基于菌渣资源化利用的煤矸石基质性状及植生效果评价

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煤矿副产物煤矸石具有结构性差、养分含量少、Fe、Mn等重金属含量过高、浸出液氧化性强、酸度高等特性,以致其堆放环境不利于植物生长,堆放时间过久还会使其中污染物向周围环境迁移造成诸多环境问题。菌渣作为食用菌种植后的废弃原料,富含许多有机营养物质,其限氧裂解产生的炭化物结构上类似于生物炭,是利用价值极高的固体废物。本研究尝试将菌渣及其炭化物作为改良基质,以增强煤矸石-土壤基质保水性能、为其提供养分以致植物能在其表面稳定生长、控制污染物迁移转化为目的,将其施加到煤矸石-土壤环境中,并对植物生长效果进行评价,最终达到菌渣废物利用及煤矸石环境修复的双重目的。通过利用菌渣及菌渣炭化物以不同比例施加到不同比例煤矸石-土壤混合基质中进行保水试验及淋溶试验,再以多年生黑麦草为供试植物进行盆栽试验,得出以下结论:(1)通过保水试验中菌渣及菌渣炭化物对煤矸石-土壤基质保水性能及基本理化性质影响研究。在与保水基质重量比为2.5%菌渣及2.5%菌渣炭化物混合施加且在基质表面覆2 cm高度菌渣时,能使纯煤矸石基质p H提升39.6%、容重降低至1.24、有机质含量提升57.7%。菌渣-菌渣炭化物能有效提升煤矸石-土壤基质p H、降低基质氧化还原电位、降低基质容重、增加有机质及速效氮磷钾等养分,提升煤矸石-土壤基质保水能力;还能有效降低煤矸石-土壤基质中有效态Fe、Mn含量,减弱煤矸石-土壤基质中污染物向周围环境的迁移能力。(2)通过淋溶试验中菌渣及菌渣炭化物对纯煤矸石淋溶液污染物迁移情况研究。在纯煤矸石淋溶柱施加2.5%菌渣及2.5%菌渣炭化物混合并在下方放置高度3 cm菌渣炭化物处理时,对煤矸石淋溶液中总Fe去除率达99.9%、对总Mn去除率达67%,对SO42-去除率达72.3%。有效提升纯煤矸石淋溶液p H、降低淋溶液EC、降低淋溶液中Fe、Mn、SO42-等污染物含量,很大程度降低纯煤矸石基质中污染物向外界迁移转化的能力。(3)通过盆栽试验中菌渣及菌渣炭化物对供试植物黑麦草长势、煤矸石-土壤盆栽基质Fe、Mn等重金属含量变化、盆栽渗滤液Fe、Mn、SO42-等污染物向外界的迁移转化能力影响研究。2.5%菌渣及2.5%菌渣炭化物混合施加处理能使黑麦草长势明显提升、且使其对Fe、Mn吸收效率提升14.8%、147%,对纯煤矸石Mn吸收转移系数达到2.12,使纯煤矸石基质有效态Fe、Mn降低74%、75%,对纯煤矸石渗滤液Fe、Mn去除率达72.3%、62.3%。施加菌渣及菌渣炭化物能有效促进黑麦草生长及提升其对重金属的固定能力,降低污染物向外界迁移转化能力。此外,还能持续提升盆栽基质p H、调节基质氧化还原性质,提升基质结构稳定性与养分含量。
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