爐渣對土壤含鹽量的影響分析

精品文檔-下載后可編輯爐渣對土壤含鹽量的影響分析本文：柳憲布吳麗萍陳潔王蔭蔭張振宇曹文李悅單位：天津市生活垃圾處理中心天津城市建設(shè)學(xué)院環(huán)境與市政工程學(xué)系水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點實驗室

鹽漬土區(qū)土壤脫鹽主要由其蒸發(fā)和入滲條件決定［1］。蒸發(fā)條件下，由于土壤的毛管作用，鹽分隨水分而上升，造成土壤表層鹽分升高；降雨或灌水時，入滲的水流夾帶表層的鹽分向深層移動，使表層鹽分逐漸降低。改堿暗管一方面有效調(diào)控土壤的地下水位，降低土壤毛管作用引起的土壤積鹽；另一方面，利用灌溉和降雨對含鹽土層的鹽分進(jìn)行淋洗脫鹽，通過暗管將鹽分排出土體，達(dá)到土壤脫鹽的目的。有研究表明，暗管埋設(shè)后能有效降低地下水位和明顯改善土壤通氣狀況［2］。暗管一般采用管徑為80~110mm的帶孔PVC波紋管。暗管外裹無紡布或編織袋等織物，埋深按地下水位和土壤結(jié)構(gòu)特征確定，一般為0.8～2.5m［3］。外包過濾材料是暗管排水工程中質(zhì)量能否有效保證的關(guān)鍵［4］。在重黏土中埋設(shè)水平暗管排水，過濾材料常常采用各種級配的砂礫料，厚度一般為10～20cm，其反濾排水效果顯著，但貨源不足或造價較高制約了砂礫料的應(yīng)用。為了降低暗排工程費用，必須繼續(xù)尋求新的過濾材料。針對濱海地區(qū)地勢低洼、地下水埋深淺、礦化度高、土壤含鹽量高、土壤黏重、通氣透水性不良，綠化和基礎(chǔ)建設(shè)條件差等問題，本著就地取材的原則，開發(fā)利用工業(yè)固體廢料爐渣作為改堿暗管包敷濾料，研究其對暗管排鹽的影響與作用。

1試驗方法

1.1試驗材料試驗選取了4種鍋爐爐渣作為排鹽暗管包敷濾料，天津濱海熱電廠增鈣液態(tài)渣（GZ）為立式旋風(fēng)爐于高溫（約1600℃）燃燒室排放的熔融物經(jīng)水淬形成的粒狀渣體，具有較高的化學(xué)活性，主要化學(xué)成分為硅鋁酸鈣；泰達(dá)爐渣（TZ）主要組成元素為Si、Al、Ca、Na、Fe、C、K和Mg，以及青光流化床爐渣（LZ）和校內(nèi)供熱鍋爐爐渣（RZ）。4種爐渣的密度、孔隙度以及粒徑組成見表1~2。排鹽暗管為帶孔PVC波紋管，管徑80mm，外裹透水無紡布，以防止鹽漬土顆粒堵塞暗管。

1.2試驗裝置與方法試驗裝置為60cm×60cm×120cm規(guī)格的鋼化玻璃柱，如圖1所示，共8個土柱。以包敷濾料種類、包敷濾料厚度、暗管規(guī)格為主要影響因素，選取L8（41×24）正交表安排試驗，見表3。濾料層鋪設(shè)于裝置底部中間位置，外裹透水無紡布的暗管埋設(shè)于濾料層中心。濾料周邊裝填鹽漬土（密度1.28g/cm3，孔隙度5.25%），填充高度為80cm。距鹽漬土表層20、40、50cm處開設(shè)Φ6cm的取樣孔，鹽漬土上層覆蓋10~20cm客土，并種植植物。鹽漬土取自天津濱海新區(qū)海岸，土壤電導(dǎo)率為382.85mS/m。試驗期間采用灌溉補(bǔ)水方式對含鹽土層的鹽分進(jìn)行淋洗脫鹽，淋溶補(bǔ)水量參考天津多年平均降水量（600mm）確定。采用WET土壤水分/溫度/電導(dǎo)率速測儀（英國）測定各土柱20、40、50cm鹽漬土剖面的土壤電導(dǎo)率，每7~10d取樣測定，并重復(fù)測定3次。通過統(tǒng)計分析確定各因素的影響大小，篩選出暗管排鹽效果最佳的組合形式。

2數(shù)據(jù)分析與討論

2.1實驗數(shù)據(jù)的極差分析極差分析法［5］直觀形象、簡單易懂。根據(jù)正交表的綜合可比性，極差分析法通過簡便的計算和判斷就可以求得試驗的優(yōu)化成果、主次因素、優(yōu)水平及優(yōu)組合，能比較圓滿地達(dá)到一般試驗分析要求。首先對測得的土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)采用序時平均數(shù)加權(quán)法進(jìn)行計算，作為每組試驗的代表性指標(biāo)值，計算公式為：Yi=3y1i+y2i+y3i/5。（1）式中：y1i、y2i、y3i分別表示土柱鹽漬土剖面20、40、50cm層土壤電導(dǎo)率的序時平均數(shù)（i=1、2、3）。依據(jù)表4Rj的大小可知，A因素對土壤含鹽量的影響最大，其次為B因素，C因素的影響最小。即各影響因素重要性依次為ABC。以土壤電導(dǎo)率作為主要衡量指標(biāo)而言，該值越高，則土壤含鹽量越高，排鹽效果越差。因此，由各因素對應(yīng)值的大小可認(rèn)為暗管排鹽的優(yōu)組合為A3B1C1，即：流化床爐渣作為包敷濾料，厚度10cm，采用孔隙面積1200mm2/m的PVC暗管，可以達(dá)到較好的脫鹽效果。根據(jù)表4中kij值，對各影響因素的優(yōu)水平分析如下：①A因素（濾料種類）對土壤電導(dǎo)率的影響極顯著。其中流化床爐渣（LZ）對降低土壤電導(dǎo)率的作用最大，其次為泰達(dá)爐渣（TZ）、增鈣液態(tài)渣（GZ）和供熱鍋爐爐渣（RZ）。從表1和表2爐渣的密度與粒徑組成來看，流化床爐渣密度為1.39g/cm3，具有較為均勻的粒徑級配。增鈣液態(tài)渣細(xì)粒子多，≤1mm的渣粒占38%。供熱鍋爐爐渣密度小，在壓力作用下可能易發(fā)生淤化。②B因素（濾料厚度）對土壤電導(dǎo)率的影響較顯著。試驗采用的是濱海鹽漬土，其土壤黏滯性較高，淤積傾向較為嚴(yán)重，故設(shè)定厚度不小于8cm［6］。依據(jù)極差分析結(jié)果，濾料厚度的優(yōu)水平為10cm。③C因素（暗管規(guī)格）對土壤電導(dǎo)率的影響不顯著，其影響可以忽略。

2.2實驗結(jié)果的方差分析極差法無法確定試驗優(yōu)化成果的可信度，也不能應(yīng)用于回歸分析與回歸設(shè)計。而方差分析則在偏差平方和分解的基礎(chǔ)上借助于F檢驗法，對影響總偏差平方和的各因素效應(yīng)及其交互效應(yīng)進(jìn)行分析，判斷各因素對試驗指標(biāo)影響的顯著性［7］?；诖?，進(jìn)一步對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，以檢驗上述優(yōu)組合的可靠性。由表5的方差分析可知，因素A對土壤電導(dǎo)率的影響較顯著，該實驗指標(biāo)的影響顯著性的可信度高于95%。B因素影響顯著性的可信度略高于90%，而C因素的影響不顯著。依據(jù)F大小，3種因素對土壤電導(dǎo)率的影響性排序為ABC，與極差分析的結(jié)果一致。

2.3水平效應(yīng)和工程平均估計經(jīng)試驗數(shù)據(jù)的極差分析和方差分析，可以確定A3B1C1組合為該試驗條件下排鹽效果最優(yōu)的組合形式，但該組合并沒有出現(xiàn)在L8（41×24）正交試驗的8組試驗中，需應(yīng)用水平效應(yīng)和工程平均估計的方法對優(yōu)組合的指標(biāo)值進(jìn)行估算。即用各因素的各水平效應(yīng)值定量估計L8（41×24）試驗中16種組合類型對土壤電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)值（工程平均）。各因素的水平效應(yīng)值見表6。工程平均的估算式為：μ（AiBjCn）=總平均+主要因子在該水平下出現(xiàn)水平的效應(yīng)。（2）以選出的最優(yōu)組合A3B1C1為例，應(yīng)用公式（2）對該組合土壤電導(dǎo)率指標(biāo)值估算如下。式中：Se為誤差項偏差平方和；fe為誤差項自由度；ne為誤差項的有效重復(fù)數(shù)，ne=數(shù)據(jù)總個數(shù)/（1+顯著性因子的自由度之和）。依據(jù)表5中計算值，得δ0.01=26.7。因此，試驗優(yōu)組合A3B1C1的土壤電導(dǎo)率為184.8~238.2mS/m，置信度為99%。

3結(jié)論

1）包敷濾料種類、濾料厚度和暗管規(guī)格對土壤電導(dǎo)率的影響存在明顯差異。其中，包敷濾料種類的影響效果最為顯著，其次為濾料厚度，暗管規(guī)格對其影響可忽略。2）試驗條件下對降低土壤含鹽量優(yōu)組