CN111069261A - 一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，包括以下步骤：地表风化岩土机械剥离、开采、整理，地表岩土三级破碎及湿式一次筛分(双层筛分设备),冲击破碎及湿式二次筛分(单层筛分设备)，浸润研磨及湿式三级筛分(双层筛分设备)，泥浆浓密压滤，高速拌和，摊铺熟化，设施完善及二次翻耕，有效解决地表风化岩土无法直接利用制备优质复垦耕土进行农田提质改造的技术，突破了地表风化岩土中的农药残留、重金属残留无法有效降低的技术限制，填补了国内空白，为我国浅山丘陵半干旱地区以及废弃矿区、砾砂耕地等利用既有土壤资源低成本自我制备耕土的全新途径。

Description

一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程

技术领域

本发明涉及农业生产领域，具体是指一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程。

背景技术

地表风化岩土，是指地表裸岩风化严重、但尚未完全风化成砂的强风化岩或花岗岩地质地表虽有瘠薄的砂性土，但其多为砾石及砂粒，土层下的山皮已基本完全风化，但单依靠农业机械难以直接耕作的四类(砂砾坚土)或五类(软石)土，该类土壤主要位于浅山丘陵地区和废弃矿区地表裸露或浅层的强风化岩以及丘山地、梯田地表含砾砂土以及因多年耕作导致的农药残留、重金属残留超标的砂性土壤。

我国已经划定的18亿亩基本农田中，近10亿亩位于浅山丘陵地区，达不到基本农田标准的大约有近1亿亩，这类农田所位于浅山丘陵半干旱地区，因其坡度陡、地块小、落差大，土层薄(均厚不足30厘米)，且土壤中砂砾含量超过35％，导致其土壤肥力差、蓄水涵养能力弱、无法实施机械化作业，农业产出低，严重制约了我国农业产业的发展，亟待提质改造，传统的农田提质改造多采用客土摊铺和表土直填两种方式进行。客土摊铺是指到土地整理区外购买黄土或其他土壤，采用汽车运输、机械摊铺的方式进行土地整理的一种模式。但由于客土需要挖掘自然土山或丘陵，取土后的自然生态环境遭到严重破坏，其生土层熟化至少需要3-5年时间，对环境影响较大，且由于客土购买成本及运输成本限制，客土摊铺厚度均无法达到50厘米，加上购买客土均为生土，有机质含量极低，且因土壤成分、结构与修复区土壤完全不同，导致采用客土摊铺的土地整理区耕地产出低、蓄水涵养能力差、生态改善和农田提质效果不佳；表土直填是指土地整理区直接将地表风化岩土采用大型机械挖掘、汽车运输、机械摊铺的方式进行的土地整理一种模式。由于挖出的风化岩或山皮石多呈不规则大块或中等粒径的砾石，少部分≤5mm的砂状颗粒，≤1mm的细粒极少。这类风化岩强度极低、遇外力即破碎，但外力直接破碎后依旧呈大中颗粒状，细微粒极少，其中未风化的坚硬岩石颗粒占比达40％以上。这类风化岩或山皮岩若不经专用工艺制备加工，其即使在外力碾压或破碎后也会呈现出基本无粘性砂土状态，透水性极强，其PH值呈中性或弱碱性，有机质含量极低。若直接将其作为复垦土壤，土地修复后也难以达到保墒、固肥以及疏松的复垦效果，导致土地整理后无法形成自然土壤结构，农作物产出极低，且因自然地表土层被人为破坏，土地难以养熟成高效农田，如何彻底解决浅山丘陵半干旱地区的裸岩地及山皮石地在土地整理过程中因表层耕土土源稀缺导致的覆土层难以达到高标准农田是亟需解决的根本性问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：包括以下步骤：

(1)地表风化岩土机械剥离、开采、整理：

按照农田提质改造修复规划设计要求或废弃矿山土地复垦设计要求，对拟改造的区域内的地表风化岩土进行机械剥离和开采，剥离开采严格按照规划设计要求进行，边施工边整理，使整理区域达到耕地基层设计标高、平整度,施工前将明显的树干灌木植被等预先清理干净，施工过程中，将树根等杂物分拣，再对粒径≥800mm的大块状岩石采用开采机械进行液压预碎，使其全部＜800mm，然后现场利用重力(风力)分选设备将含有植物根系、树叶以及地膜等杂物的岩土予以分选，并对分选后的杂物人工分拣非植物杂物并集中外运处置，植物类杂物直接运输至生物质造粒设备进行破碎造粒，并将生物质颗粒送入破碎机破碎筛分，筛上＞3mm的生物质颗粒返回破碎机循环破碎，直至全部达到要求，筛下＜3mm的生物质颗粒粉末入仓备用；

(2)地表岩土三级破碎及湿式一次筛分(双层筛分设备)：

将经液压预碎后的强风化岩及山皮石运输到指定加工和地点，通过给料设备送至破碎设备进行三级层压破碎，即粗碎、中碎、细碎，然后将细碎后的物料统一输送至湿式一级筛分设备处理；细碎后物料通过湿式一级筛分设备，物料加水湿筛，筛上＞30mm的非风化岩料返回细碎设备进行封闭循环破碎，直至所有地表岩土粒径均≤30mm，筛中30-12mm粒径的物料送入冲击破碎机进行四次破碎，筛下＜12mm的泥沙送至浸润研磨设备进行深化处理；

(3)冲击破碎及湿式二次筛分(单层筛分设备)：

湿式一级筛分设备筛上30-12mm粒径的物料中因含有大量的未风化颗粒，其过度破碎将导致土壤中非风化颗粒增多，影响土壤结构，所以需要将上述物料送入冲击破碎设备，将其中风化颗粒继续粉碎，非风化颗粒在加工过程中仅有整形效果，不会过度破碎，经冲击破碎后的物料送入湿式二次筛分设备进行筛分，筛上30-12mm未风化物石料输送至储存点外运处置，筛下直径＜12mm泥砂直接送至浸润研磨设备连同三级破碎及湿式一次筛分泥沙混合深化处理；

(4)浸润研磨及湿式三级筛分(双层筛分设备)：

湿式一级、二级筛下泥沙进入浸润研磨设备进行浸润研磨，达到研磨时间后，物料排到湿式三级筛分设备进行分级，筛上12-4.75mm未风化石料直接输送至储存点外运处置，筛中4.75-0.15mm的未风化砂直接输送至带有精准计量的储料仓储备待用，筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密；

(5)泥浆浓密压滤：

湿式三级筛分设备筛下的筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密，溢流水作为工艺用水返回一级湿式筛分设备循环利用，浓密沉沙物料进入真空压滤设备进行压滤脱水，压滤水与浓密设备溢流水混合后同样循环利用，脱水后的泥土进入高速搅拌机进行打散拌和；

(6)高速拌和:

脱水后的泥土通过计量设备进入高速搅拌机，按其比重将生物质颗粒粉末、氮磷钾肥料、微量元素肥料以及根据土壤配置要求需添加的非风化砂颗粒经精准计量后，同步输送至高速搅拌机进行充分拌和，形成结构均匀的拌和土料，输送至熟化点进行码堆熟化；

(7)摊铺熟化:

经过规定时间熟化的人造土壤，装车运至复垦地点，再采用专用施工机械进行摊铺作业，达到耕地要求标准平整度后适度压实，因土壤中掺有生物质粉末，摊铺好的耕土较为疏松，不利于秸秆生物质颗粒粉末快速熟化，为了加快生物质颗粒熟化速度，摊铺好的耕土，应采用农业机械进行适度压实，使其接近于自然土壤的疏密程度，然后再进行灌溉，使生物质颗粒粉末吸水后膨胀及自然熟化；

(8)设施完善及二次翻耕:

将修复完成的土地按照一般农田标准及设计要求，整理出沟渠、道路及田畦，在种植农作物前，应进行二次翻耕，使熟化后的生物质粉末与土壤拌和更加充分，同时，也增加土壤的松散程度，促进土壤团粒形成及优化，经翻耕后的耕地即可根据需求进行农作物种植了，土地整理工作完成。

进一步的，所述地表岩土三级破碎采用层压破碎设备，风化较完全的软弱颗粒在破碎过程中，基本均能达到0-30mm以下粒度，通过筛分获得的＜12mm的颗粒基本上均为风化岩土颗粒，30-12mm的颗粒再通过冲击破碎设备加工筛分，可将地表岩土中95％以上的风化颗粒分离出来，即可实现软硬颗粒高效分级。

进一步的，所述的地表岩土在整个加工过程中全部采用湿式处理，湿式处理过程中加入大量的深层风化岩土，可将地表土中有害物质直接稀释，让后再通过工艺水浸润和净滤，将土壤中的农药、化肥、游离重金属全部离析到工艺用水中，再通过全封闭全循环利用，将除了挥发外的工艺用水大部分带入到非风化石料和非风化砂中，非风化石料和非风化砂可作为建筑材料进入建筑领域，实现了人造土壤的高效净化。

进一步的，所述生物质颗粒粉末采用冷压秸秆生物质颗粒，所述冷压秸秆生物质颗粒在加工过程中其压制温度超过120度，农作物秸秆压力成型过程中已完成了杀菌消毒程序且其纤维结构已被完全破坏。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

有效解决地表风化岩土无法直接利用制备优质复垦耕土进行农田提质改造的技术，突破了地表风化岩土中的农药残留、重金属残留无法有效降低的技术限制，填补了国内空白，为我国浅山丘陵半干旱地区以及废弃矿区、砾砂耕地等利用既有土壤资源低成本自我制备耕土的全新途径。

附图说明

图1是一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程图。

具体实施方式

结合附图1，一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，包括以下步骤：

(1)地表风化岩土机械剥离、开采、整理：

按照农田提质改造修复规划设计要求或废弃矿山土地复垦设计要求，对拟改造的区域内的地表风化岩土进行机械剥离和开采，剥离开采严格按照规划设计要求进行，边施工边整理，使整理区域达到耕地基层设计标高、平整度,施工前将明显的树干灌木植被等预先清理干净，施工过程中，将树根等杂物分拣，再对粒径≥800mm的大块状岩石采用开采机械进行液压预碎，使其全部＜800mm，然后现场利用重力(风力)分选设备将含有植物根系、树叶以及地膜等杂物的岩土予以分选，并对分选后的杂物人工分拣非植物杂物并集中外运处置，植物类杂物直接运输至生物质造粒设备进行破碎造粒，并将生物质颗粒送入破碎机破碎筛分，筛上＞3mm的生物质颗粒返回破碎机循环破碎，直至全部达到要求，筛下＜3mm的生物质颗粒粉末入仓备用；

(2)地表岩土三级破碎及湿式一次筛分(双层筛分设备)：

将经液压预碎后的强风化岩及山皮石运输到指定加工和地点，通过给料设备送至破碎设备进行三级层压破碎，即粗碎、中碎、细碎，然后将细碎后的物料统一输送至湿式一级筛分设备处理；细碎后物料通过湿式一级筛分设备，物料加水湿筛，筛上＞30mm的非风化岩料返回细碎设备进行封闭循环破碎，直至所有地表岩土粒径均≤30mm，筛中30-12mm粒径的物料送入冲击破碎机进行四次破碎，筛下＜12mm的泥沙送至浸润研磨设备进行深化处理；

(3)冲击破碎及湿式二次筛分(单层筛分设备)：

湿式一级筛分设备筛上30-12mm粒径的物料中因含有大量的未风化颗粒，其过度破碎将导致土壤中非风化颗粒增多，影响土壤结构，所以需要将上述物料送入冲击破碎设备，将其中风化颗粒继续粉碎，非风化颗粒在加工过程中仅有整形效果，不会过度破碎，经冲击破碎后的物料送入湿式二次筛分设备进行筛分，筛上30-12mm未风化物石料输送至储存点外运处置，筛下直径＜12mm泥砂直接送至浸润研磨设备连同三级破碎及湿式一次筛分泥沙混合深化处理；

(4)浸润研磨及湿式三级筛分(双层筛分设备)：

湿式一级、二级筛下泥沙进入浸润研磨设备进行浸润研磨，达到研磨时间后，物料排到湿式三级筛分设备进行分级，筛上12-4.75mm未风化石料直接输送至储存点外运处置，筛中4.75-0.15mm的未风化砂直接输送至带有精准计量的储料仓储备待用，筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密；

(5)泥浆浓密压滤：

湿式三级筛分设备筛下的筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密，溢流水作为工艺用水返回一级湿式筛分设备循环利用，浓密沉沙物料进入真空压滤设备进行压滤脱水，压滤水与浓密设备溢流水混合后同样循环利用，脱水后的泥土进入高速搅拌机进行打散拌和；

(6)高速拌和:

脱水后的泥土通过计量设备进入高速搅拌机，按其比重将生物质颗粒粉末、氮磷钾肥料、微量元素肥料以及根据土壤配置要求需添加的非风化砂颗粒经精准计量后，同步输送至高速搅拌机进行充分拌和，形成结构均匀的拌和土料，输送至熟化点进行码堆熟化；

(7)摊铺熟化:

经过规定时间熟化的人造土壤，装车运至复垦地点，再采用专用施工机械进行摊铺作业，达到耕地要求标准平整度后适度压实，因土壤中掺有生物质粉末，摊铺好的耕土较为疏松，不利于秸秆生物质颗粒粉末快速熟化，为了加快生物质颗粒熟化速度，摊铺好的耕土，应采用农业机械进行适度压实，使其接近于自然土壤的疏密程度，然后再进行灌溉，使生物质颗粒粉末吸水后膨胀及自然熟化；

(8)设施完善及二次翻耕:

将修复完成的土地按照一般农田标准及设计要求，整理出沟渠、道路及田畦，在种植农作物前，应进行二次翻耕，使熟化后的生物质粉末与土壤拌和更加充分，同时，也增加土壤的松散程度，促进土壤团粒形成及优化，经翻耕后的耕地即可根据需求进行农作物种植了，土地整理工作完成。

优选地，所述地表岩土三级破碎采用层压破碎设备，风化较完全的软弱颗粒在破碎过程中，基本均能达到0-30mm以下粒度，通过筛分获得的＜12mm的颗粒基本上均为风化岩土颗粒，30-12mm的颗粒再通过冲击破碎设备加工筛分，可将地表岩土中95％以上的风化颗粒分离出来，即可实现软硬颗粒高效分级。

优选地，所述的地表岩土在整个加工过程中全部采用湿式处理，湿式处理过程中加入大量的深层风化岩土，可将地表土中有害物质直接稀释，让后再通过工艺水浸润和净滤，将土壤中的农药、化肥、游离重金属全部离析到工艺用水中，再通过全封闭全循环利用，将除了挥发外的工艺用水大部分带入到非风化石料和非风化砂中，非风化石料和非风化砂可作为建筑材料进入建筑领域，实现了人造土壤的高效净化。

优选地，所述生物质颗粒粉末采用冷压秸秆生物质颗粒，所述冷压秸秆生物质颗粒在加工过程中其压制温度超过120度，农作物秸秆压力成型过程中已完成了杀菌消毒程序且其纤维结构已被完全破坏。

实施案例一

通过对山东省南部区域多地的地表风化岩土进行耕土制备试验，该技术以上述区域的地表风化岩土为主要原料，通过工业化机械装备，对其进行多级加湿破碎、再加水筛分、将其中超过制备土壤粒径的的未风化碎石、砂分选出来，加水筛分出来的泥浆送入专用研磨机械进行浸润研磨，再通过脱水筛分、浓密压滤设备将其按粒径分级并实现最终固液分离，将残留农药、化肥、游离重金属等有害物质通过湿法加工实现高效析出，因工艺水含有微量有害物质，因此工艺水全部循环利用，在全循环利用过程中通过蒸发和被未风化碎石、砂料吸附外运处置，实现水资源的100％循环利用。通过固液分离出来的高含水率泥饼，根据不同的作物需求按比例加入合适粒径的非风化砂，进行精准级配，再同步将有机质粉碎颗粒(腐殖酸配料)和其他氮磷钾及微量元素肥按比例精准计量后加入，采用机械高速拌和、形成的拌和土料码堆到规定熟化时间后，即可装车运输至修复地点实施机械摊铺，然后按照常规农田做法进行整理耕作，拌入的有机质粉碎颗粒在作物生长期间将继续自然熟化、增加土壤有机质含量及改善土壤结构。该技术在土地整理现场即可工业化制备符合二类耕地标准的人造土壤，满足项目施工需求、无需外购及熟化，实现领域内耕土人工规模化制备的重大技术突破。采用本技术制备的耕土，平均每立方米添加生物质颗粒粉末2公斤、氮肥0.02公斤，磷肥0.01公斤、钾肥0.2公斤，元素肥根据土料检测及拟种植作物进行微量添加，即可满足土壤熟化及首茬大田作物的生长需要。采用该工艺制备的耕土土壤，最大粒度≯10mm，≤120目的土壤含量超过80％，其PH值为中性、结构疏松、略呈砂性、团粒明显、固肥保水且低重金属残留及农药残留、含有一定量满足作物生长的矿物质及氮、磷、钾等元素。可实现耕地当年就可实现作物丰产的明显效果，随着耕作年限的增长，土地肥力还会持续增加，土壤结构将更趋于优化，丰产效果将持续显现。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，包括以下步骤：

(1)地表风化岩土机械剥离、开采、整理：

按照农田提质改造修复规划设计要求或废弃矿山土地复垦设计要求，对拟改造的区域内的地表风化岩土进行机械剥离和开采，剥离开采严格按照规划设计要求进行，边施工边整理，使整理区域达到耕地基层设计标高、平整度,施工前将明显的树干灌木植被等预先清理干净，施工过程中，将树根等杂物分拣，再对粒径≥800mm的大块状岩石采用开采机械进行液压预碎，使其全部＜800mm，然后现场利用重力(风力)分选设备将含有植物根系、树叶以及地膜等杂物的岩土予以分选，并对分选后的杂物人工分拣非植物杂物并集中外运处置，植物类杂物直接运输至生物质造粒设备进行破碎造粒，并将生物质颗粒送入破碎机破碎筛分，筛上＞3mm的生物质颗粒返回破碎机循环破碎，直至全部达到要求，筛下＜3mm的生物质颗粒粉末入仓备用；

(2)地表岩土三级破碎及湿式一次筛分(双层筛分设备)：

将经液压预碎后的强风化岩及山皮石运输到指定加工和地点，通过给料设备送至破碎设备进行三级层压破碎，即粗碎、中碎、细碎，然后将细碎后的物料统一输送至湿式一级筛分设备处理；细碎后物料通过湿式一级筛分设备，物料加水湿筛，筛上＞30mm的非风化岩料返回细碎设备进行封闭循环破碎，直至所有地表岩土粒径均≤30mm，筛中30-12mm粒径的物料送入冲击破碎机进行四次破碎，筛下＜12mm的泥沙送至浸润研磨设备进行深化处理；

(3)冲击破碎及湿式二次筛分(单层筛分设备)：

湿式一级筛分设备筛上30-12mm粒径的物料中因含有大量的未风化颗粒，其过度破碎将导致土壤中非风化颗粒增多，影响土壤结构，所以需要将上述物料送入冲击破碎设备，将其中风化颗粒继续粉碎，非风化颗粒在加工过程中仅有整形效果，不会过度破碎，经冲击破碎后的物料送入湿式二次筛分设备进行筛分，筛上30-12mm未风化物石料输送至储存点外运处置，筛下直径＜12mm泥砂直接送至浸润研磨设备连同三级破碎及湿式一次筛分泥沙混合深化处理；

(4)浸润研磨及湿式三级筛分(双层筛分设备)：

湿式一级、二级筛下泥沙进入浸润研磨设备进行浸润研磨，达到研磨时间后，物料排到湿式三级筛分设备进行分级，筛上12-4.75mm未风化石料直接输送至储存点外运处置，筛中4.75-0.15mm的未风化砂直接输送至带有精准计量的储料仓储备待用，筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密；

(5)泥浆浓密压滤：

湿式三级筛分设备筛下的筛下0.15-0mm泥浆进入浓密设备进行浓密，溢流水作为工艺用水返回一级湿式筛分设备循环利用，浓密沉沙物料进入真空压滤设备进行压滤脱水，压滤水与浓密设备溢流水混合后同样循环利用，脱水后的泥土进入高速搅拌机进行打散拌和；

(6)高速拌和:

脱水后的泥土通过计量设备进入高速搅拌机，按其比重将生物质颗粒粉末、氮磷钾肥料、微量元素肥料以及根据土壤配置要求需添加的非风化砂颗粒经精准计量后，同步输送至高速搅拌机进行充分拌和，形成结构均匀的拌和土料，输送至熟化点进行码堆熟化；

(7)摊铺熟化:

经过规定时间熟化的人造土壤，装车运至复垦地点，再采用专用施工机械进行摊铺作业，达到耕地要求标准平整度后适度压实，因土壤中掺有生物质粉末，摊铺好的耕土较为疏松，不利于秸秆生物质颗粒粉末快速熟化，为了加快生物质颗粒熟化速度，摊铺好的耕土，应采用农业机械进行适度压实，使其接近于自然土壤的疏密程度，然后再进行灌溉，使生物质颗粒粉末吸水后膨胀及自然熟化；

(8)设施完善及二次翻耕:

将修复完成的土地按照一般农田标准及设计要求，整理出沟渠、道路及田畦，在种植农作物前，应进行二次翻耕，使熟化后的生物质粉末与土壤拌和更加充分，同时，也增加土壤的松散程度，促进土壤团粒形成及优化，经翻耕后的耕地即可根据需求进行农作物种植了，土地整理工作完成。

2.根据权利要求1所述的一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，其特征在于：所述地表岩土三级破碎采用层压破碎设备，风化较完全的软弱颗粒在破碎过程中，基本均能达到0-30mm以下粒度，通过筛分获得的＜12mm的颗粒基本上均为风化岩土颗粒，30-12mm的颗粒再通过冲击破碎设备加工筛分，可将地表岩土中95％以上的风化颗粒分离出来，即可实现软硬颗粒高效分级。

3.根据权利要求1所述的一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，其特征在于：所述的地表岩土在整个加工过程中全部采用湿式处理，湿式处理过程中加入大量的深层风化岩土，可将地表土中有害物质直接稀释，让后再通过工艺水浸润和净滤，将土壤中的农药、化肥、游离重金属全部离析到工艺用水中，再通过全封闭全循环利用，将除了挥发外的工艺用水大部分带入到非风化石料和非风化砂中，非风化石料和非风化砂可作为建筑材料进入建筑领域，实现了人造土壤的高效净化。

4.根据权利要求1所述的一种水滤净化工业化制备土壤工艺流程，其特征在于：所述生物质颗粒粉末采用冷压秸秆生物质颗粒，所述冷压秸秆生物质颗粒在加工过程中其压制温度超过120度，农作物秸秆压力成型过程中已完成了杀菌消毒程序且其纤维结构已被完全破坏。

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