CN114632814B - 一种采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法，解决了现有技术中的电厂产生的大量粉煤灰料渣处理困难，且堆存压力大，占用土地且存在着污染环境隐患的技术问题。它包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层（1）、防渗层（2）、过滤层（3）、填充层（4）、表层（5）和种植作物层（6）；所述防渗层（2）采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为30‑50cm。本发明的方法工艺简单，可有效解决燃煤电厂大量固体废弃物的堆存处理和小流域综合治理和生态修复问题，具有较大的环境效益，适于大规模推广和应用。

Description

一种采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法

技术领域

本发明涉及一种生态修复结构及方法，具体涉及一种采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法。

背景技术

西北黄河流域中上游地区遍布大型煤电基地，粉煤灰产量大，仅内蒙古中西部地区年产粉煤灰量就超过3000万吨，由于本地市场有限等多种因素，粉煤灰大量积存，综合利用率低，综合利用率不到30%，粉煤灰的堆积存在着占用土地和污染环境的问题。

另一方面黄河流域煤电基地所在区域存在着许多高原侵蚀性丘陵山谷和沟坡，属典型的高原侵蚀性地貌，沟深梁大，且该侵蚀地貌的坡沟多由粉土、粉质粘土组成，坡面侵蚀比较强烈，在年复一年的水力侵蚀作用下，不断恶化本地的生态环境，导致沟谷切割深度不等，地貌支离破碎，地形起伏较大，植被覆盖较差。

综上所述，利用粉煤灰对本地区小流域进行有效生态治理，是粉煤灰大规模资源化利用和有效保护当地生态环境的一条较好途径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法，以解决现有技术中电厂产生的大量粉煤灰料渣处理困难，且堆存压力大，占用土地且存在着污染环境隐患的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层、防渗层、过滤层、填充层、表层和种植作物层；

所述防渗层采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为30-50cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰35%—55%，超细粉煤灰或硅微粉15%-20%，赤泥10%—40%，水泥熟料10%—15%；

所述过滤层先铺设20-30cm的砾石层，碾压铺平后上覆5-8cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层为粉煤灰原灰；

所述表层先用50-75cm厚的黏土进行覆盖，黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰50%—60%，牛粪20%—30%，生活污泥10%-30%。

可选或优选的，还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池，所述渗透液沉降池的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。

可选或优选的，还包括与渗透液沉降池出水端连接的雨水沉降池，所述雨水沉降池的出水端还设有灰水分离器。

可选或优选的，还包括设置于种植层的灌溉装置，所述灌溉装置与雨水沉降池的出水管道连接。

可选或优选的，所述土壤改良剂包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰50%—60%，牛粪20%—30%，生活污泥10%-30%。

本发明提供的一种采用粉煤灰的流域生态修复的方法，包括下述步骤：

S1对待生态修复的侵蚀性丘陵山谷或沟坡底部土质进行夯实平整形成底层；

S2按照配比在粉煤灰中加入含碱固废，常温常压下使粉煤灰反应制备碱激发胶凝材料，将碱激发胶凝材料覆盖于步骤S1中夯实平整的底层，作为需治理区域填充地基的防渗层；

S3在步骤S2制备成的防渗层上方，铺设过滤层对渗透液进行过滤；

S4在步骤S3制备成的过滤层上方，依据地形筑坝对小流域区域进行围挡，将粉煤灰原灰作为填充物填入围挡坝中，且每填充3-4m用碾压机进行碾压夯实；

S5按照配比将粉煤灰与牛粪混合均匀，并堆肥熟化，制备成土壤改良剂，将土壤改良剂覆盖于透水砖层上方形成土壤改良剂层，在土壤改良剂层的上方覆盖种植作物层。

可选或优选的，还包括步骤S6：在治理区域地势最低处开挖渗透液沉降池和雨水沉降池，所述渗透液沉降池的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

（1）本发明提供的采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法，对侵蚀性丘陵山谷和沟坡底部土质进行夯实平整，并针对电厂堆积较多且难处理的粉煤灰材料，将其分别制备成为碱激发胶凝材料作为防渗层，将粉煤灰原灰作为填充物质填入修复地质结构中，将其与牛粪堆肥作为覆盖土壤改良剂种植作物，充分拓展粉煤灰在流域治理结构中的作用。同时，还在治理区域地势最低处开挖沉淀池，配合灰水分离装置器对溢流进行进一步过滤，将分离后净化水用于坝体表面植物的灌溉，循环利用；分离后的固相细灰加入牛粪等有机物进行堆肥熟化作为土壤改良剂。本发明的方法工艺简单，可有效解决燃煤电厂大量固体废弃物的堆存处理和小流域综合治理和生态修复问题，环境友好，具有较大的经济价值，适于大规模推广和应用。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的结构示意图；

图3是本发明实施例的结构示意图。

图中：1、底层；2、防渗层；3、过滤层；4、填充层；5、表层；6、种植作物层；7、渗透液沉降池；8、雨水沉降池；9、灌溉装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明公布了一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层1、防渗层2、过滤层3、填充层4、表层5和种植作物层6；

所述防渗层2采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为30-50cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰35%—55%，超细粉煤灰或硅微粉15%-20%，赤泥10%—40%，水泥熟料10%—15%；

所述过滤层3先铺设20-30cm的砾石层，碾压铺平后上覆5-8cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层4为粉煤灰原灰；

所述表层5先用50-75cm厚的黏土进行覆盖，黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰5

0%—60%，牛粪20%—30%，生活污泥10%-30%。

所述导管能够将上层渗透液收集并导出过滤层3。

作为可选的实施方式，还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池7，所述渗透液沉降池7的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。

所述陶粒滤料能够对渗透液进行浮游物和重金属等有害物质的过滤，滤板内陶粒随时可以进行更换，滤液作为路面防止扬尘洒水水源；雨水沉降池内收集的雨水经自然沉降后进行作物种植层的灌溉水源。

作为可选的实施方式，还包括与渗透液沉降池7出水端连接的雨水沉降池8，所述雨水沉降池的出水端还设有灰水分离器。

作为可选的实施方式，还包括设置于种植层的灌溉装置9，所述灌溉装置9与雨水沉降池8的出水管道连接。

作为可选的实施方式，所述土壤改良剂包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰50%—60%，牛粪20%—30%，生活污泥10%-30%。

将粉煤灰分别作为填充层3的填料、防渗层2的防渗层和表层5的土壤改良剂成分，采用粉煤灰作为原料具有价格低廉的优势，同时提供了一种消耗存在污染环境风险的粉煤灰的方式，并解决了侵蚀性的丘陵及土壤的修复问题。

所述底层1能够依据地形做初步平整，使地形具备后续作业条件；所述防渗层2能够阻断重金属和碱性物质向地下渗透；所述填充层3为主体层，平整沟道；所述过滤层4能够对雨水中的浮游物和杂质进行过滤；所述表层5能够改良土壤使其具备作物种植的条件；所述种植作物层6：能够种植合适作物，进一步防止水土流失。

所述渗透液沉降池7能够收集流域的的溢出水，并对其进行沉降，所述清液进一步进入雨水沉降池8中，沉降的浊液进一步干燥成为细灰，将其用于碱激发凝胶材料层和土壤改良剂层的制备中；通过灰水分离装置将雨水沉降池8的清液中的灰分与水分进一步分离，同时，将清液循环利用于种植作物层的灌溉，使装置的内部的水资源、粉煤灰资源能够在一定程度上循环。

本发明提供的一种采用粉煤灰的流域生态修复的方法，包括下述步骤：

S1对待生态修复的侵蚀性丘陵山谷或沟坡底部土质进行夯实平整形成底层1；

S2按照配比在粉煤灰中加入含碱固废，常温常压下使粉煤灰反应制备碱激发胶凝材料，将碱激发胶凝材料覆盖于步骤S1中夯实平整的底层1，作为需治理区域填充地基的防渗层2；

S3在步骤S2制备成的防渗层2上方，铺设过滤层3对渗透液进行过滤；

S4在步骤S3制备成的过滤层3上方，依据地形筑坝对小流域区域进行围挡，将粉煤灰原灰作为填充物填入围挡坝中，且每填充3-4m用碾压机进行碾压夯实；

S5按照配比将粉煤灰与牛粪混合均匀，并堆肥熟化，制备成土壤改良剂，将土壤改良剂覆盖于透水砖层上方形成土壤改良剂层，在土壤改良剂层的上方覆盖种植作物层6。

作为可选的实施方式，还包括步骤S6：在治理区域地势最低处开挖渗透液沉降池7和雨水沉降池8，所述渗透液沉降池7的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。所述陶粒滤板可以在使用一定时长后及时的进行更换处理。

实施例1

如图1-图2所示：

本发明公布了一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层1、防渗层2、过滤层3、填充层4、表层5和种植作物层6；

所述防渗层2采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为40cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰45%，超细粉煤灰或硅微粉17%，赤泥25%，水泥熟料13%；

所述过滤层3先铺设25cm的砾石层，碾压铺平后上覆7cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层4为粉煤灰原灰；

所述表层5先用60cm厚的黏土进行覆盖，黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰55%，牛粪25%，生活污泥20%。

作为可选的实施方式，还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池7，所述渗透液沉降池7的中间部位处设置有厚度为1.2m的陶粒滤板。

所述陶粒滤料能够对渗透液进行浮游物和重金属等有害物质的过滤，滤板内陶粒随时可以进行更换，滤液作为路面防止扬尘洒水水源；雨水沉降池内收集的雨水经自然沉降后进行作物种植层的灌溉水源。

作为可选的实施方式，还包括与渗透液沉降池7出水端连接的雨水沉降池8，所述雨水沉降池的出水端还设有灰水分离器。

作为可选的实施方式，还包括设置于种植层的灌溉装置9，所述灌溉装置9与雨水沉降池8的出水管道连接。

实施例2

与实施例1相比较，实施例2具有下述的区别技术特征：

本发明公布了一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层1、防渗层2、过滤层3、填充层4、表层5和种植作物层6；

所述防渗层2采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为30cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰35%，超细粉煤灰或硅微粉20%，赤泥30%，水泥熟料15%；

所述过滤层3先铺设30cm的砾石层，碾压铺平后上覆8cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层4为粉煤灰原灰；

所述表层5先用50cm厚的黏土进行覆盖，黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰50%，牛粪20%，生活污泥30%。

作为可选的实施方式，还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池7，所述渗透液沉降池7的中间部位处设置有厚度为1.5m的陶粒滤板。

实施例3

与实施例1相比较，实施例3具有下述的区别技术特征：

本发明公布了一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层1、防渗层2、过滤层3、填充层4、表层5和种植作物层6；

所述防渗层2采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为50cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰55%，超细粉煤灰或硅微粉15%，赤泥15%，水泥熟料15%；

所述过滤层3先铺设20cm的砾石层，碾压铺平后上覆5cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层4为粉煤灰原灰；

所述表层5先用75cm厚的黏土进行覆盖，黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰60%，牛粪20%，生活污泥20%。

作为可选的实施方式，还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池7，所述渗透液沉降池7的中间部位处设置有厚度为1m的陶粒滤板。

本发明提供的一种采用粉煤灰的流域生态修复的方法，包括下述步骤：

S1对待生态修复的侵蚀性丘陵山谷或沟坡底部土质进行夯实平整形成底层1；

S2按照配比在粉煤灰中加入含碱固废，常温常压下使粉煤灰反应制备碱激发胶凝材料，将碱激发胶凝材料覆盖于步骤S1中夯实平整的底层1，作为需治理区域填充地基的防渗层2；

S3在步骤S2制备成的防渗层2上方，铺设过滤层3对渗透液进行过滤；

S4在步骤S3制备成的过滤层3上方，依据地形筑坝对小流域区域进行围挡，将粉煤灰原灰作为填充物填入围挡坝中，且每填充3-4m用碾压机进行碾压夯实；

S5按照配比将粉煤灰与牛粪混合均匀，并堆肥熟化，制备成土壤改良剂，将土壤改良剂覆盖于透水砖层上方形成土壤改良剂层，在土壤改良剂层的上方覆盖种植作物层6。

作为可选的实施方式，还包括步骤S6：在治理区域地势最低处开挖渗透液沉降池7和雨水沉降池8，所述渗透液沉降池7的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。

所述渗透液沉降池7内收集的渗透水和降水经过沉降后，采用灰水分离器8对溢流进行进一步过滤和重金属吸收，分离后净化水用于坝体表面植物的灌溉；分离后的固相细灰加入牛粪等有机物进行堆肥熟化作为土壤改良剂。

本发明提供的采用粉煤灰的流域生态修复结构及方法，对侵蚀性丘陵山谷和沟坡底部土质进行夯实平整，并针对电厂堆积较多且难处理的粉煤灰材料，将其分别制备成为碱激发胶凝材料作为防渗层2，将粉煤灰原灰作为填充物质填入修复地质结构中，将其与牛粪堆肥作为覆盖土壤改良剂种植作物，充分拓展粉煤灰在流域治理结构中的作用。同时，还在治理区域地势最低处开挖沉淀池，配合灰水分离装置器对溢流进行进一步过滤，将分离后净化水用于坝体表面植物的灌溉，循环利用；分离后的固相细灰加入牛粪等有机物进行堆肥熟化作为土壤改良剂。本发明的方法工艺简单，可有效解决燃煤电厂大量固体废弃物的堆存处理和小流域综合治理和生态修复问题，环境友好，具有较大的经济价值，适于大规模推广和应用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种采用粉煤灰的流域生态修复结构，其特征在于：包括沿待生态修复流域由下至上依次设置的底层（1）、防渗层（2）、过滤层（3）、填充层（4）、表层（5）和种植作物层（6）；

所述防渗层（2）采用碱激发凝胶材料进行制备，所述碱激发凝胶材料层厚度为30-50cm，包括按重量百分比计的下述成分，粉煤灰35%—55%，超细粉煤灰或硅微粉15%-20%，赤泥10%—40%，水泥熟料10%—15%；

所述过滤层（3）先铺设20-30cm的砾石层，碾压铺平后上覆5-8cm的防渗混凝土，砾石层中埋设导管；

所述填充层（4）为粉煤灰原灰；

所述表层（5）为50-75cm厚的黏土，

所述种植作物层（6）黏土上部加入土壤改良剂，所述土壤改良剂包括重量百分比计的下述成分：粉煤灰50%—60%，牛粪20%—30%，生活污泥10%-30%；

还包括设于生态修复流域低海拔区域的渗透液沉降池（7），所述渗透液沉降池（7）的内部铺设有厚度为1-1.5m的陶粒滤板；

还包括与渗透液沉降池（7）出水端连接的雨水沉降池（8），所述雨水沉降池的出水端还设有灰水分离器；

还包括设置于种植层的灌溉装置（9），所述灌溉装置（9）与雨水沉降池（8）的出水管道连接。

2.一种如权利要求1所述的采用粉煤灰的流域生态修复结构的流域生态修复方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1对待生态修复的侵蚀性丘陵山谷或沟坡底部土质进行夯实平整形成底层（1）；

S2按照配比在粉煤灰中加入含碱固废，常温常压下使粉煤灰反应制备碱激发胶凝材料，将碱激发胶凝材料覆盖于步骤S1中夯实平整的底层（1），作为需治理区域填充地基的防渗层（2）；

S3在步骤S2制备成的防渗层（2）上方，铺设过滤层（3）对渗透液进行过滤；

S4在步骤S3制备成的过滤层（3）上方，依据地形筑坝对小流域区域进行围挡，将粉煤灰原灰作为填充物填入围挡坝中，且每填充3-4m用碾压机进行碾压夯实；

S5按照配比将粉煤灰与牛粪混合均匀，并堆肥熟化，制备成土壤改良剂，将土壤改良剂覆盖于透水砖层上方形成土壤改良剂层，在土壤改良剂层的上方覆盖种植作物层（6）。

3.根据权利要求2所述的一种采用粉煤灰的流域生态修复的方法，其特征在于，还包括步骤S6：在治理区域地势最低处开挖渗透液沉降池（7）和雨水沉降池（8），所述渗透液沉降池（7）的中间部位处设置有厚度为1-1.5m的陶粒滤板。

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