CN115088586B - 一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法 - Google Patents

一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿山生态修复技术领域，具体公开一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法。所述制备方法包括：将污泥热解液与粉碎后的农林副产物混合，加入微生物菌剂，高温好氧发酵；将尾砂与发酵后物料混合，加入保水固定剂，陈化并干燥，加入植物种子混合，得修复基质。本发明提供的制备方法，实现了固体废物的资源化利用，所得修复基质中混入植物种子，营造了良好的植物生长环境，进一步地有利于减少水土流失，水土保持、土壤肥力和生态恢复效果显著。

Description

一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明涉及矿山生态修复技术领域，尤其涉及一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法。
背景技术
市政污泥是市政污水处理的副产物，含有大量病原微生物、重金属、残留药物等有害物质，也包含大量有机质及氮磷钾等营养元素，是固废，但也具备极大的资源化潜力。我国长期以来“重水轻泥”，目前市政污泥年产量超过6000万吨(含水率80％)，无害化处理率仅67％左右，无害化处置率仅在30％-40％左右，污泥的后端出路问题不容乐观。与此同时，我国拥有大小矿山约15万多座，矿产开发产生了大量矿山废弃地。我国矿山开采破坏的土地累计面积已达2.88×106hm2，以每年9％的速率增加。矿山废弃地由于表层土壤和植被破坏，易出现塌方、水土流失、泥石流等地质灾害，也易导致水体污染、大气污染和生物多样性损失等生态环境问题。矿山开采后通过自然演替恢复土壤生态系统到原始状态需要数百年，开发相应的矿山快速修复技术显得尤为重要。
污泥好氧发酵，是在有氧条件下通过好氧微生物的生命活动，将堆料中的不稳定有机质转化为较稳定腐殖质。与填埋、焚烧、建材化等技术相比，污泥“水热-好氧发酵处理+矿山生态修复处置”技术能实现物质循环和碳减排等积极的生态环境效应。污泥稳定化产物作为基质土可以为污泥产物提供安全稳定可靠的利用途径，同时为矿山废弃地生态恢复提供大量的有机质和营养物质，促进具有健康的微生物群落结构和完善的物质循环路径的土壤生态系统的重构，进而减少矿山水土流失，具有显著的协同共生效应。
然而，目前我国污泥堆肥多是先经过带式压滤机脱水至含水率80％左右，再与秸秆等混合后发酵，但是，一方面污泥脱水困难，脱水环节一般都会投加聚丙烯酰胺(PAM)等化学调理剂，导致污泥絮团成果冻状，松散度不够，易结壳、成块，不易与秸秆等物料拌混均匀，有机质不易降解，肥效不易发挥，且PAM的降解还要与植物争夺氮素。另一方面目前的高温好氧发酵工艺，最高温度一般在65℃左右，对于细菌病毒等无害化不够彻底，对于重金属的钝化和持久性有机污染物的去除也不够彻底。此外，由于矿山土壤结构破坏，表土剥离，甚至基岩裸露，水土流失严重，需要大量的土壤基质材料进行生态修复，另一方面大量废弃的废石尾砂缺乏应用的途径，集中堆置还存在一定风险。因此，研发一种矿山生态修复基质及其制备方法具有重要的意义。
发明内容
针对现有矿山生态修复土壤基质存在的上述技术问题，本发明提供一种矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法。
为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种矿山生态修复基质的制备方法，包括如下步骤：
S1、将污泥热解液与粉碎后的农林副产物按质量比(4-6):(1-2)进行混合，得预混物料，待预混物料恢复至室温后，按0.3-0.5kg/m3比例向预混物料中加入微生物菌剂，混合均匀，进行高温好氧发酵，得发酵后物料，所述微生物菌剂为芽孢杆菌和放线菌的混合物；
S2、将尾砂与所述发酵后物料按质量比(1-2):(2-3)混合均匀，得混合物料，按质量比1-5kg/m3加入保水固定剂，陈化并干燥，得陈化后物料，按质量比15-30kg/m3加入植物种子混合均匀，得修复基质。
进一步地，所述污泥热解液为市政污泥经水热处理后得到的泥水混合物，含水率为65％-75％，常压条件下温度为60-80℃。
进一步地，所述农林副产物为秸秆、菌渣、药渣或锯末中的一种或几种。
进一步地，所述秸秆为水稻、玉米或小麦作物秸秆，需预先干燥并粉碎，粒径小于1cm。
进一步地，所述微生物菌剂中芽孢杆菌的活菌数为2.0×108～3.0×108cfu/g；放线菌的活菌数为2.5×108～3.5×108cfu/g。
进一步地，所述高温好氧发酵的温度为62～68℃，发酵周期为3～6天。
进一步地，高温好氧发酵过程中设置2-4台好氧发酵装置，每台好氧发酵装置在一次循环中经历进料、升温、陈化稳定步骤，从而实现连续生产。
进一步地，陈化时间为3～5天，陈化后物料的含水率小于等于15％。
进一步地，所述保水固定剂为聚(N-异丙基丙烯酰胺)、聚(N-异丁基丙烯酰胺)或聚丙烯酸钾盐中的一种。
进一步地，所述种子为高羊茅、狗牙根、美丽月见草、波斯菊或紫云英中的一种或几种。
相对于现有技术，本发明提供的矿山生态修复基质的制备方法，通过合理配比将所选定的污泥热解液(市政污泥)、农林副产物和尾砂、微生物菌剂和保水固定剂制备用于矿山生态修复的改良基质，采用污泥热解液进行好氧发酵，解决了直接好氧发酵存在的混料不均匀、物料透气性差、重金属钝化不彻底等问题。同时，本发明所选用的原料包括市政污泥、农林副产物和尾砂等，物料来源广泛，成本低廉，实现了固体废物的资源化利用，使其可变废为宝，降低了生态修复工程成本，并实现了金属矿山废石场无客土植被恢复，避免了取土造成的二次生态破坏。此外，修复基质中混入植物种子，营造了良好的植物生长环境，进一步地有利于减少水土流失。
本发明还提供了上述矿山生态修复基质，由上述矿山生态修复基质的制备方法制得，水土保持、土壤肥力和生态恢复效果显著。
本发明还提供了上述矿山生态修复基质的使用方法，将所述修复基质装入生态基质袋，对矿山废弃地进行平整后，将生态基质袋平铺，浇水即可。
本发明提供的使用方法，生态基质袋易于运输、使用方便，即可以在平地平铺使用，也可以在边坡使用，基质袋自成体系，仅需初始洒水养护即可，后续管理简单。
附图说明
图1为本发明实施例提供的矿山生态修复基质制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明实施例提供的矿山生态修复基质及其制备方法和使用方法，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种矿山生态修复基质的制备方法，按图1所示工艺流程制备一种矿山生态修复基质，包括如下步骤：
脱水污泥取自马鞍山银塘某污水处理厂，污泥含水率80.7％，有机质含量约50.5％；水稻作物秸秆购自马鞍山银塘农户，经粉碎后制得，含水率25％，长0.5-1cm；尾砂取自马鞍山市笔架山铁矿区，含水率12-14％。
S1、粉碎物料，其中水稻秸秆0.5-1cm，将污泥热解液与粉碎后的秸秆等物质按2.67:1质量比例进行拌混，混合后物料含水率为65％，待物料恢复至室温后，按0.3kg/m3比例加入微生物菌剂，再次拌混均匀，采用高温好氧发酵技术发酵，发酵温度控制在65℃左右，发酵周期为4天。
所述污泥热解液为市政污泥经水热处理后得到的泥水混合物，含水率为65％，常压条件下温度为60℃。
所述微生物菌剂为活菌数分别为2×108cfu/g和2.5×108cfu/g的芽孢杆菌和放线菌的混合物。
S2、将尾砂与发酵后的物料按1：3质量比混合均匀，再按质量比1kg/m3加入保水固定剂聚(N-异丙基丙烯酰胺)，陈化稳定3天，干燥至含水率15％，按质量比20kg/m3加入狗牙根和美丽月见草种子，狗牙根和月见草种子质量比为2:1，拌混均匀，得修复基质。
将上述矿山生态修复基质使用时，将修复基质装入生态基质袋，每袋25kg，封口。矿山废弃地平整，将生态基质袋平铺，首次浇透水，第三天和第七天分别再浇一次水。
实施例2
一种矿山生态修复基质的制备方法，包括如下步骤：
脱水污泥取自马鞍山银塘某污水处理厂，污泥含水率80.7％，有机质含量约50.5％；菌渣购自马鞍山银塘某食用菌生产企业，经粉碎后制得，含水率18.4％，粒径小于0.5cm；尾砂取自马鞍山市笔架山铁矿区，含水率12-14％。
S1、粉碎菌渣，粒径小于0.5cm，将污泥热解液与粉碎后的菌渣等物质按3:1质量比例进行拌混，混合后物料含水率为65％，待物料恢复至室温后，按0.35kg/m3比例加入微生物菌剂，再次拌混均匀，采用高温好氧发酵技术发酵，发酵温度控制在65℃左右，发酵周期为4天。
所述污泥热解液为市政污泥经水热处理后得到的泥水混合物，含水率为75％，常压条件下温度为80℃。
所述微生物菌剂为活菌数分别为3×108cfu/g和3.5×108cfu/g的芽孢杆菌和放线菌的混合物。
S2、将尾砂与发酵完毕的物料按1：4质量比混合均匀，再按质量比1kg/m3加入保水固定剂聚(N-异丙基丙烯酰胺)，陈化稳定3天，干燥至含水率15％。按质量比20kg/m3加入高羊茅和波斯菊种子，高羊茅和波斯菊质量比为2:1，拌混均匀，得修复基质。
将上述矿山生态修复基质使用时，将修复基质装入生态基质袋，每袋50kg，封口。矿山废弃地平整，将生态基质袋平铺，首次浇透水，第三天和第七天分别再浇一次水。
实施例3
一种矿山生态修复基质的制备方法，材料和制备过程同实施例2，得修复基质。
将上述矿山生态修复基质使用时，将修复基质装入生态基质袋，每袋50kg，封口。矿山废弃地边坡修复，首先清理裸露的废石等，预防地质灾害发生，将生态基质袋沿边坡底部依次平铺，最外侧沿泄洪沟铺双层，可有效拦截边坡上部土石，减少水土流失。铺设完成后，首次浇透水，第三天和第七天分别再浇一次水。
为了更好的说明本发明实施例提供的矿山生态修复基质的特性，即为检验本发明基质在水土保持、土壤肥力和生态恢复效果上优于客土，现对上述实施例中的基质施用30天后的含水率、有机质、养分含量、种子发芽率、粘结力等指标进行检测，各处理组中基材的各项测量指标如下表1所示。
表1各项测量指标
注：土壤改良客土来源于马鞍山笔架山矿区矿山在生产过程中剥离储存的表土。
由以上数据可知，本发明实施例提供的生态修复基质中有保水固定剂，各实施例基质的保水率和粘结力均显著高于对照组；营养组分方面，3组处理无论是有机质、总氮，还是速效养分均显著高于对照组；各处理组的种子发芽率均达到了95％左右，高于对照组；总的来说，本发明生态修复基质在各方面均优于一般客土。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种矿山生态修复基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将污泥热解液与粉碎后的农林副产物按质量比4-6:1-2进行混合，得预混物料，待预混物料恢复至室温后，按0.3-0.5kg/m3比例向预混物料中加入微生物菌剂，混合均匀，进行高温好氧发酵，得发酵后物料，所述微生物菌剂为芽孢杆菌和放线菌的混合物，所述污泥热解液为市政污泥经水热处理后得到的泥水混合物，含水率为65%-75%，常压条件下温度为60-80℃，所述农林副产物为秸秆、菌渣、药渣或锯末中的一种或几种，所述微生物菌剂中芽孢杆菌的活菌数为2.0×108~3.0×108 cfu/g，放线菌的活菌数为2.5×108~3.5×108cfu/g，所述高温好氧发酵的温度为62~68℃，发酵周期为3~6天，；
S2、将尾砂与所述发酵后物料按质量比1-2:2-3混合均匀，得混合物料，按1-5kg/m3加入保水固定剂，陈化并干燥，得陈化后物料，按15-30kg/m3加入植物种子混合均匀，得修复基质，其中，陈化时间为3~5天，陈化后物料的含水率小于等于15%，所述保水固定剂为聚（N-异丙基丙烯酰胺）、聚（N-异丁基丙烯酰胺）或聚丙烯酸钾盐中的一种，所述种子为高羊茅、狗牙根、美丽月见草、波斯菊或紫云英中的一种或几种。
2.一种矿山生态修复基质，其特征在于，由权利要求1所述的矿山生态修复基质的制备方法制得。
3.一种如权利要求2所述的矿山生态修复基质的使用方法，其特征在于，将所述修复基质装入生态基质袋，对矿山废弃地进行平整后，将生态基质袋平铺，浇水。
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