摘要：煤矸石固态废物利用是解决土壤污染的化工手段之一，为此分析煤矸石添加下土壤理化性质发生的变化，并通过实验测试的手段分析煤矸石对重金属污染土壤pH值和Pb有效态的影响。研究结果表明：煤矸石钝化会提高土壤的碱性。添加量在1%~15%范围时，土壤将会达到更大pH值，由6.53增加到6.64，煤矸石改良土壤pH和提高重金属的生物可利用性都具有较好效果。逐渐提高煤矸石添加量后，土壤内形成了更低可利用性元素浓度，并逐步趋于平衡状态，可使Pb的可利用性下降2.21%~16.31%。该研究有助于从化工角度提高对煤矸石化学性能的理解，为后续煤矸石的利用效率提高发挥一定作用。

　　关键词：煤矸石；土壤修复；重金属；钝化；形态转化

　　0引言

　　煤矸石是指在煤矿开采、筛选等工序环节形成的一种含碳量低与包含大量矿物成分的固态废物，这类废物在煤炭中的比例约为15%~20%，在我国总体固态废物中的占比达到1/3，储量在各类废物中居第一，但其综合利用率仅占60%，并且还在逐年增加。矸石山的积累既占用了大片堆放土地，又对地面植物等生态环境造成严重危害，同时还进一步对水、土等生态系统产生严重污染，因而对其进行资源化处理已成为当务之急。

　　由于重金属污染具有隐蔽性、持续性和预防难度大的特点，已成为当前土壤污染的一种主要类型。相关方面的研究吸引了很多的学者，取得了一定的研究成果。张晋瑞等利用污染指数评价土壤重金属污染程度，分析土壤pH、有机质与土壤重金属的相关性，通过适当降低pH值、增加土壤有机质含量减弱土壤重金属污染。武海霞等研究了不同煤矸石粒径对土壤理化特性的影响，通过隶属函数法对不同处理组合下土壤性能评价，最终筛选出最优的基质配比组合。侯世伟等通过试验来确定煤矸石水泥对重金属镍污染土固化特性，有利于促进水泥对重金属污染土壤的固化效率，处理后的固化土可作为材料循环使用。

　　本文在前人研究的基础上，开展煤矸石对重金属污染的影响分析，并开展pH值和Pb有效态实验分析。

　　1材料与试验方法

　　1.1试验药剂和仪器

　　本次使用的药剂见表1，本次试验使用的各类仪器设备见表2。

　　1.2供试土壤

　　表3列出了土壤的各项理化性能参数。

　　采用随机取样方法从没有受到重金属污染的耕地采集5个点，从表层部位采集20 cm范围内的土壤试样。对土壤进行风干处理后，将所有杂物充分去除，再对其进行破碎并利用100目（0.15 mm，下同）筛网进行筛选，最终经过混合形成均匀试样。

　　将10 g准备好的土壤放入烧杯中，接着添加0.6 g煤矸石，经过充分搅拌达到均匀混合状态后，再加入40%去离子水，调整pH值介于4.0~10.0，再通过塑料薄膜密封后，设置一个小口使空气形成流动状态，将其置于阴凉区域放置3 d时间，最后对其粉碎处理并进行100目筛选后。

　　1.3土壤理化性质测定方法

　　本试验以电位法测试土壤pH，参考HJ962—2018标准。再通过原子吸收法测试土壤内Pb有效态。

　　样品测试方法：

　　1）采集5.00 g±0.05 g待测土壤样品放入100 mL锥形瓶内，之后再加入25 mL的浸提液；

　　2）把锥形瓶固定于恒温振荡器内，控制振幅180 r/min，持续振荡2 h，并将温度设置为25℃±2℃;

　　3）对溶液过滤处理，去除初始5 mL左右的滤液，再对之后滤液进行上机测试。

　　2煤矸石添加量影响分析

　　2.1土壤pH值

　　土壤pH会改变重金属在土壤中的存在状态与转移过程，从而对其分布状态也造成明显影响。煤矸石的添加对土壤酸碱度的作用效果见图1。

　　根据图1可以看出，添加煤矸石时将会提高土壤的碱性。当添加量在1%~15%范围提高时，土壤将会达到更大的pH值，由6.53增加到6.64。由于煤矸石中富含硅酸根离子，其在水溶液中将会溶解并释放出氢氧根，使其具有较高的pH，同时其本身包含了大量的腐殖酸，它能与多种阳离子作用生成酸性产物，并能和土发生团聚，起到调控和稳定土壤pH的功能。由于煤矸石能有效地降低土壤酸度，使土壤达到更优的pH值。煤矸石添加量在1%~15%之间逐渐提高时，其pH由6.55上升到6.80，这主要是由于其氨基上的N原子具有孤电子对，易于跟H+发生键合，从而使其具有较好的pH调节作用。从总体上分析，煤矸石改良土壤的pH和提高其对重金属的生物可利用性都具有较好的效果。

　　2.2 Pb有效态

　　受生物链传递效应作用，重金属易于富集和大范围迁移，并且土壤中各类重金属元素也具有不同毒性，导致土壤中的重金属污染很难被正常处理，当这些重金属进入土壤后，便会对动植物、土壤生物等产生伤害，使土壤的理化性质发生变化，导致土壤生态紊乱，造成土壤品质的明显降低，同时这些重金属成分还会进一步通过食物形式进入人类体内，对机体的正常新陈代谢和机体功能产生重大危害。从图2中可以看到，加入不同含量煤矸石时对应的土壤Pb有效态测试结果。

　　从图2中可以看出，不同的煤矸石加入量对土壤中Pb有效态产生了显著影响。逐渐提高煤矸石的添加量之后，土壤内形成了更低的可利用性元素浓度，并逐步趋于平衡状态。通过研究发现，添加煤矸石之后，可使Pb的可利用性下降2.21%~16.31%。由于该添加剂对土壤中的重金属具有较强的吸附能力，尤其是对土壤中的Pb吸收能力非常优异，从而可以对土壤的污染治理发挥明显作用。

　　3结论

　　本文开展煤矸石对重金属污染土壤pH值和Pb有效态的影响分析取得如下结论：

　　1）煤矸石钝化会提高土壤的碱性。当添加量在1%~15%范围提高时，土壤将会达到更大pH值，由6.53增加到6.64，煤矸石改良土壤pH和提高其对重金属的生物可利用性都具有较好效果。

　　2）逐渐提高煤矸石添加量后，土壤内形成了更低的可利用性元素浓度，并逐步区域平衡状态，可使Pb的可利用性下降2.21%~16.31%。

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