稀土矿区植物厌氧资源化处理及土壤修复研究

发布时间：2020-06-11 05:07

【摘要】：赣州是我国最大的离子型稀土矿开采地,在带来巨大经济效益的同时,遗留尾矿的生态环境问题也引发社会广泛关注。本文采取“植物资源利用+土壤生态修复”模式,以尾矿区先锋植物芒萁、商陆及后期种植的皇竹草、杂交狼尾草为原料,采用厌氧发酵产沼气的方式实现矿区植物的资源化利用。其次,发酵剩余物回田,通过改善土壤营养状况达到土壤生态修复的目的。主要结论如下:1.探究尾矿区本土植物芒萁、商陆在酸、碱、水热三种预处理方式下的产气性能,并通过外源添加稀土元素La~(3+),进一步探究稀土元素对发酵性能的影响。经不同预处理后芒萁、商陆木质素含量均不同程度降低,去除率大小依次为碱处理酸处理水热处理。碱处理芒萁、商陆木质素去除率分别为50.02%、48.62%,该条件下甲烷产率也最高,分别为芒萁165.06 mL/g VS,商陆260.40 mL/g VS,相比未处理分别提升82.51%、79.38%。另外,稀酸和水热处理对芒萁产甲烷也有较好的提升作用,相比未处理分别提升43.80%、57.73%,但对商陆并没有明显改善作用。外源添加La~(3+)发现,0.01、0.05 mg/L La~(3+)对发酵基本无影响;0.50 mg/L La~(3+)对发酵促进作用较大,增幅达14.08%;La~(3+)高于5.00 mg/L对厌氧发酵表现出明显抑制作用。2.尾矿区能源植物皇竹草、杂交狼尾草与猪粪分别按VS比4:0:0、0:4:0、0:0:4、2:2:0、3:0:1、0:3:1和1.5:1.5:1进行混合发酵。当VS比为1.5:1.5:1时,甲烷产率最高,达297.51 mL/g VS,相对于皇竹草、杂交狼尾草和猪粪单独发酵分别提升12.30%、45.38%和63.64%,此时,甲烷平均含量亦最高,达52.51%,协同效应指数(SEI)为34.05%;当VS比为3:0:1和0:3:1时,SEI分别为9.05%和15.75%;VS比为2:2:0时,SEI为-2.00%,对厌氧发酵基本无影响。修正的Gompertz方程能较好反映物料厌氧消化产甲烷过程,R~2在0.997~0.999之间,其中VS比为0:3:1组延滞期λ最长,为5.75d,T_(80)亦最长,为19d;VS比为0:0:4组延滞期λ最短,仅为2.01d,T_(80)为13d。3.研究了发酵剩余物回用、皇竹草种植对尾矿土壤理化性质的影响。经修复后三块矿区废弃地有机质含量分别提升64.97%、49.60%和13.10%;1、2号废弃地稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Y)总残留量分别降低15.30%、40.51%,3号废弃地略微升高;施加沼肥后废弃地重金属(Cd、Hg、Cr、Cu、Ni、As、Pb、Zn)含量不同程度上升,但仍处于安全范围;土壤pH、NH_4~+和SO_4~(2-)变异系数(CV)大小顺序为:NH_4~+SO_4~(2-)pH,其中NH_4~+、SO_4~(2-)变异系数均在50%以上,属中等程度变异,pH变异系数为4.27%,变异性相对较弱。施加沼肥后1号废弃地粘、粉粒含量分别提升4.27%、2.39%,沙化情况缓解,2号废弃地基本无影响,未施加沼肥的3号废弃地沙化加剧。对尾矿土壤理化性质相关性进行分析发现,土壤有机质与全氮、全磷和有效磷之间存在极显著正相关关系,与速效钾呈显著相关关系,相关系数分别为0.901、0.819、0.858和0.709。此外,全氮、全磷、有效磷和速效钾两两之间表现出极显著正相关关系,而pH则与土壤营养成分无显著关系。
【图文】：

图 1.1 传统离子型稀土矿选矿工艺Fig 1.1 Traditional beneficiation technology of ionic REEs修复研究现状外关于稀土尾矿修复治理的研究主要分为三类，复技术。其中，生物修复技术又分为微生物修复植物修复、土壤改良剂修复相对于其它修复方式造成二次污染等优势，是一种高效、低耗能且环区有着较广泛应用[8,9]。复对土壤微观结构和化学性状进行改善，以提高土是常见的土壤改良方式之一[10]。张艳[4]通过“土以废弃菌糟和鸡粪堆肥发酵物为土壤改良剂，结和高丹草对江西赣州定南县某稀土尾矿进行土壤

硕士学位论文源化是指废弃物在隔绝氧气或空气条件下，厌氧微生物将原料纤维素、淀粉、脂肪和蛋白质等）分解并转化为生物燃气（H生物分解伴随 CO2和少量 H2S、CO 等气体的生成，其成分随变化而变化。通常情况下 CH4含量在 50%～70%，，CO2含量在 气体含量较低[43-45]。厌氧发酵基本原理如图 1.2。生物质的厌强化手段，其中预处理和混合厌氧发酵技术较为常见。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朱教宁;李永平;张晓晨;;不同进料量对农业废弃物半连续厌氧发酵产气性能的影响[J];山西农业科学;2016年12期

2 杜越;刘建禹;王尚坤;朱坤展;贺佳贝;;厌氧发酵反应器内温度场的数值模拟[J];农机化研究;2017年04期

3 刘伟;王玉鹏;秦国辉;周闯;王欣;徐晓秋;罗向东;刘旭丹;岳欢;;我国近年来对秸秆厌氧发酵控制技术的学术研究情况[J];黑龙江科学;2017年06期

4 付尹宣;桂双林;廖梦垠;江成;夏嵩;;混合厌氧发酵产沼气研究进展[J];能源研究与管理;2016年01期

5 朱洪艳;王粟;裴占江;高亚冰;王向鹤;燕红;刘杰;;餐厨垃圾与牛粪混合厌氧发酵产沼气研究[J];湖北农业科学;2015年20期

6 陈建勇;谢育红;郑育毅;刘常青;;厌氧发酵制氢研究进展[J];化学工程与装备;2012年03期

7 付钟;;国外生活垃圾厌氧发酵技术的工程应用[J];江苏环境科技;2008年04期

8 肖鸿;彭宏;;城市生活有机垃圾湿式动态厌氧发酵工艺[J];环境工程;2007年04期

9 刘声远;陈祖洁;曹淡君;;牛粪中温厌氧发酵制沼气[J];沈阳农业大学学报;1987年S1期

10 凌代文;王大耜;;猪粪和玉米秸厌氧发酵两株主要产甲烷杆菌的鉴定[J];中国沼气;1987年01期

相关会议论文 前10条

1 关山月;郝炯驹;王少鹏;李鹏飞;高赞;苏煌;焦有宙;李刚;贺超;;中温厌氧发酵过程中料液流变特性研究[A];高等教育学会工程热物理专业委员会第二十一届全国学术会议论文集——热物理测量技术[C];2015年

2 罗艳;陈广银;罗兴章;郑正;郑斌国;方彩霞;;篁竹草厌氧发酵产气特性及结构变化研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2010年

3 唐蓉;;烟草废弃物高温干式厌氧发酵的中试研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会（CSAE 2011）论文摘要集[C];2011年

4 钱午巧;包武;陈彪;林代炎;卢济事;;利用厌氧发酵技术综合治理畜牧业污染的探讨[A];福建省科协第三届学术年会“能源可持续发展”研讨会论文专辑[C];2003年

5 刘丹;李文哲;;两相厌氧发酵工艺的研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

6 常志州;叶小梅;吴华山;付广青;靳红梅;郭德杰;陈广银;杜静;马艳;;猪、牛粪厌氧发酵及沼液贮存中氮、磷形态及固、液相分布变化[A];面向未来的土壤科学（上册）——中国土壤学会第十二次全国会员代表大会暨第九届海峡两岸土壤肥料学术交流研讨会论文集[C];2012年

7 刘伟伟;马欢;王继先;朱德泉;夏萍;;常温干式厌氧发酵水稻秸秆产沼气试验研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年

8 孙堂磊;荆艳艳;胡建军;史增胜;于秀男;张全国;;玉米秸秆厌氧发酵产氢酶解工艺优化[A];高等教育学会工程热物理专业委员会第二十一届全国学术会议论文集——热物理测量技术[C];2015年

9 靳红梅;常志州;叶小梅;;猪粪厌氧发酵后砷的形态转化特征[A];2015年中国环境科学学会学术年会论文集[C];2015年

10 王赛月;牛明芬;庞小平;;生物菌剂对秸秆厌氧发酵的影响[A];科技创新与产业发展（A卷）——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 陈云芬;滇池水葫芦有了新用途[N];云南日报;2009年

2 记者 呼跃军;规模化沼气高效利用工程启动[N];中国化工报;2009年

3 记者 胡左;我首条垃圾联合厌氧发酵生产线运行[N];科技日报;2009年

4 张仲安;厌氧发酵饲料猪爱吃[N];云南科技报;2007年

5 晓松;怎样提高猪厌氧发酵饲料的适口性[N];新疆科技报(汉);2005年

6 本报记者 马爱平;一站 两区 三基地[N];科技日报;2015年

7 平卫东;南丰生猪污物“厌氧发酵”环保又经济[N];抚州日报;2008年

8 张继东;城市生物质垃圾联合厌氧发酵工艺在东胜区实现工厂化生产[N];鄂尔多斯日报;2010年

9 钱伯章;秸秆厌氧发酵制氢产气量提高[N];中国化工报;2009年

10 尚东 编译;厌氧发酵：城市垃圾处理新方法[N];中国房地产报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 曹雷鹏;养猪废水中氮磷回收铜锌去除技术及水培空心菜食品安全性的研究[D];南昌大学;2019年

2 张波;厌氧发酵过程玉米秸秆沉降及产气特性研究[D];东北农业大学;2019年

3 张凯煜;养殖场废弃物厌氧发酵过程中反硝化功能基因变化机理研究[D];西北农林科技大学;2019年

4 张然然;重金属铜和锌对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因影响机制研究[D];西北农林科技大学;2019年

5 张鑫;抗生素对牛粪厌氧发酵功能微生物及抗性基因影响机理研究[D];西北农林科技大学;2019年

6 杨福利;秸秆解聚废水与玉米秸秆联合厌氧发酵特性研究[D];东北农业大学;2019年

7 毛春兰;小麦秸秆与猪粪混合物料厌氧发酵特征及微生物调控机制研究[D];西北农林科技大学;2018年

8 张彤;温度和pH值调控对厌氧发酵产甲烷影响的研究[D];西北农林科技大学;2017年

9 陈彬;流域水葫芦控制与利用生态工程研究[D];同济大学;2007年

10 翟宁宁;餐厨垃圾厌氧发酵过程稳定性及高效产气工艺研究[D];西北农林科技大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 李耀宇;猪场粪污厌氧发酵过程解析及沼液处理工艺研究[D];湘潭大学;2019年

2 王丽;厨余-污泥混合干式厌氧发酵及其微生物学机制研究[D];西安工程大学;2019年

3 党超;厌氧发酵玉米秸秆制取中长链脂肪酸的研究[D];大连理工大学;2019年

4 王一然;发酵条件对酸奶营养品质及代谢产物的影响[D];沈阳农业大学;2019年

5 翟晓东;基于CFD数值模拟研究机械搅拌强度对连续式厌氧发酵的影响[D];江苏大学;2019年

6 鲁涛;稀土矿区植物厌氧资源化处理及土壤修复研究[D];兰州理工大学;2019年

7 韩晓茜;复合金属厌氧发酵工艺优化及模型研究[D];华北电力大学(北京);2019年

8 杨坤;基于流出比率和稀释率的厌氧发酵动力学模型稳定性研究[D];华北电力大学(北京);2019年

9 刘烨;农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用过程碳氮变化研究[D];武汉轻工大学;2018年

10 王武娟;羊粪与南方农业废弃物厌氧发酵产沼气条件优化研究[D];广西大学;2019年

本文编号：2707419