CN107353099A - 一种利用粉煤灰制作缓释型微菌肥用于矿山修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用粉煤灰制作缓释型微菌肥用于矿山修复的方法,其包括步骤:(1)将粉煤灰悬浮于丙酮溶液中形成浆液,将浆液滴入陶瓷杯中并压实,然后进行烧结,得到粉煤灰玻璃体;(2)将所得粉煤灰玻璃体进行破碎,烘干;(3)将步骤(2)所得物置于乙基纤维素的乙醇溶液中;(4)将微生物溶液加入到步骤(3)所得物中,搅拌均匀;(5)将步骤(4)所得物制成湿颗粒,然后置于40℃下培育,至用手捏后不散、不变形为止;(6)将步骤(5)所得物施入矿山土壤中,施入量为600~1000g/m2,施入后,至少12个月内无需再次施入。本发明实现了充分利用粉煤灰,不会产生二次污染且非常有利于矿山制备恢复的技术效果。
Description
技术领域
本发明属于矿山植被恢复技术领域,具体涉及一种利用粉煤灰制作缓释型微菌肥用于矿山修复的方法。
背景技术
近年来,随着我国矿山地质环境保护各项制度的日益完善和治理投入力度的不断加大,随着经济社会快速发展对矿产资源高强度开发的客观需求。推进矿山地质环境保护工作,加大治理恢复力度,开展“矿山复绿”行动是矿业发展的必然趋势,而矿山复绿的主要方向是将废弃矿山改良称矿山遗址公园,成为主城休闲度假的好去处,目前的统筹推进和谐矿区与绿色矿山建设,努力实现矿产开发经济、生态、社会效益最大化。
“矿山复绿”是指通过采取工程、生物等措施,对采矿活动引起的矿山地质环境问题进行综合治理,使地质环境达到稳定、生态得到恢复、景观得到美化的过程。“矿山复绿”以修复山体、消除隐患、绿化环境、恢复生态为重点内容,努力实现生态效益、经济效益和社会效益的协调发展为目的。而矿山复绿重要以保证植被恢复的多样性、保证植被和动物的多样性,其方式多样。在国家和谐社会的大背景下,矿山开发生产一定也是朝着和谐方向发展。做好矿山复绿工作、发展绿色和谐矿山是未来发展的必然趋势。尤其对于是典型的煤炭资源型城市例如重庆市的万盛经开区已被国家列为国家资源枯竭城市转型试点城市,将废弃的矿山复绿,使其成为观光旅游的去处成为城市发展的另一个有效途径。
然而矿山开采造成大规模土地破坏和植被的破坏,造成生态系统的破坏十分严重,特别是土壤和植被的丧失,使土地失去利用价值,如露天开采会直接摧毁地表土层和植被,从而引起土地和植被的破坏,植物难以生长。矿山开发过程中的废弃物如尾矿、废石等需要大面积的堆积导致植被生态系统遭到破坏。因此,矿山的复绿是一个长期的自然过程,为了加快矿山的复绿进度,最重要的是改良矿山的土壤的肥力,适合植物的生产。
我国是个产煤大国,以煤炭为电力生产基本燃料。随着电力工业的快速发展,电厂规模的不断扩大,导致了粉煤灰排放量的急剧增长。燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加,虽每年利用量在不断增加,但总利用率还不足每年排放量的50%,给我国的国民经济建设及生态环境造成巨大的压力。对粉煤灰的综合利用,变废为宝、变害为利,已成为我国经济建设中一项重要的生产所面临解决的任务之一。
粉煤灰含灰量大约15%,这部分灰量主要作用在于改良土壤结构等。利用粉煤灰制作化肥目前主要是制作磁化肥。粉煤灰磁化肥是通过使粉煤灰磁化,增强其肥效,降低用灰量,从而达到促进植物生长的目的。磁性改良剂施入土壤,产生了物理、化学和生物效应。但是磁性改良剂的施用效果受多种因素的影响,主要有粉煤灰的化学成分、磁场强度、磁化处理时间、施用量和土壤类型等,由于受到多种因素的影响,已经逐渐退出市场。
因此,能否将粉煤灰运用在矿山植被恢复方面,是一个非常值得研究的课题,其既可以缓解煤炭工业和采矿工业造成的环境问题,还具有可观的经济价值。
发明内容
针对现有技术的缺点和需求,本发明的目的在于提供一种利用粉煤灰制作缓释型微菌肥用于矿山修复的方法,该方法包括如下步骤:
(1)将粉煤灰悬浮于丙酮溶液中形成浆液,将浆液滴入陶瓷杯中并压实,然后进行烧结,得到粉煤灰玻璃体;
(2)将所得粉煤灰玻璃体进行破碎,置于烘箱中烘干;
(3)将步骤(2)所得物置于乙基纤维素的乙醇溶液中,使得步骤(2)所得物的重量分数为30%;
(4)将微生物溶液加入到步骤(3)所得物中,搅拌均匀;
所述微生物包括苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、粪链球菌、地衣芽孢杆菌、反硝化细菌、酵母菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、硝化细菌、放线菌、光合细菌、胶质芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、解磷细菌和解钾细菌、圆褐固氮菌、黑曲霉、青霉、里氏木霉、灰色链霉菌、黑根霉、华根霉、米根霉以及来自潮湿木块中生长的白腐霉黄孢原毛平革菌;
所述微生物溶液由所述各个微生物的培养液等体积混合而得;
(5)将步骤(4)所得物制成湿颗粒,然后置于40℃下培育,至用手捏后不散、不变形为止;
(6)将步骤(5)所得物施入矿山土壤中,施入量为600~1000g/m2,施入后,至少12个月内无需再次施入。
除了灰质部分,粉煤灰中还含有大量的玻璃质成分,这部分目前还没有得到有效的运用。发明通过大量的实验摸索,利用粉煤灰制备得到了具有双重功能的玻璃微菌肥,其是由玻璃肥料和微生物菌肥相结合的创新性的具有缓释性的肥料。该肥料可以用于矿山植被的恢复,只需一次施肥,便可至少在12个月内促进植被的恢复。
粉煤灰中的硅成分主要是玻璃体部分与铝元素结合呈柱状晶体,不能直接被植物吸收。本发明通过特殊工艺将粉煤灰烧结形成玻璃状的物质。这种物质中的化合物中的硅、镁、钾等元素易被植物吸收,此外,发明人将微生物吸附“包装”到该玻璃状物质中,在植物根部分泌各种酸的作用下与玻璃肥料接触可生成可溶性微量元素盐类,同时在微生物的活动下使植物分泌出更丰富的酶系,酸等化合物,达到微量元素和微生物增肥的双重效果。基于这些性质,本发明非常适合用于废弃的矿山改良,一是改良矿山土壤,二是肥效长,三是环境友好,可大量使用,无副作用。
优选的,步骤(1)中,所述丙酮的浓度为99%。
优选的,步骤(1)中,烧结时,于真空管式炉中通入纯氧进行,温度为1200℃,时间为24小时。
优选的,步骤(2)中,烘箱温度为60℃,时间为2小时。
优选的,步骤(3)中,所述乙基纤维素的乙醇溶液中,乙基纤维素的重量分数为25%。
优选的,步骤(4)中,按重量份计,将50~80份微生物溶液加入到250份步骤(3)所得物中,搅拌均匀。
优选的,步骤(6)中,所述施入量为800g/m2。
本发明针对矿山复绿需要大量环境友好肥料的特殊要求,利用大量产生的粉煤灰为材料,经过加入微生物并进行孵育后,利用所得固体进一步制备得到了玻璃微菌肥,实现了充分利用粉煤灰,不会产生二次污染且非常有利于矿山制备恢复的技术效果。
附图说明
图1为崖姜盆栽实验的生长状态图;
图2为小叶黄杨盆栽实验的生长状态图;
图3为红叶女贞盆栽实验的生长状态图;
图4为添加粉煤灰微菌肥后微生物种群的变化情况图;
图5为添加粉煤灰微菌肥后土壤动植物的种群变化图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述,有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一、粉煤灰玻璃体的制作
将粉煤灰粉末悬浮于99%丙酮溶液中,制作成浆液,然后将浆液滴入5cm的陶瓷杯中,一边滴一边压实。将陶瓷杯放入真空管式炉中,设定温度为1200度,通入纯氧烧结。烧结24小时后取出,将烧结的粉煤灰玻璃体挖出,捣碎成粉末放4度冰箱中保存,待下一步使用。
二、粉煤灰微菌肥的制作:
1.将粉煤灰玻璃体粉碎,置于60度恒温烘箱中烘2小时。
2.将用乙醇作为溶剂,加入粘合剂乙基纤维素配置成25%的溶液。
3.将干粉煤灰倒入25%的乙基纤维素溶液中,配成浓度为30%的粉煤灰灰浆。
4.将以下微生物菌种溶液(50~80g)加入250g的粉煤灰灰浆中搅匀,制成携带有多种微生物的粉煤灰灰浆。
所用微生物菌种如下:苏云金芽孢杆菌,枯草芽孢杆菌,粪链球菌,地衣芽孢杆菌,反硝化细菌,酵母菌,乳酸杆菌,双歧杆菌,硝化细菌,放线菌,光合细菌,胶质芽孢杆菌,侧孢芽孢杆菌,解磷细菌和解钾细菌,圆褐固氮菌。黑曲霉,青霉,里氏木霉,灰色链霉菌、黑根霉、华根霉和米根霉,及来自潮湿木块中生长的白腐霉黄孢原毛平革菌。
制备微生物溶液时,将上述各个微生物的培养液等体积混合。
5.将携带了多种微生物的粉煤灰灰浆用制丸机制作成短板状或者球状的湿颗粒物。
6.将湿颗粒物至于40度的恒温培养箱中24小时,直至用手捏颗粒物不变形,不散开变成粉状为止。至此具有缓释型的粉煤灰微菌肥制作完成。
三,粉煤灰微菌肥用于矿山复绿
盆栽法模拟矿山复绿过程。
1.矿山土壤的采集。模拟的土壤取自于重庆市渝北区关兴、石壁镇的废弃采石场,这些采石场附近矿山已废弃多年,有的已长达10年不生长任何植物。
2.将采集的矿山土壤分成12等分置于12个花盘。
3.选取3种不同的植物种植于这12个花盘中,每种植物种2盘,施入量为800g/m2。测量这些植物的株高,及各个分枝的枝长。然后每隔3个月,6个月,9个月,12个月,测一次。观察这些菌株的生长状况,及测量其株高和各分枝的支长。
四、实验结果
1.以崖姜作为实验植株。
崖姜植物采集于重庆缙云山的岩缝中。盆栽实验分为两组,一组为加入以制作好的粉煤灰微菌肥,一组为对照实验。实验结果为图1 所示。从图1中可以看到经过分别检测3个月,6个月,9个月,以及12个月的生长情况,表明崖姜在添加了粉煤灰微菌肥的盆栽(B1)中的生长状态比没有添加粉煤灰微菌肥的盆栽(B2)中好。图1中,可以发现,3个月后B2的崖姜已经开始有叶子发黄,而B1得崖姜叶子生长良好。而到9个月后,B2的叶子已发黄掉落,而B1仍生长良好。到了12个月B2的枯黄的第一片已全部脱落而B1仍然生长良好。而B1崖姜的各支长在经过12个月后均有所增加,而B2几乎保持不变,结果如表1所示。结果表明,废弃的矿山土壤在施用粉煤灰微菌肥后可用崖姜进行绿化。
表1施用粉煤灰微菌肥及对照盆栽实验的植株的株高
2以小叶黄杨作为实验植株
小叶黄杨植物采集于思源公租房的小区中。盆栽实验同样分为两组,一组为加入以制作好的粉煤灰微菌肥,一组为对照实验。实验结果为图2所示。从图2中可以看到经过分别检测3个月,6个月,9 个月,以及12个月的生长情况,表明小叶黄杨在添加了粉煤灰微菌肥的盆栽(D1)中的生长状态比没有添加粉煤灰微菌肥的盆栽(D2) 中好。图一中,可以发现,3个月后D2的小叶黄杨已经在两种盆栽实验中仍生长良好,但已能观察到有叶子开始泛黄。6个月后,为添加粉煤灰微菌肥(D2)的小叶黄杨叶子开始明显出现枯萎,而到9 个月后,D2的叶子已发黄掉落,而D1仍生长良好。到了12个月 D2的枯黄的第一片已全部脱落而D1仍然生长良好。而D1崖姜的各支长在经过12个月后均有所增加,而D2几乎保持不变,结果如变一所示。结果表明,废弃的矿山土壤在施用粉煤灰微菌肥后可用小叶黄杨进行复绿。
表2施用粉煤灰微菌肥及对照盆栽实验的小叶黄杨植株的株高统计
3以红叶女贞作为实验植株
红叶女贞采集于矿山公园附近废弃的荒地中。盆栽实验同样分为两组,一组为加入以制作好的粉煤灰微菌肥,一组为对照实验。实验结果为图3所示。从图3中可以看到经过分别检测6个月,9个月,以及12个月的生长情况,表明红叶女贞在添加了粉煤灰微菌肥的盆栽(C1)中的生长状态比没有添加粉煤灰微菌肥的盆栽(C2)中好。图一中,可以发现,6个月后原本在盆栽实验前生长更好的C2(具有更多的叶子)有些叶子开始枯萎(如画圈部分),但C1出现枯萎的叶子更少,而到了9个月后,C2的叶子开始大面积掉落,而C1 得叶子仍然保持几乎不变。这个结果表明前9个月期间,C1对环境的适应能力比C2更好,由于在此期间处于夏季,他们均处于同样的高温干旱条件下,C1的叶子没有出现泛黄,掉落,枯萎的现象,说明C1已经生长良好。经过12个月后,到了红叶女贞的发芽期,添加粉煤灰微菌肥(C1)的红叶女贞比C2长出更多的叶子。C2原本的叶子比C1更多,但经过12个月的矿山土壤栽培后,C1比C2却长出了更多的叶子。这说明粉煤灰微菌肥起到了增肥的作用。通过各分叉支的生长统计,而C1红叶女贞的各支长在经过12个月后均有所增加,而C2几乎保持不变,结果如表3所示。结果表明,废弃的矿山土壤在施用粉煤灰微菌肥后可用红叶女贞进行复绿。
表2施用粉煤灰微菌肥及对照盆栽实验的红叶女贞植株的株高统计
4添加粉煤灰微菌肥后微生物种群
在矿山土壤中添加粉煤灰微菌肥后通过对土壤微生物及动植物种群的变化进行高通量测序分析。结果表明添加粉煤灰微菌肥后的一个月后,对植物生长有益的微生物种群(图4,C2及B2)比未添加粉煤灰微菌肥(B1,C1)显著增多,例如Blastocladiomycota,Glomeromycota。同样的添加粉煤灰微菌肥后,土壤中的动植物种群 (图5,B2,C2)比B1,C1也增多了,其中Hydrogenedentes, Chlamydiae,Spirochaetae变化最为显著。微生物及动植物种群丰度的提高,种群的数量的增加,表明添加粉煤灰微菌肥确实改善了土壤的肥力。
Claims (7)
1.一种利用粉煤灰制作缓释型微菌肥用于矿山修复的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)将粉煤灰悬浮于丙酮溶液中形成浆液,将浆液滴入陶瓷杯中并压实,然后进行烧结,得到粉煤灰玻璃体;
(2)将所得粉煤灰玻璃体进行破碎,置于烘箱中烘干;
(3)将步骤(2)所得物置于乙基纤维素的乙醇溶液中,使得步骤(2)所得物的重量分数为30%;
(4)将微生物溶液加入到步骤(3)所得物中,搅拌均匀;
所述微生物包括苏云金芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、粪链球菌、地衣芽孢杆菌、反硝化细菌、酵母菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、硝化细菌、放线菌、光合细菌、胶质芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、解磷细菌和解钾细菌、圆褐固氮菌、黑曲霉、青霉、里氏木霉、灰色链霉菌、黑根霉、华根霉、米根霉以及来自潮湿木块中生长的白腐霉黄孢原毛平革菌;
所述微生物溶液由所述各个微生物的培养液等体积混合而得;
(5)将步骤(4)所得物制成湿颗粒,然后置于40℃下培育,至用手捏后不散、不变形为止;
(6)将步骤(5)所得物施入矿山土壤中,施入量为600~1000g/m2,施入后,至少12个月内无需再次施入。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述丙酮的浓度为99%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,烧结时,于真空管式炉中通入纯氧进行,温度为1200℃,时间为24小时。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,烘箱温度为60℃,时间为2小时。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)中,所述乙基纤维素的乙醇溶液中,乙基纤维素的重量分数为25%。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(4)中,按重量份计,将50~80份微生物溶液加入到250份步骤(3)所得物中,搅拌均匀。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(6)中,所述施入量为800g/m2。
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