铁尾矿土壤化利用植物—微生物联合修复与改良技术研究

发布时间：2020-10-15 11:58

　　 随着矿产资源的开发,铁尾矿产排放量快速上升,但其综合利用率低,难以进行大规模利用,导致尾矿堆存量急剧增加,引发了一系列的环境问题:如土壤重金属污染、扬尘污染、水体污染等,同时尾矿库有塌坝风险,存在严重的安全隐患。针对上述一系列环境问题,传统的物理、化学及生物治理、利用技术存在成本高、难操作、易产生二次污染,无法有效控制尾矿利用过程中的重金属污染等问题,无法将尾矿有效的进行大规模利用。基于此,我们提出了将尾矿土壤化利用的尾矿利用模式,采用植物-微生物联合技术改善尾矿的pH、含水量、酶活性以及孔隙度等性质,使其基本满足植物种植的要求;控制尾矿土壤化利用过程中的重金属污染,降低尾矿的重金属含量,消除在利用过程中对环境产生的危害。这不仅能够实现尾矿的大规模利用,解决尾矿堆存带来的环境问题,还有益于绿色矿山的建设,更能缓解我国所面临的日益严重的耕地短缺问题。本研究采用盆栽模拟实验方法,研究植物-微生物联合技术对尾矿理化性质的改良及重金属污染的修复效果,并将研究成果进行了现场验证。主要研究结果如下:(1)通过盆栽模拟的方法,筛选出地肤(Kochiascoparia(L.)Schrad)、波斯菊(Cosmos bipinnataCav)和紫羊茅(Festuca rubra L)三种对尾矿具有较好的适应性且对重金属具有良好耐受性的优势植物。(2)利用植物改良技术和植物-微生物联合改良技术对尾矿进行改良,发现相较于单一植物修复技术,联合技术能够更加高效地改善尾矿的理化性质。经检测,地肤+菌剂、波斯菊+菌剂、紫羊茅+菌剂三个植物-微生物联合修复实验组与空白组相比,尾矿pH分别由8.03、8.06、8.11分别降低为6.96、6.60、6.85,改良效果比单一植物改良技术提升了 30%～50%;尾矿持水量由7.1%提升至14.9%、15.1%和15.5%,比植物改良技术提升了 20%以上;尾矿酶活性分别达到23.2、21.2和21.7ml/g,显著改善了尾矿中微生物活性,比单一植物改良提升了 40%～90%;尾矿孔隙度提升至63.5%、57.2%和65.2%,为植物生长营造了良好的空隙结构。(3)植物-微生物联合修复技术能够更加高效地修复尾矿中的重金属污染。通过对盆栽模拟污染实验中土壤重金属含量进行测定并计算重金属去除率,结果表明植物-微生物修复技术对于重金属的修复作用明显强于单一植物修复。经测定,地肤、波斯菊和紫羊茅三种植物在接种微生物菌剂后,对Pb的去除率达到36.5%、51.2%和42.2%,对Cd的去除率达到47.5%、52.3%和64.4%,相较于单一植物修复最高分别提升了 36.5%和45.7%。(4)将植物-微生物联合改良修复技术应用到工程现场,经取样分析检测,证明该技术在实际应用中能够有效改善尾矿理化性质,并能够消除尾矿土壤化利用过程中的重金属污染。结果表明,经植物-微生物联合修复后,工程现场尾矿的pH改善了1个单位,土壤酸碱性由原来的强碱性降至弱碱性;尾矿含水量提升了1倍,总孔隙度由原来的40%提升至60%,保证土壤生物生长的呼吸及营养需求等条件,总体上使铁尾矿达到了保水保肥透气的能力;尾矿中Cu、Zn、Cd、Pb和Mn 的去除率分别达到 53.5%、51.3%、52.4%、54.8%和 42.1%。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53;X17
【部分图文】：

?山东大学硕士学位论文???第１章绪论??Ｕ研究背景??铁矿资源是支撑钢铁行业生存和发展的根本，钢铁行业的发展必定伴随着尾??矿的产生。我国钢铁行业经过６０多年的发展，己成为矿业大国，与此同时也变??成一个尾矿储存大国。数据统计表明，我国目前铁矿石储存量为２２０．９亿吨，占??全球总储量的１４．７％。近年我国铁矿石原矿产量基本维稳，２０１６年原矿产量达到??１２８０８９．３?万吨（图?１－１）。??１８．００?ｒ??

（１）重金属对植物生化性能的影响??在光照培养箱中培养６０天后，进行收割，测定植物株高、根长等指标，探??究重金属污染对植物生化性能的影响，结果如图２－１、２－２所示。由图２－１和２－２??可知，重金属Ｃｄ和Ｐｂ的加入，对不同植物产生的影响不尽相同。对于地肤、波??斯菊和紫羊茅，在Ｐｂ浓度低于５０．０ｍｇ／ｋｇ、Ｃｄ浓度低于２０．０ｍｇ／ｋｇ时，对植物??生长能够起到促进的作用，根长和株高较空白组有明显地提高，孙宁骁等［６６］在研??究植物对Ｃｄ污染的耐受性时也发现Ｃｄ浓度低于２５．０ｍｇ／ｋｇ时对植物生长具有??促进作用。随着污染浓度増加，这种促进作用减弱，但仍然能够保持正常生长，??表现出对重金属污染一定的耐受性。对于香根草和弯叶画眉草，Ｐｂ、Ｃｄ均对植??物生长产生抑制作用且与重金属浓度成正相关。在Ｃｄ４０．０ｍｇ／ｋｇ、Ｐｂ４００．０ｍｇ／ｋｇ??时，香根草株高分别降低了?２５．０％、１６．２％，根长分别降低了?２８．９％、３８．７％；弯??叶画眉草株高分别降低了?２６．８％、１２．６％，根长分别降低了?２９．３％、２３．７％，重??金属的加入显著抑制了植物的生长发育

?４００??重金属Ｐｂ浓度（ｍｇ／ｋｇ）??图２－２不同Ｃｄ、Ｐｂ浓度对植物根长的影响??（２）植物对重金属去除能力研究??植物在光照培养箱中培养６０天进行收割，测定土壤基质中的重金属含量，??并计算去除率，探究不同植物对重金属的富集能力，结果如图２－３所示，地肤、??波斯菊、紫羊茅对Ｃｄ最大去除率可以分别达到６７．３％、６８．５％和８１．４°／。，对Ｐｂ??的去除率也都高于５０％；但是香根草和弯叶画眉草对Ｃｄ和Ｐｂ的去除率都低于??３０％，尤其是弯叶画眉草，对Ｐｂ的去除率只有１９．１％。综上可以说明，地肤、波??斯菊和紫羊茅对重金属的富集效果显著，适宜修复尾矿土壤化利用过程中的重金??属污染。??２１??
【参考文献】

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本文编号：2842141