植物淋洗脱盐过程中的离子添加比例研究

植物淋洗脱盐过程中的离子添加比例研究

随着天津滨海新区的开发开放，以及临港工业区、临港产业区、南港工业区和滨海工业区规划建设的快速推进，原土地储量远远不能满足需求。围海建设是解决土地资源短缺问题的重要手段。但围海造陆区域由于受水、土、盐、气候等生态因子的制约,自然植被形成和演替短时间内难以完成,无法适应经济发展和人类居住的需求。因此,如何在围海吹填土地上构建陆地植物生态系统,创造适合人类居住的生态环境已成为区域开发建设中所面临的重要课题。本研究主要针对吹填海泥质地粘重、含盐量高、透水能力弱、自然脱盐率低的特点,利用碱渣、粉煤灰等废弃物对吹填海泥的改性作用,探讨碱渣和粉煤灰的最佳用量及不同用量条件下混合基质相应理化性质,并通过脱盐速率、用水定额、淋洗过程中的盐渍程度(如电导率、土壤溶液中的阴阳离子含量、土壤含盐量、pH、SAR等)等指标筛选出三者的适宜的混料比例,解决吹填海泥脱盐难的问题,为围海吹填区植被快速构建提供技术支撑,建立吹填土绿化循环经济模式,提高资源的开发、利用价值。1材料和方法1.1杂质杂质清除本试验中吹填海泥、碱渣、粉煤灰分别采自开发区南疆码头、天津碱厂、军粮城电厂,全部剔除杂质,室内风干,粉碎过2mm筛,混合均匀备用;3种废弃物的理化性质见表1、表2。1.2土柱淋洗脱盐ec将吹填海泥、碱渣、粉煤灰三者按不同的比例(体积比)相混合,设计方案为A1=14∶5∶1,A26∶3∶1,A3=10∶7∶3,A4=2∶2∶1,A5=3∶1∶1,A6=2∶1∶1,A7=4∶3∶3共7个处理(中等盐分含量),每个处理重复3次,采用室内土柱模拟淋洗脱盐方法,依据混合体浸提液EC测定结果。土柱采用直径7cm,长37cm的UPVC塑料管。将吹填海泥、碱渣和粉煤灰按设计比例混合均匀,装入土柱中,共填装25cm,使混合样容重控制在1.4g·cm-3(开发区滨海盐土的实际容重)。土柱中各处理表面保持5cm水头,底部用3cm石英砂作为反滤层。收集滤液供分析用。各处理用蒸馏水进行淋洗。从各处理土柱被水分饱和后渗出滤液时开始计时,以后每隔24h收集1次滤液,记录其体积,测定其电导率、pH值。同时,每隔48h分析1次滤液的离子组成,直至所有滤液电导率对应的全盐含量小于脱盐要求的临界浓度3g·L-1时停止淋洗。记录整个淋洗过程的耗水量。淋洗试验共计18d。1.3静电势全盐量:电导法(DDS-II型电导仪)。pH值:酸度计法(瑞士万通Metrohm744pHMeter)。HCO3-、CO32-、Cl-:电位滴定法(瑞士万通Metrohm716DMSTitrino)。Ca2+、Mg2+、SO42-:EDTA滴定法。Na+、K+:火焰光度计法(6400-A型)。2结果与分析2.1淋洗脱盐措施对混合基质的影响吹填海泥、碱渣、粉煤灰三者相混合后都含有足以妨碍植物生长的可溶性盐类,但未检出能显著恶化土壤特性的代换性钠,其化学性质分析见表3。各处理初始全盐含量都远大于3g·kg-1,盐分含量最高的是A4处理,初始盐分含量高达51.9g·kg-1,是植物生长极限的10倍;即使盐分含量最低的A5处理,初始盐分含量高达30.2g·kg-1,是植物生长极限的6倍,且盐分组成都为NaCl型,不具备植物生长、生存的基本条件。混合基质面临的首要问题就是要经过脱盐处理,淋洗脱盐措施能改变这一状况。室内淋洗脱盐试验减少了许多自然及人为因素的干扰,能较准确地体现脱盐过程中盐渍性状的变化。从各处理土柱被水分饱和后渗出滤液时开始计时,至该处理滤液电导率对应的全盐含量小于3g·L-1时停止。因大部分植物在土壤3g·kg-1的含盐量时会受到盐分的危害,大于5g·kg-1即不能生存,因此,取3g·kg-1为达到脱盐要求的临界浓度。根据盐分的减少量和经历的时间计算出各处理的脱盐速率如表4所示。从表4可以看出,各处理达到脱盐要求所经历的时间一致,滤液盐分含量下降到小于3g·kg-1均需要120h,但其滤液盐分含量不同,处理A1滤液的全盐含量为2.57g·kg-1,处理A7仅为0.62g·kg-1,两者相差近3倍,这说明淋洗过程中处理A7滤液盐分含量的变动幅度比处理A1大得多。统计发现各处理间的脱盐速率存在着极显著差异(a=0.01)。脱盐速率从快到慢依次是:处理A4,处理A2,处理A7,处理A3,处理A1,处理A5,处理A6。2.2处理处理工艺用量达到脱盐要求时各处理的淋洗用水量应该尽量少,这对于水资源缺乏的开发区具有重要的实际意义。当滤液电导率对应的全盐含量都小于3g·L-1时,各处理的用水量均为1345mL。这说明各处理达到脱盐要求时的用水量一致,与3种废气物的混合比例无关。由此可见,用水量无法作为筛选最佳配比的指标。2.3不同盐渍度的测定,其符合一般情况下的土壤、碱渣、粉煤灰等3.随着淋洗的进行,混合体含盐量下降,反映混合体盐渍程度的指标SAR、RSC、pH等也发生变化。这些指标值必须在一定的范围之内,才能满足植物的基本生长要求。一般认为:SAR<10,RSC<1.25,pH6.5~8.5时对大多数植物生长无害。当滤液电导率对应的全盐含量小于3g·L-1时,各处理的盐渍指标见表5。从表5可以看出,吹填海泥、碱渣、粉煤灰三者混合的7个处理中,SAR<10的处理有A6和A7。其余处理皆不达标;全部处理的RSC<1.25;除处理A1外,其余处理的pH都符合要求。2.4最佳配比的确定只有同时满足脱盐速率快、用水量小,达到脱盐要求时的盐渍指标(SAR、RSC、pH)均达标的处理才能作为最佳配比。综合以上指标,初步确定A7为吹填海泥、碱渣、粉煤灰三者混合的最佳配比,即吹填海泥∶碱渣∶粉煤灰=4∶