三種固體廢棄物綜合利用的初步研究_地理論文

1、三種固體廢棄物綜合利用的初步研究_地理論文文章摘要： 摘要：從環(huán)境建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，結(jié)合天津開發(fā)區(qū)在基礎(chǔ)設(shè)施及園林綠化建設(shè)中面臨土源緊缺以及周邊地區(qū)存在大量的海灣泥、粉煤灰、堿渣土等固體廢棄物的現(xiàn)實(shí)，在詳細(xì)研究了 3 種廢物的物理、化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上探討了用這些廢物代替農(nóng)田客土的可行性。實(shí)驗(yàn)及推廣應(yīng)用結(jié)果表明，這些廢物按適當(dāng)比例混合后能夠形成一種可替代種植客土的新型土壤，這種新型土壤的最佳配比（即海灣泥與粉煤灰或堿渣土）比例為 3:1，同時(shí)該配比基質(zhì)對(duì)植物生長(zhǎng)的適宜性優(yōu)于濱海鹽土。關(guān)鍵詞：固體廢棄物；新土源；海灣泥；堿渣土；粉煤灰中圖分類號(hào)：X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：10003037(

2、2001)030283051 概況天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱開發(fā)區(qū)）處在渤海灣的濱海淤泥質(zhì)灘涂地區(qū)。地勢(shì)低洼（大沽高程 2.5m），地下水埋藏淺（距地面 0.51.0m），礦化度高（70108g/L），坡降小于 1/10000。建區(qū)前是塘沽鹽場(chǎng)的鹵化池，土壤含鹽量高，1m 土體平均含鹽量為 4.73%，最高達(dá) 7% 以上，為 NaCl 型濱海鹽土，土壤粘重，通氣透水不良，蒸發(fā)量大（蒸降比大于 3）1。由于地勢(shì)低，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)開發(fā)面臨的首要任務(wù)是抬高地面 1.5m。建區(qū)之初的做法是從鄰近地區(qū)購(gòu)買農(nóng)田土壤，其中表土作為綠化用土，下層土作為墊地回填土。因而土源問題自始至終都是開發(fā)區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境建設(shè)快速發(fā)

3、展的制約因素。目前待開發(fā)的面積仍有 21.6km2，尚需“客土”3240萬(wàn)m3 以上，按取耕層 1m 厚的表土計(jì)算，將要?dú)У艮r(nóng)田約 3240hm2。顯然，這種“客土填墊”的做法存在著“在一方建設(shè)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，而另一方卻在破壞生態(tài)環(huán)境”的負(fù)面效應(yīng)，并且使開發(fā)建設(shè)的綜合成本增加。與此同時(shí)，在開發(fā)區(qū)周邊地區(qū)，海灣泥、粉煤灰、堿渣土等固體廢棄物資源豐富，它們占用大量土地，嚴(yán)重污染環(huán)境，多年來(lái)，一直未得到有效利用，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、城市規(guī)劃和生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及居民生活，急需消納，使之資源化。本研究從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，探索利用本地儲(chǔ)量很大的海底淤泥、粉煤灰和堿渣土替代種植“客土”。在深入揭示海灣

4、泥、粉煤灰和堿渣土理化性質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)合理配方、培肥等技術(shù)措施將三種廢棄物合理配比綜合利用，使之成為適宜于植物生長(zhǎng)的新型種植基質(zhì)“新土源”。2 三種固體廢棄物的特性海灣泥屬于水下鹽漬淤泥，由近代河流沖積物經(jīng)海水中鹽分的絮凝作用沉積而成，它處于濱海鹽土地質(zhì)過(guò)程中的水下堆積階段，其粘粒含量高，質(zhì)地粘重，結(jié)構(gòu)性差，比重和容重較大，孔隙度和滲透系數(shù)小，含鹽量高，為 NaCl 型，自然脫鹽率極差，但它具備土壤膠體的性質(zhì)。堿渣是“蘇爾威”法生產(chǎn)純堿的排放物。其外觀呈膏狀，含水量高，手感滑膩。基本物質(zhì)是 CaCO3，占全量的 86.2%，易溶性鹽以 CaCl2 為主，占易溶鹽全量的 92.3%，同時(shí)含有多

5、種植物所必須的微量元素，如 Mn、Zn 等，重金屬 Ni、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd、Hg 等的含量均達(dá)國(guó)標(biāo) 12 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。堆積時(shí)間較短的全鹽量為 13% 以上；pH 值呈強(qiáng)堿性，結(jié)持力差，但活性 Ca2含量高。堿渣土以堿渣為原料，摻入一定量的粉煤灰和固化劑經(jīng)過(guò)攪和摻拌工藝加工而成，目的是增加其滲透性、水穩(wěn)性和承載力。這對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、理化性狀，尤其對(duì)改良和防止海灣泥的脫鹽堿化十分有利。粉煤灰是煤炭經(jīng)高溫燃燒后形成的外觀相近、顆粒較細(xì)但不均勻的多相混合物，其化學(xué)組成類似于粘土的化學(xué)組成，主要包括 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，粉煤灰中的無(wú)定形相的玻璃體約占粉煤灰總量的 50%80

6、%，是粉煤灰的主要礦物成分，蘊(yùn)含有較高的化學(xué)內(nèi)能，具有良好的化學(xué)活性，其本身無(wú)水硬性，在潮濕環(huán)境能與 Ca(OH)2 等發(fā)生反應(yīng)，生成一系列水化產(chǎn)物凝膠2。粉煤灰的比重、干容重均小于普通種植土，質(zhì)地粗、滲透性好，粉煤灰中的硅酸鹽礦物和碳粒具有多孔性，這種多孔性是土壤本身的硅酸鹽礦物所不具備的，而且，粉煤灰粒子之間的孔度一般也大于粘結(jié)了的土壤孔度。從 3 種廢物各自的理化特性看，它們單獨(dú)存在時(shí)，均不能滿足植物的生長(zhǎng)，但混合物在性質(zhì)上則具有“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”的效應(yīng)。3“新土源”的理化性質(zhì)為了探明 3 種廢物作為種植基質(zhì)的可行性 ,1992 年開始進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、盆栽實(shí)驗(yàn)、田間試驗(yàn)，在著重探討了混合基質(zhì)的脫

7、鹽率、離子組成變化、pH 值變化等性質(zhì)的基礎(chǔ)上篩選適宜比例，并在生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用推廣。3.1 離子組成的變化通過(guò)摻拌，使混合物中活性鈣離子含量增加，它有效改變了海灣泥中的離子組成，土壤膠體鈉堿化度大大降低3、4，同時(shí)混合體 Na 陽(yáng)離子所占比例降低，且隨著洗鹽的進(jìn)行，“新土源”中 Na 所占比例逐步下降，而濱海鹽土由于積鹽與脫鹽的交替進(jìn)行，使一定數(shù)量的鈉離子進(jìn)入土壤吸收性復(fù)合膠體中，Na 比例則明顯增加（表 1），這種離子組成的改變對(duì)濱海鹽土，尤其是海灣泥的改良利用，抑制其脫鹽后的堿化現(xiàn)象以及對(duì)植物的生長(zhǎng)均具有重要意義。表 1“新土源”與濱海鹽土離子組成間的比較Table.Comparison

8、of the ion component of artificial soil and coastal solonchak離子CO32-(%)HCO3-(%)CL-(%)SO42-Ca2+(%)Mg2+(%)K+Na+(%)Na+ 占陽(yáng)離子百分比新土源1996 秋0.0280.450.1644.81997 秋00.0270.0230.30.0760.0240.03626.51998 春00.0270.0670.20.0780.0230.00444.21998 秋00.0210.0690.20.0750.0250.01613.8濱海鹽土1996 秋0.000480.025

9、2.020.2178.61997 秋0.00960.0370.0530.0200.00200.00220.05993.41998 春0.00360.0750.0650.0450.0030.00190.08894.71998 秋0.00940.0480.0130.020.00190.00140.03992.23.2 結(jié)構(gòu)、脫鹽速率和 CEC 的變化實(shí)踐表明，用低容重、大孔隙度的粉煤灰或堿渣土作為新土源的組成部分，將其按一定比例摻拌后極明顯地改變混合物的滲透系數(shù)，使脫鹽速率加快。表 2 顯示，混合后的第 90 天各組合的全鹽含量由起始的 4%5% 下降至 1% 以下。同時(shí)摻

10、拌后各混合物組合的陽(yáng)離子交換量絕大部分在 1320me/100g 土范圍內(nèi)，基質(zhì)質(zhì)地良好。綜合分析各配比基質(zhì)的堿化度、脫鹽率、容重和陽(yáng)離子交換量后，在海灣泥中摻入粉煤灰或堿渣土的比例以 31 為宜。表 2 不同比例混合物的容量、脫鹽速率和 CEC 的比較Table.Comparison of different proportional mixtures of bulk weight,desalinization ratio and CEC配比海粉海堿海粉堿213141213141111211221容量 (g/cm3)0.921.001.020.890.980.920.780.810.81脫鹽

11、率 (%)909697949487938095陽(yáng)離子交換量（me/100g 土）13.7914.8416.2619.6220.0720.0918.4617.4216.16鈉堿化度（試驗(yàn)第三年）8.093.834.897.146.958.467.609.857.543.3 pH值的變化表 3 的結(jié)果表明，粉煤灰、堿渣土起始的 pH 值很高，分別為 8.55、8.7。海灣泥在最初 100 天的洗鹽過(guò)程中 pH 值呈持續(xù)上升過(guò)程，從最初的 8.17 升至 8.7 左右，然后趨于穩(wěn)定狀態(tài)，表現(xiàn)出脫鹽堿化的特征。而摻拌后的 pH 值變化規(guī)律則與其單獨(dú)存在時(shí)有明顯的不同，表現(xiàn)為 3 種廢棄物在摻拌的條件下

12、脫鹽堿化出現(xiàn)的時(shí)間提前，持續(xù)的時(shí)間明顯縮短，堿化強(qiáng)度小等特征，如表 2 所示，摻拌后，所有的配比在第 3 年時(shí)的堿化度均小于 10%，而當(dāng)?shù)氐姆N植土為 19.5%，開始表現(xiàn)堿化，海灣泥則明顯堿化，其堿化度達(dá) 42.01%，其中又以海灣泥與粉煤灰按 21、31 以及海灣泥與堿渣土按 31 的摻拌比例在抑制堿化方面表現(xiàn)最好，它們的 pH 值在第 6692 天時(shí)開始下降，然后穩(wěn)定在 8.30 以下（表 3），這是濱海鹽土所不具備的。表 3 不同比例配置而成混合物的 pH 值隨時(shí)間的變化Table.Trend of pH changes of different proportional mixtur

13、es with time配比A1A2A3B1B2B3C1C2C3D1D2D3時(shí)間（天）08.348.458.478.648.578.598.178.558.70668.508.578.708.688.618.638.858.708.738.578.829.03928.598.368.518.498.398.478.568.398.518.728.428.752768.278.378.348.318.298.338.348.318.408.718.548.46418.388.288.258.538.358.438.568.288.486758.1

14、28.228.258.028.288.408.388.478.238.728.328.644 田間試驗(yàn)結(jié)果分析田間試驗(yàn)表明，31 混合物的性質(zhì)、變化規(guī)律與盆栽試驗(yàn)結(jié)論相一致鹽份含量隨著改良時(shí)間的延續(xù)而降低 ,pH 值在試驗(yàn)初期僅 4060cm 層次有躍升現(xiàn)象，然后呈下降趨勢(shì)，而 040cm 內(nèi)則持續(xù)下降，進(jìn)而趨于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，此種特征對(duì)于控制混合物的脫鹽堿化十分有利。混合基質(zhì)的脫鹽速率受填墊厚度的影響，填墊厚度不同，鹽份、pH 值的變化均具有一定的差異，在含鹽量均較高的情況下，填墊 50cm 的全鹽在 500 天后下降至 0.35% 左右。填墊 120cm 則穩(wěn)定在 0.5%0.8% 的范圍之

15、內(nèi)。同時(shí)，從總趨勢(shì)看，4060cm 深度的含鹽量均高于上層的含鹽量，其總量變化在 0.4%0.6% 范圍內(nèi)波動(dòng) ( 圖 1、圖 2)。圖 1 不同層次鹽分變化趨勢(shì)Fig.1 Trend of different Layers total salts圖 2 不同層次 pH 值變化趨勢(shì)Fig.2 Trend of different Layers pH5“新土源”對(duì)植物的適宜性分析為了判斷“新土源”對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，在不施肥、盆栽條件下，對(duì) 3 年后臭椿的累計(jì)生長(zhǎng)量比較分析，發(fā)現(xiàn)不同配比混合物上栽種的臭椿植株株高表現(xiàn)了明顯的差異，各混合物的株高都明顯低于種植土，表明混合物的自然肥力較低。但椿樹在其

16、兩個(gè)代謝階段的可溶性糖、淀粉含量、過(guò)氧化物酶活性均未發(fā)現(xiàn)特殊的波峰、低谷式突變，形態(tài)觀察也未見特殊的變異（如：枝條扭曲、節(jié)間膨大、葉皺狀凹凸等）。證明本基質(zhì)所采用的三種摻拌廢棄物不會(huì)給植物的代謝帶來(lái)特殊的影響（如：嚴(yán)重干擾、強(qiáng)烈抑制、毒害等），只是由于自然肥力的限制使生長(zhǎng)勢(shì)低于種植土。以上試驗(yàn)證明，該混合基質(zhì)可以滿足植物的正常生長(zhǎng)，但其肥力基礎(chǔ)較差，生產(chǎn)中要加強(qiáng)施肥，這一現(xiàn)象在田間試驗(yàn)中得到了證實(shí)：通過(guò)施肥后，植物長(zhǎng)勢(shì)，如株高、枝條生長(zhǎng)量、胸徑等均沒有明顯的差異（表 4）。幾年的園林綠化實(shí)踐表明該基質(zhì)適宜于多種植物的生長(zhǎng)，目前種植的植物有喬、灌、草共 10 個(gè)科 15 種植物，植物長(zhǎng)勢(shì)良好（表

17、 5）。表 4 田間試驗(yàn)主要樹種一年生長(zhǎng)量和胸徑量Table.The annual branch growth and circumference of primary plimary in field expreiment測(cè)定指標(biāo)一年生枝條生長(zhǎng)量 (cm)胸徑量 (cm)樹高 (m)樹種白蠟火炬珠美海棠白蠟火炬珠美海棠白蠟火炬珠美海棠處理I62.00116.40199.004.886.154.332.181.721.40II72.10113.90200.003.105.3001.46III89.10105.30202.003.595.064.002.501.731.51

18、IV87.40104.70202.003.594.413.502.441.761.27V97.80104.40146.003.164.663.602.201.751.46表 5“新土源”試驗(yàn)田栽植的植物Table.The cultivated plants in artificial soil experimental field類別名稱科屬數(shù)量（株）定植時(shí)間喬木火炬 (Rhus typhina L.)漆樹科 (Anacardiceae)1171996柳樹 (Salix matsudana Kooidz)楊柳科 (Salicaceae)751996白蠟 (Fraxinus pennsylvan

19、ica ar. toumeyiehd)木犀科 (Oleacaeae)18541996臭椿 (Ailanthus altissima(Mill.)Swingle)苦木科 (Simaroubaceae)61996合歡 (Albizia julibrissin Durazz.)豆科 (Leguminosae)61996刺槐 (Robinia pseudoacacia L.)豆科 (Luguminosae)8751998遼寧楊 (Liaoling Poplar)楊柳科 (salicaceace)139三倍體毛白楊 (Triploid Poplar)楊柳科 (salicaceace)8261998灌木木槿 (Hibiscus syriacus L.)錦葵科 (Malvaceae)151996珠美海棠 (Mulus zhumei)薔薇科 (Rosaceae)3101997檉柳 (Tamarix spp.)檉柳科 (Tamaricaceae)3751995月季 (Rosa chinensis Jacq.)薔薇科 (Rosaceae)2701996金銀木 (Lonicera maackii Maxim)忍冬科 (Caprifoliaceae)481996草木紫花苜蓿 (Medicago sativ