CN111264370A - 一种尾矿库修复生态毯的生产系统及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种尾矿库修复生态毯的生产系统，包括藻类/苔藓混合液培育装置、混合藻液存储装置、生态毯骨架装置及喷淋装置，所述藻类/苔藓混合液培育装置用于藻类和苔藓的扩大培养；所述混合藻液存储装置用于存储扩大培养后的藻液待用；所述生态毯骨架装置包括底板和周边的支撑板，用于承重生态毯的主体材料；所述喷淋装置包括喷淋管和喷淋头，喷淋管上设有蠕动泵提供动力，喷淋头位于生态毯骨架装置正上方并且与喷淋管的出口端连接，所述喷淋管进口端连通所述混合藻液存储装置，从而喷淋装置实现将混合藻液喷淋至生态毯的表面。本发明可生产出对尾矿库生态环境具有修复功能的生态毯，在尾矿库的生态修复实际应用中发挥重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及矿山生态修复技术领域，具体地，是指一种尾矿库修复生态毯的生产系统及生产方法。
背景技术
我国现存金属尾矿库面积较大，金属矿产开采及开采后尾矿堆放等相关过程引发的生态环境问题较为突出。2018年8月，随着《中华人民共和国土壤污染防治法》的颁布及实施，我国土壤污染修复事业逐渐步入正轨。以金属尾矿库为代表的矿业废弃地作为下游农田、地表水和地下水等重金属污染的重要源头，其尾矿基质疏松多孔，富含硫及多种重金属，保水保肥性极差而完全有别于一般意义的土壤，普通植物难以在尾矿库存活。
当前鲜有针对尾矿库“酸、毒、瘠”的生态环境问题而设的生产系统及生产方法，传统相关发明专利主要集中于通过调控毛细管数量，水分和光照等来人工扩繁干旱区土壤生物结皮；设计用于模拟降雨实验的生物结皮原状土取样装置，以及用于干旱区生物结皮土壤磨片的采样及存储装置等。然而，由于尾矿库通常较为偏僻且管护成本高，以及尾矿砂本身保水性极差等特性，若仅仅利用微生物或植物修复来重建尾矿库的植被，虽然短期内植被可以恢复，但尾矿库植被恢复的长期生态可持续性则有待商榷。
发明内容
鉴于传统方法重建植被后的生态可持续性较差，亟待异位构建适宜矿区环境的绿色高效可行的修复模式，本发明提供了一种尾矿库修复生态毯的生产系统及生产方法，用以生产生态毯来修复尾矿库的生态环境。
为解决上述技术问题，本发明提供一种尾矿库修复生态毯的生产系统，包括藻类/苔藓混合液培育装置、混合藻液存储装置、生态毯骨架装置及喷淋装置，其中：
所述藻类/苔藓混合液培育装置用于藻类和苔藓的扩大培养；
所述混合藻液存储装置用于存储扩大培养后的混合藻液待用；
所述生态毯骨架装置包括底板和周边的支撑板，用于承重生态毯的主体材料，生态毯骨架装置将生态毯的主体材料塑形为各种形状的块状结构；
所述喷淋装置包括喷淋管和喷淋头，喷淋管上设有蠕动泵提供动力，喷淋头位于生态毯骨架装置正上方并且与喷淋管的出口端连接，所述喷淋管进口端连通所述混合藻液存储装置，从而喷淋装置实现将混合藻液快速均匀喷淋至生态毯的表面。
进一步地，所述藻类/苔藓混合液培育装置包括光照培养温室和设于其内的玻璃培养装置；所述玻璃培养装置中设有BG11藻类培养基，所述光照培养温室的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1。
本发明采用经典的BG11藻类培养基(pH 7.4)，详细配方如下表所示：
| 编号 | 培养基成分 | 浓度g L<sup>-1</sup> |
| 1 | NaNO<sub>3</sub> | 1.5 |
| 2 | K<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub> 3H<sub>2</sub>O | 0.04 |
| 3 | MgSO<sub>4</sub> 7H<sub>2</sub>O | 0.075 |
| 4 | CaCl<sub>2</sub> 2H<sub>2</sub>O | 0.036 |
| 5 | Citric acid(柠檬酸) | 0.006 |
| 6 | Ferric ammonium citrate | 0.006 |
| 7 | EDTA | 0.001 |
| 8 | Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | 0.02 |
| 9 | Trace metal mix A5+Co* | 1mL L<sup>-1</sup> |
| 9.1 | H<sub>3</sub>BO<sub>3</sub> | 2.86g L<sup>-1</sup> |
| 9.2 | MnCl<sub>2</sub> 4H<sub>2</sub>O | 1.81g L<sup>-1</sup> |
| 9.3 | ZnSO<sub>4</sub> 7H<sub>2</sub>O | 0.222g L<sup>-1</sup> |
| 9.4 | Na<sub>2</sub>MoO<sub>4</sub> 2H<sub>2</sub>O | 0.390g L<sup>-1</sup> |
| 9.5 | CuSO<sub>4</sub> 5H<sub>2</sub>O | 0.079g L<sup>-1</sup> |
| 9.6 | Co(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> 6H<sub>2</sub>O | 0.0494g L<sup>-1</sup> |
进一步地，所述藻类/苔藓混合液培育装置还包括有搅拌装置，以加快水流和丝状藻类的运移、生长；所述搅拌装置可以设置在玻璃培养装置中，包括电动机和搅拌桨，搅拌装置倒扣于玻璃培养装置的上方，通过上部的电动机带动下部的搅拌桨实现对培养基的搅拌；此外，所述搅拌装置也可以是光照培养温室本身自带的结构，又或者是光照培养温室中放置一个合适大小的摇晃仪或者震动仪实现培养基的充分流动。
进一步地，所述混合藻液存储装置为透明容器，其中同样设有搅拌装置，以加快水流和丝状藻类的运移、生长；所述搅拌装置可以设置在混合藻液存储装置中，包括电动机和搅拌桨，搅拌装置倒扣于混合藻液存储装置上，通过上部的电动机带动下部的搅拌桨实现对培养基的搅拌。
进一步地，为了便于后期生态毯的运输以及生态毯在尾矿库上的固定，生态毯骨架装置还包括有通过榫卯结构固定而成的框架。
进一步地，所述生态毯骨架装置的底板和支撑板采用瓦楞板制成，瓦楞板质轻，而且可以达到一定的硬度，后期还便于分解不会产生垃圾残留。
进一步地，所述生态毯的主体材料为耐性植物种子、秸秆生物炭、植物凋落物、以及金属原生尾矿砂的混合物。
一种尾矿库修复生态毯的生产方法，包括如下步骤：
(1)藻类/苔藓混合液培育
将BG11藻类液体培养基加入透明玻璃培养装置中，然后加入藻类/苔藓混合液并在光照培养温室中连续培养1-2周；
(2)混合液存储待用
将培育好的藻类/苔藓混合液加入透明的存储容器中待用；
(3)搭建生态毯骨架装置
搭建由底板和周边的支撑板组成的生态毯骨架装置，用于接收生态毯的主体材料；
(4)生态毯生产
将耐性植物种子，秸秆生物炭，植物凋落物和尾矿砂按比例混合成的生态毯主体材料加入生态毯骨架装置中，然后用喷淋装置的喷淋管配合蠕动泵吸取藻类混合液至喷淋头，在生态毯骨架装置上方喷洒混合藻液存储装置中的混合液至生态毯主体材料上持续5-10min，然后将喷淋完成后的生态毯放在玻璃温室中培养，约15-30天即可形成生态毯。
进一步地，所述步骤(1)中，光照培养温室的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1。
进一步地，所述步骤(4)中，耐性植物种子，秸秆生物炭，植物凋落物和尾矿砂的加入比例为质量比1:1:2:100，且所述耐性植物种子包括莎草种子、节节草种子、马尾松种子、翅荚决明种子中的一种或多种。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，可以生产出对尾矿库具有修复功能的生态毯，该生态毯利用矿区生物结皮中的藻类混合液构建生态毯主体部分的结皮层，保水保肥。混合液中的藻类及微生物还可以实现固碳和固氮，同时还可以形成水汽隔绝层，进而防止因硫化矿物氧化而引起的金属活化及淋溶释放对地表水及地下水的污染；利用秸秆生物炭固化重金属，利用植物凋落物提供缓释有机质，利用原生尾矿驯化土著微生物，生物结皮中的藻类，苔藓及细菌、真菌等来协同完成尾矿库的修复任务。
附图说明
图1为本发明的生产系统的结构示意图；
图2为本发明可拼接的生态毯的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本实施例的尾矿库修复生态毯的生产系统，包括藻类/苔藓混合液培育装置1、混合藻液存储装置2、生态毯骨架装置3及喷淋装置4，其中：
所述藻类/苔藓混合液培育装置1用于藻类和苔藓的扩大培养；
所述混合藻液存储装置2用于存储扩大培养后的混合藻液待用；
所述生态毯骨架装置3包括底板31和周边的支撑板32，用于接收生态毯的主体材料，生态毯骨架装置3对生态毯的主体材料进行塑形成各种形状的块状结构；本实施例中生态骨架装置3为方形结构，对应的生态毯产品也会被塑造成方形结构，显而易见地，还可以改变生态毯骨架装置3的形状，让产品更加的美观或多样；
所述喷淋装置4包括喷淋管41和喷淋头42，喷淋管41上设有蠕动泵43提供动力，喷淋头42位于生态毯骨架装置3正上方并且与喷淋41管的出口端连接，所述喷淋管41进口端连通所述混合藻液存储装置2，从而喷淋装置4实现将混合藻液喷淋至生态毯主体材料的表面。
进一步地，所述藻类/苔藓混合液培育装置1包括光照培养温室11和设于其内的玻璃培养装置12；所述玻璃培养装置12中设有BG11藻类培养基，所述光照培养温室11的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1。
进一步地，所述藻类/苔藓混合液培育装置1还包括有搅拌装置(图中未示出)，以加快水流和丝状藻类的运移、生长；所述搅拌装置可以设置在玻璃培养装置中，包括电动机和搅拌桨，搅拌装置倒扣于玻璃培养装置的上方，通过上部的电动机带动下部的搅拌桨实现对培养基的搅拌；此外，所述搅拌装置也可以是光照培养温室11本身自带的结构，又或者是光照培养温室11中放置一个合适大小的摇晃仪或者震动仪实现培养基的充分流动。
进一步地，所述混合藻液存储装置2为透明容器，其中同样设有搅拌装置，以加快水流和丝状藻类的运移、生长；所述搅拌装置可以设置在混合藻液存储装置中，包括电动机和搅拌桨，搅拌装置倒扣于混合藻液存储装置上，通过上部的电动机带动下部的搅拌桨实现对培养基的搅拌。
进一步地，为了便于后期生态毯的运输以及生态毯在尾矿库上的固定，生态毯骨架装置3还包括有通过榫卯结构固定的框架33；所述生态毯骨架装置3的底板31和支撑板32采用瓦楞板制成，瓦楞板质轻，而且可以达到一定的硬度，后期还便于分解不会产生垃圾残留。生态毯骨架装置3将生态毯的主体材料塑形为各种形状的块状结构，因此，作为一个优选实施例，生态毯的形状可以被生态毯骨架装置3塑形成各种可以相互拼接的形状，如图2所示的生态毯之间可以相互拼接。
本实施例的尾矿库修复生态毯的生产方法，包括如下步骤：
(1)藻类/苔藓混合液培育
将BG11藻类液体培养基加入直径30-50cm的透明玻璃培养装置中，然后加入藻类/苔藓混合液并在光照培养温室中连续培养1-2周，光照培养温室的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1；
(2)混合液存储待用
将培育好的藻类混合液加入30×50×10cm的透明存储容器中待用；
(3)搭建生态毯骨架装置
搭建30cm×50cm的包括底板和周边的支撑板组成的生态毯骨架装置，用于接收生态毯的主体材料；
(4)生态毯生产
将耐性植物种子，秸秆生物炭，植物凋落物和尾矿砂按质量比为1:1:2:100的比例混合成的生态毯主体材料加入生态毯骨架装置中，然后用喷淋装置的喷淋管配合蠕动泵吸取藻类混合液至喷淋头，在生态毯骨架装置上方喷洒混合藻液存储装置中的混合液至生态毯主体材料上持续5-10min，然后将喷淋完成后的生态毯放在玻璃温室中培养，约15-30天即可形成生态毯。
本实施例的耐性植物种子可以选用莎草种子、节节草种子、马尾松种子、翅荚决明种子中的一种或多种。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，包括藻类/苔藓混合液培育装置、混合藻液存储装置、生态毯骨架装置及喷淋装置，其中：
所述藻类/苔藓混合液培育装置用于藻类和苔藓的扩大培养；
所述混合藻液存储装置用于存储扩大培养后的混合藻液待用；
所述生态毯骨架装置包括底板和周边的支撑板，用于承重生态毯的主体材料，生态毯骨架装置将生态毯的主体材料塑形为各种形状的块状结构；
所述喷淋装置包括喷淋管和喷淋头，喷淋管上设有蠕动泵提供动力，喷淋头位于生态毯骨架装置正上方并且与喷淋管的出口端连接，所述喷淋管进口端连通所述混合藻液的存储装置，从而喷淋装置实现将混合藻液喷淋至生态毯的表面。
2.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述藻类/苔藓混合液培育装置包括大型光照培养温室和设于其内的玻璃培养装置；所述玻璃培养装置中设有BG11藻类培养基，所述光照培养温室的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1。
3.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述藻类/苔藓混合液培育装置还包括有搅拌装置。
4.根据权利要求3所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述混合藻液存储装置中同样设有搅拌装置。
5.根据权利要求3或4所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述搅拌装置包括电动机和搅拌桨，搅拌装置倒扣于装置上，通过上部的电动机带动下部的搅拌桨实现对培养基的搅拌。
6.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述生态毯骨架装置还包括有通过榫卯结构固定而成的框架。
7.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述生态毯骨架装置的底板和支撑板采用瓦楞板制成。
8.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产系统，其特征在于，所述生态毯的主体材料为耐性植物种子、秸秆生物炭、植物凋落物、以及金属原生尾矿砂的混合物。
9.一种尾矿库修复生态毯的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)藻类/苔藓混合液培育
将BG11藻类液体培养基加入透明玻璃培养装置中，然后加入藻类/苔藓混合液并在光照培养温室中连续培养1-2周，光照培养温室的培养条件为25-30℃，15-20μmol光子m-2S-1；
(2)混合液存储待用
将培育好的藻类/苔藓混合液加入透明的混合藻液存储装置中待用；
(3)搭建生态毯骨架装置
搭建由底板和周边的支撑板组成的生态毯骨架装置，用于承重生态毯的主体材料；
(4)生态毯生产
将耐性植物种子，秸秆生物炭，植物凋落物和尾矿砂按比例混合成的生态毯主体材料加入生态毯骨架装置中，然后用喷淋装置的喷淋管配合蠕动泵吸取藻类混合液至喷淋头，在生态毯骨架装置上方喷洒混合藻液存储装置中的混合液至生态毯主体材料上持续5-10min，然后将喷淋完成后的生态毯放在玻璃温室中培养，约15-30天即可形成生态毯。
10.根据权利要求1所述的尾矿库修复生态毯的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)中，耐性植物种子，秸秆生物炭，植物凋落物和尾矿砂的加入比例为质量比1:1:2:100，且所述耐性植物种子包括莎草种子、节节草种子、马尾松种子、翅荚决明种子中的一种或多种。
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