CN109168391A - 一种铁尾矿土壤化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁尾矿土壤化的方法。其特征在于,(1)平整尾矿:对尾矿场地进行平整;(2)设置沟渠排水;(3)加添加剂及翻耕:在铁尾矿表层下添加保水剂和改良剂,进行翻耕;(4)施加微生物菌剂:淋施微生物菌剂;(5)种植或栽培植物;(6)灌溉及养护:保持土壤湿度,为草本植物铺设草毡,减轻高温影响。本方法施工方法简单,造价合理,绿化时效迅速,因地制宜,适用范围广,施工容易,节约资源,绿化效果好,树木成活率可达90~95%,草本植物成活率可达95~98%,能够运用于不同地区的尾矿土壤化绿化工程,具有很强的推广性与应用性。

Description

一种铁尾矿土壤化的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域,尤其涉及一种铁尾矿土壤化的方法。
背景技术
我国钢铁工业发展迅速,带动了铁矿采选业的快速发展。我国铁矿资源储量大、分布广,但以贫铁矿为主,占铁矿资源总量的97%以上,致使尾矿排放量大。受铁矿规模化利用技术的制约,目前的铁尾矿主要以筑坝堆存为主,据统计国内铁尾矿的堆存量已超过80亿吨,且呈持续上升态势,铁尾矿堆积不仅造成大气污染,而且会危及地表水、地下水和土壤环境,还存在溃坝等生态风险,已成为制约钢铁工业持续发展的重大瓶颈。因此,铁尾矿的规模化高值利用尤为重要。目前,尽管铁尾矿资源化利用方式很多,但利用量较低,不能有效解决铁尾矿堆存问题,常用的尾矿资源化利用的方式为传统的覆土修复方法,但该方法不仅投资成本较高,还会破坏土地的土壤结构和自然景观,造成二次污染等不良影响。同时我国的土地资源分布不平衡,土地生产力地区间差异显著,对土地资源稀缺的地区该方法难以适用。因此铁尾矿的土壤化利用是实现规模化利用、提高利用率的有效方式,但铁尾矿土壤化利用最显著的问题就是其理化性质极不适宜土壤动植物的生存,故土壤化改良十分必要。如何抓住铁尾矿土壤化利用绿化工程施工中关键环节与特殊工艺,以及在施工操作过程中进行重点控制与管理,对绿化工程建设的成败起决定性作用。
在国内已申请的相关专利中,专利申请号为201810064692.4《一种铁尾矿资源化利用方法》,利用农作物秸秆制成的土壤改良剂与铁尾矿、沤肥后干燥的人畜粪便混合均匀,制成尾矿土壤,解决了农作物秸秆的处理与铁尾矿的处置难题,但处理周期长,且需要收集农作物秸秆制备改良剂。专利申请号为201610669420.8《一种铅锌尾矿种植土及其制备方法》,将铅锌尾矿、无污染土壤、草炭土、蛭石、珍珠岩、麦饭石、腐熟有机肥和腐植酸按照一定的比例混合,制成种植土,但其中尾矿含量仅为20%~30%,利用率较低,且成本较高。
发明内容:
本发明的目的是提供一种铁尾矿土壤化利用方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
按照本发明所述铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,如下步骤:
(1)平整尾矿:对尾矿场地进行平整;
(2)设置沟渠排水;每条道路两旁挖排水沟渠;
(3)施加保水剂和改良剂:在表层下添加保水剂和改良剂,翻耕使其均匀分布附着在铁尾矿中;
(4)施加微生物菌剂:淋施微生物菌剂;
(5)种植或栽培植物;
(6)灌溉及养护:灌溉保持土壤湿度,树木浇水后封穴,为草本植物出芽及幼苗生长期间铺设草毡,保湿及减轻高温影响;
其中,所述的保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物,其用量为0.5~1.5kg/100m2,;所述的改良剂为生物炭、有机肥、稻壳、陶粒按照体积配比3~5:1~3:1~3:0.5~2混合组成,其施用量为200~230kg/100m2;所述的微生物菌剂是每种浓度为1~9×107CFU/ml的被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉菌液经等体积混合制得,施用量为15~20g/m2。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的排水沟渠是指沟宽度为50~60cm,深度为20~40cm,地基夯实;在道路两侧及排水沟的两侧和底端分别堆砌碎石,并用水泥浇筑;排水沟渠和道路之间放置1~2cm厚的塑料隔板,使分区明显,隔板总高度为50~60cm,向下深度为20~30cm,高出水平面20~30cm。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的施加保水剂和改良剂是在铁尾矿表层下2~3cm处添加,并且翻耕使均匀附着分布在铁尾矿中,保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物,其用量为1kg/100m2;改良剂为生物炭、有机肥、稻壳、陶粒混合组成,按照体积配比4:2:2:1混合,其用量为205kg/100m2。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的微生物菌剂制备方法为如下步骤:
(1)、采用活化培养基在28~30℃、180~220r·min-1的摇床上培养1~3天,对被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉三种真菌分别进行活化;
(2)、将活化后的真菌采用扩繁培养基在28~30℃、180~220r·min-1的摇床上振荡20~28小时进行扩繁;
(3)、再用无菌水将扩繁的真菌分别稀释至1~9×107CFU/ml的菌液,将三种菌液按照等体积混合均匀,即得;
其中所述的活化培养基成分为:蛋白胨:3.0~5.0g/L、酵母浸粉:1.0~2.0g/L、葡萄糖10~20.0g/L、磷酸氢二钾1.0~2.0g/L、硫酸镁0.5~2.5g/L,pH=6.4±0.2;所述的扩繁培养基成分为:马铃薯浸粉3.0~6.0g/L、葡萄糖10~20.0g/L、琼脂10~20.0g/L,pH=5.6±0.2。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的微生物菌剂,每种浓度为2×107CFU/ml的被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉菌液经等体积混合制得的,施用量为15g/m2。在施加微生物菌剂时,使菌剂平衡3~10天后再种植或栽培。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的灌木栽培,按照每棵苗木1个坑/m2的密度,挖坑的直径0.5~1m,坑深0.5~0.8m,交叉开挖呈梅花状,对于带土球的苗木,坑的直径比土球直径大30~50cm,坑的深度比土球高度深5~10cm;草本植物种子使用量按照8~12g/m2的密度进行种植。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,木本灌木灌溉时根据气候温度条件及水蒸发情况制定浇水时间间隔与浇水量;草本植物在植被育苗期间土壤表面铺设干草毡,出芽之后去除干草毡,再在幼芽表面铺设厚度2cm湿度为60%的草毡,在幼苗生长至5~6cm时去除草毡。
按照本发明所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的灌木及草本植物是指紫穗槐、沙棘、地肤、波斯菊及紫羊茅。
本发明所述的有机肥为市售发酵腐熟的鸡粪肥;所述的生物炭为市售粉末状生物有机材料;所述的稻壳为普通稻壳,粒径2~5mm;所述的陶粒为市售黏土陶粒,粒径3~8mm。
本发明所述的微生物菌剂中:被孢霉(Mortierella),中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC),菌种编号ACCC 31571;棘孢木霉(Trichoderma asperellum),中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC),菌种编号CGMCC 9722;卷枝毛霉(Mucor circinelloides),荷兰微生物菌种保藏中心(CBS),菌种编号CBS131818。其中,ACCC为中国农业微生物菌种保藏管理中心(Agricultural Culture collection of China),CGMCC为中国普通微生物菌种保藏管理中心(China General Microbiological Culture Collection Center),CBS为荷兰微生物菌种保藏中心(Centraalbureauvoor Schimmelcultures)。
本发明铁尾矿土壤化的方法特点:
1、通过构建沟渠排水来降低地下水位,建立完善的排灌系统,确保排灌畅通,使旱能灌,涝能排,防止铁尾矿试验地积水,尤其是暴雨天气,确保排水畅通。
2、保水剂和改良剂能改良铁尾矿铁尾矿基质的透气性、持水性以及有机质含量得到了良好的提升,满足土壤动植物生长的基本需求。
3、利用微生物繁殖特性,平衡一段时间后种植能最大化发挥微生物菌剂的效用,提高植物的存活率。
4、本发明经过大量灌木及草本植物筛选试验结果发现紫穗槐、沙棘、地肤、波斯菊及紫羊茅,这些植物品种对铁尾矿有较强的耐受性,且适宜当地生态环境,有效提高了植物的成活率。
5、方法步骤简单,容易操作与执行,所需购置的材料常见且廉价,综合成本低,适合非专业的种植养护人员参与及使用。
6、方法适用性强,能够运用于不同地区的铁尾矿土壤化利用绿化种植,具有很强的推广性与应用性。
7、开辟了铁尾矿资源化利用新途径,对提高铁尾矿综合利用率具有重要意义。
具体实施方式
以下各实施例仅用于对本发明进行解释说明,并不构成对权利要求范围的限定,本领域技术人员根据说明书内容可以想到的其它替代手段,均应在本发明权利要求的保护范围之内。
试验地区概况:
辽宁省鞍山市处于中纬度松辽平原的东南部边缘,属于温带季风性气候区。夏季6月~8月的气温高,且降雨集中,多暴雨。本次实施地点选择鞍山市大孤山铁矿区生态修复示范区,种植时间为夏季6月份,种植植物为紫穗槐、沙棘、地肤、波斯菊和紫羊茅,由于地处矿山区,水份含量极少,加之降雨不集中且温度高,对植物的生长发育带来极大干扰。
本发明实施例使用的微生物菌剂中:被孢霉(Mortierella),中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC),菌种编号ACCC 31571;棘孢木霉(Trichoderma asperellum),中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC),菌种编号CGMCC 9722;卷枝毛霉(Mucorcircinelloides),荷兰微生物菌种保藏中心(CBS),菌种编号CBS131818。其中,ACCC为中国农业微生物菌种保藏管理中心(Agricultural Culture collection of China),CGMCC为中国普通微生物菌种保藏管理中心(China General Microbiological CultureCollection Center),CBS为荷兰微生物菌种保藏中心(CentraalbureauvoorSchimmelcultures)。
实施例:铁尾矿土壤化的方法:
步骤一、平整场地,使场地表面平整;
步骤二、沟渠排水:每条道路两旁开挖排水沟,排水沟宽度50cm,深度为30cm,在道路两侧及排水沟的两侧和底端分别堆砌碎石,并用水泥浇筑。排水沟和道路之间放置2cm厚的塑料隔板,使分区明显,隔板总高度为60cm,向下深度为30cm,高出水平面30cm。
步骤三、加保水剂和改良剂与种植:在铁尾矿表层下3cm添加保水剂和改良剂,保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物,其用量为1kg/100m2;改良剂为生物炭、有机肥、稻壳、陶粒混合组成,按照体积配比4:2:2:1混合,其用量为205kg/100m2;将保水剂与改良剂均匀混合,翻耕使保水剂与改良剂均匀分布,附着在铁尾矿中;然后,淋施微生物菌剂,施用量为15g/m2,将微生物菌剂在表层平衡5天后,菌剂活性达到最大化开始种植;灌木采用栽培法,按照每棵苗木1个坑/m2的密度,在翻耕好的改良铁尾矿上人工挖种植坑,直径0.8m,坑深0.5m,交叉开挖呈梅花状,购买带土球的苗木,坑的直径比土球直径大50cm,坑的深度比土球高度稍深10cm,灌木选用紫穗槐和沙棘,在栽培入坑前,首先检查苗木的规格,如树型是否完美,枝条是否齐全;其次进行初步的修剪,使树型和高度符合设计要求。栽培后,将挖出的营养土覆于坑中;将植物扶正树冠、移动位置使植物姿势端正,并捣实土球、整理好地貌;草本植物按照10g/m2的密度在相应翻耕好的改良铁尾矿区域进行种植,草本选用地肤、波斯菊和紫羊茅。
所述的有机肥为市售发酵腐熟的鸡粪肥;所述的生物炭为市售粉末状生物有机材料;所述的稻壳为普通稻壳,粒径2~5mm;所述的陶粒为市售黏土陶粒,粒径3~8mm。
本发明实施例所述的微生物菌剂的制备方法为如下步骤:
(1)采用已高温灭菌处理的活化培养基在30℃、200r·min-1的摇床上培养2天,对被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉三种真菌分别进行活化;
(2)将活化后的真菌菌株接种到已高温灭菌处理的并加入培养基的锥形瓶中,分别进行扩繁,在30℃、220r·min-1的摇床上振荡22小时;
(3)再用无菌水将活化与扩繁的真菌分别稀释至2×107CFU/ml的菌液,使用血球计数板计数方法,将三种菌液按照等体积混合均匀,即得;
所述的活化培养基成分为:蛋白胨:5.0g/L、酵母浸粉:2.0g/L、葡萄糖20.0g/L、磷酸氢二钾1.0g/L、硫酸镁0.5g/L,pH=6.5;所述的扩繁培养基成分为:马铃薯浸粉6.0g/L、葡萄糖20.0g/L、琼脂20.0g/L,pH=5.5。
步骤四、灌溉:浇水根据不同的天气条件选择灌溉方式,保持土壤湿度为20~25%,紫穗槐区采取喷灌方式的浇水灌溉,一天两次,时间为上午9点30分至10点30分,下午3点至4点,水量以浇透为度,防止形成水涝,紫穗槐、沙棘浇水后封穴。地肤、波斯菊和紫羊茅区采取喷灌与淋灌相结合的方式进行浇水灌溉,喷灌时间和次数与紫穗槐区相同,水量也是以浇透为度;淋灌管每隔5米处设置一个,在地肤和波斯菊区全覆盖,喷淋水量为15m3/H,喷淋时间为每日11时至14时,气温高于35℃时,傍晚5点~7点时分需再次喷淋灌溉。
步骤五、养护:夏季温度高时土壤表层温度可达40℃,水分蒸发快,不利于草本植物生长发育,为了减少水份流失、降低表层土壤温度,在地肤、波斯菊和紫羊茅育苗期间,在土壤表面铺设干草毡,出芽之后去除干草毡,对缺苗的种植点进行及时补种,然后在幼芽表面铺设厚度2cm的草毡,保持草毡湿度为60%,在幼苗生长至6cm时去除草毡。
紫穗槐、沙棘成活率可达90~95%,地肤成活率可达95~98%,波斯菊、紫羊茅成活率可达90~95%。
对比例1:
实施过程中不加入微生物菌剂,其它步骤同实施例方法,紫穗槐、沙棘成活率为30~35%,地肤成活率可达40~45%,波斯菊、紫羊茅成活率可达30~35%。
对比例2:
实施过程中的步骤同实施例方法,但是,加入微生物菌剂后不进行平衡过程,直接栽培及种植,紫穗槐、沙棘成活率为75~80%,地肤成活率可达80~85%,波斯菊、紫羊茅成活率可达80~85%。
本发明实施例的施工方法简单,造价合理,绿化时效迅速,因地制宜,适用范围广,施工容易,节约资源,绿化效果好,树木成活率可达90~95%,草本植物成活率可达95~98%,能够运用于不同地区的尾矿土壤化绿化工程,具有很强的推广性与应用性。

Claims (8)

1.一种铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,如下步骤:
(1)平整尾矿:对尾矿场地进行平整;
(2)设置沟渠排水:每条道路两旁挖排水沟渠;
(3)施加保水剂和改良剂:在表层下添加保水剂和改良剂,翻耕使其均匀分布附着在铁尾矿中;
(4)施加微生物菌剂:淋施微生物菌剂;
(5)种植或栽培植物;
(6)灌溉及养护:灌溉保持土壤湿度,树木浇水后封穴,为草本植物出芽及幼苗生长期间铺设草毡,保湿及减轻高温影响;
其中,所述的保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物,其用量为0.5~1.5kg/100m2,;所述的改良剂为生物炭、有机肥、稻壳、陶粒按照体积配比3~5:1~3:1~3:0.5~2混合组成,其施用量为200~230kg/100m2;所述的微生物菌剂是每种浓度为1~9×107CFU/ml的被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉菌液经等体积混合制得,施用量为15~20g/m2。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的排水沟渠是指沟宽度为50~60cm,深度为20~40cm,地基夯实;在道路两侧及排水沟的两侧和底端分别堆砌碎石,并用水泥浇筑;排水沟渠和道路之间放置1~2cm厚的塑料隔板,使分区明显,隔板总高度为50~60cm,向下深度为20~30cm,高出水平面20~30cm。
3.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的施加保水剂和改良剂是在铁尾矿表层下2~3cm处添加,并且翻耕使均匀附着分布在铁尾矿中;保水剂为丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物,其用量为1kg/100m2;改良剂为生物炭、有机肥、稻壳、陶粒混合组成,按照体积配比4:2:2:1混合,其用量为205kg/100m2。
4.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的微生物菌剂制备方法为如下步骤:
(1)、采用活化培养基在28~30℃、180~220r·min-1的摇床上培养1~3天,对被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉三种真菌分别进行活化;
(2)、将活化后的真菌采用扩繁培养基在28~30℃、180~220r·min-1的摇床上振荡20~28小时进行扩繁;
(3)、再用无菌水将扩繁的真菌分别稀释至1~9×107CFU/ml的菌液,将三种菌液按照等体积混合均匀,即得;
其中所述的活化培养基成分为:蛋白胨:3.0~5.0g/L、酵母浸粉:1.0~2.0g/L、葡萄糖10~20.0g/L、磷酸氢二钾1.0~2.0g/L、硫酸镁0.5~2.5g/L,pH=6.4±0.2;所述的扩繁培养基成分为:马铃薯浸粉3.0~6.0g/L、葡萄糖10~20.0g/L、琼脂10~20.0g/L,pH=5.6±0.2。
5.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的微生物菌剂,每种浓度为2×107CFU/ml的被孢霉、棘孢木霉和卷枝毛霉菌液经等体积混合制得的,施用量为15g/m2。在施加微生物菌剂时,使菌剂平衡3~10天后再种植或栽培。
6.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的灌木栽培,按照每棵苗木1个坑/m2的密度,挖坑的直径0.5~1m,坑深0.5~0.8m,交叉开挖呈梅花状,对于带土球的苗木,坑的直径比土球直径大30~50cm,坑的深度比土球高度深5~10cm;草本植物种子使用量按照8~12g/m2的密度进行种植。
7.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,木本灌木灌溉时根据气候温度条件及水蒸发情况制定浇水时间间隔与浇水量;草本植物在植被育苗期间土壤表面铺设干草毡,出芽之后去除干草毡,再在幼芽表面铺设厚度2cm湿度为60%的草毡,在幼苗生长至5~6cm时去除草毡。
8.根据权利要求1所述的铁尾矿土壤化的方法,其特征在于,所述的灌木及草本植物是指紫穗槐、沙棘、地肤、波斯菊及紫羊茅。
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