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，为此分析煤矸石对重金属污染土壤修复的影响，并通过实验测试对潜在生态风险进行评价。研究结果表明：煤矸石可以有效地减少Pb的毒害性病降低迁移速度，有利于重金属的迁移谷草，表明煤矸石具备优异的钝化作用。随着煤矸石用量增加，Pb的Cf指标先上升再降低，可以改善土壤酸碱度，促进了铅的形态转化，有利于改善受污染土地。该研究有助于从化工角度提高对煤矸石的化学性能理解，为后续的煤矸石的利用效率提高取代一定作用。

　　关键词：煤矸石；土壤修复；重金属；生态风险评价

　　0引言

　　煤矸石资源丰富，富含铝硅酸盐矿物，具有较强的重金属吸附性能，在污水治理、修复等领域具有广阔的应用前景。因此，对煤矸石进行综合废物再利用可以更好促进我国煤炭资源的综合开发与土壤重金属污染的治理。

　　环境污染是当今世界各国面临的一个不容忽视问题。大多数重金属会在环境中进入土壤并发生迁移，从而产生更加严重的污染。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。尚锦等研究煤矸石充填复垦耕地作物生产安全性，评价复垦土壤污染风险，Cd污染属中度风险等级，其他重金属元素属轻度风险等级，以防止土壤和作物重金属含量超出限量标准。张肖萌等采用填埋覆土的方式对煤矸石进行处理，分析了排矸场表层土壤含量的空间分布及土壤中重金属的赋存形态，对当地的土壤环境造成了一定的污染。顾霖骏等研究煤矸石重金属含量的地域分布特征，通过重金属潜在危害评价煤矸石源重金属元素在土壤中迁移性，分析污染元素空间分布及形态分布特征。

　　本文采用室内模拟实验方法对比不同煤矸石添加量下，对不同类型土壤中Pb的生物可利用性及Pb存在状态的影响，结合不同类型重金属污染土壤综合分析煤矸石吸附重金属污染土壤性能。

　　1材料与试验方法

　　1.1试验药剂和仪器

　　本次使用的各药剂，如表1所示；本次试验使用的各类仪器设备，如表2所示。

　　1.2供试土壤

　　土壤的各项理化性能参数，如表3所示。

　　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

　　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体积的浸提液；把锥形瓶固定于恒温振荡器内，控制振幅180 r/min，持续震荡2 h，并将温度设置为25℃±2℃;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。本次选择BCR四步提取方法测试铅形态。

　　1.4潜在生态风险评价方法

　　针对土壤进行风险评价的模式选择潜在生态风险评价模式，建立的表达式，如式（1）所示：

　　Cf=Ci/Cn.（1）

　　式中：Cf为土壤中潜在有害元素的污染因子；Ci为土壤中的潜在有毒元素对应流动成分；Cn是潜在有毒元素稳定成分。

　　土壤潜在生态风险进行分级，如表4所示。

　　2煤矸石添加量影响分析

　　2.1土壤铅形态

　　重金属在土壤中的存在状态直接影响其可利用性与对环境产生的毒性，由此可见，对重金属在环境中的存在状态进行研究对实现污染治理的目标具有重要意义。本实验以BCR为主要原料，利用BCR方法测试了铅在不同条件下的存在状态。采用BCR方法进行处理时，可以从土壤、腐殖质等材料中分离出4种不同的Pb成分，并与土壤中碳酸根离子复合，再根据酸抽提状态进行评价。加入不同含量煤矸石时对土壤中Pb存在形式的影响，如图1所示。

　　根据上述测试结果可以发现，在适当条件下，煤矸石可以有效地减少Pb的毒害性病降低迁移速度。铅在土壤中的存在形式包括可还原、酸性浸出、氧化态、残余态四种基本类型。结果表明，当加入煤矸石中后，可氧化态与可还原态的铅都发生了减少，并形成了更多的可氧化态与残余态铅量，其中，铅酸浸出形态减少了2.26%~31.09%，可还原态铅减少了5.85%~35.24%，可氧化态铅增加了33.17%~66.26%，残余形态增加了1.61%~23.62%。本次加入的吸附剂对Pb具有较强的吸附能力，主要原因在于：一能更好地改善土壤pH值，有利于重金属的迁移谷草；二对Pb具有更强的吸附能力，由此表明煤矸石具备优异的钝化作用。

　　2.2潜在生态风险评价

　　本研究采用BCR浸出法进行提取，将酸浸出态、还原态、氧化态与残余态，并通过潜在的风险评估方法来表征其对重金属的影响程度。

　　从表5中可以看出，随着煤矸石用量的增加，Pb的Cf指标发生了先上升再降低的趋势。在相同投药量条件下，氨基粉煤灰对重金属的处理作用要好于煤矸石，而在实验测试范围内，以15%加入量的粉煤灰进行重金属处理的作用效果最明显，使重金属污染程度从重度变为中度。以上过程都可以改善土壤酸碱度，有利于治理重金属污染。除了能够对pH进行调节之外，煤矸石本身还包含着大量的有机物成分，这些有机物对铅具有很强的吸附、络合和螯合能力，从而促进了铅的形态转化。煤矸石可以提供更多的活性中心和孔道，能有效地吸收土壤中的重金属离子，而且其附带的胺基还能与重金属发生配位作用，因此具有较高的吸附能力，有利于改善受污染土地。

　　3结论

　　本文开展煤矸石对重金属污染土壤修复及潜在生态风险评价分析，取得如下有益结果：

　　1）煤矸石可以有效地减少Pb的毒害性病降低迁移速度，有利于重金属的迁移过程，表明煤矸石具备优异的钝化作用。

　　2）随着煤矸石用量增加，Pb的Cf指标先上升再降低，可以改善土壤酸碱度，促进了铅的形态转化，有利于改善受污染土地。

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