CN115119563A - 一种硫铁矿矿山废弃地生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种硫铁矿矿山废弃地生态修复方法。包括如下步骤：（1）场地整形：对场地进行挖高填低，修整边坡；（2）土壤原位稳定化：在步骤（1）后用生石灰采取拌合表土和平铺的方式进行污染土壤原位稳定化；（3）铺设第一层粘土阻隔层：在步骤（2）后铺设第一层粘土阻隔层，并压实；（4）铺设HDPE土工膜：在步骤（3）后铺设HDPE土工膜；（5）铺设第二层粘土阻隔层：步骤（4）后铺设第二层粘土阻隔层，并压实；（6）土壤重构：步骤（5）后覆盖外运客土，并加入钙镁磷肥和有机肥进行土壤改良；（7）植被重建：步骤（6）后选取浅根系的植物进行种植。本发明极大程度减少了修复成本投入，同时避免了污染土壤清挖造成环境污染问题。
Description
技术领域
本发明属于植被恢复，尤其是矿山废弃地生态修复领域，具体涉及一种硫铁矿矿山废弃地生态修复方法。
背景技术
矿山废弃地不仅占用大量土地资源，还对周边生态环境构成威胁。其中，硫铁矿矿山废弃地遗留了大量的矿渣、废石等。这些矿渣、废石大多露天堆置，大多露天堆置，暴露在空气当中，若未采取安全环保措施，在淋溶作用和氧化作用下，容易形成硫酸高铁溶液。
传统的矿山废弃地综合治理方法主要采用场地平整、覆盖客土和植被种植对受损的矿山废弃地进行治理，但采用此方法对硫铁矿的矿山废弃地综合治理的实践结果显示，简单的场地平整及客土法不仅无法解决场地土壤酸性问题，而且还无法遏制下层土壤重金属离子的酸液向上溢出，上部客土的PH值显著下降，重金属含量上升，造成“干净”土壤的二次污染，植被恢复效果较差。因此，简单的场地平整及客土法在硫铁矿矿山治理方面的成效不显著，应采用更加科学合理的有针对性的修复技术。
现有技术CN108271454A为例，其主要修复步骤如下：1、对待处理场地进行挖掘，获得回填坑和待修复的酸性基质；2、熟石灰+猪粪制成改良剂，按一定比例混合后与待修复的酸性基质进行充分拌合；3、向回填坑内铺设毛石作为隔离导流层；4、将修复后的酸性基质回填至铺设有毛石的回填坑内压实，用表土覆盖后种植植被（修复示意见图如图1所示）。
这种现有技术采用“熟石灰+猪粪”作为改良剂来改良酸性基质，对原有的酸性基质进行了酸性改良，提升了土壤PH值和达到重金属稳定化作用，取得了一定的成效，但其效果有限，其只能对污染场地恢复为林地（土壤质量要求相对较低）的硫铁矿矿山废弃地，不能解决受污染及压占的耕地进行恢复利用。
发明内容
本发明人对现有技术的方法进行深入分析和研究。得出以下一些结论：但现有技术也存在以下一些缺点：1.改良剂为熟石灰和猪粪拌合，在一定程度上能起到重金属稳定化和提升PH值，但改良后的酸性基质依旧重金属含量超标，直接与上覆表土接触，易造成土壤二次污染；2.未设置阻隔层，地表水穿过表土下渗与改良后的酸性基质接触，在氧化作用和淋溶作用下，后期产生酸性液体可以反渗造成表土逐步酸化，同时酸性废水还会携带大量重金属离子通过毛石导流层扩散至周边，造成污染的迁移，存在污染进一步扩散风险；3.改良剂配比过于单一，不同场地重金属含量及PH值不尽相同，采用单一配合比的改良剂很难达到最优的改良作用；4.现有技术采取“挖掘污染土壤→拌合改良剂→回填”，针对某些废弃地大体量污染土壤，将需投入大量的改良剂，而且清挖工程施工难度较大，修复资金较高；5.修复对象存在一定的局限性，由于表土与改良后酸性基质直接接触，后期表土可能会被二次污染。
为解决以上问题，本发明修复方法首先从源头上对污染基质进行稳定化处理，选择生石灰作为稳定剂，不仅可以达到土壤稳定化作用，还可以起到中和土壤酸性的目的。实施时采取“拌合表层污染土壤+平铺”的方式，污染基质经熟化最终形成渗透性很低的固体混合物，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险。同时，暴露在空气当中的尾矿经淋溶作用易氧化，本发明修复方法采用“粘土压实+HDPE土工膜+粘土压实”作为阻隔层，避免地表水、氧气与下部污染基质继续发生淋溶作用和氧化反应，同时解决了下部酸性液体向上反渗的问题，同时在阻隔层的作用下上覆表土与下部隔开，表土不受下部污染基质的影像，避免了土壤二次污染问题，植被恢复有了良好的生长环境。
因此，本发明提供一种硫铁矿矿山废弃地生态修复方法，包括如下步骤：
（1）场地整形：对场地进行挖高填低，修整边坡，保证场地内雨水能自然汇入周边截排水沟，有效疏导地表水流；
（2）土壤原位稳定化：在步骤（1）后用生石灰采取拌合表土和平铺的方式进行污染土壤原位稳定化；
（3）铺设第一层粘土阻隔层：在步骤（2）后铺设第一层粘土阻隔层，并压实；
（4）铺设HDPE土工膜：在步骤（3）后铺设HDPE土工膜；
（5）铺设第二层粘土阻隔层：步骤（4）后铺设第二层粘土阻隔层，并压实；
（6）土壤重构：步骤（5）后覆盖外运客土，并加入钙镁磷肥和有机肥进行土壤改良；
（7）植被重建：步骤（6）后选取浅根系的植物进行种植。
优选地，所述步骤（2）中所述用生石灰按1t/亩量拌合表土25cm-35cm并压实，平铺生石灰的厚度为4cm-8cm；
更优选地，所述步骤（2）中所述用生石灰按1t/亩量拌合表土30cm并压实，平铺生石灰的厚度为6cm；
另外优选地，所述步骤（3）中第一层粘土阻隔层厚度为18cm-22cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9；优选地，粘土的渗透系数小于1.2×10-6cm/s，HDPE土工膜防渗系数至少达到1×10-16cm/s。
优选地，所述步骤（4）中HDPE土工膜的厚度为1.5mm-2.5mm，焊接方式采取热熔焊接，搭接长度不小于10cm；
优选地，所述步骤（5）中第二层粘土阻隔层厚度为18cm-22cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9；
优选地，所述步骤（6）中客土厚度为70cm-90cm，土壤改良剂为钙镁磷肥和有机肥。
进一步优选地，用量根据土壤面积，钙镁磷肥0.045kg/m2 -0.055kg/m2 +有机肥4kg/m2 -6kg/m2。
在具体实施方式中，针对不同地类，对旱地和林地采用不同的植物，考虑下部污染物的阻隔效果，植物优先选择苗期耐酸碱、耐贫瘠、幼苗生长快、根系浅的品种。旱地区域可以选择向日葵及油菜、花生、玉米、芝麻等当地推广的作物，油料作物播种密度75kg/hm2。林地区域可采用乔、灌、草结合种植方式，乔木选择湿地松和杜英等；灌木选择胡枝子、刺槐、桃金娘、夹竹桃和杜鹃等；草本植物（灌草型）选择狗芽根、黑麦草、百喜草、高羊茅、糖蜜草、坡柳、多花木兰、猪屎豆和波斯菊等。
本发明的优点主要有以下几个方面：从源头控制污染源，采用稳定剂将污染基质转化为不易溶解、迁移能力或毒性小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险；采用“粘土压实+HDPE土工膜+粘土压实”作为阻隔层，有效防止了地表水、氧气与下部污染基质继续发生淋溶作用和氧化反应，同时还解决了下部酸性液体向上反渗的问题；其中，粘土的渗透系数小于1.2×10-6cm/s，HDPE土工膜是一种高分子化学柔性防水材料，具有很高的防渗系数1×10-16cm/s，可以起到双向阻隔的作用；（3）在阻隔层的作用下，上覆表土与下部污染基质被隔开，表土不受下部污染基质的影响，避免了土壤二次污染问题，可用于解决受污染及压占的耕地进行恢复利用。
进而，本发明修复方法可直接在原地对污染场地进行生态修复，避免异地填埋造成一系列环境污染问题，解决大型排土场难以异地填埋的难题；本发明修复方法采用生石灰对污染土壤进行“拌合表层+平铺”的方式达到重金属稳定化，替换传统污染土壤全部清挖出来后拌合然后回填，极大程度减少了修复成本投入，同时避免了污染土壤清挖造成一系列环境污染等问题。
附图说明
图1 现有技术修复土壤示意图。
图2 本发明硫铁矿矿山废弃地生态修复方法步骤图。
图3本发明修复土壤示意图；
图4 场地整形。
图5 土壤原位稳定化。
图6 铺设第一层粘土层并分层压实。
图7 铺设HDPE土工膜。
图8 铺设第二层粘土层并分层压实。
图9 覆盖客土层并翻耕起垄。
图10 项目区种植玉米。
图11 项目区种植芝麻。
图12 项目区种植油菜。
图13所示为项目区治理前期全景图。
图14 项目区治理中期全景图。
图15 项目区治理后期全景图。
图16 项目区旱地区域治理前现场图。
图17 项目区旱地区域治理后现场图。
图18 项目区边坡治理前现场图。
图19 项目区边坡治理后现场图。
具体实施方式
结合图2和图3对本发明硫铁矿矿山废弃地生态修复方法进行描述。所述方法包括如下步骤：
（1）场地整形：对场地进行挖高填低，适度修整边坡，保证场地内雨水能自然汇入周边截排水沟，有效疏导地表水流；
（2）土壤原位稳定化：在步骤（1）后用生石灰采取拌合表土和平铺的方式进行污染土壤原位稳定化；所述用生石灰按1t/亩量拌合表土30cm并压实，平铺生石灰的厚度为6cm。
（3）铺设第一层粘土阻隔层：在步骤（2）后铺设第一层粘土阻隔层，并压实；第一层粘土阻隔层厚度为20cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9。
（4）铺设HDPE土工膜：在步骤（3）后铺设HDPE土工膜；HDPE土工膜的厚度为2.0mm，焊接方式采取热熔焊接，搭接长度不小于10cm；
（5）铺设第二层粘土阻隔层：步骤（4）后铺设第二层粘土阻隔层，并压实；第一层粘土阻隔层厚度为20cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9；
（6）土壤重构：步骤（5）后覆盖外运客土，并加入钙镁磷肥和有机肥进行土壤改良；客土厚度为80cm，土壤改良剂为钙镁磷肥和有机肥，用量根据土壤面积，钙镁磷肥0.05kg/m2 +有机肥5kg/m2。
（7）植被重建：步骤（6）后选取浅根系的作物进行种植。
以下实施用例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下所述仅是本发明的优选较佳实施例，对于本技术领域来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，针对不同的修复场地，可以做出若干调整和润饰，这些调整和润饰也应视为本发明的保护范围。
应用例1：广东省乐昌市，乐昌长来罗村硫铁矿矿山修复场区，拟修复面积约222.7亩，土地利用现状地类主要为旱地和林地，项目区原矿山开采产生的废石土堆积厚度约20m左右。PH值范围2.37～6.79，大部分呈强酸性。重金属As、Cd、Pb、Cu等严重超标，其中As超农用地土壤风险管制值倍数为128.9倍。依次进行以下步骤：（结合图4至图19）
（1）场地整形（图4）：用挖掘机、推土机或铲车进行平整，要求土方工程进行区内平衡，禁止将场内污染土壤运出场外；场地平地区域平整度控制不超过2°～5°，边坡区域坡度控制不超过20°，要求场地内雨水能自然汇入周边截排水沟，有效疏导地表水流。填方区填土应分层压实，每10～20cm用压路机进行一次碾压，压实系数不小于0.9。
（2）土壤原位稳定化（图5）：因为原场地土壤呈较强的酸性，选用生石灰中和土壤酸性，针对边坡和平地区域拟采用不同方式进行处理，平地区域拟用生石灰按照1t/亩的量与表层30cm厚土壤进行拌和，再铺设6cm厚生石灰，边坡区域拟用生石按照1t/亩的量与表层15cm厚土壤进行拌和，再铺设2cm厚生石灰。
（3）阻隔层：场地平整、原位土壤修复完成后即对整个区域设置生态隔离层进行阻隔，达到“封场”目的，以减少雨水等地表水体下渗，造成污染扩散影响深部土壤和地下水，同时避免污染物随地表径流扩散到下游土壤或水体。边坡和平地区域采用不同的隔离方式：
平地区域阻隔层采取“20cm粘土层（图6）+2.0mmHDPE土工膜（图7）+20cm粘土层（图8）”，其中，粘土层采用压路机每10cm碾压一次，要求压实度达到0.9。边坡区域采用10cm粘土层进行阻隔，具体操作为用水先将粘土湿润然后覆盖在坡面后进行压实。
（4）覆盖客土并改良（图9）：平地区域覆盖客土厚度为80cm，边坡区域覆盖客土厚度为50cm，外来表土一般成分复杂，多数难以满足土壤的质量要求。所以，在回填覆土重构土壤时，要对其进行针对性的改良，拟采用无机改良剂（钙镁磷肥）和有机肥料相结合的方式进行土壤改良，发挥土壤改良剂的最大优势，弥补单一改良剂的不足，以保障植物生长所需土壤理化和生物条件。改良技术方案为添加钙镁磷肥0.05kg/m2 +有机肥5kg/m2 。
（5）植被恢复（图10-12）：以上工作完成后，针对不同地类，对旱地和林地采用不同的植物修复措施，旱地区域覆土后，种植非食用性农作物，并进行协同农产品监测，选择油菜、玉米和芝麻当地推广的作物进行试种，林地区域覆土后选择灌草型植物，如狗芽根、黑麦草、猪屎豆、高羊茅、糖蜜草和波斯菊。
另外，提供项目治理相关图片，如图13所示为项目区治理前期全景图；图14 项目区治理中期全景图；图15 项目区治理后期全景图；图16 项目区旱地区域治理前现场图；图17 项目区旱地区域治理后现场图；图18 项目区边坡治理前现场图；图19 项目区边坡治理后现场图。
同时，还对项目前后的土壤检测对比营养元素。结果如下表所示。
表治理前后土壤检测前后对比
上表中样品1、样品2和样品3为治理前采取的三组表土样品，委托具有相关资质的单位（广东省矿产应用研究所）进行检测，检测指标包括重金属（镉、铬、铅、铜、锌、镍、汞、砷）和pH，经检测项目区内重金属均有不同程度的超标，PH呈强酸性。项目实施后在项目区内采取了3组土壤样品（样品4、样品5、样品6），检测结果显示，土壤重金属含量满足农用地土壤风险筛选值要求，PH值提升效果明显。通过检测数据对比证明，本发明的修复方法解决了下部酸性液体向上反渗的问题，同时在阻隔层的作用下上覆表土与下部隔开，表土不受下部污染基质的影像，避免了土壤二次污染问题，植被恢复有了良好的生长环境。
通过治理前后土壤取样数据及治理前后对比显示，经本发明修复方法进行治理，不仅解决了该硫铁矿废弃矿山带来了的严重环境问题，而且还产生了良好的社会效益和经济效益，修复后可实现耕地再利用面积约120亩，林地再利用面积约90亩。
以上所公开的为本发明较为成功的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，在本发明揭露的技术范围内，对所述的工艺中技术手段的所有的改动和改进，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该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种硫铁矿矿山废弃地生态修复方法，包括如下步骤：
（1）场地整形：对场地进行挖高填低，修整边坡，保证场地内雨水能自然汇入周边截排水沟，有效疏导地表水流；
（2）土壤原位稳定化：在步骤（1）后用生石灰采取拌合表土和平铺的方式进行污染土壤原位稳定化；
（3）铺设第一层粘土阻隔层：在步骤（2）后铺设第一层粘土阻隔层，并压实；
（4）铺设HDPE土工膜：在步骤（3）后铺设HDPE土工膜；
（5）铺设第二层粘土阻隔层：步骤（4）后铺设第二层粘土阻隔层，并压实；
（6）土壤重构：步骤（5）后覆盖外运客土，并加入钙镁磷肥和有机肥进行土壤改良；
（7）植被重建：步骤（6）后选取浅根系的植物进行种植。
2.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述用生石灰按1t/亩量拌合表土25cm-35cm并压实，平铺生石灰的厚度为4cm-8cm。
3.根据权利要求2所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述用生石灰按1t/亩量拌合表土30cm并压实，平铺生石灰的厚度为6cm。
4.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（3）中第一层粘土阻隔层厚度为18cm-22cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9；优选地，粘土的渗透系数小于1.2×10-6cm/s，HDPE土工膜防渗系数至少达到1×10-16cm/s。
5.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（4）中HDPE土工膜的厚度为1.5mm-2.5mm，焊接方式采取热熔焊接，搭接长度不小于10cm。
6.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（5）中第二层粘土阻隔层厚度为18cm-22cm，铺设时采取分层压实，压实度系数不小于0.9。
7.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（6）中客土厚度为70cm-90cm，土壤改良剂为钙镁磷肥和有机肥。
8.根据权利要求7所述的生态修复方法，其特征在于，用量根据土壤面积，钙镁磷肥0.045kg/m2 -0.055kg/m2 +有机肥4kg/m2 -6kg/m2 。
9.根据权利要求1所述的生态修复方法，其特征在于，所述步骤（7）中浅根系植物具有主根不发达，侧根或不定根辐射生长，长度超过主根很多，根系大部分分布在土壤表层的特点。
10.如权利要求9所述的生态修复方法，其特征在于，所述植物选自苗期耐酸碱、耐贫瘠、幼苗生长快、根系浅的品种；针对不同地类，耕地和林地选种不同的植物，耕地区域选择向日葵、油菜、花生、玉米和芝麻；林地区域采用乔、灌、草结合种植方式，乔木选择湿地松和杜英，灌木选择胡枝子、刺槐、桃金娘、夹竹桃和杜鹃；草本植物为灌草型，选择狗芽根、黑麦草、百喜草、高羊茅、糖蜜草、坡柳、多花木兰、猪屎豆和波斯菊。
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