CN113617804B - 一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；S2、测定堆场重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；S3、根据堆场污染情况，在堆场上布点并钻孔；S4、在孔洞内注入硫酸盐还原菌、生物质碎粒的混合物。本发明采用硫酸盐还原菌和生物质混合打孔注入方案，生物质为微生物提供碳源和生长载体，硫酸盐还原菌将硫酸根转化为硫离子后，与重金属离子反应形成硫化物沉淀，使尾矿中重金属稳定化，形成微生物防渗墙，解决了尾矿重金属外渗问题。本发明可快速稳定尾矿，防止污染物扩散；本发明工艺流程简单，效率高，工期短。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法。
背景技术
采选冶过程中会产生大量的尾矿、冶炼渣、浸出渣，这些尾矿中含有Pb、Cd、Cu等重金属，由于地质情况变化和防渗层破坏、雨水淋滤等原因，使尾矿中重金属向下方和侧面方向迁移，将会严重威胁周边生态环境安全。
目前对于堆场防渗措施主要采用物理处置和化学处置的方法。物理处置主要为原位阻控，有两种典型工艺即混凝土防渗墙和帷幕灌浆法。混凝土防渗墙虽然防渗效果显著可靠、施工技术成熟，但施工速度较慢、工期较长，施工难度大，投资较大；帷幕灌浆工艺可以处理较深的砂砾石和坚硬岩层，也可以处理其他防渗施工方法不能处理的局部地层，但工艺较复杂，工程量大。化学处置采用的防渗灌浆法是向裂缝中灌入丙烯酰胺、木质素等灌浆材料，该材料可灌性好、渗透力强，但强度不稳定，耐久性较差，且丙烯酰胺价格较高，具有一定毒性。
而微生物法硫酸盐还原菌（SRB）在厌氧条件下利用有机碳源作为电子供体，还原SO4 2-，产生S2-离子，S2-离子与外渗的重金属产生硫化物沉淀，实现重金属离子的固化稳定化。该方法仅需微生物和生物质作用，工艺过程简单，达到以废治废的目的、并且成本低、无二次污染。
中国专利（CN 110591716 A）公布了一种适用于尾矿废石重金属污染稳定化修复材料及制备方法，通过粘合剂、微生物载体材料、兼氧硫酸盐还原菌、污泥和稻草混合物、硫酸盐、水多种材料的复配，加快矿石表面生物膜的生成。该发明存在的问题是材料需求较多，实际工业应用配比复杂，且粘合剂耐久性较差。为此，研发一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场上布点并钻孔；
S4、在孔洞内注入硫酸盐还原菌、生物质碎粒的混合物。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明采用硫酸盐还原菌和生物质混合打孔注入的技术方案，生物质为微生物提供碳源和生长载体，硫酸盐还原菌将硫酸根转化为硫离子后，与重金属离子反应形成硫化物沉淀，使尾矿中重金属稳定化，形成微生物防渗墙，解决了尾矿重金属外渗问题；
2、本发明方法可快速稳定尾矿，防止污染物扩散；根据堆场实际污染情况灵活布点、打孔，工艺流程简单，效率高，工期短；
3、本发明利用生物质废料作为微生物的有机碳源和生长载体，同时处理了尾矿和生物质，达到了以废治废、成本低廉的效果。
附图说明
图1为本发明堆场打孔及注入后的剖面结构示意图；
图2为高浓度污染区域与低浓度污染区域的堆场布点平面结构示意图；
图3为高浓度污染区域且污染深度较深与低浓度污染区域且污染深度较浅的堆场布点剖面结构示意图；
图4为依水流或污染扩散方向的上、下游划分高污染区域、低污染区域的堆场布点平面结构示意图；
图5为第一挂网筒及第二挂网筒的剖面结构示意图；
图6为网片展开平铺结构示意图；
图7为图6的俯视结构示意图；
图8为图6的右视结构示意图；
图中：1-混合物，2-堆场，3-孔洞，4-第一挂网筒，5-第二挂网筒，6-网片，7-加强楞条，8-通孔，9-网兜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~附图8所示本发明包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场上布点并钻孔；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、生物质碎粒的混合物1。
S3步骤在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为1~20m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为21~200m。
高污染区域为水流或污染扩散方向的下游，低污染区域为水流或污染扩散方向的上游。
注入孔洞3内的材料本身对孔洞3形成了封堵，以便于为硫酸盐还原菌提供适宜生长环境；也可在孔洞3完成注入后对孔洞3洞口采用封堵材料进行封堵。
S3步骤钻孔深度为0.1~10m。
S3步骤钻孔孔洞直径为5~50cm。
布点的方法为蛇形布点法、棋盘式布点法或随机布点法；蛇形布点法、棋盘式布点法、随机布点法均为钻孔常用布点方法。
所述生物质废弃农业生物质和/或废弃林业生物质，废弃农业生物质为秸秆、甘蔗渣、椰壳中的一种或多种，废弃林业生物质为树枝、树叶、木屑、果壳中的一种或多种。
S4步骤硫酸盐还原菌、生物质的体积质量比为1L:1~10kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104~1×108cfu/ml。
S4步骤在注入混合物1之前，先在孔洞3内布设第一挂网筒4，第一挂网筒4贴于孔洞3内壁，然后在第一挂网筒4内布设第二挂网筒5，将混合物1注入第二挂网筒5中；将混有营养液、尾矿碎粒的生物质注入第一挂网筒4与第二挂网筒5之间，营养液、尾矿碎粒与生物质的体积质量比为1L：5~30kg：5~30kg；营养液为适合硫酸盐还原菌生长的营养物质，可采用市售硫酸盐还原菌营养液；尾矿碎粒是就地取材的尾矿经粉碎后得到；第二挂网筒5内的生物质为微生物提供碳源和生长载体，而第二挂网筒5与第一挂网筒4之间区域分布的营养液不仅利于诱导硫酸盐还原菌向外扩散生长，而且有助于硫酸盐还原菌存活；挂网筒的网状结构一方面便于硫酸盐还原菌通过并向周围扩散，另一方面在第一挂网筒4与第二挂网筒5反应生成硫化物沉淀后使孔洞内的材料形成一个整体，进而提升堆场稳固性；最终在堆场中形成以孔洞为生长节点以及稳固结构节点，反应沉淀物形成微生物防渗墙体系，从而有效解决堆场重金属外渗问题。
所述的第一挂网筒4、第二挂网筒5均由网片6卷制而成，网片6纵向固设有若干条加强楞条7，加强楞条7的侧面自上而下设有若干个通孔8，网片6卷成筒状后，将扎带穿过网片6边缘相互对应的加强楞条7的通孔8中，使网片6边缘固定在一起；其中扎带可以是塑料锁扣式扎带，自带锁扣，使用方便稳固性高；加强楞条可提升挂网筒结构强度，通孔8一方面起到便于捆绑固定的作用，另一方面可将网片6在通孔处折叠，便于网片运输周转；网片可在施工现场随时裁切，使用灵活，可根据现场打孔情况灵活制作挂网筒，操作简便、快捷，同时也便于周转、运输。
网片6的材质可采用耐腐蚀材质，例如聚四氟乙烯，厚度为3~20mm；网片6与加强楞条7可采用一体化结构。
所述的第一挂网筒4内壁挂设有网兜9，网兜9内装有浸泡过营养液的保水剂，网兜9可挂设在第一挂网筒4上，也可通过扎带等捆扎器具进一步将网兜9固定；保水剂为高吸水性树脂，保水剂将营养液吸收并缓慢释放，形成长效营养环境；营养液为适合硫酸盐还原菌生长的营养物质，可采用市售硫酸盐还原菌营养液；网兜9的数量和安装深度可根据纵向污染程度的不同灵活选择，安装方便。
下面结合实施例1~实施例9对本发明作进一步说明。
实施例1
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将秸秆经晾晒、粉碎后得到秸秆碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为3m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为30m，钻孔孔洞直径为10cm；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、秸秆碎粒的混合物1，硫酸盐还原菌、秸秆碎粒的体积质量比为1L:1kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104~1×108cfu/ml；
经过实地试验，采用本发明方法处理后1个月至3个月内试验场中重金属含量明显降低，且无重金属外渗情况；说明该发明方法能够显著减轻该堆场中尾矿渣的污染程度，并使重金属离子转化为硫化物沉淀，且渗漏点无渗漏，防渗效果良好。
实施例2
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将椰壳经晾晒、粉碎后得到椰壳碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为10m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为100，钻孔孔洞直径为25cm；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、椰壳碎粒的混合物1，硫酸盐还原菌、椰壳碎粒的体积质量比为1L:5kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104~1×108cfu/ml；
经过实地试验，采用本发明方法处理后1个月至3个月内试验场中重金属含量明显降低，且无重金属外渗情况；说明该发明方法能够显著减轻该堆场中尾矿渣的污染程度，并使重金属离子转化为硫化物沉淀，且渗漏点无渗漏，防渗效果良好。
实施例3
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将树叶经晾晒、粉碎后得到树叶碎片；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为20m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为200m，钻孔孔洞直径为50cm；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、树叶碎片的混合物1，硫酸盐还原菌、树叶碎片的体积质量比为1L:5kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104~1×108cfu/ml；
经过实地试验，采用本发明方法处理后1个月至3个月内试验场中重金属含量明显降低，且无重金属外渗情况；说明该发明方法能够显著减轻该堆场中尾矿渣的污染程度，并使重金属离子转化为硫化物沉淀，且渗漏点无渗漏，防渗效果良好。
实施例4
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将甘蔗渣经晾晒、粉碎后得到甘蔗渣粉末；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场水流下游为高污染区域、堆场水流上游为低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为1m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为21m，钻孔孔洞直径为5cm；钻孔深度为0.1m；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、甘蔗渣粉末的混合物1，硫酸盐还原菌、甘蔗渣粉末的体积质量比为1L:1kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104cfu/ml。
实施例5
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将树枝经晾晒、粉碎后得到木渣；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场污染扩散方向下游为高污染区域、堆场污染扩散方向上游为低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为20m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为200m，钻孔孔洞直径为50cm；钻孔深度为10m；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、木渣的混合物1，硫酸盐还原菌、木渣的体积质量比为1L:10kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×108cfu/ml。
实施例6
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将木屑经晾晒、粉碎后得到木屑渣；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为10.5m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为110.5m，钻孔孔洞直径为27.5cm；钻孔深度为5m；
S4、在孔洞3内注入硫酸盐还原菌、木屑渣的混合物1，硫酸盐还原菌、木屑渣的体积质量比为1L:5.5kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×106cfu/ml。
实施例7
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为5m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为60m，钻孔孔洞直径为30cm；钻孔深度为8m；
S4、先在孔洞3内布设第一挂网筒4，第一挂网筒4贴于孔洞3内壁，然后在第一挂网筒4内布设第二挂网筒5，将硫酸盐还原菌、生物质的混合物1注入第二挂网筒5中，硫酸盐还原菌、生物质的体积质量比为1L:2kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×106cfu/ml；将混有营养液、尾矿碎粒的生物质注入第一挂网筒4与第二挂网筒5之间，营养液、尾矿碎粒与生物质的体积质量比为1L：5kg：5kg；其中生物质均是秸秆、甘蔗渣、椰壳按质量比1:1:1混合得到。
实施例8
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为8m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为40m，钻孔孔洞直径为40cm；钻孔深度为5m；
S4、先在孔洞3内布设第一挂网筒4，第一挂网筒4贴于孔洞3内壁，然后在第一挂网筒4内布设第二挂网筒5，将硫酸盐还原菌、生物质的混合物1注入第二挂网筒5中，硫酸盐还原菌、生物质的体积质量比为1L:3kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×106cfu/ml；将混有营养液、尾矿碎粒的生物质注入第一挂网筒4与第二挂网筒5之间，营养液、尾矿碎粒与生物质的体积质量比为1L：30kg：30kg；其中，第一挂网筒4、第二挂网筒5均由网片6卷制而成，网片6纵向固设有若干条加强楞条7，加强楞条7的侧面自上而下设有若干个通孔8，网片6卷成筒状后，将扎带穿过网片6边缘相互对应的加强楞条7的通孔8中，使网片6边缘固定在一起；其中生物质均是树枝、树叶、木屑、果壳按质量比1:1:1:1混合得到。
实施例9
基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场2重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为12m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为180m，钻孔孔洞直径为50cm；钻孔深度为9m；
S4、先在孔洞3内布设第一挂网筒4，第一挂网筒4贴于孔洞3内壁，然后在第一挂网筒4内布设第二挂网筒5，将硫酸盐还原菌、生物质的混合物1注入第二挂网筒5中，硫酸盐还原菌、生物质的体积质量比为1L:4kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×106cfu/ml；将混有营养液、尾矿碎粒的生物质注入第一挂网筒4与第二挂网筒5之间，营养液、尾矿碎粒与生物质的体积质量比为1L：17.5kg：17.5kg；其中，第一挂网筒4、第二挂网筒5均由网片6卷制而成，网片6纵向固设有若干条加强楞条7，加强楞条7的侧面自上而下设有若干个通孔8，网片6卷成筒状后，将扎带穿过网片6边缘相互对应的加强楞条7的通孔8中，使网片6边缘固定在一起；第一挂网筒4内壁挂设有网兜9，网兜9内装有浸泡过营养液的保水剂; 其中生物质均是秸秆、甘蔗渣、椰壳、树枝、树叶、木屑、果壳按质量比1:1:1:1:1:1:1混合得到。
Claims (9)
1.一种基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将生物质经晾晒、粉碎后得到生物质碎粒；
S2、测定堆场（2）重金属浓度，并确定堆场高污染区域、低污染区域、污染深度；
S3、根据堆场污染情况，在堆场上布点并钻孔；
S4、在孔洞（3）内注入硫酸盐还原菌、生物质碎粒的混合物（1）；
S4步骤在注入混合物（1）之前，先在孔洞（3）内布设第一挂网筒（4），第一挂网筒（4）贴于孔洞（3）内壁，然后在第一挂网筒（4）内布设第二挂网筒（5），将混合物（1）注入第二挂网筒（5）中；将混有营养液、尾矿碎粒的生物质注入第一挂网筒（4）与第二挂网筒（5）之间。
2.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于S3步骤在堆场高污染区域进行密集布点，布点间距为1~20m，在低污染区域进行疏松布点，布点间距为21~200m。
3.根据权利要求1或2所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于高污染区域为水流或污染扩散方向的下游，低污染区域为水流或污染扩散方向的上游。
4.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于S3步骤钻孔深度为0.1~10m。
5.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于S3步骤钻孔孔洞直径为5~50cm。
6.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于所述生物质为废弃农业生物质和/或废弃林业生物质，废弃农业生物质为秸秆、甘蔗渣、椰壳中的一种或多种，废弃林业生物质为树枝、树叶、木屑、果壳中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于S4步骤硫酸盐还原菌、生物质的体积质量比为1L:1~10kg，硫酸盐还原菌细菌浓度为1×104~1×108cfu/ml。
8.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于所述的第一挂网筒（4）、第二挂网筒（5）均由网片（6）卷制而成，网片（6）纵向固设有若干条加强楞条（7），加强楞条（7）的侧面自上而下设有若干个通孔（8），网片（6）卷成筒状后，将扎带穿过网片（6）边缘相互对应的加强楞条（7）的通孔（8）中，使网片（6）边缘固定在一起。
9.根据权利要求1所述基于硫酸盐还原菌和生物质的堆场防护方法，其特征在于所述的第一挂网筒（4）内壁挂设有网兜（9），网兜（9）内装有浸泡过营养液的保水剂。
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