CN114059598A - 一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，包括挡墙墙体及导排系统，多个所述挡墙墙体配合围成填埋空间，挡墙墙体中形成第一种植空间、第二种植空间及第三种植空间，第一种植空间和第二种植空间种植红树，第三种植空间内种植灌木，同时通过导排系统将填埋层中废水收集至第一种植空间中，利用植物对重金属离子的强吸附能力，对磷矿渣中的污染水进行过滤再利用。本发明还提供一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的施工方法。本发明具有绿色环保可持续发展的特点，自动化的排水系统，减少人力维护成本，综合降低了其全生命周期内的造价。

Description

一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统及其施工 方法

【技术领域】

本发明涉及污泥填埋技术领域，具体涉及一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统及其施工方法。

【背景技术】

低品位磷矿含磷量少，开采时产生大量废弃尾矿渣，对生态环境造成很严重的影响，对数量巨大的废弃尾矿渣进行处理耗时耗力，所以目前大多采用填埋的方式处理。矿渣中含有大量的金属离子，重金属离子流入地下水系统，对生态环境和人们的健康产生巨大的危害。

传统的废弃矿渣处理手段，大多采用简易填埋和化学试剂中和重金属离子的方法。简易填埋用土工布制作的防渗层不耐腐蚀，虽然成本较低，但长期看来不满足可持续发展战略；用混凝土浇筑的防渗层，水泥作为混凝土重要的拌合料之一，在生产过程中产生大量的二氧化碳，不利于环保；用化学药剂进行中和，在治理过程中需要的人力成本较高，处理污染土体量有限，且治理效果往往不能达到设计水平。因此，实有必要提供一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统及其施工方法以解决上述问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是在于提供一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统及其施工方法，结构安全可靠、材料低碳环保可持续发展且全生命周期内造价低。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，包括挡墙墙体及导排系统，多个所述挡墙墙体配合围成填埋空间，所述挡墙墙体包括挡墙基础、挡墙背、下种植槽及上种植槽，所述下种植槽和上种植槽设置于所述挡墙背远离所述填埋空间的一侧，所述挡墙背固定于所述挡墙基础上方，所述下种植槽安装于所述挡墙背上，所述上种植槽安装于所述下种植槽的上，且所述下种植槽、所述上种植槽均及所述挡墙背配合围成第一种植空间，所述上种植槽内部的槽体形成第二种植空间，所述下种植槽内部的槽体形成第三种植空间，所述第一种植空间、第二种植空间及第三种植空间内均填充有营养土，所述第一种植空间和所述第二种植空间内种植红树，所述第三种植空间内种植灌木，所述导排系统安装于所述挡墙背上，所述导排系统包括排水管、集水球、虹吸管、排气管、负压管、连通软管及虹吸启动装置，所述排水管一端与所述集水球连通，另一端延伸至所述填埋层中，所述虹吸管一端与所述集水球连通，另一端与所述第一种植空间连通，所述排气管连通的底部与所述虹吸管连通，顶部向下延伸至外界，所述排气管上设置有单向阀，所述虹吸启动装置设置于所述第三种植空间的底部，所述负压管的首端间隔设置于所述虹吸管的下方，末端与所述虹吸启动装置连通，所述连通软管连通所述负压管的首端和所述排气管的底部。

优选的，所述挡墙基础包括基础本体、自所述基础本体的上表面向上凸出的限位板及自所述基础本体的上表面向下凹陷的排水渠，所述限位板的数量为两个，两个所述限位板平行间隔，两个所述限位板与所述基础本体配合围成安装槽，所述排水渠设置于所述安装槽外，所述挡墙背包括沿水平方向设置的底板及沿竖直方向设置的立板，所述底板安装于所述安装槽内且与所述基础本体之间通过高强钢筋连接；所述立板靠近所述第一种植空间的一侧向远离所述第一种植空间方向凹陷形成有第一管槽及排水槽；所述底板靠近所述第一种植空间的一侧向远离所述第一种植空间方向凹陷形成有第二管槽，所述第一管槽与所述第二管槽连通，所述排水槽的底部与所述第一管槽平行，顶部向靠近所述第一管槽方向弯折并连通至所述第一管槽上；所述第一管槽、第二管槽的槽顶开口还设置有隔离板，所述隔离板为0.3-0.5cm厚的不锈钢板，所述第一管槽及第二管槽内的管体安装后，将所述隔离板通过螺丝固定在所述立板上；所述排水槽的槽顶开口还设置有隔离网，所述隔离网为0.3-0.5cm厚的带滤孔不锈钢板，滤孔的孔径为0.1-0.2cm，所述隔离网直接通过螺丝固定在所述立板上。

优选的，所述底板的上表面向下凹陷形成有第一卡槽，所述第一卡槽设置于所述底板远离所述立板的一侧；所述下种植槽包括底壁、第一长边侧壁、第二长边侧壁短边侧壁，所述第一长边侧壁、第二长边侧壁及短边侧壁均固定于所述底壁上方，所述第一长边侧壁与所述第二长边侧壁平行间隔，所述短边侧壁的数量为两个，两个所述短边侧壁平行间隔，所述短边侧壁连接所述第一长边侧壁和所述第二长边侧壁，所述底壁、第一长边侧壁、第二长边侧壁及短边侧壁配合围成所述第三种植空间；所述底壁的下表面向靠近所述底板方向突出形成第一卡扣，所述第一卡扣对应卡设于所述第一卡槽内；所述第一卡扣与所述立板相对的一面为第一弧形面，所述第一弧形面的弧顶向远离所述立板方向凸出；所述第一长边侧壁的高度大于所述第二长边侧壁的高度，所述第一长边侧壁的上表面向上凸出形成有第二卡扣，所述上种植槽整体为长方体的槽型结构，其槽口设置于顶部，所述上种植槽的下表面向远离所述下种植槽方向凹陷形成有第二卡槽，所述第二卡扣对应卡设于所述第二卡槽内，所述第二卡扣与所述立板相对的一面为第二弧形面，所述第二弧形面的弧顶向远离所述立板方向凸出。

优选的，所述下种植槽还包括承台、过滤网及鹅卵石过滤层，所述承台包括承载板及隔板，所述承载板的数量为两个，其中一个承载板抵接所述第一长边侧壁，另一个所述承载板抵接所述第二长边侧壁，所述隔板的两端分别与两个所述承载板固定，底部与所述底壁固定，所述隔板的高度与所述承载板的高度相同，所述隔板将所述第三种植空间的底部分隔形成多个储水腔室，所述储水腔室用于蓄水，所述储水腔室上设置有排水阀，当所述储水腔室内的水位达到预设水位时，通过所述排水阀向外排水；所述过滤网承载于所述承载板及所述隔板上，所述鹅卵石过滤层铺设于所述过滤网上，所述鹅卵石过滤层中鹅卵石的粒径的1.5cm-3cm，所述过滤网采用不锈钢板制成，其上贯穿设置有多个孔径0.5-1cm的滤孔用于滤水。

优选的，所述排水管的数量为多个，多个所述排水管以所述集水球为端点，向所述填埋层内发散分布，所述排水管包括由外而内依次设置的尼龙保护层、砂滤层和导管，所述排水管的直径为5-10cm；所述尼龙保护层的厚度为1-2cm；所述砂滤层为粒径0.5mm～1.0mm的粗砂，所述导管为直径0.8cm～1.2cm的PVC管，每个所述排水管2设置设置有4-8根所述导管，所述导管上交错有直径1mm的孔洞，所述导管外包裹土工布，所述土工布完全包覆多个所述孔洞；所述集水球为半球形的空心结构，所述集水球通过螺丝固定于所述立板远离所述第一种植空间的一侧，所述集水球与所述立板的连接缝用EVA热熔胶密封，多个所述排水管与所述集水球的弧形面连接，所述虹吸管与所述集水球的平面连接，所述虹吸管一端安装于所述第一管槽内，另一端穿过所述立板与所述集水球连通，所述虹吸管位于所述第一管槽部分的底部设置有开口，所述开口与所述排水槽连通，所述虹吸管上设置有虹吸阀门，所述虹吸阀门位于所述开口的上方，用于控制所述开口的打开和关闭，所述排气管安装于所述第一管槽内，其顶部穿过所述立板露设于所述立板外，所述第二管槽延伸至所述储水腔室的下方，所述负压管沿所述第一管槽及所述第二管槽布设，所述虹吸启动装置设置于所述储水腔室内，所述负压管的首端间隔设置于所述虹吸管的下方，末端穿过所述底壁与所述虹吸启动装置连通，所述底壁上还贯穿设置有连通所述第二管槽和所述储水腔室的通孔，所述通孔的设置使所述第三种植空间与所述第一种植空间保持连通，所述虹吸启动装置检测所述储水腔室的水位，当所述储水腔室内水位达到预设水位时，所述排水阀放水，所述储水腔室内水位下降，虹吸启动装置开始运作，所述虹吸启动装置为底面朝下的圆锥形，即其开口自下往上逐渐缩小。

优选的，所述填埋空间用于填埋磷矿渣的填埋层，所述填埋空间的底部设置有防渗层，顶部铺设隔离层，所述防渗层为5-10cm厚的地聚物混凝土，所述填埋层采用分层填埋的方式，每层填埋厚度为50-80cm，所述填埋层内播撒聚磷菌和可降解植物染料，所述填埋层的顶部铺设隔离层，所述隔离层为5cm厚的地聚物混凝土，所述填埋层的中心高于四周，坡度为5°。

优选的，所述营养土包括以重量份数计的如下成分：泥炭土400-450份、红土900-980份、陶粒45-52份、保水剂22-26份、生长肥料8-12份；所述红树选自红茄冬、海莲、木榄、海桑、红海榄、木果莲中的一种或多种；所述灌木选自鼠尾草、砂生槐、藏锦鸡儿中的一种或多种；所述上种植槽的槽底还设有直径100cm-120cm的圆形种植孔，所述圆形种植孔连通所述第一种植空间和所述第二种植空间，每个所述圆形种植孔内种植一根红树。

优选的，所述上种植槽内还设置有第一水路，所述下种植槽内还设置有第二水路，所述第一水路包括第一进水口、第二进水口及第一出水口，所述第一进水口设置于靠近所述立板的侧壁上，所述第一进水口与所述第一种植空间连通且位于所述第一种植空间的顶部，用于所述第一种植空间内的溢流；所述第二进水口设置于远离所述立板的侧壁上，所述第二进水口与所述第二种植空间连通且位于所述第二种植空间的顶部，用于所述第二种植空间的溢流；所述第一出水口位于所述上种植槽的底部，汇聚的水通过所述第一出水口排出；所述第二水路包括第三进水口及第二出水口，所述第三进水口与所述第一出水口连通，所述第二出水口与所述储水腔室连通，用于将第一出水口排出的水导至所述储水腔室内进行存储，所述第一进水口、第二进水口及第一出水口、第三进水口及第二出水口均采用土工格栅封堵，土工格栅的表面包覆土工布，所述第三进水口设置于相邻两个所述第二卡扣之间的间隙位置，当所述第二卡扣卡合后，所述第三进水口与所述第一出水口直接对齐贴合，形成导通效果。

优选的，所述填埋空间为矩形的填埋空间，其由四个相互垂直的挡墙墙体配合围成，所述储水槽设置于相邻两个所述挡墙墙体的交接位置，所述储水槽与所述挡墙墙体之间通过定位钢筋连接固定，所述储水槽用于储存雨水，当干旱时用于灌溉，所述储水槽的高度与所述挡墙基础的高度相同；所述挡墙基础、挡墙背、下种植槽、上种植槽、储水槽、防渗层及隔离层均由地聚物混凝土制成，所述地聚物混凝土包括以重量份数计的如下成分：磷矿渣188-210份、聚氯乙烯粉末8-10份、粉煤灰52-86份、硅灰20-23份、聚合物纤维10-12份、碎石920-980份、中砂503-590份、硅酸钠溶液56-64份、固态氢氧化钠9-11份及拌合水91-102份。

本发明还提供一种上述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：根据需要处理尾矿渣量，合理设计场地大小，在工厂预制构件，预制地聚物混凝土脱模后进行养护，定期检查；

步骤二：清理现场，放线，吊装固定挡墙基础围成填埋空间，在填埋空间底部铺设5cm-10cm地聚物混凝土形成防渗层；

步骤三：吊装挡墙背和下种植槽，安装负压管、承台和虹吸启动装置，在第一种植空间内填充营养土，高度与下种植槽的顶部齐平，压实土体，使其具有一定的承载力，在挡墙墙体连接处做防渗处理，安装遇水膨胀的止水条；

步骤四：安装导排系统，将集水球固定于挡墙背，安装排气管和负压管于管槽内，然后安装隔离板和隔离网；

步骤五：安装上种植槽，在填埋场分层回填磷矿尾矿渣，期间根据工况调整排水管长度和走向，确保于集水球连接处的排水管仰角和俯角管道各占约50％；

步骤六：将第一种植空间内的营养土填至设计高度，移植龄期6个月左右红树；

步骤七：分层回填磷矿渣，每层填埋约50cm～80cm，播撒聚磷菌和可降解植物染料，染料起污水渗漏辨识作用；回填完成后场地顶部浇筑2cm-5cm厚度地聚物混凝土作为隔离层，隔离层浇筑时，场地中心略高于四周，坡度约2-5°；在挡墙中各部件连接处设置显色海绵；

步骤八：待填埋场内磷矿尾矿渣固结后，区域性开挖隔离层，回填种植灌木和红树做绿化处理。

与相关技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)挡墙基础、挡墙背、下种植槽、上种植槽、储水槽、防渗层及隔离层用地聚物混凝土浇筑制成，其高强度使结构安全可靠；优良的耐腐蚀性可保证结构在重金属离子腐蚀下的使用寿命；地聚物混凝土利用废弃物合成地聚物取代水泥用量，减少了二氧化碳的排放，符合绿色可持续发展的理念；

(2)挡墙墙体采用预制结构，在工厂内批量制成，现场组装连接，提高构件的质量和施工的效率，最大限度的降低了因不同施工队、不同施工水平造成的施工质量的差异，预制结构通过限位板和高强钢筋连接，降低施工难度；

(3)导排系统利用虹吸原理，结合两种独立的自启动方式，可给富水生长的红树提供充足的水分，在降雨量少时，矿渣中的水被动在集水球中汇集，最终启动虹吸效应，启动排水；在降雨过程中，雨水通过排水槽在集水槽中汇集，集水槽在达到设计周期时排水，在负压管中产生负压，将磷矿渣中的水分主动导入墙体内，全自动的排水体系降低了整个系统全生命周期内的造价；

(4)红树生命力顽强且对金属离子有很强的吸附能力，将磷矿渣中的水分通过虹吸管导入种植土内，不但为红树提供了生长所需的水分，而且还起到了对重金属离子过滤的作用，待磷矿渣固结完成后，废弃土体可重新利用种植绿植。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明提供的一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的结构示意图；

图2为沿图1所示的一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的半剖结构示意图；

图3为沿图1所示的挡墙墙体的分解结构示意图；

图4为上种植槽及下种植槽的安装结构示意图；

图5为图3所示的上种植槽的立体结构示意图；

图6为图3所示的下种植槽的分解结构示意图；

图7为图3所示的挡墙背的结构示意图；

图8为导排系统的结构示意图；

图9为排水管的剖视图；

图10为第一水路和第二水路的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

请结合参阅图1-10，本发明提供一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统100，包括挡墙墙体10、导排系统20及储水槽30。

多个所述挡墙墙体10配合围成填埋空间40，所述填埋空间40用于填埋磷矿渣的填埋层200。

所述填埋空间40的底部设置有防渗层50，所述防渗层50为5-10cm厚的地聚物混凝土。所述填埋层200采用分层填埋的方式，每层填埋厚度为50-80cm，所述填埋层200内播撒聚磷菌和可降解植物染料。所述填埋层200的顶部铺设隔离层60，所述隔离层60为5cm厚的地聚物混凝土，所述填埋层60的中心高于四周，坡度为5°。

所述挡墙墙体10包括挡墙基础11、挡墙背12、下种植槽13及上种植槽14。所述下种植槽13和上种植槽14设置于所述挡墙背12远离所述填埋空间40的一侧。所述挡墙背12固定于所述挡墙基础11上方，所述下种植槽13安装于所述挡墙背12上，所述上种植槽14安装于所述下种植槽13上。所述挡墙墙体10间各部位的连接处设置有显色海绵，所述显色海绵为厚度1cm-2cm的浅色海绵，使用钉枪固定于所述挡墙墙体11上。由于填埋层60内设置有可降解植物染料，当发生污水泄露时，所述显色海绵上会出现显色，便于快速发现泄露情况。

所述挡墙基础11包括基础本体111、自所述基础本体111的上表面向上凸出的限位板112及自所述基础本体111的上表面向下凹陷的排水渠113。所述限位板112的数量为两个，两个所述限位板112平行间隔，两个所述限位板112与所述基础本体111配合围成安装槽114。所述排水渠113设置于所述安装槽114外，起到导排雨水的作用。

所述挡墙背12固定于所述挡墙基础11上方，所述挡墙背12为L型构件，其包括沿水平方向设置的底板121及沿竖直方向设置的立板122，所述立板122与所述底板121垂直，所述底板121安装于所述安装槽114内。所述底板121与所述基础本体111之间通过高强钢筋连接，每个纵断面上设置有三根一组的所述高强钢筋，每个所述挡墙基础11上设置有六组所述高强钢筋。

所述下种植槽13安装于所述底板121上，所述上种植槽暗14安装于所述下种植槽13的上，且所述下种植槽13和所述上种植槽14均与所述立板122间隔设置，所述下种植槽13、上种植槽14、底板121及立板122配合围成第一种植空间15，所述上种植槽14内部的槽体形成第二种植空间16，所述下种植槽13内部的槽体形成第三种植空间17，所述第一种植空间15、第二种植空间16及第三种植空间17内均填充有营养土，所述营养土包括以重量份数计的如下成分：泥炭土400-450份、红土900-980份、陶粒45-52份、保水剂22-26份、生长肥料8-12份。所述第一种植空间15和所述第二种植空间16内种植有红树，所述红树选自红茄冬、海莲、木榄、海桑、红海榄、木果莲中的任意一种或多种，优先选取植株较小的木榄和红海榄。所述第三种植空间17内种植灌木，所述灌木选自鼠尾草、砂生槐、藏锦鸡儿中的一种或多种。

所述上种植槽14的槽底还设有直径100cm-120cm的圆形种植孔，所述圆形种植孔连通所述第一种植空间15和所述第二种植空间16，每个所述圆形种植孔内种植一根红树，红树的根系可以通过所述圆形种植孔延展至所述第一种植空间15内汲取营养和水分，避免所述上种植槽14的空间较小局限红树根系的发育。所述圆形种植孔的数量可以根据所述上种植槽14的数量进行调整，相邻两个所述圆形种植孔的间距可以根据红树的栽培需要进行选择。

所述底板121的上表面向下凹陷形成有第一卡槽1211，所述第一卡槽1211设置于所述底板121远离所述立板122的一侧。

具体的，所述下种植槽13包括底壁131、第一长边侧壁132、第二长边侧壁133及短边侧壁134。

所述第一长边侧壁132、第二长边侧壁133及短边侧壁134均固定于所述底壁131上方，所述第一长边侧壁132与所述第二长边侧壁133平行间隔，所述短边侧壁134的数量为两个，两个所述短边侧壁134平行间隔，所述短边侧壁134连接所述第一长边侧壁132和所述第二长边侧壁133，所述底壁131、第一长边侧壁132、第二长边侧壁133及短边侧壁134配合围成所述第三种植空间17。

所述底壁131的下表面向靠近所述底板121方向突出形成第一卡扣135，所述第一卡扣135对应卡设于所述第一卡槽1211内。所述第一卡扣135与所述立板122相对的一面为第一弧形面，所述第一弧形面的弧顶向远离所述立板122方向凸出。当所述下种植槽13安装后，所述第一弧形面的下半部分会对所述第一卡槽1211的下半部分形成限位，避免所述下种植槽13脱落。

所述下种植槽13还包括承台137、过滤网138及鹅卵石过滤层139。所述承台137包括承载板1371及隔板1372。

所述承载板1371的数量为两个，其中一个承载板1371抵接所述第一长边侧壁，另一个所述承载板1371抵接所述第二长边侧壁133，所述隔板1372的两端分别与两个所述承载板1371固定，底部与所述底壁131固定，所述隔板1372的高度与所述承载板1371的高度相同。所述隔板1372将所述第三种植空间17的底部分隔形成多个储水腔室，所述储水腔室用于蓄水。所述储水腔室上设置有排水阀，当所述储水腔室内的水位达到预设水位时，通过所述排水阀向外排水，所述排水阀的出水端直接与外界连通。

所述过滤网138承载于所述承载板1371及所述隔板1372上，用于起到过滤作用，所述鹅卵石过滤层139铺设于所述过滤网138上，所述鹅卵石过滤层139中鹅卵石的粒径的1.5cm-3cm。雨水可以通过所述鹅卵石过滤层139及所述过滤网138进入所述储水腔室蓄积，同时可以将土质及杂物阻隔在所述过滤网138上方。所述过滤网138采用不锈钢板制成，其上贯穿设置有多个孔径0.5-1cm的滤孔用于滤水。

所述第一长边侧壁132的高度大于所述第二长边侧壁133的高度，所述第一长边侧壁132的上表面向上凸出形成有第二卡扣136。所述上种植槽14整体为长方体的槽型结构，其槽口设置于顶部，所述上种植槽14的下表面向远离所述下种植槽13方向凹陷形成有第二卡槽141，所述第二卡扣136对应卡设于所述第二卡槽141内。所述第二卡扣136与所述立板122相对的一面为第二弧形面，所述第二弧形面的弧顶向远离所述立板122方向凸出。当上种植槽14安装后，第二弧形面的上半部分会对所述第二卡槽的上半部分形成限位，可以避免所述上种植槽14脱落。

所述立板122靠近所述第一种植空间15的一侧向远离所述第一种植空间15方向凹陷形成有第一管槽1221及排水槽1222；所述底板121靠近所述第一种植空间15的一侧向远离所述第一种植空间15方向凹陷形成有第二管槽1212，所述第一管槽1221与所述第二管槽1212连通，所述排水槽1222的底部与所述第一管槽1221平行，顶部向靠近所述第一管槽1221方向弯折并连通至所述第一管槽1221上。

所述第一管槽1221、第二管槽1212的槽顶开口还设置有隔离板，所述隔离板为0.3-0.5cm厚的不锈钢板，所述第一管槽1221及第二管槽1212内的管体安装后，将所述隔离板通过螺丝固定在所述立板122上，起到保护管槽内管体的作用；所述排水槽1222的槽顶开口还设置有隔离网，所述隔离网为0.3-0.5cm厚的带滤孔不锈钢板，滤孔的孔径为0.1-0.2cm，所述隔离网直接通过螺丝固定在所述立板122上，起到隔离泥沙及杂物的效果。

所述导排系统20包括排水管21、集水球22、虹吸管23、排气管24、负压管25、连通软管26及虹吸启动装置27。

所述排水管21一端与所述集水球22连通，另一端延伸至所述填埋层200中，所述排水管21的数量为多个，多个所述排水管21以所述集水球22为端点，向所述填埋层200内发散分布。

所述排水管21包括由外而内依次设置的尼龙保护层211、砂滤层212和导管213。

所述排水管21的直径为5-10cm；所述尼龙保护层211的厚度为1-2cm；所述砂滤层212为粒径0.5mm～1.0mm的粗砂，所述导管213为直径0.8cm～1.2cm的PVC管，每个所述排水管21设置设置有4-8根所述导管213。

所述导管213上交错有直径1mm的孔洞，所述导管213外包裹土工布，所述土工布完全包覆多个所述孔洞。水可以透过所述尼龙保护层211及砂滤层212，并通过所述导管213上的孔洞，进入所述导管213内，并经所述导管213汇聚至所述集水球22处。

所述集水球22通过螺丝固定于所述立板122远离所述第一种植空间15的一侧，所述集水球22与所述立板122的连接缝用EVA热熔胶密封。所述集水球22为半球形的空心结构，多个所述排水管21与所述集水球22的弧形面连接，所述虹吸管23与所述集水球22的平面连接。

所述虹吸管23一端安装于所述第一管槽1221内，另一端穿过所述立板122与所述集水球22连通。所述虹吸管23位于所述第一管槽1221部分的底部设置有开口，所述开口与所述排水槽1222连通。所述虹吸管23上设置有虹吸阀门，所述虹吸阀门位于所述开口的上方，用于控制所述开口的打开和关闭。

所述排气管24安装于所述第一管槽1221内，其顶部穿过所述立板122露设于所述立板122外。所述排气管24的底端与所述虹吸管23连通。所述排气管24上安装有单向阀，所述单向阀内气流方向为自下而上，即气体只能由所述排气管24排向外界，不能由外界进入所述排气管24内。

所述第二管槽1212延伸至所述储水腔室的下方，所述负压管25沿所述第一管槽1221及所述第二管槽1212布设，所述虹吸启动装置27设置于所述储水腔室内，所述负压管25的首端间隔设置于所述虹吸管23的下方，末端穿过所述底壁131与所述虹吸启动装置27连通。所述连通软管26连通所述排气管24的底部和所述负压管25的顶部。所述底壁131上还贯穿设置有连通所述第二管槽1212和所述储水腔室的通孔，所述通孔的设置，可以使所述第三种植空间17与所述第一种植空间15保持连通，进而可以实现水分的共享。所述虹吸启动装置27检测所述储水腔室的水位，当所述储水腔室内水位达到预设水位时，所述排水阀开始放水，所述储水腔室内水位下降，所述虹吸启动装置27开始运行。所述虹吸启动装置27为底面朝下的圆锥形，即其开口自下往上逐渐缩小。

所述导排系统20的使用原理为：当所述储水腔体内的液位上升时，上升的液位会将所述负压管25内的气体排出进入排气管24及虹吸管23，最终通过所述排气管24排往外界，此时虹吸管23内的气体与大气压持平，无法启动虹吸；当所述储水腔室内的液位下降时，由于单向阀的限制，外界的气体无法通过所述排气管24补充至所述负压管25内，使得所述负压管25内的空气稀薄，压力变小，形成负压，由于负压管与虹吸管23连通，此时虹吸管23内也对应形成负压，此时，虹吸管23内的气压小于集水球22内的气压，在气压驱动下集水球22内的水会进入虹吸管23，并通过虹吸管23上的开口流入所述排水槽1222，并通过所述排水槽1222进入所述第一种植空间15内，形成补水效果。由于所述虹吸启动装置27的圆锥形结构，底部开口大于顶部开口，当储水腔室内的水位较低时，水位的继续下降，可以将更多的气体抽入其内部空间，使得所述负压管23及虹吸管23内的气压下降更为明显，可以起到加快虹吸启动的效果。

进一步的，所述上种植槽14内还设置有第一水路140，所述下种植槽13内还设置有第二水路130。

所述第一水路140包括第一进水口、第二进水口及第一出水口，所述第一进水口设置于靠近所述立板122的侧壁上，所述第一进水口与所述第一种植空间15连通且位于所述第一种植空间的顶部，用于所述第一种植空间内的溢流；所述第二进水口设置于远离所述立板122的侧壁上，所述第二进水口与所述第二种植空间16连通且位于所述第二种植空间16的顶部，用于所述第二种植空间16的溢流；所述第一出水口位于所述上种植槽13的底部，汇聚的水通过所述第一出水口排出。所述第二水路130包括第三进水口及第二出水口，所述第三进水口与所述第一出水口连通，所述第二出水口与所述储水腔室连通，用于将第一出水口排出的水导至所述储水腔室内进行存储。所述第一进水口、第二进水口及第一出水口、第三进水口及第二出水口均采用土工格栅封堵，土工格栅的表面包覆土工布，用于阻隔泥沙及杂物。

优选的，所述第三进水口设置于相邻两个所述第二卡扣136之间的间隙位置，当所述第二卡扣136卡合后，所述第三进水口与所述第一出水口直接对齐贴合，形成导通效果。

在本实施方式中，所述填埋空间40为矩形的填埋空间，所述填埋空间40为矩形的填埋空间，其由四个相互垂直的挡墙墙体10配合围成，所述储水槽30设置于相邻两个所述挡墙墙体10的交接位置，所述储水槽30与所述挡墙墙体10之间通过定位钢筋连接固定，所述储水槽30用于储存雨水，当干旱时用于灌溉，所述储水槽30的高度与所述挡墙基础11的高度相同。

所述挡墙基础11、挡墙背12、下种植槽13、上种植槽14、储水槽30、防渗层50及隔离层60均由地聚物混凝土制成。所述地聚物混凝土包括以重量份数计的如下成分：磷矿渣188-210份、聚氯乙烯粉末8-10份、粉煤灰52-86份、硅灰20-23份、聚合物纤维10-12份、碎石920-980份、中砂503-590份、硅酸钠溶液56-64份、固态氢氧化钠9-11份及拌合水91-102份。

本发明还提供一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的施工方法，包括如下步骤：

步骤一：根据需要处理尾矿渣量，合理设计场地大小，在工厂预制构件，预制地聚物混凝土脱模后进行养护，定期检查。

步骤二：清理现场，放线，吊装固定挡墙基础围成填埋空间，在填埋空间底部铺设5cm-10cm地聚物混凝土形成防渗层；

步骤三：吊装挡墙背和下种植槽，安装负压管、承台和虹吸启动装置，在第一种植空间内填充营养土，高度与下种植槽的顶部齐平，压实土体，使其具有一定的承载力，在挡墙墙体连接处做防渗处理，安装遇水膨胀的止水条；

步骤四：安装导排系统，将集水球固定于挡墙背，安装排气管和负压管于管槽内，然后安装隔离板和隔离网；

步骤五：安装上种植槽，在填埋场分层回填磷矿尾矿渣，期间根据工况调整排水管长度和走向，确保于集水球连接处的排水管仰角和俯角管道各占约50％；

步骤六：将第一种植空间内的营养土填至设计高度，移植龄期6个月左右红树；

步骤七：分层回填磷矿渣，每层填埋约50cm～80cm，播撒聚磷菌和可降解植物染料，染料起污水渗漏辨识作用；回填完成后场地顶部浇筑2cm-5cm厚度地聚物混凝土作为隔离层，隔离层浇筑时，场地中心略高于四周，坡度约2-5°；在挡墙中各部件连接处设置显色海绵；

步骤八：待填埋场内磷矿尾矿渣固结后，区域性开挖隔离层，回填种植灌木和红树做绿化处理。

与相关技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)挡墙基础、挡墙背、下种植槽、上种植槽、储水槽、防渗层及隔离层用地聚物混凝土浇筑制成，其高强度使结构安全可靠；优良的耐腐蚀性可保证结构在重金属离子腐蚀下的使用寿命；地聚物混凝土利用废弃物合成地聚物取代水泥用量，减少了二氧化碳的排放，符合绿色可持续发展的理念；

(2)挡墙墙体采用预制结构，在工厂内批量制成，现场组装连接，提高构件的质量和施工的效率，最大限度的降低了因不同施工队、不同施工水平造成的施工质量的差异，预制结构通过限位板和高强钢筋连接，降低施工难度；

(3)导排系统利用虹吸原理，结合两种独立的自启动方式，可给富水生长的红树提供充足的水分，在降雨量少时，矿渣中的水被动在集水球中汇集，最终启动虹吸效应，启动排水；在降雨过程中，雨水通过排水槽在集水槽中汇集，集水槽在达到设计周期时排水，在负压管中产生负压，将磷矿渣中的水分主动导入墙体内，全自动的排水体系降低了整个系统全生命周期内的造价；

(4)红树生命力顽强且对金属离子有很强的吸附能力，将磷矿渣中的水分通过虹吸管导入种植土内，不但为红树提供了生长所需的水分，而且还起到了对重金属离子过滤的作用，待磷矿渣固结完成后，废弃土体可重新利用种植绿植。

以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，包括挡墙墙体及导排系统，多个所述挡墙墙体配合围成填埋空间，所述挡墙墙体包括挡墙基础、挡墙背、下种植槽及上种植槽，所述下种植槽和上种植槽设置于所述挡墙背远离所述填埋空间的一侧，所述挡墙背固定于所述挡墙基础上方，所述下种植槽安装于所述挡墙背上，所述上种植槽安装于所述下种植槽的上，且所述下种植槽、所述上种植槽均及所述挡墙背配合围成第一种植空间，所述上种植槽内部的槽体形成第二种植空间，所述下种植槽内部的槽体形成第三种植空间，所述第一种植空间、第二种植空间及第三种植空间内均填充有营养土，所述第一种植空间和所述第二种植空间内种植红树，所述第三种植空间内种植灌木，所述导排系统安装于所述挡墙背上，所述导排系统包括排水管、集水球、虹吸管、排气管、负压管、连通软管及虹吸启动装置，所述排水管一端与所述集水球连通，另一端延伸至所述填埋层中，所述虹吸管一端与所述集水球连通，另一端与所述第一种植空间连通，所述排气管连通的底部与所述虹吸管连通，顶部向下延伸至外界，所述排气管上设置有单向阀，所述虹吸启动装置设置于所述第三种植空间的底部，所述负压管的首端间隔设置于所述虹吸管的下方，末端与所述虹吸启动装置连通，所述连通软管连通所述负压管的首端和所述排气管的底部。

2.根据权利要求1所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述挡墙基础包括基础本体、自所述基础本体的上表面向上凸出的限位板及自所述基础本体的上表面向下凹陷的排水渠，所述限位板的数量为两个，两个所述限位板平行间隔，两个所述限位板与所述基础本体配合围成安装槽，所述排水渠设置于所述安装槽外，所述挡墙背包括沿水平方向设置的底板及沿竖直方向设置的立板，所述底板安装于所述安装槽内且与所述基础本体之间通过高强钢筋连接；所述立板靠近所述第一种植空间的一侧向远离所述第一种植空间方向凹陷形成有第一管槽及排水槽；所述底板靠近所述第一种植空间的一侧向远离所述第一种植空间方向凹陷形成有第二管槽，所述第一管槽与所述第二管槽连通，所述排水槽的底部与所述第一管槽平行，顶部向靠近所述第一管槽方向弯折并连通至所述第一管槽上；所述第一管槽、第二管槽的槽顶开口还设置有隔离板，所述隔离板为0.3-0.5cm厚的不锈钢板，所述第一管槽及第二管槽内的管体安装后，将所述隔离板通过螺丝固定在所述立板上；所述排水槽的槽顶开口还设置有隔离网，所述隔离网为0.3-0.5cm厚的带滤孔不锈钢板，滤孔的孔径为0.1-0.2cm，所述隔离网直接通过螺丝固定在所述立板上。

3.根据权利要求2所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述底板的上表面向下凹陷形成有第一卡槽，所述第一卡槽设置于所述底板远离所述立板的一侧；所述下种植槽包括底壁、第一长边侧壁、第二长边侧壁短边侧壁，所述第一长边侧壁、第二长边侧壁及短边侧壁均固定于所述底壁上方，所述第一长边侧壁与所述第二长边侧壁平行间隔，所述短边侧壁的数量为两个，两个所述短边侧壁平行间隔，所述短边侧壁连接所述第一长边侧壁和所述第二长边侧壁，所述底壁、第一长边侧壁、第二长边侧壁及短边侧壁配合围成所述第三种植空间；所述底壁的下表面向靠近所述底板方向突出形成第一卡扣，所述第一卡扣对应卡设于所述第一卡槽内；所述第一卡扣与所述立板相对的一面为第一弧形面，所述第一弧形面的弧顶向远离所述立板方向凸出；所述第一长边侧壁的高度大于所述第二长边侧壁的高度，所述第一长边侧壁的上表面向上凸出形成有第二卡扣，所述上种植槽整体为长方体的槽型结构，其槽口设置于顶部，所述上种植槽的下表面向远离所述下种植槽方向凹陷形成有第二卡槽，所述第二卡扣对应卡设于所述第二卡槽内，所述第二卡扣与所述立板相对的一面为第二弧形面，所述第二弧形面的弧顶向远离所述立板方向凸出。

4.根据权利要求3所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述下种植槽还包括承台、过滤网及鹅卵石过滤层，所述承台包括承载板及隔板，所述承载板的数量为两个，其中一个承载板抵接所述第一长边侧壁，另一个所述承载板抵接所述第二长边侧壁，所述隔板的两端分别与两个所述承载板固定，底部与所述底壁固定，所述隔板的高度与所述承载板的高度相同，所述隔板将所述第三种植空间的底部分隔形成多个储水腔室，所述储水腔室用于蓄水，所述储水腔室上设置有排水阀，当所述储水腔室内的水位达到预设水位时，通过所述排水阀向外排水；所述过滤网承载于所述承载板及所述隔板上，所述鹅卵石过滤层铺设于所述过滤网上，所述鹅卵石过滤层中鹅卵石的粒径的1.5cm-3cm，所述过滤网采用不锈钢板制成，其上贯穿设置有多个孔径0.5-1cm的滤孔用于滤水。

5.根据权利要求4所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述排水管的数量为多个，多个所述排水管以所述集水球为端点，向所述填埋层内发散分布，所述排水管包括由外而内依次设置的尼龙保护层、砂滤层和导管，所述排水管的直径为5-10cm；所述尼龙保护层的厚度为1-2cm；所述砂滤层为粒径0.5mm～1.0mm的粗砂，所述导管为直径0.8cm～1.2cm的PVC管，每个所述排水管2设置设置有4-8根所述导管，所述导管上交错有直径1mm的孔洞，所述导管外包裹土工布，所述土工布完全包覆多个所述孔洞；所述集水球为半球形的空心结构，所述集水球通过螺丝固定于所述立板远离所述第一种植空间的一侧，所述集水球与所述立板的连接缝用EVA热熔胶密封，多个所述排水管与所述集水球的弧形面连接，所述虹吸管与所述集水球的平面连接，所述虹吸管一端安装于所述第一管槽内，另一端穿过所述立板与所述集水球连通，所述虹吸管位于所述第一管槽部分的底部设置有开口，所述开口与所述排水槽连通，所述虹吸管上设置有虹吸阀门，所述虹吸阀门位于所述开口的上方，用于控制所述开口的打开和关闭，所述排气管安装于所述第一管槽内，其顶部穿过所述立板露设于所述立板外，所述第二管槽延伸至所述储水腔室的下方，所述负压管沿所述第一管槽及所述第二管槽布设，所述虹吸启动装置设置于所述储水腔室内，所述负压管的首端间隔设置于所述虹吸管的下方，末端穿过所述底壁与所述虹吸启动装置连通，所述底壁上还贯穿设置有连通所述第二管槽和所述储水腔室的通孔，所述通孔的设置使所述第三种植空间与所述第一种植空间保持连通，所述虹吸启动装置检测所述储水腔室的水位，当所述储水腔室内水位达到预设水位时，所述排水阀放水，所述储水腔室内水位下降，虹吸启动装置开始运作，所述虹吸启动装置为底面朝下的圆锥形，即其开口自下往上逐渐缩小。

6.根据权利要求5所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述填埋空间用于填埋磷矿渣的填埋层，所述填埋空间的底部设置有防渗层，顶部铺设隔离层，所述防渗层为5-10cm厚的地聚物混凝土，所述填埋层采用分层填埋的方式，每层填埋厚度为50-80cm，所述填埋层内播撒聚磷菌和可降解植物染料，所述填埋层的顶部铺设隔离层，所述隔离层为5cm厚的地聚物混凝土，所述填埋层的中心高于四周，坡度为5°。

7.根据权利要求6所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述营养土包括以重量份数计的如下成分：泥炭土400-450份、红土900-980份、陶粒45-52份、保水剂22-26份、生长肥料8-12份；所述红树选自红茄冬、海莲、木榄、海桑、红海榄、木果莲中的一种或多种；所述灌木选自鼠尾草、砂生槐、藏锦鸡儿中的一种或多种；所述上种植槽的槽底还设有直径100cm-120cm的圆形种植孔，所述圆形种植孔连通所述第一种植空间和所述第二种植空间，每个所述圆形种植孔内种植一根红树。

8.根据权利要求7所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述上种植槽内还设置有第一水路，所述下种植槽内还设置有第二水路，所述第一水路包括第一进水口、第二进水口及第一出水口，所述第一进水口设置于靠近所述立板的侧壁上，所述第一进水口与所述第一种植空间连通且位于所述第一种植空间的顶部，用于所述第一种植空间内的溢流；所述第二进水口设置于远离所述立板的侧壁上，所述第二进水口与所述第二种植空间连通且位于所述第二种植空间的顶部，用于所述第二种植空间的溢流；所述第一出水口位于所述上种植槽的底部，汇聚的水通过所述第一出水口排出；所述第二水路包括第三进水口及第二出水口，所述第三进水口与所述第一出水口连通，所述第二出水口与所述储水腔室连通，用于将第一出水口排出的水导至所述储水腔室内进行存储，所述第一进水口、第二进水口及第一出水口、第三进水口及第二出水口均采用土工格栅封堵，土工格栅的表面包覆土工布，所述第三进水口设置于相邻两个所述第二卡扣之间的间隙位置，当所述第二卡扣卡合后，所述第三进水口与所述第一出水口直接对齐贴合，形成导通效果。

9.根据权利要求8所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统，其特征在于，所述填埋空间为矩形的填埋空间，其由四个相互垂直的挡墙墙体配合围成，所述储水槽设置于相邻两个所述挡墙墙体的交接位置，所述储水槽与所述挡墙墙体之间通过定位钢筋连接固定，所述储水槽用于储存雨水，当干旱时用于灌溉，所述储水槽的高度与所述挡墙基础的高度相同；所述挡墙基础、挡墙背、下种植槽、上种植槽、储水槽、防渗层及隔离层均由地聚物混凝土制成，所述地聚物混凝土包括以重量份数计的如下成分：磷矿渣188-210份、聚氯乙烯粉末8-10份、粉煤灰52-86份、硅灰20-23份、聚合物纤维10-12份、碎石920-980份、中砂503-590份、硅酸钠溶液56-64份、固态氢氧化钠9-11份及拌合水91-102份。

10.一种如权利要求9所述的适用于磷矿渣填埋场的自动化生态恢复系统的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：根据需要处理尾矿渣量，合理设计场地大小，在工厂预制构件，预制地聚物混凝土脱模后进行养护，定期检查；

步骤二：清理现场，放线，吊装固定挡墙基础围成填埋空间，在填埋空间底部铺设5cm-10cm地聚物混凝土形成防渗层；

步骤三：吊装挡墙背和下种植槽，安装负压管、承台和虹吸启动装置，在第一种植空间内填充营养土，高度与下种植槽的顶部齐平，压实土体，使其具有一定的承载力，在挡墙墙体连接处做防渗处理，安装遇水膨胀的止水条；

步骤四：安装导排系统，将集水球固定于挡墙背，安装排气管和负压管于管槽内，然后安装隔离板和隔离网；

步骤五：安装上种植槽，在填埋场分层回填磷矿尾矿渣，期间根据工况调整排水管长度和走向，确保于集水球连接处的排水管仰角和俯角管道各占约50％；

步骤六：将第一种植空间内的营养土填至设计高度，移植龄期6个月左右红树；

步骤七：分层回填磷矿渣，每层填埋约50cm～80cm，播撒聚磷菌和可降解植物染料，染料起污水渗漏辨识作用；回填完成后场地顶部浇筑2cm-5cm厚度地聚物混凝土作为隔离层，隔离层浇筑时，场地中心略高于四周，坡度约2-5°；在挡墙中各部件连接处设置显色海绵；

步骤八：待填埋场内磷矿尾矿渣固结后，区域性开挖隔离层，回填种植灌木和红树做绿化处理。

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