CN101440003A

CN101440003A - 一种人工土壤及其配制方法和应用

Info

Publication number: CN101440003A
Application number: CNA2007101584221A
Authority: CN
Inventors: 孙铁珩; 张鸿龄; 孙丽娜; 马国峰
Original assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Current assignee: Institute of Applied Ecology of CAS
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2009-05-27

Abstract

本发明涉及生态修复，具体为人工土壤及其配制方法。具体为由城市固体废弃物粉煤灰和污泥组成。制备方法为将粉煤灰和污泥风干至含水量分别为1－5％和55－60％后，按重量分数计为粉煤灰∶污泥＝3∶1－1∶2混合，即得。本发明实现了城市固体废弃物资源化利用，配制的人工土壤具有较好的持水蓄水性能，接近于草甸棕壤，同时也具有较高的养分含量，重金属含量远远低于国家农用标准。可以在矿山废弃地修复中替代自然土壤。实现了城市固体废弃物资源化利用，以废治废，变废为宝。

Description

一种人工土壤及其配制方法和应用

技术领域

本发明涉及生态修复，具体为人工土壤及其配制方法。

背景技术

我国矿产资源丰富，但采矿的同时也占用和破坏了大量土地资源。据统计，截止2003年我国采矿业破坏土地面积14-20万km²，并以200km²/年的速度在增加。矿山生态环境的破坏带来一系列环境问题：水纹干扰与水体污染，大气污染与微气候扰动，土壤退化，次生地质灾害的形成。因此矿山废弃地的生态修复意义重大。但我国大部分矿山建在山区，土源本来就很少，多年采矿后取土也越来越困难，不少矿区已无土可取，一些矿山企业甚至花费巨资购买耕地取土用于矿山废弃地修复。但这种做法既解决不了矿山长期使用土源问题，又破坏我国宝贵的耕地资源，因此解决矿山修复中廉价而长期的土源问题是当务之急。

城市污泥是在污水处理过程中产生的固体废弃物，含有丰富的氮、磷、钾、有机质和其它微量元素，是一种很好的植物养分来源和土壤改良剂。因此，将污泥用于废弃地修复及土壤改良近来倍受关注并成为污泥处置的首选方法之一。然而，由于污泥中也含有大量重金属、病原菌和其它有害物质，如果处置方法或用量不当，可能对环境会造成新的污染及破坏。国外大量研究发现污泥土地施用过程中添加一定量的石灰可以钝化污泥中重金属并杀死其中病原菌，后来有研究还发现粉煤灰pH高达12，与石灰一样可以起到钝化污泥中重金属及杀死病原菌的作用，而且粉煤灰中含有大量Ca、Si、B等微量营养元素。然而国内外这方面报道基本都集中于粉煤灰钝化污泥与不同种类自然土壤混合后性能的研究，对于不添加自然土壤情况下不同比例的粉煤灰对污泥混合人工土壤性能的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能较好，适宜于植物生长，类似于自然土壤的由废弃物组成的人工土壤及其配制方法。.

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

人工土壤：由含水量为7-10％粉煤灰和含水量为80-95％污泥组成。所述粉煤灰为采自发电厂储灰池；污泥为城市生活污泥。

人工土壤的制备方法：将采集的含水量为7-10％粉煤灰风干至含水量为1-5％，同时将采集的水量为80-95％污泥风干至含水量为55-60％，而后将两者按重量分数计粉煤灰:污泥＝3:1-1:2混合，即得人工土壤。所述粉煤灰和污泥在自然状态下风干。所述粉煤灰为采自发电厂储灰池；污泥为城市生活污泥。所述人工土壤可应用在矿山废弃地修复中。

本发明具有如下优点：

1.本发明制备的人工土壤由粉煤灰与城市生活污泥组成，原材料简单易得，而且供应充足，经济实用。

2.本发明制备的人工土壤配制方法简单，易于操作，且条件限制宽松，在不同时间地点均能进行配制，这大大提高了该人工土壤的经济实用性。

3.本发明制备的人工土壤具有较优的物理化学性能，适宜于植物生长，将其用于矿山退化生态系统的修复可以大大节约自然土壤的耗用，同时避免了矿山临近地区土壤的破坏。

4.本发明制备的人工土壤由粉煤灰与城市污泥组成，可以解决城市固体废弃物在堆置处理过程中带来的一系列环境问题，同时也实现了城市固体废弃物的资源化利用。

附图说明

图1为粉煤灰钝化污泥人工土壤持水性能图。(其中III是粉煤灰与污泥以3:1配比的处理，CK为对照的草甸棕壤，I：粉煤灰与污泥以3:1配比的处理；II：粉煤灰与污泥以2:1配比的处理。)

图2为鞍山大孤山废弃地修复中粉煤灰钝化污泥人工土壤上种植刺槐的生长状况图。

具体实施方式

以下通过实施例详述本发明。

实施例1

人工土壤由含水量为7.54％粉煤灰和含水量为81.01％城市污泥组成。

制备方法：将采集的含水量为7.54％粉煤灰在自然状态下风干至含水量为1-5％，同时将采集的含水量为81.01％污泥在自然状态下风干至含水量为55-60％，而后将两者按重量分数计粉煤灰:污泥＝1:1混合，即得(参见表1)。

表1 粉煤灰钝化污泥人工土壤养分含量

从中显示发现本发明人工土壤中有机质、有效态氮磷钾养分含量都属于高肥力水平。所述粉煤灰为采自辽宁省鞍山钢铁电力二厂储灰池中新排放的粉煤灰，采用随机取样法采集样品；污泥为采自辽宁省海城市生活污水处理厂，未进行脱水处理的生化污泥，采用随机取样法采集样品。

实施例2

将采集回的原材料粉煤灰及城市污泥放于自然状态下风干，不采用高温烘干等其它处理方法。待污泥风干至含水量为55-60％，粉煤灰含水量为1-5％时，将粉煤灰与污泥采用重量比1:1、3:1及2:1混合的处理III、I、II。III、I、II三种人工土壤饱和含水率为66.55％，58.98％、61.9％；本发明人工土壤持水时间为21天，14天和18天；本发明人工土壤水分蒸发速度表现为第二天蒸发掉26.17％，42.73％和34.24％。(参见图1)。

实施例3

将采集的含水量为8-10％粉煤灰风干至含水量为3-5％，同时将采集的含水量为90-95％污泥风干至含水量为60％，而后将粉煤灰与污泥采用重量比1:2、3:2混合，即得人工土壤。

应用例1

参见图1人工土壤的持水蓄水性能与对照及其它配比处理间比较图可知，水分是植物成活和生长最重要的限制性因子之一，要想在无土的矿山废弃地上获得较佳的植物修复效果，使用和回填的人工土壤就必须具有良好的持水和保水性能。.从图1显示，III)饱和含水率为66.55％，草甸棕壤(CK)为64.2％；持水时间为人工土壤(III)为21天；草甸棕壤(CK)为16天；水分蒸发速率为人工土壤(III)第二天蒸发26.17％，草甸棕壤(CK)为22.94％。因此看来，人工土壤(III)的持水保水性能接近于性能较优的草甸棕壤，适宜于作物生长。并且人工土壤中有机质、有效态氮磷钾养分含量都属于高肥力水平，特别适宜于养分贫瘠，环境恶劣的矿山废弃地施用。

人工土壤中重金属含量。为贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》，防治农用污泥、粉煤灰对土壤、农作物、地面水、地下水的污染，制订了农田施用固体废弃物的最高容许含量控制标准值，即表2中国家农用标准。在施用符合本标准污泥时，一般每年每亩用量不超过2000kg(以干重计)。从表2中显示，人工土壤中重金属Cd、Pb、Ni、Cu、Zn、Cr含量远远低于了国家控制标准值。因此，本人工土壤重金属含量符合国家规定，可用于矿山废弃地及农田施用。

表2 粉煤灰钝化污泥人工土壤重金属含量(mg kg^-1)

应用例2

人工土壤FS应用在矿山废弃地修复中。

将本发明人工土壤用于辽宁省鞍山市大孤山铁矿排岩场上植物的种植，既可以代替种植时所需的自然土壤，同时也实现以废治废。于2007年4月将配制好的本发明人工土壤运到大孤山铁矿废弃地，并将其放置到挖好的种植坑中，4月中旬将刺槐树苗种植于该人工土壤上。经过6个多月的生长观察发现，刺槐枝叶繁茂，本发明人工土壤适宜作物生长：刺槐成活率达到60％以上；植株平均长高45-50cm；胸径生长0.2-1cm。参见图2中本发明人工土壤上刺槐的生长状况。

Claims

1、一种人工土壤，其特征在于：由含水量为7-10％粉煤灰和含水量为80-95％污泥组成。

2.按权利要求1所述的人工土壤，其特征在于：所述粉煤灰为采自发电厂储灰池；污泥为城市生活污泥。

3.一种按权利要求1所述的人工土壤的制备方法，其特征在于：将采集的含水量为7-10％粉煤灰风干至含水量为1-5％，同时将采集的含水量为81-95％污泥风干至含水量为55-60％，而后将两者按重量分数计粉煤灰：污泥＝3:1-1:2混合，即得人工土壤。

4.按权利要求3所述的人工土壤的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰和污泥在自然状态下风干。

5.按权利要求3所述的人工土壤的制备方法，其特征在于：所述粉煤灰为采自发电厂储灰池；污泥为城市生活污泥。

6.一种按照权利要求1所述的人工土壤的应用，其特征在于：所述人工土壤可应用在矿山废弃地修复中。