CN101503320B

CN101503320B - 一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂

Info

Publication number: CN101503320B
Application number: CN2009101060348A
Authority: CN
Inventors: 朱兆华; 刘春常; 庞志研; 范强; 夏村
Original assignee: Shenzhen Master Environment Virescence & Construction Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Master Ecological Research And Development Co ltd
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: CN101503320A

Abstract

本发明提供一种适用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂的制备和使用方法，即对酸法造纸制浆红液进行蒸发浓缩、硝酸氧化、加硫酸盐(或氧化物)螯合(或中和、螯合)、干燥包装或直接灌装等处理而获得一种功能性材料作为营养基材添加剂。该添加剂与水泥粘结剂合理搭配，可调整基材酸碱度，防止因水泥用量控制不当造成的烧种烧苗现象，同时起到供肥、保肥、保水、改土作用，可有效解决现有裸露坡面植被恢复与生态防护技术中植被退化和基材雨季易冲刷的问题，大大方便施工，应用前景广阔；同时，在造纸废液治理与综合利用方面亦开辟一条新路，为众多造纸厂提供一种节能减排新技术。

Description

一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂

技术领域

本发明涉及一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，更具体地说，涉及一种对造纸制浆红液进行加工处理而获得一种木质素功能性材料作为道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂的制备和使用方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，大规模的城乡建设和交通建设在各地遗留了大量的公路铁路边坡和废弃采石场，裸露坡面的面积每年以数亿平方米的规模在增加。大量的道路边坡和废弃采石场裸露迹地严重破坏了城乡生态景观，亦造成水土流失。

对于道路边坡和裸露山体的治理，过去人们大量采用单纯的工程防护，如浆(干)砌片石、喷锚防护等。这些工程措施不仅未能从根本上控制水土流失和防止滑坡、边坡失稳等问题，还在一定程度上破坏了原有的植被。原因在于，这不是一个单纯的工程技术可以解决的问题，还必须将土壤肥力、植物营养、根际微生物以及水土保持、植物根系力学、岩土力学、生态学等多学科技术交叉、集成并辅以工程技术，形成综合技术体系，方可标本兼职。这一综合技术体系之关键及目标在于植被恢复与生态防护。

现有适用于道路边坡与裸露山体的植被恢复与生态防护技术，如客土喷播、厚层基材、喷混植生、人工种草护坡技术、平铺草皮护坡技术、液压喷播植草护坡技术、土工网植草护坡技术、聚氨基甲酸酯(HYCEL-OH)活性液植草护坡技术、行栽香根草护坡技术、蜂巢式网格植草护坡技术等，都必须用到营养基材。营养基材的作用体现在两方面：一是为植物生长提供肥力，包括水、肥、气、热四大要素，其中水、肥要素最为关键；二是固定植株。上述现有技术均存在植被易退化、客土基材抗冲刷能力弱导致雨季易冲刷等问题与弊端，其根源亦在营养基材。植被易退化是因为基材肥力不持久，抗冲刷能力弱是因为基材粘度、客土颗粒粒度及质地不适宜造成的。为了增加基材的粘度以便于与岩质坡面粘结，通常在基材中加入一定比例的水泥作为粘结剂。但水泥本身有一定的碱性，pH在11～13之间，比例控制不当极易造成烧种烧苗；同时，水泥本身亦对基材肥力有负面的影响。为此，从营养基材肥力及粘结性方面考虑，发明一种既能消除水泥负面作用，提高基材粘度又能起到保水、保肥、增效的基材添加剂无疑对解决植被退化和基材冲刷问题具有重要的现实意义。

本发明提供一种对酸法造纸制浆产生的红液进行加工处理获得木质素功能性材料作为边坡基材的添加剂的技术。酸法制浆产生红液，显酸性，pH值一般在3～6之间，主要成分为木质素磺酸盐。自然界中的木质素由苯基丙烷单元通过醚键和碳-碳键连接而成的高分子化合物，具有三维空间网状结构。在造纸过程中，木质素大分子大部分已降解，多数由数个或数十个苯基丙烷单元组成，结构单位上除了较多的酚羟基和醇羟基外，还增加了羰基、羧基等活性基团，因而表现出一定的螯合性能与胶体性质，这为本发明所涉及的化学处理及作为功能性基材添加剂提供了基础。

本发明技术的大范围推广，不但对裸露坡面生态治理与防护起到积极推动作用，亦将在造纸黑液治理与综合利用方面开辟一条新路，为众多造纸厂提供节能减排新技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对酸法造纸制浆红液进行加工处理而获得木质素功能性材料作为道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂的制备和使用方法。

造纸红液木质素在结构和特性方面和原木质素已有许多不同之处，平均分子量降低，小分子量多，分散性增加，甲氧基和酚羟基含量较高而醇羟基含量较低，但化学活性仍不强，且溶解性能较差，必须对其进行加工处理以进一步打破木质素网状结构，降低分子量，提高溶解性及螯合性能，并接上植物可吸收利用的营养元素或功能性基团方可提高其利用价值。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

步骤1：对收集来的造纸制浆红液导入蒸发浓缩装置进行蒸发浓缩，使水分含量在40～70％之间；

步骤2：导入化学反应釜，测定并调整浓缩液pH值至5.0～6.5之间，加入质量百分比浓度为30～35％的稀硝酸，严格控制其加入量，使整个反应釜中物料pH控制在1.5～3.5之间，温度控制在60～70℃之间，搅拌30～60分钟，冷却。

步骤3：在室温下将硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰中的一种或几种组合配制成饱和溶液后加入到反应釜，控制加入量，使其占反应釜内反应物料总体积的百分比为1～10％，反应釜温度控制在50～60℃之间，搅拌20～30分钟。

步骤4：视储运要求，将经过上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液进一步干燥成固体粉末并包装或直接灌装，检测pH、水分、氮素、锌、铁、镁、锰指标并依此标定产品规格。

步骤5：根据施工要求调配营养基材的物料用量及养分配比，造纸红液木质素添加剂用量依据粘结剂——水泥的加入量确定，以中和水泥碱性至整个营养基材pH6.5～8.0之间，固体粉末添加剂加入时先用一定量的水分散以易于喷播施工，液态添加剂则直接加入。

经过上述步骤加工处理后的加造纸红液木质素作为道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂具有以下功效：①与水泥粘结剂合理搭配，调整基材酸碱度，可有效防止因水泥用量控制不当造成的烧种烧苗现象；②作为硝化抑制剂，减轻基材或土壤中铵态氮通过硝化-反硝化途径流失；③作为脲酶抑制剂以减缓基材或土壤中尿素氮的水解速率，在一定程度上减轻因尿素水解过快，养分释放速率与植物吸收速率不平衡造成的氮素损失；④加工处理后的造纸红液木质素本身含氮，是一种氮素控释肥，可调整基材养分供应特性，使其具有养分供应缓急相济、与作物吸收同步的特点；⑤作为磷肥活化剂，减少磷的固定，增加可为作物吸收利用的有效磷含量；⑥因其具有-COOH、-OH等活性基团，本身具有良好的螯合性能，起到调控基材或土壤中中微量元素的作用；⑦木质素是亲水性有机高分子聚合物，具有良好的保水性能；⑧木质素溶液或浓缩液本身有极强的粘性，是一种良好的粘结性，与水泥粘结剂搭配使用，相得益彰，效果更好；⑨木质素是土壤腐殖质的前体，在土壤微生物的作用下最终会转化为土壤腐殖质，可有效改善土壤质地，对贫瘠化土壤改良的改良效果好。

本发明较好的方案可以是：步骤1所述的蒸发浓缩采用机械压缩蒸发(MVC)+带热压缩的多效蒸(MED-TC)发两段式组合蒸发工艺：

第一段采用机械压缩蒸发工艺(MVC)，即Mechanical Vapor Compression，主要装置为预浓缩处理的热交换器、水平管束蒸发体壳程分A、B两部分的MVC蒸发器和多级蒸汽压缩机。

第二段采用带热压缩的多效蒸发工艺(MED-TC)，即Multiple Effect Desalination-Thermo Compression，以蒸汽作为正反的热媒介。新鲜蒸汽作为第一效的热源，产生的再生蒸汽作为第二效的热源，如此循环类推，最后一效的再生蒸汽进入冷凝器冷凝，达到逐级浓缩的目的。主要装置为5效卧管蒸发器、热压缩机、闪蒸罐，蒸发热源为锅炉蒸汽。

采用MVC+MED-TC两段式组合工艺方案的好处是，极大地减少了蒸汽的用量，提高了蒸发浓缩的效率，将能耗降低到最低程度。

本发明较好的方案可以是：步骤2所述的调整浓缩液pH的方法采用加入生石灰、熟石灰、氢氧化钠中的任何一种，这样的做的好处是，材料易得，成本低廉，操作便捷。

本发明较好的方案可以是：步骤2所述的调整浓缩液pH的方法采用加氧化锌、氧化镁、氧化亚铁、氧化锰中的任何一种或几种组合，配成溶液或用水稀散后加入并搅拌10～20分钟。这样做的好处是，所加入的锌、镁、铁、锰为植物生长必要元素，可与木质素活性基团发生螯合反应或以离子键相结合，成为缓效态与速效态并存的微量元素肥料，具有养分释放缓急相济的特点。

本发明较好的方案也可以是：步骤2所述的严格控制加液条件是指严格控制稀硝酸的加入量，以使整个反应釜中物料pH控制在1.5～3.5之间。这样做的有益效果是保证所加入的硝酸有一定地过量，以使反应完全，过量的硝酸存留于物料中，当作为添加剂加入到营养基材中时可起到中和水泥碱性的作用。

本发明较好的方案又可以是：步骤3所述的严格控制加液条件是指在室温下将所述硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰中的一种或几种组合配置成饱和溶液的方式进行加注。这样做的好处是：(1)饱和溶液百分比浓度高，可以保证物料中有足量的锌、镁、铁、锰等离子与木质素活性基团发生螯合反应或以离子键相结合，成为缓效态与速效态并存的微量元素肥料；(2)可减少水分带入而冲稀物料以便于储运或进一步加工；(3)操作简便，节省人力。

本发明较好的方案还可以是：步骤4所述的干燥工艺采用喷雾干燥、机械压缩蒸发(MVC)+带热压缩的多效蒸发(MED-TC)附带闪蒸干燥工艺中的任何一种。

本发明以造纸废液为原料，将其处理加工为一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，具有以下优点：(1)废物循环利用，节约资源；(2)找到一种功能全面，既可供肥、保肥、保水、改土又可作为酸碱调节剂、粘结剂的功能性材料，作为营养基材添加剂可有效解决现有裸露坡面植被恢复与生态防护技术中植被退化和基材雨季易冲刷的问题，大大方便施工，应用前景广阔；(3)在造纸废液治理与综合利用方面开辟一条新路，为众多造纸厂提供一种节能减排新技术。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行更加详细的说明，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例。

产品加工实例1-1：

对收集自A造纸厂的制浆红液，pH为4.8～5.0，采用MVC+MED-TC两段式组合工艺进行蒸发浓缩，至水分含量70％。

导入化学反应斧，经测定，浓缩液pH值为3.5，用熟石灰溶液调节pH至6.0，加入百分比浓度为33％的稀硝酸，使反应釜内物料pH为3.0，温度控制在60～62℃之间，搅拌35分钟，冷却。

加入体积百分比为2％的硫酸锌饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸镁饱和溶液、体积百分比为2％的硫酸亚铁饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸锰饱和溶液，反应斧温度控制在50～52℃之间，搅拌20分钟。

将经过上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液进一步干燥，干燥工艺采用机械压缩蒸发(MVC)+带热压缩的多效蒸发(MED-TC)附带的闪蒸干燥工艺，完成干燥后，从闪蒸干燥罐内导出固体粉末并包装，经检测，pH2.0、水分8％、氮素3％、锌、铁、镁、锰等微量元素总含量不低于50mg/kg，并标定产品组分含量及规格。

产品加工实例1-2：

对收集自B造纸厂的制浆红液，pH为5.0～5.5，采用MVC+MED-TC两段式组合工艺进行蒸发浓缩，至水分含量40％。

导入化学反应斧，经测定，浓缩液pH值为1.5，用生石灰调节pH至5.5，加入百分比浓度为35％的稀硝酸，使反应釜内物料pH为1.5，温度控制在65～67℃之间，搅拌40分钟，冷却。

加入体积百分比为5％的硫酸锌饱和溶液、体积百分比为2％的硫酸镁饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸亚铁饱和溶液，反应斧温度控制在55～57℃之间，搅拌25分钟。

将经过上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液直接灌装，经检测，pH4.0、水分48％、氮素1.5％、锌、铁、镁、锰等微量元素总含量不低于15mg/kg，并标定产品组分含量及规格。

产品加工实例1-3：

对收集自C造纸厂的制浆红液，pH为5.0～5.5，采用MVC+MED-TC两段式组合工艺进行蒸发浓缩，至水分含量50％。

导入化学反应斧，经测定，浓缩液pH值为1.5，用生石灰调节pH至5.5，加入百分比浓度为35％的稀硝酸，使反应釜内物料pH为3.5，温度控制在68～70℃之间，搅拌30分钟，冷却。

加入体积百分比为2％的硫酸锌饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸镁饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸亚铁饱和溶液、体积百分比为2％的硫酸锰饱和溶液，反应斧温度控制在58～60℃之间，搅拌20分钟。

将经上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液进一步干燥，干燥工艺采用喷雾干燥工艺。干燥完成后，从干燥罐中导出固体粉末并包装，经检测，pH3.0、水分6％、氮素3.5％、锌、铁、镁、锰等微量元素总含量不低于60mg/kg，并标定产品组分含量及规格。

产品加工实例1-4：

对收集自D造纸厂的制浆红液，pH为3.0～3.5，采用MVC+MED-TC两段式组合工艺进行蒸发浓缩，至水分含量60％。

导入化学反应斧，经测定，浓缩液pH值为2.0，用质量比为1∶1∶1∶1的氧化锌、氧化镁、氧化亚铁、氧化锰混合，用水稀散或配成溶液后加入，搅拌15分钟，调pH至5.5，加入百分比浓度为33％的稀硝酸，使反应釜内物料pH为2.0，温度控制在66～68℃之间，搅拌15分钟，冷却。

加入体积百分比为2％的硫酸锌饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸镁饱和溶液、体积百分比为3％的硫酸亚铁饱和溶液、体积百分比为2％的硫酸锰饱和溶液，反应斧温度控制在58～60℃之间，搅拌25分钟。

将经上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液进一步干燥，干燥工艺采用喷雾干燥工艺。干燥完成后，从干燥罐中导出固体粉末并包装，经检测，pH2.0、水分7％、氮素3.8％、锌、铁、镁、锰等微量元素总含量不低于65mg/kg，并标定产品组分含量及规格。

产品应用实例2-1：

高速路E某段为岩质坡面，坡度大于70度，有较大的施工难度，用泥炭土、畜禽粪便与园艺废物混合堆制的腐熟堆肥、粘土、化肥等原材料配置营养基材，总养分(N、P、K及中微量元素全量)含量为6％，以硅酸盐水泥为粘结剂，用量8％，经测定水泥pH为12.5。分批添加实例1所生产的固态粉末产品，先用水溶解或稀散，与基材其它物料充分混合，将物料pH调至7.0～7.5之间所用添加剂用量占基材总量的7.6％。调整基材水分含量，喷播施工。定期观察植物种子发芽、出苗、长势状况，记录、考察相应指标，结果明显优于未用添加剂的工程实例。

产品应用实例2-2：

某采石场F属岩质裸露坡面。用泥炭土、畜禽粪便与园艺废物混合堆制的腐熟堆肥、粘土、化肥等材料配置营养基材，总养分(N、P、K及中微量元素全量)含量为6.5％，以硅酸盐水泥为粘结剂，用量5％，经测定水泥pH为12。分批添加实例2所生产的直接灌装的浓缩液产品，与基材其它物料充分混合，将基材物料pH调至6.8～7.0之间所用液态添加剂用量占基材总量的12.6％。调整基材水分含量，喷播施工。定期观察植物种子发芽、出苗、植株长势状况，记录、考察相应指标，结果明显优于未用添加剂的工程实例。

Claims

1.一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，其特征在于：以造纸制浆红液为原料并对其加工处理，获得一种固态或液态木质素功能性材料，步骤包括：

(1)对收集来的造纸制浆红液导入蒸发浓缩装置进行蒸发浓缩，使水分含量在40～70％之间；

(2)导入化学反应釜，测定并调整浓缩液pH值至5.0～6.5范围，加入质量百分比浓度为30～35％的稀硝酸，严格控制其加入量，使整个反应釜中物料pH控制在1.5～3.5之间，温度控制在60～70℃之间，搅拌30～60分钟，冷却；

(3)在室温下将硫酸锌、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰中的一种或几种组合配制成饱和溶液后加入到反应釜，控制加入量，使其占反应釜内反应物料总体积的百分比为1～10％，反应釜温度控制在50～60℃之间，搅拌20～30分钟；

(4)视储运要求，将经上述步骤加工处理后的造纸红液木质素混合液进一步干燥成固体粉末并包装或直接灌装，检测pH、水分、氮素、锌、铁、镁、锰指标并依此标定产品规格；

(5)根据施工要求调配营养基材的物料用量及养分配比，造纸红液木质素添加剂用量依据粘结剂——水泥的加入量确定，以中和水泥碱性至整个营养基材pH6.5～8.0之间，固体粉末添加剂加入时先用一定量的水分散以易于喷播施工，液态添加剂则直接加入。

2.根据权利要求1所述的一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，其特征在于：步骤1所述的蒸发浓缩采用机械压缩蒸发(MVC)+带热压缩的多效蒸(MED-TC)发两段式组合蒸发工艺：

第一段采用机械压缩蒸发工艺(MVC)，主要装置为预浓缩处理的热交换器、水平管束蒸发体壳程分A、B两部分的MVC蒸发器和多级蒸汽压缩机；

第二段采用带热压缩的多效蒸发工艺(MED-TC)，以蒸汽作为正反的热媒介，新鲜蒸汽作为第一效的热源，产生的再生蒸汽作为第二效的热源，如此循环类推，最后一效的再生蒸汽进入冷凝器冷凝，主要装置为5效卧管蒸发器、热压缩机、闪蒸罐，蒸发热源为锅炉蒸汽。

3.根据权利要求1所述的一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，其特征在于：步骤2所述的调整浓缩液pH的方法采用加入生石灰、熟石灰、氢氧化钠中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，其特征在于：步骤2所述的调整浓缩液pH的方法亦可采用加氧化锌、氧化镁、氧化亚铁、氧化锰中的任何一种或几种组合，配成溶液或用水稀散后加入并搅拌10～20分钟。

5.根据权利要求1所述的一种用于道路边坡和裸露山体植被恢复的营养基材添加剂，其特征在于：步骤4所述的干燥工艺采用喷雾干燥、机械压缩蒸发(MVC)+带热压缩的多效蒸发(MED-TC)附带闪蒸干燥工艺中的任何一种。