CN107384418B - 一种土壤固定生态修复剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土壤固定生态修复剂及制备方法。该土壤固定生态修复剂是将富含植物纤维组织的农作物废弃物粉碎细化、润湿、发酵、干燥的程序，再加入一定比例的细砂、硫酸铝、硅酸钠、膨胀珍珠岩、活性污泥，再经过筛选得到。本发明中的土壤固定生态修复剂一方面增强的土壤团块、颗粒之间的牵扯力和胶结作用，达到了固定修复土壤、防止水土流失运移的技术效果；另一方面又采用的有效的技术手段，避免了土壤固定生态修复剂可能造成土壤硬化、板结的副作用。该土壤固定生态修复剂具有绿色环保、原材料来源广泛、成本低廉、制备过程简单、使用方便、无副作用的特点。

Description

一种土壤固定生态修复剂及制备方法

技术领域

具体涉及土壤水土流失和扬尘、扬沙的防治领域，特别涉及一种土壤固定生态修复剂及制备方法。

背景技术

生态环境恶化表现为植被被破坏、水土流失、沙漠化等方面。根据全国第二次土地侵蚀遥感调查，我国水土流失面积为356万平方公里，沙化土地174万平方公里，每年流失的土壤总量达50亿吨，全国113108座矿山中，采空区面积约为134.9万公顷，采矿活动占用或破坏的土地面积238.3万公顷，植被破坏严重。生态环境恶化对人类不良影响的表现越来越明显，加大生态环境建设投入以保护越来越脆弱的生态环境已刻不容缓。

为了应对气候变化并改善生态环境，我国政府提出了2020年全国森林覆盖率20%增加到23%，2050年森林覆盖率达到并稳定在26%以上的目标。国家有关部门已开始重点投入矿山生态修复和沙漠化治理等方面的国土整治工作，其中生态修复已成为一个新兴的生态环境建设领域。

随着我国经济的发展要求，对矿产、基础设施建设以及水利水电工程持续大规模投入，国家也投入大量资金用于修复基础设施建设造成的生态破坏。预测我国生态修复行业的总体规模2020年将达到上万亿元。

随着工业化和城市化的规模发展,各类大型采矿场产生巨大的裸露面，公路、铁路、水利、电力建设、房屋建设开挖造成的裸露地，河道裸露地等，造成了水土流失、滑坡、泥石流、局部环境的恶化。特别是城市裸土是地面扬尘的主要原因,裸土表面的散尘在城市大气局地环流中,被带到近地面的大气中,成为大气中颗粒物的主要来源之一。恢复这些裸露土地已经成了刻不容缓的问题。通常建筑工地通过拉防护网以防止裸露土地产生扬尘，但效果并不明显。在采矿区和城市道路，主要采用种植植被进行土壤的固定防护。但由于土壤结构遭到破坏，因此裸露的土壤并不固定，极易产生水土流失、滑坡、泥石流。技术人员尝试通过如混凝土来固定裸露的土壤，显然对土壤结构会造成再次破坏，这对恢复植被极其不利。因此，如何固定裸露的土壤，恢复其生态自修复极其重要。

中国发明专利申请号01119804.4公开了一种扼制扬尘、扬沙、沙尘暴沙尘扬起的雾化剂及其制法，粘土、水解纤维素、黄粘土、棉浆粕、预糊化淀粉、PVA和水组成,根据每种成分的特性,分别经过粉碎、干燥、水解等处理后,按比例配制成乳化液,用雾化的方法施工于治理对象的层面上,形成固化防护壳层,达到扼制沙尘扬起的目的。其缺点是制备原料相对不易获得，且使用该产品后的土壤易板结、硬化，虽然到达了防止扬沙和地表水土流失的目的，但是也妨碍了植物草木的正常生长，影响植被恢复。

中国发明专利申请号03121134.8公开了一种绿色环保型扬尘覆盖剂及其制备方法。他是将将2～10份秸秆加入到100份的水中,并开始搅拌,温度上升到30～50℃后,在不断搅拌的条件下,加入0.5～8份的淀粉,温度上升到60～100℃后,加入0.1～0.6份石灰粉和0.1～0.6份添加剂后搅拌20～40分钟,自然冷却后得覆盖剂。该产品具有良好的抑制地表扬尘的效果，但是产品中的石灰组分极易造成土壤的碱化，使表层土壤结块，表层块状泥土龟裂剥离后，下层沙土依然易造成扬尘。

中国发明专利申请号02125665.9公开了一种防风、固沙、保墒、升温的地表覆盖物。是利用秸秆、庶渣、糠醛渣等农业废弃物为主要原料,与水溶性的高分子材料共同构成可以喷洒的混合液体,使用时,利用喷雾装置进行对土地表面进行喷洒,在地表形成一层薄膜来替代农用地膜,起到防风、固沙、保墒、升温的作用。该产品的原料大多为农业废弃物，在一定程度上控制了成本，但是农业废弃物中起主要作用的物质为植物纤维，而高分子材料主要起到作为交联剂的作用。植物纤维与高分子材料在常温常压下又很难发生化学反应；二者之间的物理作用又很难保持有效的防风、固沙时间。

中国发明专利申请号201510746350.7公开了一种土壤固定胶，该发明是将淀粉、羧甲基纤维素、甘油、紫外线吸收剂、柠檬酸按照一定比例混合制成。该产品的制备原料不易获得，单位成本较高，不易大规模推广使用。

根据上述，虽然已经有众多发明人提出了丰富的土壤固定修复技术，但是都存在种种效果瑕疵：技术效果与技术成本难以平衡，虽然个别方案已经达到了很好的技术效果，但是由于成本过高，而难以大规模推广使用。产品的副作用难以克服，现有的土壤固定生态修复剂虽然在一定程度上都能达到防治表层尘土飞扬、砂石流失的目的，但是也往往造成土壤的硬化、板结，不利于水土的保墒和地表植物的生长。又或者产品的制备原料不易获取，往往需要使用者额外购买制备原料，增加了土壤修复的经济成本和工作量。

发明内容

针对上述的现有土壤固定修复技术中，土壤固定修复剂成本昂贵、技术效果差、副作用难以排除的缺陷，本发明旨在提出一种绿色、无污染、成本低廉、制备简单、使用方便、无副作用的土壤固定生态修复剂。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种土壤固定生态修复剂，由农作物废弃物、细砂、硫酸铝、硅酸钠、膨胀珍珠岩、活性污泥为原料制备而成，所述土壤固定生态修复剂的原料按重量份计为：

名称	重量份
		农作物废弃物	65~85份
细砂	15~35份
		硫酸铝	0.5~2份
硅酸钠	1~3份
		膨胀珍珠岩	2~8份
活性污泥	5~10份

优选的，所述的农作物废弃物为富含植物纤维组织的秸秆、甘蔗渣、树叶、杂草、壳类中的一种，或是几种的任意组合。

优选的，所述的细砂直径在0.3~1.5毫米之间，黏土含量低于5%。

优选的，所述土壤固定生态修复剂按重量份计为：农作物废弃物76份、细砂15份、硫酸铝1份、硅酸钠1份、膨胀珍珠岩2份、活性污泥6份组成。

本发明涉及的土壤固定生态修复剂中，农作物废弃物主要为本产品提供纤维质，纤维质的加入能够增强土壤团块、颗粒之间的牵扯力，且纤维质越多，土壤之间的牵连效果越好；

硫酸铝一方面可以与土壤中的矿物质、化合物发生化学反应，释放出钙镁等阳离子，降低土壤盐化度、碱化度，有效的改良土壤性质；另一方面，在土壤中水量充足时，硫酸铝可以吸收土壤中的自由水，生成胶体，捕集合储存的一定量的自由水，当土壤干燥缺水时，部分吸附的自由水被释放出，能有效的起到保水保墒和防止水土流失的作用。

硅酸钠会与土壤中的物质发生化学反应，生成硅胶，填充土壤空隙，同时胶结土壤、砂石颗粒，土壤的强度和承载能力提高，起到固定土壤的作用。

膨胀珍珠岩富含孔隙，可以改善土壤的透气性，特别是其自身具备的膨胀特性，当温度升高，体积发生膨胀后，制造更多的空隙，使土壤更为疏松。

作为媒介物质，细砂的加入则可以很大程度上增强土壤与本发明中涉及土壤固定生态修复剂的配伍性，使土壤与土壤修复剂能充分均匀的混合，提高产品的利用效率。

由于活性污泥中富含微生物群体和各类有机物质，能够有效缓解土壤板结、改良土壤结构、增加土壤肥力、促进植物的生长。

本发明同时提出一种制备如上所述的土壤固定生态修复剂的方法，具体步骤如下：

1）将65~85重量份农作物废弃物经机械粉碎、细化成2mm以下，用水完全湿润，使农作物废弃物材料含水量维持在60%～70%左右，常温条件下静置3~5天；

2）在上述步骤1)中处理完成的农作物废弃物中加入发酵液，放入保温搅拌器中连续混合搅拌20～30分钟直至充分混合均匀；

3）将上述步骤2)中处理完成的农作物废弃物堆成锥状，放置于阴凉、密闭环境中，保持农作物废弃物堆中的温度在50~60℃，堆上覆保温膜等材料保湿保温，静置发酵15~20天；

4）将上述步骤3)中发酵完成的农作物废弃物与15~35重量份的细沙充分分散混匀，并干燥，使混合物中的水分含量不高于5%；

5）将上述步骤4)中处理完成的混合物中加入1~3重量份硅酸钠、0.5~2重量份硫酸铝、2~8重量份膨胀珍珠岩、5~10重量份活性污泥，充分混合，再行粉碎，过50目筛得到土壤固定生态修复剂。

优选的，步骤2)中所述的发酵液是由黑曲霉、白腐真菌、蓝细菌、热带假丝酵母菌，乳酸菌、亚铁硫杆菌、链霉菌、纤维素酶、糖化酶中的一种或者几种的任意组合。

本发明一种土壤固定生态修复剂，使用时可以干洒，也可以分散在水中喷洒。干洒后，与地面湿气或者降雨即可形成具有良好透气、固土、保水的修复膜；分散在水中喷洒，效果更佳，形成的固定修复膜薄而且均匀。在形成固定修复膜的同时，所述的土壤固定生态修复剂一方面增强的土壤团块、颗粒之间的牵扯力和胶结作用，达到了固定修复土壤、防止水土流失运移的技术效果；另一方面避免了土壤固定生态修复剂可能造成土壤硬化、板结的副作用。该土壤固定生态修复剂具有绿色环保、原材料来源广泛、成本低廉、制备过程简单、使用方便、无副作用的特点。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应该将此理解为本发明的范围仅限于以下的实施例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用技术手段做出的各种替换和变更 ，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种土壤固定生态修复剂，由农作物废弃物、细砂、硫酸铝、硅酸钠、膨胀珍珠岩、活性污泥为原料制备而成，所述土壤固定生态修复剂的原料按重量份计为：

名称	重量份
		农作物废弃物	65份
细砂	15份
		硫酸铝	1份
硅酸钠	3份
		膨胀珍珠岩	2份
活性污泥	5份

具体步骤如下：

1）将65重量份农作物废弃物经机械粉碎、细化成2mm以下，用水完全湿润，使农作物废弃物材料含水量维持在60%～70%左右，常温条件下静置3天；

2）在上述步骤1)中处理完成的农作物废弃物中加入发酵液，放入保温搅拌器中连续混合搅拌20～30分钟直至充分混合均匀；

3）将上述步骤2)中处理完成的农作物废弃物堆成锥状，放置于阴凉、密闭环境中，保持农作物废弃物堆中的温度在50~60℃，堆上覆保温膜等材料保湿保温，静置发酵15天；

4）将上述步骤3)中发酵完成的农作物废弃物与15重量份的细沙充分分散混匀，并干燥，使混合物中的水分含量不高于5%；

5）将上述步骤4)中处理完成的混合物中加入3重量份硅酸钠、1重量份硫酸铝、2重量份膨胀珍珠岩、5重量份活性污泥，充分混合，再行粉碎，过50目筛得到土壤固定生态修复剂。

实施例2

一种土壤固定生态修复剂，由农作物废弃物、细砂、硫酸铝、硅酸钠、膨胀珍珠岩、活性污泥为原料制备而成，所述土壤固定生态修复剂的原料按重量份计为：

名称	重量份
		农作物废弃物	70份
细砂	20份
		硫酸铝	0.5份
硅酸钠	1份
		膨胀珍珠岩	2份
活性污泥	10份

具体步骤如下：

1）将70重量份农作物废弃物经机械粉碎、细化成2mm以下，用水完全湿润，使农作物废弃物材料含水量维持在60%～70%左右，常温条件下静置3天；

2）在上述步骤1)中处理完成的农作物废弃物中加入发酵液，放入保温搅拌器中连续混合搅拌20～30分钟直至充分混合均匀；

3）将上述步骤2)中处理完成的农作物废弃物堆成锥状，放置于阴凉、密闭环境中，保持农作物废弃物堆中的温度在50~60℃，堆上覆保温膜等材料保湿保温，静置发酵15天；

4）将上述步骤3)中发酵完成的农作物废弃物与20重量份的细沙充分分散混匀，并干燥，使混合物中的水分含量不高于5%；

5）将上述步骤4)中处理完成的混合物中加入1重量份硅酸钠、0.5重量份硫酸铝、2重量份膨胀珍珠岩、10重量份活性污泥，充分混合，再行粉碎，过50目筛得到土壤固定生态修复剂。

实施例3

将80份农作物废弃物经机械粉碎、细化成0.5mm左右的块状，用水完全湿润，使农作物废弃物材料含水量以68%左右，常温条件下静置5天；将上述步骤中处理完成的农作物废弃物堆成锥状，放置于阴凉、密闭环境中，保持农作物废弃物堆中的温度在58℃，堆上覆保温膜等材料保湿保温，静置发酵20天；将上述步骤中发酵完成的农作物废弃物与15份的细沙充分混匀，并干燥，使混合物中的水分降低至3%；将上述步骤中处理完成的混合物中加入1份硅酸钠、硫酸铝1份、2份膨胀珍珠岩、6份活性污泥，充分混合将上述步骤中处理完成的混合物再行粉碎，过50目筛得到土壤固定生态修复剂，即得本申请中所述的土壤固定生态修复剂。

实施例4

实施方式类似于实施例3，不同之处在于在农作物废弃物的发酵阶段加入热工配置的发酵液以加快原料的发酵过程。发酵液的组成黑曲霉、白腐真菌、蓝细菌、热带假丝酵母菌、乳酸菌、亚铁硫杆菌按如下重量份组成：

黑曲霉	0.4 份
		白腐真菌	0.4 份
蓝细菌	1.4 份
		热带假丝酵母菌	1.4 份
乳酸菌	0.4 份
		亚铁硫杆菌	0.4 份

实施例5

在两块情况完全相同的裸露地表进行实验，实验面积相同大小，为5平方米。第一块5平方米地面喷洒2千克水；第二块上喷洒同等质量的土壤修复剂的水混液，该水混液是根据实施例4制备得到的土壤修复剂按照1：15的比例与水调制，同时在两块地上分别均匀的播撒100草籽，用扫帚轻扫表层，将种子覆盖。在未人工和自然降水、补水的情况下，记录30天内观察的实验现象，记录如下：

实施例6

铲取完全相同的沙土模拟裸露土壤，平均分为两份。在第一份表面喷洒0.3kg水。在第二份表面，喷洒土壤修复剂的水混液0.3kg，该水混液是根据实施例4制备得到的土壤修复剂按照1：15的比例与水调制。在未人工和自然降水、补水的情况下，记录7天内的沙土重量，记录如下：

记录时间	第一份	第二份
			第1天	3.23千克	3.25千克
第2天	3.18千克	3.25千克
			第3天	3.15千克	3.23千克
第4天	3.13千克	3.21千克
			第5天	3.11千克	3.22千克
第6天	2.8千克	3.20千克
			第7天	2.1千克	3.20千克

显然，本发明土壤修复具有良好的固土作用，可有效固定浮土，防止水土流失，同时能够有效缓解土壤板结、改良土壤结构、增加土壤肥力、促进植物的生长。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权 利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种土壤固定生态修复剂，由农作物废弃物、细砂、硫酸铝、硅酸钠、膨胀珍珠岩、活性污泥为原料制备而成，所述土壤固定生态修复剂的原料按重量份计为：

农作物废弃物 65~85份

细砂 15~35份

硫酸铝 0.5~2份

硅酸钠 1~3份

膨胀珍珠岩 2~8份

活性污泥 5~10份

所述的农作物废弃物为富含植物纤维组织的秸秆、甘蔗渣、树叶、杂草、壳类中的一种，或是几种的任意组合；

所述的细砂直径在0.3~1.5毫米之间，黏土含量低于5%。

2.根据权利要求1所述的土壤固定生态修复剂，其特征在于：所述的各组分按重量份计为：农作物废弃物76份、细砂15份、硫酸铝1份、硅酸钠1份、膨胀珍珠岩2份、活性污泥6份。

3.一种如权利要求1所述的土壤固定生态修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将65~85份农作物废弃物经机械粉碎、细化成2mm以下块状，用水完全湿润，使农作物废弃物材料含水量以60%～70%，常温条件下静置3~5天；

第二步：将上述步骤中处理完成的农作物废弃物堆成锥状，放置于阴凉、密闭环境中，保持农作物废弃物堆中的温度在50~60℃，堆上覆保温膜材料保湿保温，静置发酵15~20天；

第三步：将上述步骤中发酵完成的农作物废弃物与15~35份的细沙充分混匀，并干燥，使混合物中的水分含量不高于5%；

第四步：将上述步骤中处理完成的混合物中加入1~3份硅酸钠、0.5-2重量份硫酸铝、2~8份膨胀珍珠岩、5~10份活性污泥，充分混合；

第五步：将上述步骤中处理完成的混合物再行粉碎，过50目筛得到土壤固定生态修复剂。

4.根据权利要求3所述土壤固定生态修复剂的制备方法，其特征在于：在第二步进行发酵时加入发酵液，放入保温搅拌器中连续混合搅拌20～30分钟直至充分混合均匀。

5.根据权利要求3或4所述的土壤固定生态修复剂的制备方法，其特征在于：在发酵过程中加入发酵液，发酵液由黑曲霉、白腐真菌、蓝细菌、热带假丝酵母菌，乳酸菌、亚铁硫杆菌、链霉菌、纤维素酶、糖化酶中的一种或者几种的任意组合。