CN106748056B - 一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿山废水处理产生的底泥修复治理技术领域，具体公开了一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂及其制备方法。该调理剂主要包括：20‑60wt％泥炭、1‑6wt％麦饭石、1‑6wt％方解石、0.5‑3wt％乳香、20‑50wt％有机肥、10‑30wt％秸秆、0.5‑3wt％保水剂、0.5‑3wt％粘结剂。将该调理剂施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，修复治理后的底泥可替代部分土壤作为矿山生态复垦的植生基材，既解决底泥无处堆放、二次污染的问题，又解决矿山生态复垦对植物生长基质的巨大需求及避免取土造成的二次生态环境破坏问题，从而实现“以废治废”、节省矿山复垦项目所需大量资金，经济效益和社会效益显著。

Description

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂及其制备方法

技术领域

本发明属于矿山废水处理产生的底泥修复治理技术领域，具体涉及一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂及其制备方法。

背景技术

土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。从根本上说，污染土壤修复的技术原理可包括为：(1)改变污染物在土壤中的存在形态或同土壤的结合方式，降低其在环境中的可迁移性与生物可利用性；(2)降低土壤中有害物质的浓度。美国在20世纪90年代用于污染土壤修复方面的投资有近1000亿美元。污染土壤修复的理论与技术已成为整个环境科学与技术研究的前沿。土壤的修复的过程相当漫长，当前解决土壤污染问题，需要有不同学科的科学家如土壤学、农学、生态学、生物地球化学、海洋科学以及涉及农业、林业、渔业等有关的生产单位和政府决策者的共同努力。中国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。全国受有机污染物污染的农田已达3600万公顷，污染物类型包括石油类、多环芳烃、农药、有机氯等；因油田开采造成的严重石油污染土地面积达1万公顷，石油炼化业也使大面积土地受到污染；在沈抚石油污水灌区，表层和底层土壤多环芳烃含量均超过600mg/kg，造成农作物和地下水的严重污染。全国受重金属污染土地达2000万公顷，其中严重污染土地超过70万公顷，其中13万公顷土地因镉含量超标而被迫弃耕。对于重金属污染地、化工区污染地、沙化地、盐碱地、石漠化地、板结地等污染严重的土地，其不适宜种植任何庄稼和果蔬，这就造成了土地的严重浪费。正因为如此，中国的污染土壤修复研究，正经历着由实验室研究向实用阶段的过渡，即将进入一个快速、全面的治理时期。

我国各种类型矿区的土地环境破坏问题一直以来都十分突出。据中国土地矿产法律事务中心处长刘燕萍介绍，保守估计，目前全国1500个各类矿区开发占用和损坏的土地面积多达200万公顷(200亿平方米)，并且每年仍以3.3万到4.7万公顷的速度递增。而在土地复垦完成方面，我国目前矿区土地复垦率只有15％，远低于国际上50％-70％的平均矿地复垦率水平，更低于欧美国家超过80％以上的数字。全国土地复垦的现实十分严峻。刘燕萍表示，200万公顷中属于矿山开发占用的耕地面积达60万公顷。目前国家大力提倡生态文明建设，特别是强调加大耕地保护力度，恢复矿山占用和被破坏的耕地面积迫在眉睫。矿山生态修复涉及面广，单体投资规模巨大。据市场测算，以目前矿山土地复垦每平方米100元到200元的综合投资测算，全部200万公顷的受破坏矿区土地要修复，将带动的总体投入将达上万亿元规模，市场空间十分巨大。2011年2月，国务院颁布实施《土地复垦条例》，成为推进矿山土地复垦的纲领性文件。随着《土地复垦条例实施办法》的制定，未来矿山土地复垦的主要目标将着眼于实现受损坏土地恢复为耕地及其他生态化用地，而非以往的简单覆盖植被。环保部今年以来也在开始围绕矿山生态修复酝酿制定相关政策。环保部印发的《矿山生态环境保护与恢复治理技术规范》便是其中的首要政策文件。该技术规范提出，将根据矿山生态环境保护和生态治理的重点任务，划定矿山生态保护和恢复治理分区，采用新技术和新工艺提高生态保护和修复治理水平。除政策“倒逼”之外，一系列激励措施也将加速落实。据上述国土部人士透露，中央财政每年将投入40亿元，地方财政还将从每年收取的矿山企业生态治理保证金中提取资金进行配套支持，形成的总体政府投入规模每年可达500亿元。

开展矿山复垦需要巨大数量的土壤作为植生基质，异地取土用于矿山复垦会给生态环境造成严重的生态破坏。硫化铜矿酸性水处理年产生底泥约50万吨，现行的处置方式是直接或压滤后堆存在废石场，占用宝贵的矿山空间且易发生二次污染。硫化铜矿酸性废水利用现行工艺处理后所产生的底泥其主要成分是硫酸钙、氢氧化铁等，铜、铅、锌等金属含量均低于一级标准(GB8978-1996)，属于Ι类工业固体废物，底泥含水40-50％，植物生长所需的磷、钾0.01-0.04％，在正常范围内，而含氮极少。根据《中华人民共和国环境保护法》；《中华人民共和国水土保持法》；《矿山地质环境保护规定》(国土资源部令第44号)；《矿山生态环境保护与污染防治技术政策》(环发[2005]109号)；《土地复垦条例》(国务院令第592号)等国家和地方颁布的有关法律、法规、政策文件以及技术规范等，调理修复后的底泥可以运用于矿山复垦，不会产生二次污染。通过对酸性水处理底泥综合利用，替代土壤作为植物生长基质应用于露天边坡、尾矿库坝、废石场、排土场的生态植被恢复，既解决底泥无处堆放、二次污染的问题，又解决矿山复垦对植物生长基质的巨大需求及避免取土造成的二次生态环境破坏问题，从而实现“以废治废”、节省矿山复垦项目所需大量资金的双重目的，工艺技术可以推广应用到其他类似矿山。

目前，城市污水处理污泥资源化的应用研究国内外均有报道，相关污泥修复治理用的调理剂也有很多研究，但硫化铜矿矿山酸性水处理底泥的资源化、无害化的应用研究尚未见诸报道，对于众多硫化铜矿开采过程中，酸化废水处理后产生的大量底泥如何修复治理，研究发明相应的调理增肥剂尚没有开展。底泥成分与城市污泥成分显著不同，底泥修复增肥相对于城市污泥修复增肥更加复杂，尤其是酸化废水处理后的底泥PH值为酸性，且所含水分为结晶水，容易板结，缺乏植物生长所需的大量微量元素，因而迫切需要开展底泥增肥修复研究，发明出相应的调理剂，实现底泥在矿山生态修复中的废物利用目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对硫化铜矿酸性废水底泥的修复治理，发明出相应的调理剂，实现底泥在矿山生态复垦中的废物利用。

本发明通过以下技术方案来实现上述发明目的。

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其组分主要包括：泥炭、麦饭石、方解石、乳香、有机肥、秸秆、保水剂、粘结剂。

所述的调理剂，其组分按重量百分比包括20-60wt％泥炭、1-6wt％麦饭石、1-6wt％方解石、0.5-3wt％乳香、20-50wt％有机肥、10-30wt％秸秆、0.5-3wt％保水剂、0.5-3wt％粘结剂。

所述的麦饭石，为商业购买的粉末状物质，含有K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等微量元素和稀土元素，对镉、汞、砷、铅等对人体有害的几种元素有较强吸附能力。

所述的乳香产自索马里或埃塞俄比亚。

所述的有机肥，其主要成份选自鸡粪、鸭粪、鹅粪、猪粪、牛粪、羊粪、兔粪等家禽家畜粪便的一种或几种。

所述的秸秆选自水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆、荞麦秸秆的一种或几种。

所述的保水剂是一种高吸水性树脂，选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、淀粉接枝丙烯酸盐的一种或几种。

所述的粘结剂选自聚醛基粘结剂、水溶性粘结剂、凝胶水基粘结剂、丙烯酸基粘结剂的一种或几种。

本发明还提供一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：20-60wt％泥炭、1-6wt％麦饭石、1-6wt％方解石、0.5-3wt％乳香、20-50wt％有机肥、10-30wt％秸秆、0.5-3wt％保水剂、0.5-3wt％粘结剂；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

泥炭：无菌、无毒、无污染，通气性能好，质轻、持水、保肥、有利于微生物活动，增强生物性能，营养丰富，既是栽培基质，又是良好的底泥调解剂，并含有很高的有机质，腐殖酸及营养成份，是实现底泥增肥的主要成分。

麦饭石：麦饭石对镉、汞、砷、铅等对人体有害的几种元素有较强的吸附能力，可以一定程度上净化底泥，含有K、Na、Ca、Mg、Cu、Mo等微量元素和稀土元素，增强底泥肥力。麦饭石在赣南、山东、广东、广西、四川、新疆、福建、江苏、湖北、陕西、甘肃、河南、河北、山西、吉林、黑龙江等地都有大量矿藏，

方解石：在底泥中发酵后，主要是给植物补钙，强健植物体质的作用。

乳香：作为底泥调理剂的母料对各种酶起催化作用，使得各种矿物质达到转化机能。

有机肥：富含大量有益物质，包括：多种有机酸、肽类以及包括氮、磷、钾在内的丰富的营养元素。不仅能为植物物提供全面营养，而且肥效长，可增加和更新底泥有机质，促进微生物繁殖，改善底泥的理化性质和生物活性，是绿色植物生产的主要养分。

秸秆：秸秆中含有大量的有机质，氮、磷、钾和微量元素，具有养分效应，改土效应和改善生态环境效应，能改善底泥板结，增加底泥养分。

保水剂：保水剂可有效抑制水分蒸发，提高底泥的饱和含水量，降低底泥的饱和导水率，从而减缓底泥释放水的速度，减少底泥水分的渗透和流失，达到保水的目的。还可以刺激作物根系生长和发育，使根的长度增加、条数增多，在干旱条件下保持较好长势。减少可溶性养分的淋溶损失，达到节水节肥，提高水肥利用率的效果。保水剂具有良好的保温性能，施用保水剂之后，可利用吸收的水分保持部分白天光照产生的热能调节夜间温度，使得底泥昼夜温差减小。改善底泥结构，保水剂施入底泥中，随着吸水膨胀和失水收缩的规律性变化，可使周围底泥由紧实变为疏松，孔隙增大，从而在一定程度上改善底泥的通透状况。

粘结剂：可用于底泥修复的粘结剂主要有聚醛基粘结剂、水溶性粘结剂、凝胶水基粘结剂、丙烯酸基粘结剂，其作用为增强底泥粘度。

本发明所提供的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，主要用于硫化铜矿酸性废水底泥修复治理，其使用方法是：每吨底泥使用本调理剂100公斤左右，均匀搅拌，堆放一周后使用。修复后的底泥用于部分替代土壤作为矿山复垦的植生基材。

有益效果：

(1)本发明所提供了一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，修复治理后的底泥可替代部分土壤作为复垦的植生基材，既解决底泥无处堆放、二次污染的问题，又解决矿山复垦对植物生长基质的巨大需求及避免取土造成的二次生态环境破坏问题，从而实现“以废治废”、节省矿山复垦项目所需大量资金，经济效益和社会效益均很显著。通过该调理剂与水的相互作用，迅速形成转化机能，调节底泥的PH值至中性范围，补充不足的微量元素，产生大量有益的生物菌群，改善底泥结构，恢复生态平衡，增肥后适合生物生长，从而实现替代土壤作为植生基质应用于矿山复垦，达到废物利用，避免二次污染，节约大量矿山生态复垦资金的最终目的，具有显著的技术效果。如果采用异地取土作为植生基材，异地取土平均成本为100元/立方米(含运输成本)，而采用修复的底泥成本为50元/立方米，每方植生基材节约50元，以江西某硫化铜矿矿区复垦工作为例，实施本发明每年将从所需的巨大植生基材中节约2500万元资金。采用底泥替代部分土壤作为复垦的植生基材具有明显的成本优势。

(2)本发明所用原材料均为环境友好型材料，不会引起二次污染，制备方法简单，使用方便，成本低。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明，但不限制本发明的范围。若未特别指明，下列实施例的材料均通过商业渠道进行购买。

实施例一：

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：泥炭40wt％、麦饭石3wt％、方解石3wt％、索马里产乳香1wt％、用鸡粪制成的有机肥35wt％、水稻秸秆16wt％、保水剂聚丙烯酰胺1wt％、聚醛基粘结剂1wt％；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

将上述方法所制备的一种底泥修复治理用调理剂，以每吨底泥加入本调理剂100公斤，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，均匀搅拌，堆放一周后以上，可用作矿山复垦的植生基材。

植生试验效果：用修复治理后的底泥50％替代土壤，分别种上扫把草、石蒜、苏丹草、皇竹草、野薏仁、芦竹、铁树、对兰、美人蕉、杨树、桅子、黄花、松树、玉米草、车前草、艾草等植物，其成活率如下表：

序号	植物物种	种植方式	成活率
				1	扫把草	撒种子	90.8％，当年活，冬天枯。
2	石蒜	撒种子	99.5％，夏天枯。
				3	苏丹草	撒种子	90.9％，当年活，秋天枯。
4	皇竹草	扦插	99.1％，秋天枯。
				5	野薏仁	撒种子	85.4％，当年活，秋天枯。
6	芦竹	移栽	97.3％，秋天枯。
				7	铁树	移栽	51.7％。
8	对兰	移栽	70％，冬天枯。
				9	美人蕉	移栽	90％，冬天枯。
10	杨树	扦插	75％，冬天枯。
				11	桅子	扦插	30.7％。
12	黄花	移栽	98.1％，冬天枯。
				13	松树	移栽	10％。
14	玉米草	撒种子	80％，冬天枯
				15	车前草	移栽	80％，冬天枯
16	艾草	移栽	80％，冬天枯

实施例二：

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：泥炭20wt％、麦饭石6wt％、方解石1wt％、埃塞俄比亚产乳香0.5wt％、用猪粪制成的有机肥50wt％、玉米秸秆20wt％、保水剂聚丙烯酰钠2wt％、水溶性粘结剂0.5wt％；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

将上述方法所制备的一种底泥修复治理用调理剂，以每吨底泥加入本调理剂100公斤，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，均匀搅拌，堆放一周后以上，可用作矿山复垦的植生基材。

植生试验效果：用修复治理后的底泥50％替代土壤，分别种上扫把草、皇竹草、美人蕉、杨树、玉米草等植物，其成活率如下表：

序号	植物物种	种植方式	成活率
				1	扫把草	撒种子	90.8％，当年活，冬天枯。
2	皇竹草	扦插	99.1％，秋天枯。
				3	美人蕉	移栽	90％，冬天枯。
4	杨树	扦插	75％，冬天枯。
				5	玉米草	撒种子	80％，冬天枯

实施例三：

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：泥炭60wt％、麦饭石1wt％、方解石5.5wt％、索马里产乳香1wt％、用羊粪制成的有机肥20wt％、小麦秸秆10wt％、保水剂淀粉接枝丙烯酸盐0.5wt％、丙烯酸基粘结剂2wt％；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

将上述方法所制备的一种底泥修复治理用调理剂，以每吨底泥加入本调理剂100公斤，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，均匀搅拌，堆放一周后以上，可用作矿山复垦的植生基材。

植生试验效果：用修复治理后的底泥50％替代土壤，分别种上扫把草、皇竹草、美人蕉、杨树、玉米草等植物，其成活率如下表：

序号	植物物种	种植方式	成活率
				1	扫把草	撒种子	89.2％，当年活，冬天枯。
2	皇竹草	扦插	97.8％，秋天枯。
				3	美人蕉	移栽	91％，冬天枯。
4	杨树	扦插	72％，冬天枯。
				5	玉米草	撒种子	78％，冬天枯

实施例四：

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：泥炭30wt％、麦饭石4wt％、方解石2wt％、埃塞俄比亚产乳香2wt％、用鸡粪+兔粪混合制成的有机肥35wt％、高粱秸秆25wt％、保水剂聚丙烯酰钾1wt％、丙烯酸基粘结剂1wt％；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

将上述方法所制备的一种底泥修复治理用调理剂，以每吨底泥加入本调理剂100公斤，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，均匀搅拌，堆放一周后以上，可用作矿山复垦的植生基材。

植生试验效果：用修复治理后的底泥50％替代土壤，分别种上扫把草、皇竹草、美人蕉、杨树、玉米草等植物，其成活率如下表：

序号	植物物种	种植方式	成活率
				1	扫把草	撒种子	91.2％，当年活，冬天枯。
2	皇竹草	扦插	97.6％，秋天枯。
				3	美人蕉	移栽	88.8％，冬天枯。
4	杨树	扦插	75％，冬天枯。
				5	玉米草	撒种子	78％，冬天枯

实施例五：

一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：泥炭50wt％、麦饭石2wt％、方解石4wt％、埃塞俄比亚产乳香1wt％、用鸡粪+羊粪混合制成的有机肥30wt％、荞麦秸秆10wt％、保水剂聚丙烯酰胺1.5wt％、凝胶水基粘结剂1.5wt％；B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

将上述方法所制备的一种底泥修复治理用调理剂，以每吨底泥加入本调理剂100公斤，施用在硫化铜矿酸性废水底泥中，均匀搅拌，堆放一周后以上，可用作矿山复垦的植生基材。

植生试验效果：用修复治理后的底泥50％替代土壤，分别种上扫把草、皇竹草、美人蕉、杨树、玉米草等植物，其成活率如下表：

序号	植物物种	种植方式	成活率
				1	扫把草	撒种子	86.5％，当年活，冬天枯。
2	皇竹草	扦插	97.2％，秋天枯。
				3	美人蕉	移栽	90％，冬天枯。
4	杨树	扦插	76％，冬天枯。
				5	玉米草	撒种子	82％，冬天枯

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都涵盖在本发明范围内。

Claims (8)

1.一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：该调理剂组分主要包括：泥炭、麦饭石、方解石、乳香、有机肥、秸秆、保水剂、粘结剂；所述的调理剂，其组分按重量百分比包括20-60wt％泥炭、1-6wt％麦饭石、1-6wt％方解石、0.5-3wt％乳香、20-50wt％有机肥、10-30wt％秸秆、0.5-3wt％保水剂、0.5-3wt％粘结剂。

2.根据权利要求1所述的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：所述的乳香产自索马里或埃塞俄比亚。

3.根据权利要求1所述的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：所述的有机肥，其主要成分 选自鸡粪、鸭粪、鹅粪、猪粪、牛粪、羊粪、兔粪家禽家畜粪便的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：所述的秸秆 选自水稻秸秆 、小麦秸秆 、玉米秸秆 、高粱秸秆 、荞麦秸秆 的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：所述的保水剂是一种高吸水性树脂，选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、淀粉接枝丙烯酸盐的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂，其特征在于：所述的粘结剂选自聚醛基粘结剂、水溶性粘结剂、凝胶水基粘结剂、丙烯酸基粘结剂的一种或几种。

7.一种硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：

A、按照以下质量百分比配置调理剂混合物：20-60wt％泥炭、1-6wt％麦饭石、1-6wt％方解石、0.5-3wt％乳香、20-50wt％有机肥、10-30wt％秸秆、0.5-3wt％保水剂、0.5-3wt％粘结剂；

B、将环境温度控制在零上15℃以上，将步骤A所述的调理剂混合物加入搅拌机内进行搅拌均匀，而后加水至饱和；

C、在搅拌过程中持续加温至水蒸汽中闻到氨气为止，停止加温，自然冷却到室内常温。

8.一种如权利要求1至6中任意一项所述的硫化铜矿酸性废水底泥修复治理用调理剂的用途，其特征在于：该调理剂用于硫化铜矿酸性废水底泥修复治理，修复后的底泥用于部分替代土壤作为矿山生态复垦的植生基材。