CN111472366A - 一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土及其制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：(1)将酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰研磨，过筛得到预制料a；(2)将城市污泥浓缩脱水，干燥，粉碎，加入铁尾矿砂混合均匀，调节含水量，然后加入粘结剂，造粒，然后送入回转窑中，500‑600℃碳化20‑30min，冷却，加入活性炭、腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；(3)将预制料a、预制料b混合均匀，然后向混合料中加入发酵菌液腐熟，腐熟温度为40‑50℃，腐熟时间为20‑40天，腐熟过程保持混合物含水量为16‑20wt％，干燥，然后加入聚马来酸酐、聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。

Description

一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土及其制备
技术领域
本发明涉及矿山边坡植被修复技术领域，尤其涉及一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土及其制备方法。
背景技术
目前矿山开采后对周边地形破坏严重，原始地形发生巨大改变，容易发生泥石流、滑坡等地质灾害，主要原因是因为生态环境发生严重破坏，植被破坏严重，对矿山周边的景色、周边住户的安全带来严重影响。
矿山边坡是矿场的重要构成要素之一，其通常指露天矿场四周的倾斜表面，包括许多已经结束采掘工作的台阶所组成的总斜坡。我国矿山露天矿最终边坡的高度，一般为100-300米，有的高达800多米，因而边坡揭露的岩层多，各空间部位的地质条件差异大，变化复杂，矿山边坡是一种极端的生态环境，不具备正常土壤的基本结构和肥力，土壤生物几乎不复存在，基本上没有具活力植物繁殖体，植物的自然定居和生态系统的原生演替过程极其缓慢；并且，矿山边坡存在地形复杂、岩多土少、占地数量大、生态修复难等问题，还经常伴随有害物质包括重金属多等影响正常生态环境的制约，非常需要一套有效的修复手段。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土及其制备方法。
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰研磨，过筛得到预制料a；
(2)将城市污泥浓缩脱水，干燥，粉碎，加入铁尾矿砂混合均匀，调节含水量，然后加入粘结剂，造粒，然后送入回转窑中，500-600℃碳化20-30min，冷却，加入活性炭、腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将预制料a、预制料b混合均匀，然后向混合料中加入发酵菌液腐熟，腐熟温度为40-50℃，腐熟时间为20-40天，腐熟过程保持混合物含水量为16-20wt％，干燥，然后加入聚马来酸酐、聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
优选地，步骤(1)中，预制料a为粒度≤10mm的颗粒。
优选地，步骤(1)中，酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰的质量比为20-40：12-20：2-8：1-10。
优选地，步骤(2)中，城市污泥、铁尾矿砂、粘结剂、活性炭、腐熟有机肥的质量比为50-100：4-15：1-5：10-20：40-100。
优选地，步骤(2)中，调节含水量至10-20wt％。
优选地，步骤(2)中，粘结剂为凹凸棒土、交联淀粉、腐植酸中至少一种。
优选地，步骤(2)中，活性炭比表面积为1000-1200m2/g，表观密度为0.35-0.38g/cm3。
优选地，步骤(2)中，腐熟有机肥的有机质含量(以干基计)为36-44％。
优选地，步骤(3)中，发酵菌液的有效菌种数为1.2-1.5×108个/g，预制料a、预制料b、发酵菌液、聚马来酸酐、聚乙烯醇的质量比为40-60：100-160：2-4：2-6：1-4。
优选地，步骤(3)所得用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的粒径为5-10mm。
对本发明所得复合改良种植土进行检测，其有机质含量为6.5-7.5g/kg，pH值为6.6-6.8；氮含量为280-320mg/kg，有效态氮含量为400-420mg/kg；磷含量为800-820mg/kg，速效磷含量为560-680mg/kg；钾含量为710-730mg/kg，速效钾含量为200-215mg/kg；钙含量为13000-14000mg/kg，游离态钙离子为5200-5600mg/kg；Mg含量为6800-7000mg/kg，游离态镁离子为710-730mg/kg；本发明各项指标均符合国家种植土的标准。
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土，由上述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法制得。
本发明的技术效果如下所示：
(1)本发明采用城市污泥与铁尾矿砂复配，不仅解决了两者大量堆存造成资源浪费与环境污染的问题，而且实现两者的资源化利用，变废为宝，提高了资源的有效利用率。城市污泥经过脱水后与铁尾矿砂复配并经过制粒，经过特定温度热解并碳化，由于其多孔结构不仅可改善土壤的透气性，并且可有效防止土壤板结硬化，还具有良好的吸收性与固定性，有效防止营养物质的流失，同时成本低廉。
(2)本发明采用预制料a与预制料b混合后经发酵菌液复配发酵，不仅可促进植物的生长，并可改良土壤的酸碱环境，改良土壤肥力，有利于被污染土壤的修复，而且可在植物的根部能保持水分，溶解无机化肥进而减少化肥的流失，活化土壤养分，改善植物的生长环境，由于其生物活性可以刺激土壤中的有益微生物的繁殖和生长，刺激植物根部的发育，增加作物的产量，对于重金属吸收和植物快速生长具有良好的作用。
(3)本发明采用聚马来酸酐与聚乙烯醇复配包膜制粒后，可以调节营养物质的降解速率，进一步调节土壤酸碱性，营养物质均匀分散其中，在土壤堆肥作用下逐渐产生众多微孔，营养物质也随之缓慢释放，既达到肥力的长效性，也能防止化肥的流失。
(4)本发明选用对重金属具有超富集能力的植物作为修复植物，在种植土的使用过程中，将矿山边坡的土壤表层进行翻耕，使种植土与土壤充分混合，每年添加种植土1-3次，不仅可以处置大量矿山固体废弃物，节省用土，而且抗水土流失能力较强，不易产生水土流失现象。采用本发明所得人工种植土进行造地或复垦，不仅能大量地利用和处置矿山固体废弃物，而且还能够快速地实现矿山生态恢复，对防止泥石、水土流失、环境污染等环境问题起到较有效的控制作用，更有利于矿山生态修复与重建。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将20kg酒糟、20kg甘蔗渣、2kg硅藻土、10kg粉煤灰混合研磨，过筛得到粒度≤10mm的颗粒，得到预制料a；
(2)将50kg城市污泥送入浓缩机进行脱水，干燥并粉碎，加入15kg铁尾矿砂混合均匀，加水至含水量为10wt％，然后加入5kg凹凸棒土，送入造粒机造粒成粒径为1.2mm的颗粒，然后送入回转窑中碳化30min，碳化温度为500℃，冷却，加入20kg比表面积为1004m2/g且表观密度为0.38g/cm3的活性炭、40kg有机质含量(以干基计)为44％的腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将40kg预制料a、160kg预制料b混合均匀，然后向混合料中加入2kg有效菌种数为1.5×108个/g的发酵菌液进行腐熟，腐熟温度为40℃，腐熟时间为40天，腐熟过程保持混合物含水量为16wt％，干燥至含水量8wt％，然后加入2kg聚马来酸酐、4kg聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到粒径为8mm的用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
实施例2
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将40kg酒糟、12kg甘蔗渣、8kg硅藻土、1kg粉煤灰混合研磨，过筛得到粒度≤10mm的颗粒，得到预制料a；
(2)将100kg城市污泥送入浓缩机进行脱水，干燥并粉碎，加入4kg铁尾矿砂混合均匀，加水至含水量为20wt％，然后加入1kg交联淀粉，送入造粒机造粒成粒径为1.5mm的颗粒，然后送入回转窑中碳化20min，碳化温度为600℃，冷却，加入10kg比表面积为1193m2/g且表观密度为0.35g/cm3的活性炭、100kg有机质含量(以干基计)为36％的腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将60kg预制料a、100kg预制料b混合均匀，然后向混合料中加入4kg有效菌种数为1.2×108个/g的发酵菌液进行腐熟，腐熟温度为50℃，腐熟时间为20天，腐熟过程保持混合物含水量为20wt％，干燥至含水量6wt％，然后加入6kg聚马来酸酐、1kg聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到粒径为10mm的用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
实施例3
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将25kg酒糟、18kg甘蔗渣、4kg硅藻土、7kg粉煤灰混合研磨，过筛得到粒度≤10mm的颗粒，得到预制料a；
(2)将60kg城市污泥送入浓缩机进行脱水，干燥并粉碎，加入10kg铁尾矿砂混合均匀，加水至含水量为12wt％，然后加入4kg腐植酸，送入造粒机造粒成粒径为0.8mm的颗粒，然后送入回转窑中碳化28min，碳化温度为530℃，冷却，加入17kg比表面积为1084m2/g且表观密度为0.37g/cm3的活性炭、60kg有机质含量(以干基计)为42％的腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将45kg预制料a、140kg预制料b混合均匀，然后向混合料中加入2.5kg有效菌种数为1.4×108个/g的发酵菌液进行腐熟，腐熟温度为42℃，腐熟时间为35天，腐熟过程保持混合物含水量为17wt％，干燥至含水量7.5wt％，然后加入3kg聚马来酸酐、3kg聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到粒径为6mm的用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
实施例4
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将35kg酒糟、16kg甘蔗渣、6kg硅藻土、3kg粉煤灰混合研磨，过筛得到粒度≤10mm的颗粒，得到预制料a；
(2)将80kg城市污泥送入浓缩机进行脱水，干燥并粉碎，加入6kg铁尾矿砂混合均匀，加水至含水量为18wt％，然后加入1kg凹凸棒土、1kg腐植酸，送入造粒机造粒成粒径为1mm的颗粒，然后送入回转窑中碳化22min，碳化温度为570℃，冷却，加入13kg比表面积为1177m2/g且表观密度为0.36g/cm3的活性炭、80kg有机质含量(以干基计)为38％的腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将55kg预制料a、120kg预制料b混合均匀，然后向混合料中加入3.5kg有效菌种数为1.3×108个/g的发酵菌液进行腐熟，腐熟温度为48℃，腐熟时间为25天，腐熟过程保持混合物含水量为19wt％，干燥至含水量6.5wt％，然后加入5kg聚马来酸酐、2kg聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到粒径为7mm的用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
实施例5
一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将30kg酒糟、17kg甘蔗渣、5kg硅藻土、5kg粉煤灰混合研磨，过筛得到粒度≤10mm的颗粒，得到预制料a；
(2)将70kg城市污泥送入浓缩机进行脱水，干燥并粉碎，加入8kg铁尾矿砂混合均匀，加水至含水量为15wt％，然后加入1kg凹凸棒土、1kg交联淀粉、1kg腐植酸，送入造粒机造粒成粒径为0.5mm的颗粒，然后送入回转窑中碳化25min，碳化温度为550℃，冷却，加入15kg比表面积为1102m2/g且表观密度为0.365g/cm3的活性炭、70kg有机质含量(以干基计)为40％的腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将50kg预制料a、130kg预制料b混合均匀，然后向混合料中加入3kg有效菌种数为1.35×108个/g的发酵菌液进行腐熟，腐熟温度为45℃，腐熟时间为30天，腐熟过程保持混合物含水量为18wt％，干燥至含水量7wt％，然后加入4kg聚马来酸酐、2.5kg聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到粒径为5mm的用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
商陆(学名：Phytolacca acinosa Roxb)，商陆科、商陆属多年生粗壮草本植物。广布于长江以南红壤低丘陵地区，在中国现有分布的品种中主要有商陆(野萝卜)和垂序商陆(美商陆、美洲商陆、十蕊商陆)。各地根据其形态称其为大苋菜、山萝卜、花商陆、胭脂等。因为形态极似马齿苋科的栌兰(俗称土高丽参或土人参)而被各地误当作土人参栽种。根肥厚，肉质，圆锥形。叶卵圆形，全缘。夏秋开花，花白色，总状花序。心皮八个，离生。浆果扁球形，紫黑色。果序直立。
重金属在土壤中累积后不可降解，使得治理难度加大，目前有调查研究证明，商陆对重金属(尤其是镉、锰、锌等)具有明显的富集作用，可以有效地减少土壤中重金属的含量。
以广西某地区矿山排土场边坡为待修复场地，播种前，在边坡的每层台阶平台设置截水沟和集水槽进行引流，同时设置平台暗管逐级进行疏导，在坡面埋设排水管与截水水沟连接进行排水。
采用实施例3-5所得种植土和有机质含量(以干基计)为40％的腐熟有机肥、氮磷钾复合肥进行试验，具体如下：在4月4日至4月6日，向排土场边坡各组试验区域点播商陆种子，播种量为1kg/亩；然后向各组试验区域分别均匀施撒实施例3-5所得种植土和有机质含量(以干基计)为40％的腐熟有机肥、氮磷钾复合肥，施撒量为60kg/亩，接着进行翻耕使商陆种子与土壤充分混合；播后2年进行收获，期间进行常规种植处理，秋后待地上茎叶枯萎后采收，先割去地上茎叶，再刨出地下根。
其结果如下：
Figure BDA0002416924200000091
Figure BDA0002416924200000101
由上表可以看出，采用本发明所得种植土对矿山边坡植被修复具有明显更高的植物成活率以及明显更低的秃斑面积。
再取各组表层土壤(0-20cm)对修复前、后矿山边坡进行土壤检测，其结果如下：
Figure BDA0002416924200000102
综上所述，本发明所得种植土不仅能大量地利用和处置矿山固体废弃物，而且还能够快速地实现矿山生态恢复，对防止泥石、水土流失、环境污染等环境问题起到较有效的控制作用，更有利于矿山生态修复与重建。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰研磨，过筛得到预制料a；
(2)将城市污泥浓缩脱水，干燥，粉碎，加入铁尾矿砂混合均匀，调节含水量，然后加入粘结剂，造粒，然后送入回转窑中，500-600℃碳化20-30min，冷却，加入活性炭、腐熟有机肥混合均匀，得到预制料b；
(3)将预制料a、预制料b混合均匀，然后向混合料中加入发酵菌液腐熟，腐熟温度为40-50℃，腐熟时间为20-40天，腐熟过程保持混合物含水量为16-20wt％，干燥，然后加入聚马来酸酐、聚乙烯醇混合均匀，造粒，得到用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土。
2.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预制料a为粒度≤10mm的颗粒。
3.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，酒糟、甘蔗渣、硅藻土、粉煤灰的质量比为20-40：12-20：2-8：1-10。
4.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，城市污泥、铁尾矿砂、粘结剂、活性炭、腐熟有机肥的质量比为50-100：4-15：1-5：10-20：40-100。
5.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，调节含水量至10-20wt％；优选地，粘结剂为凹凸棒土、交联淀粉、腐植酸中至少一种。
6.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，活性炭比表面积为1000-1200m2/g，表观密度为0.35-0.38g/cm3。
7.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，腐熟有机肥的有机质含量(以干基计)为36-44％。
8.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，发酵菌液的有效菌种数为1.2-1.5×108个/g，预制料a、预制料b、发酵菌液、聚马来酸酐、聚乙烯醇的质量比为40-60：100-160：2-4：2-6：1-4。
9.根据权利要求1所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法，其特征在于，步骤(3)所得用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的粒径为5-10mm。
10.一种用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土，其特征在于，由权利要求1-9所述用于矿山边坡植被修复用复合改良种植土的制备方法制得。
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