例1实验设置
Figure BDA0003813679000000071
3、实验过程：按照表1设置，称取相应质量的原矿土分别加入烧杯中。对于CK，只加入自来水16mL(此时土壤相对含水量为70％)，并搅拌混匀。对于T1，加入10g堆置污泥，与原矿土搅拌混匀，加入自来水16mL后再搅拌混匀。对于T2，加入30g湿污泥，与原矿土搅拌混匀，加入自来水16mL后再搅拌混匀。对于T3，加入10g堆置污泥和10g湿污泥，与原矿土搅拌混匀，加入自来水16mL后再搅拌混匀。对于T4、T5和T6，需先按处理相应配方获取悬浊液，然后量取16mL悬浊液加入原矿土，搅拌混匀。获取悬浊液具体过程：按T4、T5和T6配方先分别称取相应质量原料，然后分别加入1L自来水，常温下用家用破壁机(九阳牌L18-Y915S)进行破壁粉碎处理10分钟，然后过60目筛，回收滤渣(收集后续进行其他无害化处理)，留下初悬浊液；初悬浊液静置24小时，随后采用虹吸法将上清液回收(收集后续进行其他无害化处理)，留下下层悬浊液备用。各处理样品搅拌混匀后，用保鲜膜封住烧杯，并用牙签戳若干小孔，然后将各处理样品置于阴凉处培养一周。一周后，对于CK、T1、T2和T3处理，打开保鲜膜，再分别加入16mL自来水；对于T4、T5和T6处理，则分别加入16mL相应的悬浊液。样品再次搅拌混匀，用保鲜膜封住烧杯并用牙签戳若干小孔，继续培养一周。随后取出样品，进行指标分析。
4、分析指标：a、干筛法测定团聚体含量：取40g风干土，置于2mm和0.25mm套筛，分离>2mm大团聚体、0.25～2mm中团聚体和<0.25mm微团聚体，并计算其含量。b、湿筛法分析>0.25mm水稳团聚体含量：取40g风干土，置于0.25mm套筛，采用自动筛分仪获得>0.25mm水稳团聚体，并烘干计算其含量。c、平均重量直径MWD计算：
Figure BDA0003813679000000081
(wi为第i级团聚体干重g，Ri为某级团聚体平均直径mm)。d、几何平均直径GMD计算：
Figure BDA0003813679000000082
e、土壤中重金属含量计算。风干后，研磨过0.25mm尼龙筛备用；称取0.2g，分别加入6mL盐酸和2mL硝酸，置于微波消解仪消解。所有重金属待测液离心得上清液，上清液通过ICP测定镉、铅、镍、铬、锌和铜含量，通过原子荧光分光光度计测定汞和砷含量。
5、实验结果：
本实施例的主要目的是对比分析本实施例方法与直接添加污泥在稀土矿采矿迹地土壤团聚作用中的差异，并分析土壤中重金属含量验证本实施例方法是否可以实现城市污泥的安全资源化利用。图1结果显示，原矿土(CK)的大团聚体(>2mm)含量非常低(均值为14.44％)而细团聚体或颗粒(<0.25mm)含量较高(均值为18.31％)，MWD仅为1.65mm，GMD仅为0.97mm，>0.25mm水稳团聚体含量只有59.57％。添加10％堆置污泥(T1)、30％湿污泥(T2)或10％堆置污泥混合10％湿污泥(T3)均可显著增加大团聚体(>2mm)含量和>0.25mm水稳团聚体含量，并提高了MWD和GMD，但对细团聚体或颗粒(<0.25mm)含量的影响不显著，表明这三种处理可能是通过促进0.25-2mm团聚体的团聚来增加大团聚体含量的。不同的是，本实施例处理(T4、T5和T6)显著提高了大团聚体(>2mm)含量(比CK增加了163.98％～225.15％)、MWD(2.88～3.37mm)和GMD(1.67～2.16mm)，而显著降低0.25-2mm团聚体和细团聚体(比CK下降了24.23％～31.59％)或颗粒(<0.25mm)含量(比CK下降了38.10％～63.11％)。这表明，与单纯添加污泥不同，本实施例T4、T5和T6处理方法可以有效促进0.25-2mm团聚体和细团聚体或颗粒(<0.25mm)形成大团聚体。在本实施例中，促进土壤团聚效果最好的处理是T6(4g/L结冷胶+180g/L湿污泥+120g/L堆置污泥)。
进一步分析不同样品中重金属镉、铅、镍、铬、锌、汞和铜以及类重金属砷含量(表2)，发现由于堆置污泥和湿污泥中含有较高重金属，直接应用这些污泥(T1、T2和T3)来促进土壤团聚，也导致土壤重金属含量显著升高，特别是直接应用湿污泥。值得注意的是，应用本实施例T4、T5和T6处理方法处理堆置污泥和湿污泥并应用于促进原矿土团聚，并没有显著增加土壤重金属含量。这表明，本实施例T4、T5和T6处理方法有效减少了直接利用堆置污泥和湿污泥的重金属污染风险。
表2实施例1样品中重金属含量
Figure BDA0003813679000000091
注：表中各处理缩写对应的处理与表1中的相同；表中数据为3次重复的平均值，不同小写字母为同一指标各处理间差异显著(P<0.05)。
实施例2
1、实验材料：与实施例1相同。
2、实验设置：本实验以原矿土为对照(CK)，设置6个处理，如表3所示。每个处理设置3个重复。
表3实施例2实验设置
Figure BDA0003813679000000092
3、实验过程：按照表3设置，先称取100g的原矿土分别加入烧杯中。对于CK，只加入自来水16mL(此时土壤相对含水量为70％)，并搅拌混匀。对于T1、T2和T3，需先获取结冷胶胶体，然后量取16mL结冷胶胶体加入原矿土，搅拌混匀。获取结冷胶胶体具体过程：按T1、T2和T3配方先分别称取相应质量结冷胶，然后分别加入1L自来水，常温下进行破壁粉碎处理5分钟即可获得相应结冷胶胶体。对于T4、T5和T6，需先按处理相应配方获取悬浊液，然后量取16mL悬浊液加入原矿土，搅拌混匀。获取悬浊液具体过程：按T4、T5和T6配方先分别称取相应质量原料，然后分别加入1L自来水，常温下进行破壁粉碎处理10分钟，然后过60目筛，回收滤渣，留下初悬浊液；初悬浊液静置24小时，随后采用虹吸法将上清液回收，留下下层悬浊液备用。各处理样品搅拌混匀后，用保鲜膜封住烧杯，并用牙签戳若干小孔，然后将各处理样品置于阴凉处培养一周。一周后，对于CK，打开保鲜膜，再分别加入16mL自来水；对于T1、T2和T3处理，打开保鲜膜，再分别加入16mL相应结冷胶胶体；对于T4、T5和T6处理，则分别加入16mL相应的悬浊液。样品再次搅拌混匀，用保鲜膜封住烧杯并用牙签戳若干小孔，继续培养一周。随后取出样品，进行指标分析。
4、分析指标：a、干筛法测定团聚体含量：取40g风干土，置于2mm和0.25mm套筛，分离>2mm大团聚体、0.25～2mm中团聚体和<0.25mm微团聚体，并计算其含量。b、湿筛法分析>0.25mm水稳团聚体含量：取40g风干土，置于0.25mm套筛，采用自动筛分仪获得>0.25mm水稳团聚体，并烘干计算其含量。c、平均重量直径MWD计算：
Figure BDA0003813679000000101
(wi为第i级团聚体干重g，Ri为某级团聚体平均直径mm)。d、几何平均直径GMD计算：
Figure BDA0003813679000000102
5、实验结果：
本实施例的主要目的是对比分析本实施例方法与直接添加结冷胶在稀土矿采矿迹地土壤团聚作用中的差异。图2结果显示，直接添加结冷胶(T1、T2和T3)可以在一定程度上增加大团聚体(>2mm)含量、MWD和GMD，而显著降低0.25-2mm团聚体和细团聚体或颗粒(<0.25mm)含量，且随着结冷胶使用浓度加大，效果更明显；但只有高浓度(4g/L)结冷胶才能显著增加>0.25mm水稳团聚体含量。本实施例处理(T4、T5和T6)均显著提高了大团聚体(>2mm)含量(比CK增加了199.34％～254.96％)、MWD(3.15～3.66mm)和GMD(1.89～2.31mm)，而显著降低0.25-2mm团聚体和细团聚体(比CK下降了30.14％～39.31％)或颗粒(<0.25mm)含量(比CK下降了47.89％～67.43％)。与T1(2g/L结冷胶)相比，T4(2g/L结冷胶+240g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)的大团聚体(>2mm)含量增加了66.04％。与T2(3g/L结冷胶)相比，T5(3g/L结冷胶+60g/L湿污泥+240g/L堆置污泥)的大团聚体(>2mm)含量增加了31.63％。与T3(4g/L结冷胶)相比，T6(4g/L结冷胶+120g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)的>0.25mm水稳团聚体含量增加了17.76％。在本实施例中，促进土壤团聚效果最好的处理是T6(4g/L结冷胶+120g/L湿污泥+60g/L堆置污泥)。上述结果表明，与独立使用结冷胶相比，相同浓度结冷胶配合污泥使用的土壤团聚效果有较好提升，特别是提升促进大团聚体(>2mm)和>0.25mm水稳团聚体形成的效果。
实施例3
1、实验材料：与实施例1相同。
2、实验设置：本实验以原矿土为对照(CK)，设置7个处理，如表4所示。每个处理设置3个重复。
表4实施例3实验设置
Figure BDA0003813679000000111
3、实验过程：按照表4设置，先称取100g的原矿土分别加入烧杯中。对于CK，只加入自来水16mL(此时土壤相对含水量为70％)，并搅拌混匀。对于其他处理，需先按处理相应配方获取悬浊液，然后量取16mL悬浊液加入原矿土，搅拌混匀。获取悬浊液具体过程：按T1～T7配方先分别称取相应质量原料，然后分别加入1L自来水，常温下进行破壁粉碎处理10分钟，然后过60目筛，回收滤渣，留下初悬浊液；初悬浊液静置24小时，随后采用虹吸法将上清液回收，留下下层悬浊液备用。各处理样品搅拌混匀后，用保鲜膜封住烧杯，并用牙签戳若干小孔，然后将各处理样品置于阴凉处培养一周。一周后，对于CK，打开保鲜膜，再加入16mL自来水；对于其他处理，则分别加入16mL相应的悬浊液。样品再次搅拌混匀，用保鲜膜封住烧杯并用牙签戳若干小孔，继续培养一周。随后取出样品，进行指标分析。
4、分析指标：a、拍照：各样品取出自然风干，然后置于培养皿中拍照。b、干筛法测定团聚体含量：取40g风干土，置于2mm和0.25mm套筛，分离>2mm大团聚体、0.25～2mm中团聚体和<0.25mm微团聚体，并计算其含量。c、湿筛法分析>0.25mm水稳团聚体含量：取40g风干土，置于0.25mm套筛，采用自动筛分仪获得>0.25mm水稳团聚体，并烘干计算其含量。d、平均重量直径MWD计算：
Figure BDA0003813679000000112
(wi为第i级团聚体干重g，Ri为某级团聚体平均直径mm)。e、几何平均直径GMD计算：/>
Figure BDA0003813679000000121
5、实验结果：
本实施例的主要目的是对比分析本不同原料配比在稀土矿采矿迹地土壤团聚作用中差异。图3结果显示堆置污泥与湿污泥(T1和T2)、结冷胶与堆置污泥(T4)、结冷胶与湿污泥(T3)以及结冷胶与湿污泥和堆置污泥(T5、T6和T7)的破壁悬浊液均能较好促进土壤团聚，但总体上结冷胶与湿污泥和堆置污泥的破壁悬浊液形成的大团聚体数量相对更多些。进一步分析土壤团聚体组成(图4)，发现与原矿土(CK)相比尽管堆置污泥与湿污泥、结冷胶与堆置污泥以及结冷胶与湿污泥的破壁悬浊液均能提高大团聚体(>2mm)含量、MWD和GMD，但这些处理对>0.25mm水稳团聚体形成的影响不显著。本实施例结冷胶与湿污泥和堆置污泥(T6和T7)的破壁悬浊液则可以显著提高土壤>0.25mm水稳团聚体含量；两种处理的土壤>0.25mm水稳团聚体含量分别为71.32％和74.80％，满足了良好土壤结构要求(>0.25mm水稳团聚体含量越高，土壤越不容易发生水土流失；良好土壤结构的>0.25mm水稳团聚体含量>70％)。这表明，本实施例方法强化了堆置污泥和湿污泥对土壤的团聚作用，有效促进了稀土矿采矿迹地土壤团聚。
上述实施例1～3的结果表明，本发明方法较好的发挥了堆置污泥和湿污泥作用于土壤团聚的效果，且有效减少了直接利用堆置污泥和湿污泥的重金属污染风险。总体上，本发明方法促进了稀土矿采矿迹地土壤团聚且实现了城市污泥的安全资源化利用。

Claims (6)

1.一种促进稀土矿采矿迹地土壤团聚的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 按1-4 g结冷胶、60-240 g湿污泥、60-240 g堆置污泥与1 L水的比例混合，常温下破壁粉碎处理10-20分钟，过60目筛，回收滤渣，留下初悬浊液；初悬浊液静置24小时分层后，将上清液回收，留下层悬浊液备用；
S2. 按每千克稀土矿采矿迹地土壤添加120-200 mL悬浊液的比例加入悬浊液，且控制土壤相对含水量为60%~80%，搅拌混合，在稀土矿采矿迹地土壤表面覆盖一层塑料薄膜，然后静置培养5-8天；
对于母质风化较完全、<0.25 mm颗粒含量超过质量分数60%的稀土矿采矿迹地土壤，重复步骤S2上述操作1次；
对于母质风化不完全、<0.25 mm颗粒含量低于质量分数60%的稀土矿采矿迹地土壤，重复步骤S2上述操作2-3次。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，按4 g结冷胶、180 g湿污泥、120 g堆置污泥与1 L水的比例混合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，按4 g结冷胶、120 g湿污泥、60 g堆置污泥与1 L水的比例混合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，按2 g结冷胶、60 g湿污泥、180 g堆置污泥与1 L水的比例混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S1中，按3 g结冷胶、180 g湿污泥、60 g堆置污泥与1 L水的比例混合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，按每千克稀土矿采矿迹地土壤添加160 mL悬浊液的比例加入悬浊液，且控制土壤相对含水量为70%，搅拌混合，在稀土矿采矿迹地土壤表面覆盖一层塑料薄膜，然后静置培养7天；对于母质风化较完全、<0.25 mm颗粒含量超过质量分数60%的稀土矿采矿迹地土壤，重复步骤S2上述操作1次；对于母质风化不完全、<0.25 mm颗粒含量低于质量分数60%的稀土矿采矿迹地土壤，重复步骤S2上述操作2-3次。
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