CN111675341A - 一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及矿山生态修复与环境治理领域，具体涉及一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统及应用。本发明通过设置边坡修复模块和人工湿地修复模块，并限定其各自具体构造及二者之间的长度关系，建立尾矿库边坡及其坡底延伸区域生态修复系统；本发明对坝体边坡进行安全加固和土地整治后，利于后续植物的种植；在特定时期对人工湿地修复模块的底泥土壤进行生态修复，修复剂为植物制成的生物炭。本发明在抑制尾矿库边坡重金属污染物迁移的同时，实现尾矿库边坡及其缓冲区域的生态系统功能提升，对生态资源进行循环利用，节省修复成本，进一步提升尾矿库生态修复和污染治理的效果。

Description

一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统及应用
技术领域
本发明涉及矿山生态修复与环境治理领域，具体涉及一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统及应用。
背景技术
尾矿库是指用以贮存金属、非金属矿山进行矿山选别后排出尾矿的场所。尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流的危险源，而金属矿尾矿库则是天然的重金属污染源。在长达十多年甚至数十年的时间里，各种自然的和人为的不利因素都会直接威胁着它的安全。事实一再表明，尾矿库一旦失事，必将对下游人民的生命财产造成严重损失。
尾矿库的酸性废水含有大量铜、铅、锌、镉、汞、砷、锰、铬等重金属离子。如不经处理直接排放到矿山附近的河流、湖泊等水体中，会对环境造成严重的危害。且重金属在土壤中滞留的时间更长，很难被植物和微生物降解。
专利号为201811589860、申请日为2018年12月25日的发明专利公开了一种尾矿库闭库系统及方法、光伏发电系统、生态修复方法，通过尾矿库闭库的坝体、沉积滩面和排水系统的整治，循环利用废弃石及尾砂作为闭库材料，在闭库系统中安装光伏发电系统，实现尾矿库、废弃矿石、采空区、塌陷沉降区等已污染废弃场地的安全治理、综合利用。但是，现有技术忽视了尾矿库及其周边环境污染风险，未能构建尾矿库边坡的完整的生态系统循环结构，且传统的人工湿地缺少对土壤和废水的协同治理，造成治理成效慢，去除成效不稳定。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中对尾矿库的重金属污染治理和生态修复效果不佳的问题，本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，通过设置边坡修复模块和人工湿地修复模块，并限定其各自具体构造及二者之间的长度关系，建立尾矿库边坡及其坡底延伸区域生态修复系统，在抑制尾矿库边坡重金属污染物迁移的同时，实现尾矿库边坡及其缓冲区域的生态系统功能提升。
进一步地，本发明还提供一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，使用了上述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，对边坡进行土地整治后，利于后续植物的种植；在特定时期对人工湿地修复模块的底泥土壤进行生态修复，修复剂为植物制成的生物炭，对生态资源进行循环利用，节省修复成本，进一步提升尾矿库生态修复和污染治理的效果。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，设置于尾矿库边坡及坡底延伸区，包括边坡修复模块和人工湿地修复模块，边坡修复模块的总长度为L，边坡的总长度为L0，L:L0＝1:1.2-1:1.3；人工湿地修复模块的远离边坡修复模块的一端至边坡修复模块的距离为D，D:L＝0.6:1-0.7:1；边坡修复模块设置于边坡的下部，边坡修复模块包括基质层和边坡植物层，边坡植物层种植于基质层中；人工湿地修复模块设置于坡底延伸区，人工湿地修复模块包括沉降单元和净化单元，沉降单元设置于净化单元与边坡之间，沉降单元和净化单元之间设置有隔离带；沉降单元距离边坡由近至远依次设置有拦截区和沉降区；净化单元距离边坡由近至远依次设置有中部净化区和末端净化区，中部净化区的平均深度大于末端净化区和沉降单元的平均深度。
优选地，基质层的厚度H为25-40cm，且基质层由下至上依次设置有第一基质层、第二基质层和第三基质层；第一基质层的厚度H1：第二基质层的厚度H2：第三基质层的厚度H3＝1:1:1-1.7:1.3:1。
优选地，边坡植物层种植的植物为藤本植物和遮荫植物，藤本植物为地果、蔓长春花、紫藤、凌霄、地枇杷络石、爬山虎、薜荔、地稔和葛藤中的一种或多种；遮荫植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。
优选地，边坡植物层还包括纤维毯层，植物种植于纤维毯层，且种植的植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。
优选地，沉降单元的平均深度为2.3-2.8m；拦截区中种植有挺水植物，挺水植物为芦苇、灯芯草和芦竹中的一种或多种；沉降区中种植有沉水植物，沉水植物为苦草和黑藻，培育比例为苦草：黑藻＝1:1-1:1.5。
优选地，净化单元的平均深度为3.2-3.8m；中部净化区的下层设置有沉水植物，上层设置有漂浮植物或挺水植物，该挺水植物包括芦苇、野茭白中的一种或多种；末端净化区设置有挺水植物，该挺水植物包括水葱、菖蒲和节节草，培育比例为水葱：菖蒲：节节草＝1:1:1-1.2:2:1。
优选地，沉降单元的设置长度L1、中部净化区的设置长度L1和末端净化区的设置长度L3之比为1.25:2.5:1-1.5:4:1。
优选地，还包括绿化灌溉系统，绿化灌溉系统的进水端设置于末端净化区，出水端设置于边坡。
本发明还提供一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，使用了上述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，具体步骤为，
S100、对尾矿库边坡地表进行土地整治，使边坡坡度低于20°后对边坡进行覆土；铺设绿化灌溉系统；
S200、在边坡设置边坡修复模块，并种植植物；
S300、在尾矿库坡底延伸区设置人工湿地修复模块，并种植水生植物；
S400、在人工湿地修复模块建立泵站，将人工湿地中的储水输送至边坡的绿化灌溉系统进行尾矿库边坡浇灌；
S500、在人工湿地修复模块中的挺水植物的枯萎期向沉降区投加土壤修复剂，土壤修复剂为生物炭，该生物炭由权利要求1-8任意一项的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统中的植物制成。
优选地，S200中种植的植物为藤本植物和遮荫植物，种植方法为先种植遮荫植物，待遮荫植物的生长高度≥20cm时，按行株距50-60cm设置种植坑，该种植坑深度为1.5-4cm，播种藤本植物种子，每窝播种4-5颗，或
S200中种植的植物为乔木、灌木或草本植物，种植方法为先在地表土之上喷灌营养浆，同时铺设纤维毯层，选择本地区乡土草种播种植物种籽，待草地生态系统建立后，栽培本底灌木优势种及乔木优势种。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，设置有边坡修复模块和人工湿地修复模块，人工湿地修复模块的长度大于边坡修复模块的总长度，本发明建立尾矿库边坡及其坡底延伸区域生态协同修复系统，在抑制尾矿库边坡重金属污染物迁移的同时，实现尾矿库边坡及其缓冲区域的生态系统功能提升，能有效提升尾矿库生态修复和污染治理的效果。
(2)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，人工湿地修复模块设置于坡底延伸区，将尾矿库坡面生态系统与尾矿库坡底延伸缓冲区人工湿地生态系统组合成一个闭合的生态系统；当边坡坡面由于雨水冲刷发生水土流失时，可以由人工湿地拦截，且拦截的土壤可以为沉降单元中种植的水生植物提供生长基质；该生态系统有效抑制了尾矿库边坡污染物迁移，即使有部分污染物通过尾矿库边坡渗流等方式发生迁移，也可以通过人工湿地的各个分区进行净化处理。
(3)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，拦截区和沉降区可以承接尾矿库边坡水土流失带来的受污染土壤和砂石，拦截泥沙，初步净化水质；中部净化区的平均深度大于末端净化区和沉降单元的平均深度，进一步对泥沙进行沉降，提高污染物处理效果。
(4)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，在边坡上种植藤本植物，藤本植物对水、肥的需求较草本植物更少，适应性强，具有更发达的根系和更高的生物量，固土护坡及绿化效果好；与其它乔、灌、草植物的相互配合，利用其它植物的遮挡，形成一个生态结构合理的系统，从而使坡面迅速覆盖，达到快速绿化的目的。
(5)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，在边坡铺设纤维毯，提高边坡修复模块的抗风蚀能力和抗冲刷能力，纤维毯的营养物质贮存时间长，可以为草种的播种生长提供基底。
(6)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，通过合理配置不同水生植物，实现对矿山重金属污染的废水分步骤、分重点处理，使得不同分区实现不同的生态功能，各个区域相互协同，进一步实现污染综合治理目标使污染治理更高效。
(7)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，设置有绿化灌溉系统，在人工湿地部分水域建立泵站，可实现湿地内的储水输送至尾矿库边坡的绿化灌溉系统进行尾矿库边坡浇灌，使用生态补水方式进行边坡的浇灌，形成闭合的生态修复循环结构。
(8)本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，使用了上述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，对边坡进行土地整治后，利于后续植物的种植；在特定时期对人工湿地修复模块的底泥土壤进行生态修复，避免底泥土壤中的污染物浓度过高，影响水生植物的修复功能；修复剂为植物制成的生物炭，对生态资源进行循环利用，节省修复成本，进一步提升尾矿库生态修复和污染治理的效果。
附图说明
图1为本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统的结构示意图。
图中：
100、边坡修复模块；200、人工湿地修复模块；210、拦截区；220、沉降区；230、中部净化区；240、末端净化区；250、隔离带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。下文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
实施例1
本发明的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，设置于尾矿库边坡及坡底延伸区，如图1所示，包括边坡修复模块100和人工湿地修复模块200，边坡修复模块100的总长度为L，边坡的总长度为L0，L:L0＝1:1.2-1:1.3。边坡修复模块100的总长度小于边坡总长度，便于安装附属设施，减少修复成本。人工湿地修复模块200的远离边坡修复模块100的一端至边坡修复模块100的距离为D，D:L＝0.6:1-0.7:1，此设计可以使得人工湿地模块200适应边坡修复模块100的污染物处理量，并协调后续浇灌边坡修复模块100所需的浇灌水量。
根据污染物迁移作用，边坡修复模块100设置于边坡的下部。边坡修复模块100包括基质层和边坡植物层，边坡植物层种植于基质层中。进一步说明，基质层的厚度H为25-40cm，且基质层由下至上依次设置有第一基质层、第二基质层和第三基质层。而各层的厚度之比为第一基质层的厚度H1：第二基质层的厚度H2：第三基质层的厚度H3＝1:1:1-1.7:1.3:1。
在本实施例中，边坡植物层种植的植物为藤本植物和遮荫植物，藤本植物为地果、蔓长春花、紫藤、凌霄、地枇杷、络石、爬山虎、薜荔、地稔和葛藤中的一种或多种；遮荫植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。藤本植物对水、肥的需求较草本植物更少，适应性强，具有更发达的根系和更高的生物量，固土护坡及绿化效果好；与其它乔、灌、草植物的相互配合，利用其它植物的遮挡，形成一个生态结构合理的系统，从而使坡面迅速覆盖，达到快速绿化的目的。
人工湿地修复模块200设置于坡底延伸区，当边坡坡面由于雨水冲刷发生水土流失时，可以由人工湿地修复模块200拦截，且拦截的土壤可以为沉降单元中种植的水生植物提供生长基质。人工湿地修复模块200包括沉降单元和净化单元，沉降单元设置于净化单元与边坡之间，沉降单元和净化单元之间设置有隔离带250。沉降单元距离边坡由近至远依次设置有拦截区210和沉降区220，沉降单元的平均深度为2.3-2.8m。拦截区210中种植有挺水植物，挺水植物为芦苇、灯芯草和芦竹中的一种或多种，拦截区210可以承接尾矿库边坡水土流失带来的受污染土壤和砂石，拦截泥沙。沉降区220中种植有沉水植物，沉降区220中的沉水植物可以稳固截留的泥沙，结合隔离带250使用，可以避免过多的泥沙影响后续净化处理，提高出水透明度。沉水植物为苦草和黑藻，培育比例为苦草：黑藻＝1:1-1:1.5。
净化单元距离边坡由近至远依次设置有中部净化区230和末端净化区240，中部净化区230的平均深度大于末端净化区240和沉降单元的平均深度。中部净化区230的污水处理量大，因此需要该区域具有较大的深度，也可以对沉降单元出水带出的少量泥沙进行沉积。净化单元的平均深度为3.2-3.8m；中部净化区230的下层设置有沉水植物，上层设置有漂浮植物或挺水植物，该挺水植物包括芦苇、野茭白中的一种或多种。末端净化区240设置有挺水植物，该挺水植物包括水葱、菖蒲和节节草，培育比例为水葱：菖蒲：节节草＝1:1:1-1.2:2:1。值得说明的是，沉降单元的设置长度L1、中部净化区230的设置长度L1和末端净化区240的设置长度L3之比为1.25:2.5:1-1.5:4:1。
本发明的修复系统还包括绿化灌溉系统，绿化灌溉系统的进水端设置于末端净化区240，出水端设置于边坡。在人工湿地部分水域建立泵站，可实现湿地内的储水输送至尾矿库边坡的绿化灌溉系统进行尾矿库边坡浇灌，使用生态补水方式进行边坡的浇灌，形成闭合的生态修复循环结构。
本发明还提供一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，使用了上述的生态修复系统，具体步骤为，
S100、对尾矿库边坡地表进行土地整治，使边坡坡度低于20°后对边坡进行覆土，利于后续植物的种植；覆土后铺设绿化灌溉系统；
S200、在边坡设置边坡修复模块100，并种植植物；当种植的植物为藤本植物和遮荫植物时，种植方法为先种植遮荫植物，待遮荫植物的生长高度≥20cm时，按行株距50-60cm设置种植坑，该种植坑深度为1.5-4cm，播种藤本植物种子，每窝播种4-5颗；当种植的植物为乔木、灌木或草本植物时，种植方法为先在地表土之上喷灌营养浆，同时铺设纤维毯层，选择本地区乡土草种播种植物种籽，待草地生态系统建立后，栽培本底灌木优势种及乔木优势种；
S300、在尾矿库坡底延伸区设置人工湿地修复模块200，并种植水生植物；
S400、在人工湿地修复模块200建立泵站，将人工湿地中的储水输送至边坡的绿化灌溉系统进行尾矿库边坡浇灌；
S500、在人工湿地修复模块200中的挺水植物的枯萎期向沉降区220投加土壤修复剂，避免底泥土壤中的污染物浓度过高，影响水生植物的修复功能；土壤修复剂为生物炭，该生物炭由本发明所种植的植物制成，对生态资源进行循环利用，节省修复成本。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，其不同之处在于：边坡的边坡修复模块100设置纤维毯层，植物种植于纤维毯层，且种植的植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。在边坡铺设纤维毯，提高边坡修复模块的抗风蚀能力和抗冲刷能力，纤维毯的营养物质贮存时间长，可以为草种的播种生长提供基底，提高系统的生态修复能力。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (10)

1.一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，设置于尾矿库边坡及坡底延伸区，其特征在于：包括边坡修复模块(100)和人工湿地修复模块(200)，所述边坡修复模块(100)的总长度为L，边坡的总长度为L0，L:L0＝1:1.2-1:1.3；所述人工湿地修复模块(200)的远离边坡修复模块(100)的一端至边坡修复模块(100)的距离为D，D:L＝0.6:1-0.7:1；
所述边坡修复模块(100)设置于边坡的下部，所述边坡修复模块(100)包括基质层和边坡植物层，所述边坡植物层种植于基质层中；
所述人工湿地修复模块(200)设置于坡底延伸区，所述人工湿地修复模块(200)包括沉降单元和净化单元，沉降单元设置于净化单元与边坡之间，沉降单元和净化单元之间设置有隔离带(250)；所述沉降单元距离边坡由近至远依次设置有拦截区(210)和沉降区(220)；所述净化单元距离边坡由近至远依次设置有中部净化区(230)和末端净化区(240)，所述中部净化区(230)的平均深度大于末端净化区(240)和沉降单元的平均深度。
2.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述基质层的厚度H为25-40cm，且基质层由下至上依次设置有第一基质层、第二基质层和第三基质层；第一基质层的厚度H1：第二基质层的厚度H2：第三基质层的厚度H3＝1:1:1-1.7:1.3:1。
3.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述边坡植物层种植的植物为藤本植物和遮荫植物，所述藤本植物为地果、蔓长春花、紫藤、凌霄、地枇杷络石、爬山虎、薜荔、地稔和葛藤中的一种或多种；所述遮荫植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述边坡植物层还包括纤维毯层，植物种植于纤维毯层，且种植的植物为乔木、灌木或草本植物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述沉降单元的平均深度为2.3-2.8m；所述拦截区(210)中种植有挺水植物，所述挺水植物为芦苇、灯芯草和芦竹中的一种或多种；所述沉降区(220)中种植有沉水植物，所述沉水植物为苦草和黑藻，培育比例为苦草：黑藻＝1:1-1:1.5。
6.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述净化单元的平均深度为3.2-3.8m；所述中部净化区(230)的下层设置有沉水植物，上层设置有漂浮植物或挺水植物，该挺水植物包括芦苇、野茭白中的一种或多种；所述末端净化区(240)设置有挺水植物，该挺水植物包括水葱、菖蒲和节节草，培育比例为水葱：菖蒲：节节草＝1:1:1-1.2:2:1。
7.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：所述沉降单元的设置长度L1、中部净化区(230)的设置长度L1和末端净化区(240)的设置长度L3之比为1.25:2.5:1-1.5:4:1。
8.根据权利要求1所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，其特征在于：还包括绿化灌溉系统，所述绿化灌溉系统的进水端设置于末端净化区(240)，出水端设置于边坡。
9.一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，其特征在于：使用了权利要求1-8任意一项所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统，具体步骤为，
S100、对尾矿库边坡地表进行土地整治，使边坡坡度低于20°后对边坡进行覆土；铺设绿化灌溉系统；
S200、在边坡设置边坡修复模块(100)，并种植植物；
S300、在尾矿库坡底延伸区设置人工湿地修复模块(200)，并种植水生植物；
S400、在人工湿地修复模块(200)建立泵站，将人工湿地中的储水输送至边坡的绿化灌溉系统进行尾矿库边坡浇灌；
S500、在人工湿地修复模块(200)中的挺水植物的枯萎期向沉降区(220)投加土壤修复剂，所述土壤修复剂为生物炭，该生物炭由权利要求1-8任意一项所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复系统中的植物制成。
10.根据权利要求9所述的一种大型尾矿库边坡重金属生态修复方法，其特征在于：S200中种植的植物为藤本植物和遮荫植物，种植方法为先种植遮荫植物，待遮荫植物的生长高度≥20cm时，按行株距50-60cm设置种植坑，该种植坑深度为1.5-4cm，播种藤本植物种子，每窝播种4-5颗，或
S200中种植的植物为乔木、灌木或草本植物，种植方法为先在地表土之上喷灌营养浆，同时铺设纤维毯层，选择本地区乡土草种播种植物种籽，待草地生态系统建立后，栽培本底灌木优势种及乔木优势种。
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