CN107466512B - 采用固废物综合治理盐碱地的结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用固废物综合治理盐碱地的结构及方法，所述结构包括垂直层状结构，所述垂直层状结构包括下层的隔淋层、中层的栽土层以及上层的防水保护层；所述隔淋层又分上中下三层布局，分别由粒径为3～5mm陶粒、5～10mm陶粒、10～20mm陶粒构成；所述隔淋层的顶部铺设一层粉煤灰，所述隔淋层的底部设有排渗管道；所述载土层根据用地需要进行配制，将脱硫石膏、粉煤灰、城市生活污泥及农业秸秆按需求与土壤进行配制；所述防水保护层由陶粒构成。本发明根据地区盐碱地的成因，地形、地貌、气候、环境及地下水的质量，经综合测评，充分利用当地的固废物的种类、特征、性质，及农业有机肥，通过实地实验合理配比，采用新老工艺结合，实现盐碱地的根治。

Description

采用固废物综合治理盐碱地的结构及方法

技术领域

本发明属于土壤改良及整治领域，具体涉及一种采用固废物综合治理盐碱地的结构及方法。

背景技术

盐碱地是指土壤内大量盐分的积累引起一系列土壤物理性质的恶化，结构黏滞，通气性差，土温上升慢，土壤中微生物活性差，渗透系数低，毛细作用强，导致表层土壤盐渍化加剧。盐碱土是土壤中可溶性盐或代换性钠离子浓度达到一定程度后，作物难以生长的一类土壤，水盐运动是盐碱土形成的一个重要因素，即盐随水来，盐随水去，也就是说，由于盐碱区成土母质和地下水往往都含有一定的盐分，当地下水位接近地表，而该地表地区又比较干旱时，在土壤毛细管作用下上升到地表的地下水蒸发后，留下溶解在地下水中的盐分，日积月累，使得土壤含盐量逐渐增加，从而形成盐碱土，盐碱地对土壤物理性能的危害：由于盐分的积累，引起土壤物理性能恶化，如结构粘滞、通气性差、容重高、土温上升慢、土壤中好气性微生物活动性差、养分释放缓慢、渗透系数低、毛细作用强，更导致表层土壤盐渍化。对土壤化学性能的危害：由于土壤溶液中离子浓度增大、pH值升高、电导率与可交换性钠比率提高，CN的矿化度下降，土壤中酶的活性受到抑制，影响土壤微生物的活力和有机质的转化。对植物的危害：1、引起植物生理的干旱，使植物根系和种子发芽时不能从土壤吸收充足的水分，甚至还导致水分从根细胞外渗，使植物死亡。2、伤害植物组织，由于植物体内聚过多的盐而使原生质受害，蛋白质合成受阻，从而导致含氮的中间代谢物累计，造成细胞受害。3、影响植物正常营养，由于钠离子的竞争，使植物对钾磷和其他营养元素的吸收减少，磷的转移也会受到抑制，从而影响植物的营养状况。4、影响植物的气孔开闭，在高浓度盐类作用下，气孔保卫细胞内的淀粉形成受到阻碍，致使细胞不能关闭，因此植物容易干旱枯萎。。

我国盐碱地面积约3460万公顷，耕地盐碱地化760万公顷，近1/5耕地发生盐碱化，其中原生盐化型，次生盐化型和各种碱化型分别占总面积的52％、40％和8％。盐碱地本身虽不能作为优良耕地，保证民生，但却是我国及其主要的后备耕地，因而根治盐碱地对保障国家粮食安全和生态来说具有重要的意义。目前治理盐碱地的方法和技术主要归纳为以下几点：1、物理改良：平整土地，深耕晒垡，及时松土，抬高地型，微区改土；2、水利改良：灌排配套，蓄淡压盐，灌水洗盐，地下排盐；3、化学措施：采用石膏、过磷酸钙、腐殖酸、泥炭酸渣对土质进行改良；4、生物改良：种植水稻，种植耐盐碱植物，使用微生物菌肥等。但是现有这些技术手段仍然存在一定的局限性，对于盐碱地治理技术仍然需要不断的探索更优的技术方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采用传统治理方法的基础上，结合利用工业排放的固体废弃物及再生用品进行盐碱地综合治理，并从治理结构上进行进一步优化改造，以实现非常有效的治理效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、采用固废物综合治理盐碱地的结构，所述结构包括垂直层状结构，所述垂直层状结构包括下层的隔淋层、中层的栽土层以及上层的防水保护层；

所述隔淋层又分上中下三层布局，分别由粒径为3～5mm陶粒、5～10mm陶粒、10～20mm陶粒构成；所述隔淋层的顶部铺设一层粉煤灰，所述隔淋层的底部设有排渗管道；

所述载土层根据用地需要进行配制，将脱硫石膏、粉煤灰、城市生活污泥及农业秸秆按需求与土壤进行配制；

所述防水保护层由陶粒构成。

进一步，所述陶粒由固废物在800～1000℃条件下烧制而成。

进一步，所述陶粒的容重为0.15～0.8g/cm³，总孔隙率不小于70％，通气孔隙：15～30％；大小孔隙比：1:2～4；pH值：5.5～7.5；电导率:0.75～3.5ms/cm；阳离子交换率(CEC)：30～100mmol/100g；C/N值：<30。

进一步，所述隔淋层、栽土层以及防水保护层的高度分别为300～440mm、480mm、80mm。

进一步，所述防水保护层的陶粒粒径为5～20mm。

进一步，所述排渗管道与回水、盐水分离系统结合，实现水资源的循环利用以及盐、碱的回收利用。

进一步，所述脱硫石膏粒度为30-60μm，含湿量10～15％。

2、采用固废物综合治理盐碱地的方法，包括如下步骤：

1)挖深坑，做隔离层，先在底部安装排渗管道，再依次向上铺设粒径为Φ10-20mm级配陶粒、Φ5-10mm级配陶粒，Φ3-5mm级配陶粒，再上层铺一层粉煤灰，隔淋层总深度为300～440mm；

2)配比好的栽土层均匀铺入经步骤1)处理后的坑中，栽土层总深度为480mm；

3)在经步骤2)处理后的坑上面铺设Φ5-20mm级配的陶粒作为防水保护层，防水保护层深度为80mm。

进一步，所述栽土层的配置如下：将脱硫石膏、粉煤灰、城市生活污泥及农业秸秆按需求与土壤进行配制。

本发明的有益效果在于：

栽植土中均匀混制一定量的粉煤灰可以改善土壤理化性质及土壤结构并增加微量磷肥，栽植土中添加城市污泥粉煤灰及农业秸秆等制成腐殖肥，可以增加栽植土的肥力；栽植土中混制一定量的脱硫石膏，可以减少栽植土中的盐碱量及降低酸碱度。采用农业无土栽培基质陶粒(不同规格)替代不可再生资源(砾石、砂石、珍珠岩、蛭石等)用于常规隔淋层，同时混于栽植土、起到保土、保水，防止土壤返盐，水分蒸发，肥料流失。本发明根据地区盐碱地的成因，地形、地貌、气候、环境及地下水的质量，经综合测评，充分利用当地的固废物的种类、特征、性质，及农业有机肥，通过实地实验合理配比，采用新老工艺结合，实现盐碱地的根治。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为隔淋层立面结构示意图；

图2为防风林(果木经济林)改良盐碱地示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

一、脱硫石膏

以下实施例所使用脱硫石膏是燃煤电厂采用石灰石-石膏湿法脱硫，从烟气脱硫中产生的废气物。

特点：是纯度高、成分稳定、粒度小粉状，水化动力学和凝结特性好，无放射性。游离水分约10％，含较多水溶性盐。外观：常见颜色为灰黄色或灰白色含水粉状物。

基本特征：

1)颗粒粒度比天然石膏细，不超过90μm，一般30-60μm。

2)物理特性：含湿量10～15％；密度较天然石膏增大10～20％。

化学成分：

矿物成分：

名称

CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O

CaCO<sub>3</sub>

CaSO<sub>3</sub>·1/2H<sub>2</sub>O

MgO

H<sub>2</sub>O

SO<sub>2</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Cl

成分％

＞90

5～7

0.3～0.4

0.86

10～15

1～2

1～2

0.6

0.01

利用脱硫石膏的主要成分二水硫酸钙作为改良剂，也就是土壤胶体粒(主要由粘土和腐殖质形成)长期与盐碱土中的Na₂CO₃、NaHCO₃、NaCl等接触，形成含Na+胶体粒子，含Na+胶体粒子水化度较大，有较好的分散性，能散布在土壤颗粒之间的细缝中，形成致密、不透水的含Na+板结土层。而脱硫石膏提供二价阳离子(Ca²⁺、Mg²⁺)与胶体上附着的Na+置换。含Ca²⁺胶体微粒自己能互相靠近聚团，土壤就不会板结。从而降低土壤的碱化程度、pH值、钠吸附比等。从而有利于农作物生产和吸收水分、养分。

Na₂CO₃+CaSO₄→CaCO₃+Na₂SO₄

2NaHCO₃+CaSO₄→Ca(HCO₃)₂+Na₂SO₄

2Na⁺+CaSO₄→Ca²⁺+Na₂SO₄

采用合适的脱硫石膏，可降低土壤容重，改善土壤结构，增加总孔隙度，降低硬度、改善土壤水分、物理性，有利于土壤生物活动和作物根系生长，减少土壤中重金属的含量。

此外Ca还可增强农作物对病虫害的抵抗能力，使农作物茎叶粗壮、籽粒饱满。

二、粉煤灰

以下实施例所使用粉煤灰是燃煤锅炉煤粉燃烧后从排出烟气经静电除尘(或布袋除尘)收集而集中排出的灰尘。

1)外观特性：是由多种颗粒机械混合而成的一种近黄色至黑灰色粉状物质，其颗粒大致可分为珠状、渣状、钝角、碎肖、粘聚颗粒。

2)物理性质

3)化学成分

4)化学性质

粉煤灰是一种人工火山灰质混合材料，它本身略有或没有水硬凝胶性能，但当以粉状及水存在时，能在常温(特别是在水热处理—蒸汽养护)条件下与Ca(OH)₂或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应，形成具有水硬性凝胶性能的化合物。

5)粉煤灰在土壤改良中的作用

1.改善土壤理化性质，主要是改善土体结构，降低容重，增加孔隙率，提高低温，降低膨胀率。

2.提高土壤养分状态，提高土壤肥力和净化的能力，有利养分转化，杀死病原菌及重金属沉淀。

3.影响土壤微生物活性和酶活性，改善土壤的理化性质，有利于土壤微生物的生长。

4.作为改良剂加入受污染土壤或污泥中，钝化重金属，降低土壤中重金属的溶解酸，减少重金属对土壤的不良影响和降低植物吸附。

5.可防止土壤返盐。

三、农业无土栽培基质陶粒

以下实施例所使用陶粒是无土栽培无机基质的一种，我们是采用固体废弃物(如粉煤灰，煤矸石，污泥等)经科学配方，烧制而成的一种可替代不可再生资源(粘土，页岩)陶粒。

1)特点

1.采用固废物，经过科学配方，在800～1000℃高温下烧制而成的类圆型产品。

2.外壳致密，内部为蜂窝状孔隙结构，比表面积大。

3.强度高，坚硬不易破碎，对植物无腐蚀。

4.经处理，可反复利用，不易分解。

5.由于高温烧制，无病虫害。

6.满足植物生长所需的各项技术指标。

2)性能

粒径：0.5～3,3～5,5～10,10～20,20～50mm级配

容重：0.2～0.8g/cm³

总孔隙率：≧70％

通气孔隙：15～30％

大小孔隙比：1:2～4

pH值：5.5～7.5

电导率(EC):0.75～3.5ms/cm

阳离子交换率(CEC)30～100mmol/100g

C/N值：<30

3)改良土壤(盐碱地等)

陶粒作为一种无机基质，由于其具有较好的化学稳定性，安全卫生，耐用，反复利用，并可按照植物需要和需求生产，即可用于无土栽培(与有机基质复合使用)基质也可对砂性，粘性土壤改良，特别它可作为盐碱地综合治理的隔盐层，土壤因陶粒结构调配，土壤表层保水，防蒸发，同时也可用于压盐碱回水的盐水分离，确保水资源的充分利用等作用。

实施例

全巴图归于包头市九原区管理，位于包头钢铁集团公司尾款西部，南靠黄河。土壤以沙壤—轻壤(物理性粘粒含量15～36％)为主，但土层夹粘土、透水性差。该地区同包头属于半干旱大陆性气候，冬寒长、夏热短、多风少雨、温差大，年平均气温6.5℃，年均降水量273.3mm，年蒸发量2342.2mm，蒸降比8.6，由于该地区处于洪积扇绿蛤细砂及淤泥层形成的潜水排浅带，地势平缓；地下水位年内变化在0.5～2.1m之间，在临界水位内强烈蒸发，又迭加了北部和东部的高约8～15m尾矿坝，工业污水或由导污渠排入黄河过程中渗漏于滩地，而形成盐渍土壤，潜水是以氯化物为主的复合盐分，即氯化物、硫酸盐及碳酸盐等，其决定盐渍土的盐类组成-HSO₄，离子浓度21.33mol/kg(1302.56rag/L)。从现状观看，其表面由于盐分蒸发集聚形成白滩，且以氯化物为主，形成草甸盐土。

从现场观察和了解可知，包头市全巴图地区的盐土在工业污水长期排放的特定条件下，地下水位高，水位随季节多变，盐分在剖面图中的分布特点是表聚性强、形成以氯化物为主的多种盐类，地表为旱生盐生植被，心土为棕色砂性壤土。酸碱度一般为pH8～8.5，0～20cm土层中全盐含量9.2～9.7g/kg，有机质9.6g/kg，地下水临界深度2.1～2.3m。

针对该分析，我们选择不同地位，取4处按照盐碱地综合治理工艺进行单树坑综合试验，具体技术方案见表1所示：

表1实验配比方案

试验选用全巴图地区盐碱地位置，按照理论计算，对隔淋层、栽土层、防尘保水层进行四种配量，栽种方坑为2×2m，深度隔淋层400～440mm、栽土层480mm、防尘保水层80mm、总深度约1000mm左右。以上四处实验区的隔淋层结构示意图如图1所示：

其次，对盐碱地表层10-20cm的表层土及中深土全部取出，并测定原土壤容重1.56g/cm，总孔隙度41.15％，经水冲淋，土壤中的盐分随冲淋水排出，集中后送去检验盐碱的化学成分、冲淋后的土壤经阴干后，测定其pH值在8-8.5范围。按照不同配比，将脱硫石膏、有机肥和粉煤灰与阴干后的土壤进行混配，制作栽土层的混合土，并测定土壤pH值、土壤容重、总孔隙度。

第三，晾干后的2×2×1m深坑，按工艺要求配做隔离层，先安装排渗管道，最底层为Φ10-20mm级配陶粒、中间层为Φ5-10mm级配陶粒，上层为Φ3-5mm级配陶粒，再上层铺一层粉煤灰。

第四，将配比好的栽土层均匀铺入坑中，并种植柳树(Φ10mm径粗)并压实。

第五，首次灌水要求灌透，并上面铺设Φ5-20mm级配的陶粒，深度80mm，约一周后树枝出芽。防风林(果木经济林)改良盐碱地示意图如图2所示：

盐碱地综合改造后的土地变化见表2：

表2盐碱地综合改造后的土地变化

序号	pH	土壤容量(g/cm<sup>2</sup>)	总孔隙度(％)
				1	6.8	1.42	42.84
2	6.5	1.48	44.42
				3	6.7	1.5	45.68
4	6.7	1.51	44.82

由表2可看出，经过治理后，实验区四处盐碱地均得到了相应改善。进一步观察柳树出牙成长情况，与不采用综合治理的盐碱地直接种植柳树相比，四处实验区的柳树长势明显较好。

综上可说明本发明根据地区盐碱地的成因，地形、地貌、气候、环境及地下水的质量，经综合测评，充分利用当地的固废物的种类、特征、性质，及农业有机肥，通过实地实验合理配比，采用新老工艺结合，实现盐碱地的根治。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.采用固废物综合治理盐碱地的方法，其特征在于，所述盐碱地为草甸盐土，酸碱度为pH 8~8.5，0~20 cm土层中全盐含量为9.2~9.7 g/kg，有机质9.6 kg，地下水临界深度2.1~2.3 m，所述方法中用到采用固废物综合治理盐碱地的结构，所述结构包括垂直层状结构，所述垂直层状结构包括下层的隔淋层、中层的栽土层以及上层的防水保护层；

所述隔淋层又分上中下三层布局，分别由粒径为3～5mm陶粒、5～10mm陶粒、10～20mm陶粒构成；所述隔淋层的顶部铺设一层粉煤灰，所述隔淋层的底部设有排渗管道；

所述栽土层根据用地需要进行配制，将脱硫石膏、粉煤灰、城市生活污泥及农业秸秆按需求与土壤进行配制，所述脱硫石膏粒度为30-60μm，含湿量10～15％；

所述防水保护层由陶粒构成，所述陶粒的容重为0.15～0.8g/cm³，总孔隙率不小于70％，通气孔隙：15～30％；大小孔隙比：1:2～4；pH值：5.5～7.5；电导率:0.75～3.5ms/cm；阳离子交换率(CEC)：30～100mmol/100g；C/N值：<30；

基于上述结构治理盐碱地的方法，包括以下步骤：

1)挖深坑，做隔淋层，先在底部安装排渗管道，再依次向上铺设粒径为Φ10-20 mm级配陶粒100mm、Φ5-10mm级配陶粒120mm，Φ3-5mm级配陶粒160mm，再上层铺一层粉煤灰30mm；

2)配比好的栽土层均匀铺入经步骤1)处理后的坑中，栽土层总深度为480mm，栽土层中脱硫石膏质量分数为15 wt.%，粉煤灰为15 wt.%，有机肥为20 wt.%，其余为阴干后土壤；

3)在经步骤2)处理后的坑上面铺设Φ5-20mm级配的陶粒作为防水保护层，防水保护层深度为80 mm。

2.根据权利要求1所述采用固废物综合治理盐碱地的方法，其特征在于，所述陶粒由固废物在800～1000℃条件下烧制而成。

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