CN112425306A - 一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法 - Google Patents

一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法，属于土壤修复技术领域。本发明主要针对含铅尾矿堆的生态防护与修复，利用植物系统的综合防护与修复功能，减少尾矿堆水土流失，降低尾矿重金属铅的迁移污染风险。本发明针对含铅尾矿堆特点，建立了功能材料‑植物协同修复构造体系，同时筛选了西南地区适用的功能植物，实现了尾矿堆防护与生态修复的协同，提升了含铅尾矿堆生态修复效果，解决了传统生态修复技术在尾矿堆应用稳定性差问题。

Description

一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法。
背景技术
尾矿的排放、堆积随着现代工业化生产的迅速发展和新开矿山数量的陆续增加而越来越大。目前，全国金属矿山堆有的尾矿则达到50亿吨以上，而且以每年产出5亿吨的尾矿的速度增加。大量堆存的尾矿，给矿业、环境及经济等造成不少的难题。尾矿中含有的重金属铅等流入耕地后，会破坏农作物生长、使农作物受污染；流入水系则又会使地面水体和地下水源受到污染，毒害水生生物；尾矿流入或排入溪河湖泊，不仅毒害水生生物，而且会造成其他灾害，有时甚至涉及相当长的河流沿线。
目前，我国因尾矿造成的直接污染土地面积已达百万亩，间接污染土地面积1000余万亩，西南地区由于特殊的地理地貌及地质条件，尾矿生态环境问题更加严峻。
因此，有必要对西南地区含重金属铅的尾矿堆进行有效的生态修复。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法，所述方法包括在所述西南地区含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层；
所述功能层为含有植物种子的人工基质材料，所述植物种子包含由金花小檗和地肤组成的混合种子成分或者由高羊茅和猪屎豆组成的混合种子成分；
所述纤维层采用植物纤维；
所述缓冲层通过将含有氧化镁和微生物菌渣的混合料造粒后形成。
优选的，所述功能层通过加强网固定在所述含铅尾矿堆上。
进一步优选的，所述加强网为具有直径≥5.0cm网孔的金属或复合材料，所述金属或复合材料的抗拉强度≥30Mpa。
进一步优选的，所述加强网为网孔直径为5cm的16号镀锌铁丝网。
优选的，所述加强网通过锚钉加固到所述含铅尾矿堆上。
进一步优选的，所述锚钉为长度≥20cm的金属或复合材料，所述金属或复合材料的抗拉强度≥400Mpa。
进一步优选的，所述锚钉为长度为25cm、直径为12cm的螺纹钢。
优选的，所述人工基质材料还包括微生物菌渣和壳聚糖。
进一步优选的，所述微生物菌渣为酵母菌培养液过滤物。
优选的，所述金花小檗和地肤的重量比为1:1。
优选的，所述高羊茅和猪屎豆的重量比为1:1。
进一步优选的，按照重量份数计，所述人工基质材料中还含有植物种子2～5份、所述微生物菌渣10～30份和所述壳聚糖10～15份。
进一步优选的，所述功能层的用量≥100kg/m2。
进一步优选的，所述微生物菌渣为酵母菌培养液过滤物。
进一步优选的，所述人工基质材料还包括蛭石、磷酸二氢氨、柠檬酸和聚丙烯酰胺。
进一步优选的，按照重量份数计，所述人工基质材料含有植物种子2～5份、所述微生物菌渣10～30份、所述壳聚糖10～15份、所述蛭石5～10份、所述磷酸二氢氨10～15份、所述柠檬酸10～20份、所述聚丙烯酰胺5～10份。
进一步优选的，所述壳聚糖颗粒的直径为1～2mm，所述蛭石颗粒的直径为1～2mm，所述磷酸二氢铵颗粒的直径为0.1～0.2mm，所述聚丙烯酰胺颗粒的直径为0.2～0.5mm。
优选的，所述植物纤维的长度为2～5cm、直径为0.05～0.2mm；所述植物纤维包含椰丝或麻。
进一步优选的，所述植物纤维首先经过微生物培养液中浸泡4h后晾干得到；所述微生物培养液为10～30份的施氏假单胞菌培养过滤后的清夜。
进一步优选的，所述植物纤维的用量≥80g/m2。
优选的，按照重量份数计，所述混合料含有氧化镁5～10份和微生物菌渣20～30份。
进一步优选的，混合料中所述微生物菌渣通过施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成，所述施氏假单胞菌与硫酸盐还原菌的质量比为1:2。
进一步优选的，所述氧化镁的粒径为30～40μm。
进一步优选的，按照重量份数计，所述混合料还含有膨润土5～10份、海泡石5～10份和聚丙烯酰胺5～10份。
进一步优选的，所述膨润土的粒径为0.01～0.02mm，所述海泡石的粒径为1～2mm，所述聚丙烯酰胺的粒径为0.2～0.5mm。
进一步优选的，所述缓冲层的用量≥30kg/m2。
进一步优选的，所述造粒的具体操作为：将所述混合料按照10:1的压缩比进行挤压造粒形成直径为1～2mm的颗粒。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法，主要针对含铅尾矿堆的生态防护与修复，利用植物系统的综合防护与修复功能，减少尾矿堆水土流失，降低尾矿重金属铅的迁移污染风险。本发明针对含铅尾矿堆特点，建立了功能材料-植物协同修复构造体系，同时筛选了西南地区适用的功能植物，实现了尾矿堆防护与生态修复的协同，提升了含铅尾矿堆生态修复效果，解决了传统生态修复技术在尾矿堆应用稳定性差问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为按照实施例1中的方法设置的生态修复结构。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了验证本发明提供的针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法的实际应用效果，采用下列实施例和对比实施例进行模拟实验，其中每个实验场所均采用坡度为40°、2m2大小的铅矿渣，其中铅矿渣的粒径分布在2～5cm、堆高为2m。
实施例1
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
(1)功能层：10份的柠檬酸、5份的蛭石(颗粒直径1-2mm)、10份的磷酸二氢氨(颗粒直径0.1-0.2mm)、10份的壳聚糖(颗粒直径1-2mm)、5份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、10份的酵母菌菌渣(酵母菌培养液过滤物)、2份植物种子(金花小檗Berberiswilsoniae Hemsley.、地肤Kochia scoparia(L.)Schrad.按照重量比1:1混合)，用量100kg/m2；
(2)纤维层：采用椰丝，纤维长度2cm(直径0.05-0.2mm)，将椰丝在微生物培养液(将10份的施氏假单胞菌培养过滤后的清液)中浸泡4小时后晾干，用量应80g/m2；
(3)缓冲层：5份的膨润土(颗粒直径0.01-0.02mm)、5份的海泡石(颗粒直径1-2mm)、5份的氧化镁(30-40μm粒径)、5份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、20份的微生物菌渣(施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成，2种菌渣的比例为1:2)。以上材料均匀混合后，经高压挤压造粒后(压缩比10:1)形成直径1-2mm左右的颗粒，将其在尾矿堆表面均匀铺设，用量应30kg/m2；
其中，功能层通过加强网(具有直径为5cm孔径的16号镀锌铁丝网)固定在含铅尾矿堆上，加强网也进一步通过锚钉(长度为25cm、直径为12cm的螺纹钢)固定在含铅尾矿堆上，形成的生态修复结构如图1所示。
实施例2
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
(1)功能层：20份的柠檬酸、10份的蛭石(颗粒直径1-2mm)、15份的磷酸二氢氨(颗粒直径0.1-0.2mm)、15份的壳聚糖(颗粒直径1-2mm)、10份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、30份的酵母菌菌渣(酵母菌培养液过滤物)、5份植物种子(金花小檗Berberiswilsoniae Hemsley.、地肤Kochia scoparia(L.)Schrad.按照重量比1:1混合)，用量100kg/m2；
(2)纤维层：采用椰丝，纤维长度5cm(直径0.05-0.2mm)，将椰丝在微生物培养液(将30份的施氏假单胞菌培养过滤后的清液)中浸泡4小时后晾干，用量应80g/m2；
(3)缓冲层：10份的膨润土(颗粒直径0.01-0.02mm)、10份的海泡石(颗粒直径1-2mm)、10份的氧化镁(30-40μm粒径)、10份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、30份的微生物菌渣(施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成，2种菌渣的比例为1:2)。以上材料均匀混合后，经高压挤压造粒后(压缩比10:1)形成直径1-2mm左右的颗粒，将其在尾矿堆表面均匀铺设，用量30kg/m2；
其中，功能层通过加强网(具有直径为5cm孔径的16号镀锌铁丝网)固定在含铅尾矿堆上，加强网也进一步通过锚钉(长度为25cm、直径为12cm的螺纹钢)固定在含铅尾矿堆上。
实施例3
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
(1)功能层：15份的柠檬酸、7份的蛭石(颗粒直径1-2mm)、13份的磷酸二氢氨(颗粒直径0.1-0.2mm)、13份的壳聚糖(颗粒直径1-2mm)、10份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、20份的酵母菌菌渣(酵母菌培养液过滤物)、3份植物种子(金花小檗Berberiswilsoniae Hemsley.、地肤Kochia scoparia(L.)Schrad.按照重量比1:1混合)，用量100kg/m2；
(2)纤维层：采用椰丝，纤维长度3.5cm(直径0.05-0.2mm)，将椰丝在微生物培养液(将20份的施氏假单胞菌培养过滤后的清液)中浸泡4小时后晾干，用量应80g/m2；
(3)缓冲层：7份的膨润土(颗粒直径0.01-0.02mm)、7份的海泡石(颗粒直径1-2mm)、7份的氧化镁(30-40μm粒径)、7份的聚丙烯酰胺(颗粒直径0.2-0.5mm)、20份的微生物菌渣(施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成，2种菌渣的比例为1:2)。以上材料均匀混合后，经高压挤压造粒后(压缩比10:1)形成直径1-2mm左右的颗粒，将其在尾矿堆表面均匀铺设，用量30kg/m2；
其中，功能层通过加强网(具有直径为5cm孔径的16号镀锌铁丝网)固定在含铅尾矿堆上，加强网也进一步通过锚钉(长度为25cm、直径为12cm的螺纹钢)固定在含铅尾矿堆上。
实施例4
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
除去实施例3中功能层的酵母菌菌渣(酵母菌培养液过滤物)和壳聚糖，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
实施例5
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
将实施例3中功能层的植物种子变成高羊茅和猪屎豆，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
对比实施例1
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
除去实施例3中功能层的植物种子(金花小檗-Berberis wilsoniae Hemsley.、地肤-Kochia scoparia(L.)Schrad.按照重量比1:1混合)，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
对比实施例2
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
除去实施例3中设置的纤维层，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
对比实施例3
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
除去实施例3中设置的缓冲层，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
对比实施例4
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
除去实施例3中缓冲层中设置的氧化镁以及微生物菌渣，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
对比实施例5
在实验场所的含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层，其中各个层中的组成如下：
将实施例3中的缓冲层成分不经过造粒而是直接将混合料直接使用，其余条件与成分设置与实施例3中相同。
修复结果检测
将以上实施例和对比实施例分别设置3组进行重复实验，浇水至饱和，在不进行后期管养条件下维持6个月，收集径流液，然后对塌陷情况、植株存活率、表层矿渣(10cm厚)的有效铅含量以及试验期间全部径流液全铅总量进行分析，未进行任何处理的含铅尾矿堆为CK，取三组的平均值，各组的结果如表1所示。
表1不同方法对西南地区含铅尾矿堆的修复情况
Figure BDA0002796348300000061
Figure BDA0002796348300000071
通过表1中显示的修复结果可以知道，相比于对比实施例1～5来说，本发明提供的方法(实施例1～5)确实对西南地区含铅尾矿堆进行生态修复，更够改善塌陷情况的改善、提高植株存活率、降低表层矿渣有效铅含量以及降低径流液中铅的总含量。
本发明的方法设置的功能层是含有植物种子的人工基质材料，主要为植物的萌发及生长提供较好的水分养分保障能力，以及对重金属铅具有一定的固定能力，其中柠檬酸具有改良矿渣酸碱平衡作用、提供有机质及土质物理结构保持的功能；蛭石具有一定的结构改良作用以及保水功能；磷酸二氢氨能提供养分；壳聚糖具有长效养分保障功能及重金属固定功能；聚丙烯酰胺具有粘接稳定功能；微生物菌渣为酵母菌培养液过滤物，具有一定的有机质功能，并调控人工基质的微生物条件，同时具备一定的防止植物病虫害功能。
本发明的方法设置的纤维层主要功能是改变功能层与渣堆接触层的水文状态，及对铅元素具有一定的辅助改性能力。
本发明的方法设置的缓冲层中膨润土具有一定的矿渣结构改良功能、改善其粒径大小与级配的作用；海泡石具有一定的结构改良功能；氧化镁针对重金属铅具有一定的稳定功能；聚丙烯酰胺具有一定的粘结功能；微生物菌渣(施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成)针对重金属铅具有长效改良功能。
另外，本发明采用的加强网采用抗拉强度≥30Mpa的金属或复合材料为材料，主要是对功能材料起前期加固作用，防止其在尾矿斜坡上的滑落；锚钉以采用抗拉强度≥400Mpa的金属或复合材料为材料，主要是在植物未完全生长前起加固作用，目的是将加强网加固到尾矿渣石上。
综上所述，本发明提供了一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法，主要针对含铅尾矿堆的生态防护与修复，利用植物系统的综合防护与修复功能(如由金花小檗和地肤组成的混合种子成分或者由高羊茅和猪屎豆组成的混合种子成分)，减少尾矿堆水土流失，降低尾矿重金属铅的迁移污染风险。本发明针对含铅尾矿堆特点，建立了功能材料-植物协同修复构造体系，同时筛选了西南地区适用的功能植物，实现了尾矿堆防护与生态修复的协同，提升了含铅尾矿堆生态修复效果，解决了传统生态修复技术在尾矿堆应用稳定性差问题。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种针对西南地区含铅尾矿堆的生态修复方法，其特征在于，所述方法包括在所述西南地区含铅尾矿堆上依次设置功能层、纤维层和缓冲层；
所述功能层为含有植物种子的人工基质材料，所述植物种子包含由金花小檗和地肤组成的混合种子成分或者由高羊茅和猪屎豆组成的混合种子成分；
所述纤维层采用植物纤维；
所述缓冲层通过将含有氧化镁和微生物菌渣的混合料造粒后形成。
2.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述功能层通过加强网固定在所述含铅尾矿堆上；
所述加强网为具有直径≥5.0cm网孔的金属或复合材料，所述金属或复合材料的抗拉强度≥30Mpa。
3.根据权利要求2所述的生态修复方法，其特征在于，所述加强网通过锚钉加固到所述含铅尾矿堆上；
所述锚钉为长度≥20cm的金属或复合材料，所述金属或复合材料的抗拉强度≥400Mpa。
4.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述人工基质材料还包括微生物菌渣和壳聚糖。
5.根据权利要求4所述的生态修复方法，其特征在于，按照重量份数计，所述人工基质材料中含有植物种子2～5份、所述微生物菌渣10～30份和所述壳聚糖10～15份；
所述功能层的用量≥100kg/m2。
6.根据权利要求5所述的生态修复方法，其特征在于，所述人工基质材料还包括蛭石、磷酸二氢氨、柠檬酸和聚丙烯酰胺；
按照重量份数计，所述人工基质材料含有植物种子2～5份、所述微生物菌渣10～30份、所述壳聚糖10～15份、所述蛭石5～10份、所述磷酸二氢氨10～15份、所述柠檬酸10～20份、所述聚丙烯酰胺5～10份。
7.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述植物纤维的长度为2～5cm、直径为0.05～0.2mm；所述植物纤维包含椰丝或麻；
所述植物纤维首先经过微生物培养液中浸泡4h后晾干得到；所述微生物培养液为10～30份的施氏假单胞菌培养过滤后的清夜；
所述植物纤维的用量≥80g/m2。
8.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，按照重量份数计，所述混合料含有氧化镁5～10份和微生物菌渣20～30份；
混合料中所述微生物菌渣通过施氏假单胞菌、硫酸盐还原菌培养液过滤后混合形成，所述施氏假单胞菌与硫酸盐还原菌的质量比为1:2。
9.根据权利要求8所述的生态修复方法，其特征在于，按照重量份数计，所述混合料还含有膨润土5～10份、海泡石5～10份和聚丙烯酰胺5～10份；
所述缓冲层的用量≥30kg/m2。
10.根据权利要求9所述的生态修复方法，其特征在于，所述造粒的具体操作为：将所述混合料按照10:1的压缩比进行挤压造粒形成直径为1～2mm的颗粒。
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