CN111406546B - 一种生态护坡预制块及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生态护坡预制块及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生态护坡预制块及其制备方法和应用，生态护坡预制块的原材料由河道淤泥、固化剂、植物源纤维和微生物包膜体组成；固化剂为生石灰、粉煤灰、氧化镁和硫酸钙混合物；植物源纤维为植物秸秆；微生物包膜体为功能微生物包埋于脲醛树脂中形成；功能微生物为里氏木霉Trichoderma reeseiT131和枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisD9。通过固化剂将淤泥、植物源纤维和微生物包膜体固化成型，制成具有截留水体污染物、定植植物和护坡作用的生态护坡预制块。在生态护坡预制块中预附着耐盐植物种子或者生态护坡预制块铺设后在预制块表面喷洒耐盐植物种子。在遇水液化、降雨塌陷的海涂粉砂质岸坡使用，污水氮截留率达15%~55%，植物定植成功率提升10~30倍，植物生物量提升5~10倍。

Description

一种生态护坡预制块及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于植被恢复生态学与工程材料学技术领域，具体涉及一种生态护坡预制块及其制备方法和应用。
背景技术
我国沿海滩涂地区多为粉砂质土壤，具有无结构、遇水易液化、雨后易塌陷的特点。生态方法对于提高海涂岸坡、沟渠、海堤等护坡稳定性，促进植被建设的效果最好。但当地土壤物理性状差、含盐量高、有机质和氮磷等养分含量低，导致植物定植困难，滩涂生态功能差。土壤质量低和植被匮乏间形成恶性循环，成为海岸带生态建设的主要障碍。
传统的混凝土护坡具有水泥、砂石用量大的问题，海岸带上大规模使用消耗大量资源。我国河流湖泊众多，在河道清淤过程中产生了大量疏浚淤泥。河道淤泥具有体量大、有机物浓度高、孔隙大等特点，处置不当会对周围环境产生二次污染。将河道淤泥视为“可再生资源”加以开发利用，可以实现淤泥无害化处理，同时有效减少固体废弃物的产生。利用河道淤泥生产一种用于海涂区域具截污和植被定植功能的生态护坡预制块，可一并解决淤泥合理处置和海涂生态岸坡防护材料需求的问题，同时实现海岸带的生态建设。
微生物是有机物质分解最重要的参与者，通过将河道淤泥中的有机质和植物源纤维分解转化成碳源物质，与截留污水中的氮素反应，实现对内陆污染物的拦截，减少其向海洋的排放。同时植物根际环境中碳氮比的改善，有利于植物快速吸收营养元素，加速定植。
因此，利用生物技术开发出一种适用于海涂粉砂质土壤环境的、能够截留水体污染物、促进植物定植生态护坡工程产品对于生态建设具有重要意义。
发明内容
目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种生态护坡预制块及其制备方法和应用，用于海涂区域具截污和植被定植功能，供沿海滩涂截留内陆污染物和促进植物定植之用，开发出功能微生物、河道淤泥和植物源纤维高附加值利用新途径。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种生态护坡预制块，所述生态护坡预制块的原材料由河道淤泥、固化剂、植物源纤维和微生物包膜体组成；所述固化剂为生石灰、粉煤灰、氧化镁和硫酸钙混合物；所述植物源纤维为植物秸秆；所述微生物包膜体为功能微生物包埋于脲醛树脂中形成；所述功能微生物为里氏木霉Trichoderma reeseiT131和枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisD9。
在一些实施例中，所述固化剂的组成为：3~5质量份生石灰，4~5质量份粉煤灰，0.2~1质量份氧化镁，1~2质量份硫酸钙。
在一些实施例中，所述植物源纤维以秸秆贯穿或是秸秆颗粒的形式复合形式存在生态护坡预制块中。
在一些实施例中，所述微生物包膜体包括：1质量份脲醛树脂，10~25质量份里氏木霉Trichodermareesei T131菌剂，菌剂含菌量>1×109 cfu*g-1；5~10质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂，菌剂含菌量>1×1010 cfu*g-1。进一步的，在一些实施例中，所述脲醛树脂中，甲醛和尿素摩尔比为1.7~2.6:1。
所述里氏木霉Trichoderma reeseiT131，于2014年5月21日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌株保藏号为CGMCC NO. 9229；
所述枯草芽孢杆菌Bacillus subtilisD9，于2014年5月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌株保藏号为CGMCC NO. 9170。
第二方面，提供所述的生态护坡预制块的制备方法，包括：
（1）固化剂的制备：将3~5质量份生石灰、4~5质量份粉煤灰、0.2~0.8质量份氧化镁和1~2质量份硫酸钙粉混合均匀，得固化剂；
（2）微生物包膜体的制备
将10~25质量份里氏木霉Trichoderma reesei T131菌剂和5~10质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂与1质量份脲醛树脂液体混合，加0.1~0.3%质量份凝固剂氯化铵搅拌均匀，喷雾造粒，得微生物包膜体；
（3）生态护坡预制块的制备
方法一：a、将植物秸秆经干燥、挤压和切割成粒四道工序，制成级配分别为5~10mm、10~15mm和15~20mm粒径的骨料；
b、在秸秆骨料表面喷洒2~3遍水，将1~2质量份秸秆骨料、5~6质量份河道淤泥和1~2质量份固化剂混合，搅拌期间最终水胶比为0.25~0.4，搅拌均匀，得生态护坡预制块浆体；
c、将200~500质量份生态护坡预制块浆体和1~5质量份微生物包膜体混合，搅拌均匀，倒入钢制模具中，28~33℃环境下固化成型，24~48h后略微松开模具，养护20~28天，即得生态护坡预制块；
或，方法二：a、将35~125质量份固化剂和165~375质量份脱水河道淤泥混合，按最终水胶比0.25~0.4添加水，加入1~5质量份微生物包膜体，搅拌均匀，即得生态护坡预制块浆体；
b、将1~2质量份植物秸秆经清洗、干燥，垂直均匀放置在模具中，倒入2~3质量份生态护坡预制块浆体，震荡至浆体完全填充秸秆间孔隙，继续补充生态护坡预制块浆体，直至模具充满，28~33℃环境下固化成型，24~48h后略微松开模具，养护20~28天，表层喷布草籽胶液，即得生态护坡预制块。
在一些实施例中，所述河道淤泥自然风干脱水处理，最终质量含水量为30%~55%；
生态护坡预制块在空气中充分稳定，pH降至7~8，目标孔隙率12~36%；生态护坡预制块厚度为4~20cm。
第三方面，提供所述的生态护坡预制块在海涂粉砂质土壤区域护坡中的应用。在生态护坡预制块中预附着耐盐植物种子或者生态护坡预制块铺设后在预制块表面喷洒耐盐植物种子。在遇水液化、降雨塌陷的海涂粉砂质岸坡使用，污水氮截留率达15%~55%，植物定植成功率提升10~30倍，植物生物量提升5~10倍。
有益效果：本发明提供的一种生态护坡预制块及其制备方法和应用，利用淤泥、植物源纤维、固化剂和功能微生物制得用于海涂区域具截污和植被定植功能的生态护坡预制块，其制品具有如下优点：
1）所选功能微生物菌株能够充分利用护坡预制块的碳源和水体中氮素合成菌体物质或者转化成植物营养物质，实现固持水体中氮素功能，试验结果表明，该产品污水氮截留率15%~55%。
2）该产品在植物定植困难的海涂粉砂土地区和在遇水液化、降雨塌陷的粉砂质岸坡使用，植物定植成功率可以提升10~30倍，岸坡稳定性大幅度提高。
3）该产品实现了河道淤泥的高效资源化利用，在功能微生物的分解作用下，可以持续为坡面植物提供营养物质，促进植物对养分的吸收，试验结果表明，该产品的使用可提升植物生物量5~10倍。
4）由于是可生物降解生态护坡预制块，在自然环境下可分解完全，对土壤、水和大气环境无毒害，不会造成二次污染以及额外的人工作业量。
附图说明
图1为本发明实施例一中生态护坡预制块的整体示意图；
图2为本发明实施例二中生态护坡预制块的应用效果图；
图3为本发明实施例一中生态护坡预制块对植株生物量的影响；
图4为本发明实施例二中生态护坡预制块对植株生物量的影响。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例一
① 生态护坡预制块固化剂的制备
将4质量份生石灰、5质量份粉煤灰、0.5质量份氧化镁和2质量份硫酸钙粉，混合均匀，即得产品所需固化剂。
② 微生物包膜体的制备
将15质量份里氏木霉Trichoderma reesei T131菌剂和8质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂与1质量份脲醛树脂液体混合，加0.2%质量份凝固剂氯化铵搅拌均匀，喷雾造粒，即得微生物包膜体。
③ 生态预制块的制备
a、将植物秸秆经干燥、挤压和切割成粒四道工序，制成级配分别为5~10mm、10~15mm和15~20mm粒径的骨料；
b、在秸秆骨料表面喷洒2~3遍水，将2质量份秸秆骨料、6质量份河道淤泥和2质量份固化剂混合，搅拌期间最终水胶比为0.3，搅拌均匀，即得生态护坡预制块浆体；
c、将200质量份生态护坡预制块浆体和1质量份微生物包膜体混合，搅拌均匀，倒入钢制模具中，28℃环境下固化成型，48h后略微松开模具，养护20~28天，即得生态护坡预制块。
④ 生态护坡预制块的应用
江苏盐城沿海垦区，土壤质地为粉砂质无结构盐土，海堤背海面进行护坡。
设置三个处理，分别为：1、对照，2、混凝土透水砖护坡，3、本发明的生态护坡预制块护坡（图1）。
分别采用混凝土透水砖处理和本发明的生态护坡预制块进行粉砂质海堤背海面边坡防护。在没有做防护的边坡（对照）、混凝土透水砖护坡和生态护坡预制块护坡区域，在表面喷洒狗牙根草籽，播种密度30g/m2。栽种90天后测定每个处理狗牙根草的生物量。
不同处理的植株生物量测定如图3所示，相较于对照处理，混凝土透水砖护坡狗牙根草生物量提升了1.82倍，生态护坡预制块护坡生物量提升了3.58倍。
实施例二
① 生态护坡预制块固化剂的制备
将5质量份生石灰、5质量份粉煤灰、0.8质量份氧化镁和2质量份硫酸钙粉，混合均匀，即得产品所需固化剂。
② 微生物包膜体的制备
将25质量份里氏木霉Trichoderma reesei T131菌剂和10质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂与1质量份脲醛树脂液体混合，加0.3质量份凝固剂氯化铵搅拌均匀，喷雾造粒，即得微生物包膜体。
③ 生态预制块的制备
a、将80质量份固化剂和270质量份脱水河道淤泥混合，按最终水胶比0.35添加水，加入3质量份微生物包膜体，搅拌均匀，即得生态护坡预制块浆体；
b、将2质量份植物秸秆经清洗、干燥，垂直均匀放置在模具中，倒入3质量份生态护坡预制块浆体，震荡至浆体完全填充秸秆间孔隙，继续补充生态护坡预制块浆体，直至模具充满，28℃环境下固化成型，48h后略微松开模具，继续养护28天，表层喷布草籽胶液，即得生态护坡预制块。
④ 生态护坡预制块的应用
在江苏盐城沿海滩涂垦区内，土壤质地为粉砂质无结构盐土，垦区内水产养殖排水河道岸坡防护。
设置三个处理，分别为：1、对照（无防护），2、护坡砖护坡，3、本发明的生态护坡预制块护坡（图2）。
分别采用混凝土透水砖处理和本发明的生态护坡预制块进行粉砂质海堤背海面边坡防护。在没有做防护的边坡（对照）、护坡砖护坡和生态护坡预制块护坡区域，在表面喷洒碱茅草籽，播种密度30g/m2。栽种90天后测定每个处理碱茅的生物量。
不同处理的植株生物量测定如图4所示，相较于对照处理，护坡砖护坡碱茅生物量提升了1.94倍，生态护坡预制块护坡生物量提升了3.13倍。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生态护坡预制块，其特征在于，所述生态护坡预制块的原材料由河道淤泥、固化剂、植物源纤维和微生物包膜体组成；
所述固化剂为生石灰、粉煤灰、氧化镁和硫酸钙混合物；
所述植物源纤维为植物秸秆；
所述微生物包膜体为功能微生物包埋于脲醛树脂中形成；所述功能微生物为里氏木霉Trichoderma reesei T131和枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9；所述里氏木霉Trichoderma reesei T131，于2014年5月21日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌株保藏号为CGMCC NO. 9229；
所述枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9，于2014年5月16日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏地址为北京市朝阳区北辰西路1号院3号，菌株保藏号为CGMCC NO. 9170。
2.根据权利要求1所述的生态护坡预制块，其特征在于，所述固化剂的组成为：3~5质量份生石灰，4~5质量份粉煤灰，0.2~1质量份氧化镁，1~2质量份硫酸钙。
3.根据权利要求1所述的生态护坡预制块，其特征在于，所述植物源纤维以秸秆贯穿或是秸秆颗粒的形式复合于生态护坡预制块中。
4.根据权利要求1所述的生态护坡预制块，其特征在于，所述微生物包膜体包括：1质量份脲醛树脂，10~25质量份里氏木霉Trichodermareesei T131菌剂，菌剂含菌量>1×109cfu*g-1；5~10质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂，菌剂含菌量>1×1010 cfu*g-1。
5.权利要求1-4任一项所述的生态护坡预制块的制备方法，其特征在于，包括：生态护坡预制块的制备：
方法一：a、将植物秸秆经干燥、挤压和切割成粒工序，制成级配分别为5~10mm、10~15mm和15~20mm粒径的骨料；
b、在秸秆骨料表面喷洒2~3遍水，将1~2质量份秸秆骨料、5~6质量份河道淤泥和1~2质量份固化剂混合，搅拌期间最终水胶比为0.25~0.4，搅拌均匀，得生态护坡预制块浆体；
c、将200~500质量份生态护坡预制块浆体和1~5质量份微生物包膜体混合，搅拌均匀，倒入钢制模具中，28~33℃环境下固化成型，24~48h后略微松开模具，养护20~28天，即得生态护坡预制块；
或，方法二：a、将35~125质量份固化剂和165~375质量份脱水河道淤泥混合，按最终水胶比0.25~0.4添加水，加入1~5质量份微生物包膜体，搅拌均匀，即得生态护坡预制块浆体；
b、将1~2质量份植物秸秆经清洗、干燥，垂直均匀放置在模具中，倒入2~3质量份生态护坡预制块浆体，震荡至浆体完全填充秸秆间孔隙，继续补充生态护坡预制块浆体，直至模具充满，28~33℃环境下固化成型，24~48h后略微松开模具，养护20~28天，表层喷布草籽胶液，即得生态护坡预制块。
6.根据权利要求5所述的生态护坡预制块的制备方法，其特征在于，所述固化剂的制备方法包括：将3~5质量份生石灰、4~5质量份粉煤灰、0.2~0.8质量份氧化镁和1~2质量份硫酸钙粉混合均匀，得固化剂。
7.根据权利要求5所述的生态护坡预制块的制备方法，其特征在于，所述微生物包膜体的制备方法包括：将10~25质量份里氏木霉Trichoderma reesei T131菌剂和5~10质量份枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis D9菌剂与1质量份脲醛树脂液体混合，加0.1~0.3%质量份凝固剂氯化铵搅拌均匀，喷雾造粒，得微生物包膜体。
8.根据权利要求5所述的生态护坡预制块的制备方法，其特征在于，所述河道淤泥自然风干脱水处理，最终质量含水量为30%~55%。
9.根据权利要求5所述的生态护坡预制块的制备方法，其特征在于，生态护坡预制块在空气中充分稳定，pH降至7~8，目标孔隙率12~36%；生态护坡预制块厚度为4~20cm。
10.权利要求1-4任一项所述的生态护坡预制块在海涂粉砂质土壤区域护坡中的应用。
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