CN116475215A - 一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态修复技术领域，公开了一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，确定恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方；根据恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方，利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被的生态恢复；通过对煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液中各类指标的测定，鉴定煤矸石堆场修复效果。本发明利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法中，通过对煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液中各类指标的测定，选用75％煤矸石、5％菌渣和20％污泥作为恢复煤矸石堆场的最优配方；利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被恢复，煤矸石渗滤液中污染物溶出显著降低，可以快速对煤矸石堆场进行生态修复。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，尤其涉及一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法。
背景技术
目前，煤矸石是煤矿开采、洗选和加工过程中的固体废弃物。煤矸石具有低pH、高盐度，且伴有铁、锰、铜、砷、汞等有毒有害元素。酸性煤矸石污染及其引发的环境灾害的主要来源是硫化物的氧化。在露天堆存中，煤矸石中的硫化物通过空气氧化、雨水淋溶和微生物活动等综合作用，容易形成含有高浓度硫酸盐和多种有害重金属离子的酸性矿井排水(AMD)。因此，通过在煤矸石表层覆盖基质，抑制煤矸石中有害组分的溶出，同时恢复地表植被已成为煤矿山生态恢复的主要技术措施。
目前，煤矸石堆场的生态恢复技术主要有使用人工覆土、煤矸石风化物、生活污水处理厂剩余污泥、剩余污泥+菌渣、粉煤灰+污泥+木屑混合改良基质、剩余污泥+粉煤灰+磷石膏+养殖粪物+土壤和菌渣+苔藓混合良基质、菌渣+生物质炭等对煤矸石堆场进行修复。以上各种修复技术都可在一定程度上抑制煤矸石的产酸过程和重金属的溶出，促进植物生长，但也在不同程度上存在浪费宝贵的土壤资源、成本较高、效果较差、二次污染等问题。
酒厂污泥是酒厂进行废水处理时产生的固体废弃物。酒厂污泥中含有较高的有机质、氮、磷、钾等营养物质，虽然污泥中也含有一定含量的重金属，但其含量较低远远低于农用标准，可以有效避免煤矸石堆场过程中产生的二次污染问题。原来酒厂污泥可以经过填埋处理，因此对其资源化利用研究较少。目前主要的处理技术是在水泥窑协同处置，用作水泥添加剂，但能耗高，处理量不大，还收水泥厂分布距离的影响。因此，大大增大了酒厂污泥的处置压力。同时，蘑菇种植后剩余的废菌渣因其营养组分所剩无几，主要为木质素、纤维素等组分，因此价值很小，但其在很多地区产量很大。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：煤矸石堆场现有生态修复技术不同程度存在浪费宝贵的土壤资源、成本较高、效果较差或存在二次污染等问题。而酒厂污泥的处置存在处理能耗高、处理量不大、处理费用较高的问题。废菌包存在营养物质少，不利用堆存后占用大量耕地问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法。
本发明是这样实现的，一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法包括：确定恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方；根据恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方，利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被的生态恢复；通过对煤矸石堆场黑麦草生长量和其生长过程中基质渗滤液中各类指标的测定，鉴定修复效果。
进一步，利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的最优配方由75％煤矸石、5％菌渣以及20％污泥组成。
进一步，煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液的指标包括：pH、电导率、溶解性总固体、总磷、硫酸根、氟离子、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb含量。
进一步，鉴定酒厂污泥与废菌渣对煤矸石堆场修复效果的方法包括：
设计盆栽试验各处理组配方方案，在塑料花盆底部用塑料小盆收集渗滤液，不同比例的煤矸石、菌渣、磷石膏和酒厂污泥混合均匀后将各个处理的花盆放置于自然环境中，同时以纯煤矸石作为对照组；分别收集对照和各处理渗滤液并进行各类指标测定；黑麦草生长12周后收获，采集植物和煤矸石样品待测。
进一步，盆栽规格为直径13.5cm、深13.5cm。
进一步，盆栽试验的塑料花盆底部有透气孔。
进一步，盆栽试验各处理组包括：CK、配方1、配方2、配方3以及配方4。
进一步，CK为纯煤矸石；配方1为85％煤矸石、5％菌渣和10％污泥，配方2为75％煤矸石、5％菌渣和20％污泥，配方3为70％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和5％磷石膏，配方4为65％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和10％磷石膏。
进一步，盆栽试验同一处理设置3个重复。
进一步，在实验15、30、45和60d时分别收集对照和各处理渗滤液。
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
第一，针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明所要保护的技术方案以及研发过程中的结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
本发明提供的利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法中，通过对煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液中pH、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)、总磷、硫酸根、氟离子、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb含量相对最低，在黑麦草生长60天时，配方2的渗滤液中以上各组分含量显著下降，基本达到地表水III水质标准；同时，播种60天后，配方2的黑麦草的株高、鲜重和干重都相对好。因此，本发明选用75％煤矸石、5％菌渣以及20％污泥作为恢复煤矸石堆场的最优配方。
第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
本发明利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被恢复，植被恢复快、煤矸石渗滤液中污染物溶出显著降低且能控制在较低的污染水平。因此利用酒厂污泥和菌渣可以快速对煤矸石堆场进行生态修复，且能降低煤矸石中污染物随雨水溶出对周边生态环境的影响。堆场植被恢复所用原材料为固体废弃物酒厂污泥和菌渣，其成本低、实际应用简单、工程实施可行性强。
第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：按照目前酒厂污泥焚烧处置成本约为350-500元/吨，以本发明技术的处置成本可以控制在100-200元/吨，按照其处置成本最小差值计算，每吨可节约处置成本150元。另外，在矿山生态修复领域还可以节约一部分生态恢复成本。鉴于酒厂污泥每年数十万吨的处置量和大量未修复的煤矸石堆场，其预期收益显著，市场前景广阔。
(2)本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：
煤矸石的综合利用及煤矸石山的生态恢复仍是当今国内外共同面临的热点问题。目前酒厂污泥的处理方法主要为焚烧，对酒厂污泥的资源化利用研究较少。本发明提供了一种成本低，效果显著，实际应用简单和工程实施可行性强的方法用于煤矸石堆场的生态恢复。本发明解决了酒厂污泥资源化利用问题，同时低成本修复煤矸石堆场。
(3)本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：
本发明在一定的运距范围内，提供了一种效果显著、成本低、施工简单的酒厂污泥和煤矸石堆场生态修复协同处置的技术难题。
(4)本发明的技术方案是否克服了技术偏见：本发明克服了煤矸石堆场生态恢复必须使用非矿山材料的技术偏见，独特的将煤矸石作为基质的主要组分进行基质匹配，减少了煤矸石生态修复过程中对外运材料的需求，降低了修复成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是本发明实施例提供的利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法流程图。
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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法包括以下步骤：
S101，确定恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方；
S102，根据恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方，利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被的生态恢复；
S103，通过对煤矸石堆场黑麦草生长量和生长过程中渗滤液中各类指标的测定，鉴定酒厂污泥与废菌渣对煤矸石堆场的修复效果。
本发明实施例提供的利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的最优配方由75％煤矸石、5％菌渣以及20％污泥组成。
本发明实施例提供的煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液的指标包括：pH、电导率、总可溶性固体、总磷、硫酸根、氟离子、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb含量。
本发明实施例提供的鉴定酒厂污泥与废菌渣对煤矸石堆场修复效果的方法包括：设计盆栽试验各处理组配方方案，在塑料花盆底部用塑料小盆收集渗滤液，不同比例的煤矸石、菌渣、磷石膏和酒厂污泥混合均匀后将各个处理的花盆放置于自然环境中，并以纯煤矸石作为对照组；分别收集对照和各处理渗滤液并进行各类指标测定；黑麦草生长12周后收获，采集植物和煤矸石样品待测。
本发明实施例提供的盆栽规格为直径13.5cm、深13.5cm。
本发明实施例提供的盆栽试验的塑料花盆底部有透气孔。
本发明实施例提供的盆栽试验各处理组包括：对照组CK、配方1、配方2、配方3以及配方4；其中，CK为纯煤矸石；配方1为85％煤矸石、5％菌渣和10％污泥，配方2为75％煤矸石、5％菌渣和20％污泥，配方3为70％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和5％磷石膏，配方4为65％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和10％磷石膏。
本发明实施例提供的盆栽试验同一处理设置3个重复，在实验15、30、45和60d时分别收集对照和各处理渗滤液并进行各类指标测定。
为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
本发明以75％煤矸石、5％菌渣和20％污泥对煤矸石进行植被恢复，在实施60天后，煤矸石上的黑麦草生长旺盛，且其自然降水产生的渗滤液基本可达到地表水III标准。由此可见，本发明是一种成本低廉、修复效果良好的酒厂污泥与煤矸石堆场生态修复协同处置方法。
1.材料和方法
实验设计：盆栽试验盆栽规格为直径13.5cm、深13.5cm，底部有透气孔的塑料花盆并在花盆底部用塑料小盆收集渗滤液，不同比例的煤矸石、菌渣、磷石膏和酒厂污泥混合均匀后将各个处理的花盆放置于自然环境中，同时以纯煤矸石作为对照组，各处理组配方见如1所示。同一处理设置3个重复，在实验15、30、45和60d时分别收集对照和各处理渗滤液并进行各类指标测定。黑麦草生长12周后收获，采集植物和煤矸石样品待测。
表1实验设计方案
2.结果与分析
通过对煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液中pH、电导率(EC)、总可溶性固体(TDS)、总磷、硫酸根、氟离子、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As、Pb含量相对最低，在黑麦草生长60天时，渗滤液中以上各组分含量已达到地表水III水质标准(见表2～表8)。同时，播种60天后，配方2的黑麦草的株高、鲜重和干重都相对好。综上，本发明选用配方2作为恢复煤矸石堆场的最优配方。
表2不同材料添加对黑麦草株高、鲜重和干重的影响
表3不同材料添加对风化煤矸石渗滤液pH、Ec、TDS的影响
表4不同材料添加对风化煤矸石渗滤液Fe、Mn的影响
表5不同材料添加对风化煤矸石渗滤液SO4 2-、氨氮的影响
表6不同材料添加对风化煤矸石渗滤液总P、F-的影响
表7不同材料添加对风化煤矸石渗滤液Cr、Zn、Cu的影响
表8不同材料添加对风化煤矸石渗滤液As、Pb的影响
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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法包括：确定恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方；根据恢复煤矸石堆场的煤矸石、菌渣以及污泥的最优配方，利用酒厂污泥、菌渣进行煤矸石堆场植被的生态恢复；通过对煤矸石堆场黑麦草生长量和生长过程中渗滤液中各类指标的测定，鉴定煤矸石堆场修复效果。
2.如权利要求1所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的最优配方由75％煤矸石、5％菌渣以及20％污泥组成。
3.如权利要求1所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，煤矸石堆场黑麦草生长过程中渗滤液的指标包括：pH、电导率、总可溶性固体、总磷、硫酸根、氟离子、Fe、Mn、Cr、Cu、Zn、As和Pb含量。
4.如权利要求1所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，鉴定酒厂污泥与废菌渣对煤矸石堆场修复效果的方法包括：
设计盆栽试验各处理组配方方案，在塑料花盆底部用塑料小盆收集渗滤液，不同比例的煤矸石、菌渣、磷石膏和酒厂污泥混合均匀后将各个处理的花盆放置于自然环境中，同时以纯煤矸石作为对照组；分别收集对照和各处理渗滤液并进行各类指标测定；黑麦草生长12周后收获，采集植物和煤矸石样品待测。
5.如权利要求4所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，盆栽规格为直径13.5cm、深13.5cm。
6.如权利要求4所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，盆栽试验的塑料花盆底部有透气孔。
7.如权利要求4所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，盆栽试验各处理组包括：CK、配方1、配方2、配方3以及配方4。
8.如权利要求7所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，CK为纯煤矸石；配方1为85％煤矸石、5％菌渣和10％污泥，配方2为75％煤矸石、5％菌渣和20％污泥，配方3为70％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和5％磷石膏，配方4为65％煤矸石、5％菌渣、20％污泥和10％磷石膏。
9.如权利要求4所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，盆栽试验同一处理设置3个重复。
10.如权利要求4所述利用酒厂污泥与废菌渣修复煤矸石堆场的方法，其特征在于，在实验15、30、45和60d时分别收集对照和各处理渗滤液。
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