CN111097790A - 一种利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,在滨海盐碱地中设置纵横相连的排盐管,用矿山废弃碎石作为滤料,铺设在排盐管底部及两侧,特别是利用树叶采用高温方法制得的生物基磺酸盐作为改良剂,其与铁尾矿应用,土壤性能指标得到改善后种植水稻,水稻的产量显著提高。本发明的方法采用废弃铁尾矿、矿石资源,具有环保、经济的特点,采用排盐管的工程措施,避免表层土壤发生次生盐渍化危害,防止地下水水位的升高,抑制土壤表层返盐,改善盐碱地的理化性质,并且实现盐碱地质地改良的长效性。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化利用、盐碱地改良领域,特别涉及一种利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法。
背景技术
土壤的盐渍化问题严重制约着农林业的可持续发展。我国滨海地区的地下水位较高,且由于海水入侵,地下水矿化度较大,导致该区域面临着严峻的土壤盐渍化及次生盐渍化的问题。
对于木质素的磺化,一般分为两个阶段,即木质素的提取和木质素磺化。目前,生物基磺酸盐的生产方法一般可分为如下三种:①先催化氧化,再羟甲基化,最后磺化;②先催化氧化,然后直接磺基羟甲基化;③先催化氧化,然后直接磺化并与甲醛发生羟甲基化反应。申请号为CN201510078598.0,方案名称为“一种生物基硫酸醋/磺酸盐作为高效减水剂生产新工艺”的中国发明专利公开的技术方案是将生物基磺酸盐作为减水剂应用于建筑领域的混凝土拌和中。申请号为CN201410013595.4,名称为“一种水溶性生物基硫酸醋/磺酸盐的制备工艺及作为绿色环保粘胶剂的用途”的中国发明专利公开的技术方案是将生物基磺酸盐作为粘胶剂应用于金属、玻璃、纸张和木材等的粘结。该专利的目的是生产用于水泥减水剂或粘胶剂的试剂,反应温度均控制在35℃以内,这是由于不同的反应温度会导致磺化位点(-SO3H)不同。
本发明采用了一种高温磺化的方法,高温磺化反应可以使生物基磺酸盐产品的粘度大大降低,同时具有更好的润湿和吸附性能,便于用于土壤修复领域。
发明内容
本发明的目的是针对于现有技术中盐碱地存在的反盐碱的问题,提供一种利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法。
本发明的技术方案如下:
按照本发明利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,为如下步骤:
(1)移除盐碱地的二灰土及原表层土壤;
(2)向下挖出0.8~2m厚的盐碱土,获得土壤A,
(3)在深坑底部设置纵横相连的排盐管,一级排盐管间距为10~50cm,每隔10~50m设置垂直方向的二级排盐管,其与一级排盐管交叉处相互连接,排盐管的末端与市政排水管道相连接,管线坡降比为0.05~0.2,所述的排盐管采用直径10~15cm的PVC螺纹管,并在一侧的螺纹凹槽内打孔,管孔的大小为10mm×2mm,每米均匀打孔20~30个,以收集排出水,在管外侧、接口处及管道两端采用土工布包裹,防止土壤颗粒堵塞管壁孔;
(4)用粒径为2~5cm的矿山废弃碎石作为滤料,铺设在排盐管底部及两侧,铺设厚度及宽度均为10~20 cm,在碎石层上面铺设土工布;
(5)用生物基磺酸盐作为改良剂,铁尾矿与改良剂按照质量比为5~20:1均匀混合,获得土壤B;
(6)将土壤A与土壤B按照质量比为4~10:1均匀混合后,回填于原土坑,再抬高地面50~100cm;
其中步骤(5)所述的生物基磺酸盐的制备方法:将粒径为2~5cm的干燥树叶颗粒装入反应釜中,向反应釜中注入含SO3浓度为2.8~3.0 mol/L的SO3/1,2-二氯乙烷溶液,其加入量与树叶的质量比为1:1~1:5,进行磺化反应,反应的温度为70~150℃、压力为2~4个大气压、时间为0.5~4h;再将磺化反应后的溶液在110~120℃温度下蒸馏去除SO3,然后加入1mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液调至pH为6.5~7.5,最后用水溶液透析、用乙醇清洗除去杂质、离心分离沉淀物、烘干成固体,制得。
进一步,步骤(3)中管线坡降比为0.1~0.2.。
进一步,步骤(4)中用粒径为3~5cm的矿山废弃碎石作为滤料。
进一步,步骤(5)中与改良剂混合的铁尾矿的粒度为20~50μm。
一种本发明的生物基磺酸盐的制备方法,为如下步骤:
(1)树叶的处理:将树叶在100~110℃温度下干燥2~5h,粉碎粒径为2~5cm,制得树叶颗粒;
(2)SO3液体的制备:在反应釜中加入10kg五氧化二磷,用恒压漏斗加入4~5 L 98%的硫酸,升温至150℃,生成气体SO3,将其收集于罐中,25℃进行冷凝压缩成液体,制得;
(3)SO3/1,2-二氯乙烷溶液的制备:将1L 1,2-二氯乙烷加入步骤(2)制备SO3液体中,至含SO3的浓度为2.8~3.0mol/L,制得;
(4)磺化反应:将步骤(1)制备的树叶颗粒装入反应釜中,向反应釜中缓慢加入步骤(3)制得的SO3/1,2-二氯乙烷溶液,其加入量与树叶的质量比为1:1~1:5,进行磺化反应,温度为70~150℃、压力为2~4个大气压、时间为0.5~4h,反应结束后开启减压阀和低温循环泵,冷却至20~25℃;
(5)纯化:在20~25℃,将步骤(3)磺化反应后的溶液过20目筛,放置在蒸馏瓶中,在110~120℃温度下蒸馏去除SO3,然后,再加入1mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液调至pH为6.5~7.5,用水溶液透析除去小分子及无机盐杂质、用3倍量乙醇清洗3次去杂质,再离心分离沉淀物、烘干,制得。
本发明所使用的生物基磺酸盐具有保湿性、吸附性,润湿、疏松土壤和降低盐分的作用的原因:
生物基磺酸盐的原料为树叶中的木质素。木质素是一种广泛存在于植物体中的无定型,分子结构中含有氧代苯丙醇或其衍生物结构单元的芳香型聚合物。木质素分子是由它的基本结构单元连接在一起的网状分子,分子中含有甲氧基、羟基、酚轻基等官能团,因此,木质素可以进行多种化学改性反应,如磺化。磺化后的生物基磺酸盐含有大量的-OH键,可以和水分子以氢键形式结合。当将其加入土壤后,生物基磺酸盐与水分子中氢键的缔合,多余水分释放出来;同时,土壤表面便形成一层稳定的溶剂化水膜,颗粒之间因这层水膜的隔离而得到润滑,磺化后的生物基硫酸盐兼有生物大分子和聚电解质的多重性质,使生物基磺酸盐具有很好的吸附性能,可以吸附由于水分释放而生成的盐分离子,从而达到润湿、疏松土壤和降低盐分的作用。
与现有技术相比,本发明的特点在于:
1、本发明采用排盐管的工程措施,防止地下水水位的升高,可以抑制土壤表层返盐,避免表层土壤发生次生盐渍化危害;
2、本发明采用废弃铁尾矿作为客土,废弃碎石作为滤料,城市废弃物树叶作为生物基磺酸盐的原料,它们的资源化利用具有环保、经济的特点;
3、本发明所述的改良剂生物基磺酸盐是由树叶提取的,富含多种微量元素,具有一定的肥力,促进植物的生长,由于本发明采用高温磺化的方法,高温磺化反应可以使生物基磺酸盐产品还具有很强的保湿性、吸附性,润湿、疏松土壤和降低盐分的作用,便于用于土壤修复领域;
4、本发明的方法能够改善盐碱地的理化性质,实现盐碱地质地改良的长效性,通过本方法改良的盐碱土,使土壤性能指标得到改善后种植水稻,水稻的产量显著提高。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到的各种化学试剂和化学用品如没有特殊说明,均为质量分数;本发明中的溶液若没有特殊说明,均为溶剂为水的水溶液。
本发明实施例供试土壤取自河北省海兴县的滨海盐碱地,其pH为10.37,全盐含量为3.81%;以下铁尾矿的粒度为20~50μm鞍山大孤山铁尾矿库中的铁尾矿;矿山开采中粒径大小为3~5cm的废弃碎石来源于鞍山大孤山铁矿。
下面结合实施例对本发明作进一步描述:
实施例的生物基磺酸盐的制备方法为如下步骤:
(1)树叶的处理:将树叶在105℃温度下干燥3h,粉碎粒径为2cm,制得树叶颗粒;
(2)SO3液体的制备:在反应釜中加入10kg五氧化二磷,用恒压漏斗加入4.5 L 98%的硫酸,升温至150℃,生成气体SO3,将其收集于罐中,25℃进行冷凝压缩成液体,制得;
(3)SO3/1,2-二氯乙烷溶液的制备:将1L 1,2-二氯乙烷加入步骤(2)制备SO3液体中,至含SO3的浓度为2.9mol/L,制得;
(4)磺化反应:将步骤(1)制备的树叶颗粒装入反应釜中,向反应釜中缓慢加入步骤(3)制得的SO3/1,2-二氯乙烷溶液,其加入量与树叶的质量比为1:5,进行磺化反应,温度为70℃、压力为2个大气压、时间为3h,反应结束后开启减压阀和低温循环泵,冷却至25℃;
(5)纯化:将步骤(3)磺化反应后的溶液过20目筛,放置在蒸馏瓶中,在115℃温度下蒸馏去除SO3,然后,再加入1mol/L的氢氧化钠溶液调至pH为7.0,用水溶液透析除去小分子及无机盐杂质、用3倍量乙醇清洗3次去杂质,再离心分离沉淀物、烘干,得到固体样品。
实施例1:
1、移除盐碱地的二灰土及原表层土壤,厚20cm;
2、将移除土壤后的滨海盐碱地挖出1m厚的盐碱土,获得土壤A;
3、在深坑底部设置纵横相连的排盐管,排盐管采用直径10cm的PVC螺纹管,在深度为1m的坑底设置间隔为10m的一级排盐管,同时,每隔10m设置垂直方向的二级排盐管,其与一级排盐管交叉处相互连接,排盐管的末端与市政排水管道相连接,管线坡降比为0.2,在一侧的排盐管螺纹凹槽内均匀打孔10mm×2mm,每米均匀打孔20个,以收集排出水;
4、使用矿山开采中粒径大小为5cm的废弃碎石作为滤料铺设在排盐管底部及两侧,铺设厚度及宽度均为15cm,其外侧尤其是接口处以及管道两端,采用土工布包裹以防止土壤颗粒堵塞管壁上的小孔,滤料铺设完成后,在碎石层上铺设一层土工布;
5、用生物基磺酸盐作为改良剂,将改良剂与铁尾矿混合均匀,铁尾矿与改良剂的质量比为15:1;,获得土壤B;
6、土壤A与土壤B,按照质量比10:1均匀混合,然后,回填土坑,并在原土层高度的基础上抬高地面50cm。
实施例2
方法步骤同实施例1,不同点在于:
1、将移除土壤后的滨海盐碱地挖出1.6m的盐碱土,获得土壤A,在深坑底部深度为1.8m处,设置排盐管;
2、将土壤A和土壤B均匀混合后,回填土坑,并在原土层高度的基础上抬高地面100cm。
实施例3
方法步骤同实施例1,不同点在于:
1、将土壤A和土壤B均匀混合后,回填土坑,并在原土层高度的基础上抬高地面70cm;
2、在深坑底部设置纵横相连的排盐管,采用直径15cm的PVC螺纹管,在一侧的排盐管螺纹凹槽内均匀打孔10mm×2mm,每米均匀打孔25个,以收集排出水。
实施例4
方法同实施例1,不同点在于:
1、所设置的排盐管,其布设深度约为2.2m;
2、在深坑底部设置纵横相连的排盐管,每隔12m设置垂直方向的二级排盐管,排盐管的末端与市政排水管道相连接,管线坡降比为0.1;
3、所铺设尾碎石,其粒径大小为3cm。
实施例5
方法同实施例1,不同点在于:
纵横相连的一级排盐管与二级排盐管的间距均为50m。
实施例6
方法同实施例1,不同点在于:
1、将铁尾矿与生物基磺酸盐的质量比为5:1混合后得到土壤B;
2、土壤A与土壤B质量比为7:1混合。
实施例7
方法同实施例1,不同点在于:
1、将铁尾矿与生物基磺酸盐的质量比为10:1混合后得到土壤B;
2、土壤A与土壤B质量比为5: 1混合。
实施例8
方法同实施例1,不同点在于:
1、将铁尾与矿生物基磺酸盐的质量比为20:1混合后得到土壤B;
2、混合土壤A与土壤B,其质量比为4:1。
表1 实施例土壤主要改善指标及产量
Claims (5)
1.一种利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,其特征在于,如下步骤:
(1)移除盐碱地的二灰土及原表层土壤;
(2)向下挖出0.8~2m厚的盐碱土,获得土壤A,
(3)深坑底部排盐管设置:排盐管管线纵横相连,其末端与市政排水管道相连接,在所述的排盐管一侧打孔,以收集排出水,在管外侧、接口处及管道两端采用土工布包裹,防止土壤颗粒堵塞管壁孔;
(4)用粒径为2~5cm的矿山废弃碎石作为滤料,铺设在排盐管底部及两侧,铺设厚度及宽度均为10~20 cm,在碎石层上面铺设土工布;
(5)用生物基磺酸盐作为改良剂,铁尾矿与改良剂按照质量比为5~20:1均匀混合,获得土壤B;
(6)将土壤A与土壤B按照质量比为4~10:1均匀混合后,回填于原土坑,再抬高地面50~100cm;
其中步骤(5)所述的生物基磺酸盐的制备方法:将粒径为2~5cm的干燥树叶颗粒装入反应釜中,向反应釜中注入含SO3浓度为2.8~3.0 mol/L的SO3/1,2-二氯乙烷溶液,其加入量与树叶的质量比为1:1~1:5,进行磺化反应,反应的温度为70~150℃、压力为2~4个大气压、时间为0.5~4h;再将磺化反应后的溶液在110~120℃温度下蒸馏去除SO3,然后加入1mol/L的氢氧化钠溶液或氢氧化钙溶液调至pH为6.5~7.5,最后用水溶液透析、用乙醇清洗除去杂质、离心分离沉淀物、烘干成固体,制得。
2.根据权利要求1所述的利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,其特征在于,步骤(3)深坑底部排盐管设置:设置一级排盐管间距为10~50cm,每隔10~50m设置垂直方向的二级排盐管,其与一级排盐管交叉处相互连接,排盐管的末端与市政排水管道相连接,管线坡降比为0.05~0.2,所述的排盐管采用直径10~15cm的PVC螺纹管,并在一侧的螺纹凹槽内打孔,管孔的大小为10mm×2mm,每米均匀打孔20~30个,以收集排出水。
3.根据权利要求1或2所述的利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,其特征在于,步骤(3)中管线坡降比为0.1~0.2。
4.根据权利要求1所述的利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,其特征在于,步骤(4)中用粒径为3~5cm的矿山废弃碎石作为滤料。
5.根据权利要求1所述的利用排盐管、铁尾矿及改良剂修复盐碱地的方法,其特征在于,步骤(5)中与改良剂混合的铁尾矿的粒度为20~50μm。
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