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礦山污染地植被恢復的處理方法.pdf

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礦山 污染 植被 恢復 處理 方法
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摘要
申請專利號:

CN201310177389.2

申請日:

20130514

公開號:

CN103299799B

公開日:

20150527

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A01G1/00,A01B77/00,A01B79/02,E02D17/00 主分類號: A01G1/00,A01B77/00,A01B79/02,E02D17/00
申請人: 章夢濤,吳衛文
發明人: 章夢濤,吳衛文
地址: 518000 廣東省深圳市南山區科技園南區R2-A2F中區
優先權: CN201310177389A
專利代理機構: 深圳中一專利商標事務所 代理人: 張全文
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310177389.2

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明適用于生態修復領域,提供了一種礦山污染地植被恢復的處理方法,該方法包括以下步驟:清除礦山污染地表面的大塊浮石或者突出物;配置阻控隔離材料;在污染地表面噴覆阻控隔離材料并形成阻控隔離層;利用阻控隔離層對污染地表面進行封閉隔離;利用纖維絲固土護坡植生技術在阻控隔離層上重建植生層;以及在植生層上種植植物實現植被恢復。該處理方法通過在礦山表面形成阻控隔離層以起到物理和化學封閉隔離作用,防止礦山深層可能反滲的酸性和重金屬離子由于土壤毛細管作用反滲至礦山表層,并在該阻控隔離層上重建植生層,為植物生長發育提供良好物理化學性質的礦山土壤環境,從而達到植被恢復以及保持水土的目的。

權利要求書

1.一種礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,包括以下步驟:S1:清除礦山污染地表面的大塊浮石或者突出物;S2:配置阻控隔離材料,所述阻控隔離材料包括按比例混拌的多種堿性材料、PH緩沖材料、抗氧化材料、重金屬螯合材料、粘結材料、堿性輔料以及客土,其中,多種堿性材料包括氫氧化鈣(Ca(OH))、碳酸鈣(CaCO)和碳酸鎂(MgCO),堿性輔料包括磷礦粉、粉煤灰、白云石、磷石膏和草木灰,所述阻控隔離材料中各組份的重量百分比范圍如下:所述多種堿性材料為5~10%、所述PH緩沖材料為0.2~0.5%、所述抗氧化材料0.1~0.3%、所述重金屬螯合材料為0.1~0.3%、所述粘結材料為0.2~0.5%、所述堿性輔料為15~30%以及所述客土為30~50%;S3:在所述污染地表面噴覆所述阻控隔離材料并形成阻控隔離層,將所述阻控隔離材料置于濕噴機料斗內加水攪拌成漿狀,利用濕噴機將所述漿狀阻控隔離材料以及利用噴絲機將人造纖維絲同步噴覆在所述污染地表面,形成10~15cm厚度的所述阻控隔離層;S4:利用所述阻控隔離層對所述污染地表面進行封閉隔離,所述阻控隔離層在所述污染地表面形成一種物理阻控隔離屏障和一種化學阻控隔離屏障;S5:利用纖維絲固土護坡植生技術在所述阻控隔離層上重建植生層;以及S6:在所述植生層上種植植物實現植被恢復。2.如權利要求1所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,所述阻控隔離材料還包括富含有機質的生物有機肥,所述生物有機肥是利用城市生活污泥、秸稈、谷殼、蘑菇渣、家畜糞便經過好氧發酵而成的。3.如權利要求2所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,所述生物有機肥的重量占所述阻控隔離材料總重量百分比范圍為20~30%。4.如權利要求1至3任意一項所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,步驟S2之后還包括將所述阻控隔離材料在常溫下加水均勻混合形成漿狀噴混料的步驟。5.如權利要求4所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,步驟S3中還包括利用空壓機為所述濕噴機噴播時提供高壓空氣動力的步驟。6.如權利要求1所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,步驟S5中的纖維絲固土護坡植生技術是將連續的人造纖維絲與有機菌材在高壓空氣作用下進行同步的連續噴混。7.如權利要求6所述的礦山污染地植被恢復的處理方法,其特征在于,所述有機菌材包括按比例配置的過篩原表土、生物有機肥、植物纖維、緩釋型復合肥、粉煤灰、磷礦粉、EDTA、粘結劑以及保水劑。

說明書

技術領域

本發明屬于生態修復領域,尤其涉及礦山污染地植被恢復的處理方法。

背景技術

金屬礦山的露天開采與生產過程造成的生態破壞和環境污染點多、量大、面廣,給礦區及周邊生態系統、土壤環境、水環境等造成嚴重威脅,這已經成為當今制約經濟與社會可持續發展的世界性難題。特別是成分復雜的共(伴)生礦,在開采或已開采區域形成大量的固體廢棄物重金屬含量過高,長期裸露使硫礦物氧化造成土壤酸化,固體廢渣經雨水沖刷、淋溶,將其中的有毒有害成分滲入土壤中,造成土壤酸化和重金屬污染,導致土壤環境惡化,植被全面退化,土壤進一步再酸化和流失。目前,在酸性和重金屬復合污染的礦地進行良好環境重建的方法較少,不是單一的撒石灰就是覆0.5~1m的營養土。采用單一撒石灰的方法難以迅速中和礦地深層的酸性以及對重金屬離子進行固化,而且不能防止硫礦物氧化再酸化,同時也會使土壤復酸化程度加強。而大面積覆土需要大量的營養土,成本高昂,難以適用于我國礦產開采中因歷史原因造成的大面積裸露污染地的植被恢復問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種礦山污染地植被恢復的處理方法,針對露天開采金屬礦山存在的土壤酸化和多種重金屬復合污染的裸露礦地植被恢復時,礦地深層可能反滲的酸性和重金屬離子由于土壤毛細管作用反滲污染礦地表層植生層及毒害植物的問題。

本發明實施例是這樣實現的,一種礦山污染地植被恢復的處理方法包括以下步驟:

S1:清除礦山污染地表面的大塊浮石或者突出物;

S2:配置阻控隔離材料;

S3:在所述污染地表面噴覆所述阻控隔離材料并形成阻控隔離層;

S4:利用所述阻控隔離層對所述污染地表面進行封閉隔離;

S5:利用纖維絲固土護坡植生技術在所述阻控隔離層上重建植生層;以及

S6:在所述植生層上種植植物實現植被恢復。

進一步地,步驟S2中的所述阻控隔離材料包括按比例混拌的多種堿性材料、PH緩沖材料、抗氧化材料、重金屬螯合材料、粘結材料、堿性輔料以及客土。

進一步地,所述阻控隔離材料中各組份的重量百分比范圍如下:所述多種堿性材料為5~10%、所述PH緩沖材料為0.2~0.5%、所述抗氧化材料0.1~0.3%、所述重金屬螯合材料為0.1~0.3%、所述粘結材料為0.2~0.5%、所述堿性輔料為15~30%以及所述客土為30~50%。

進一步地,所述阻控隔離材料還包括富含有機質的生物有機肥,所述生物有機肥是利用城市生活污泥、秸稈、谷殼、蘑菇渣、家畜糞便等農牧業廢棄物經過好氧發酵而成的。

進一步地,所述生物有機肥的重量占所述阻控隔離材料總重量百分比范圍為20~30%。

進一步地,步驟S2之后還包括將所述阻控隔離材料在常溫下加水均勻混合形成漿狀噴混料的步驟。

進一步地,步驟S3中還包括利用濕噴機將所述漿狀噴混料以及利用噴絲機將人造纖維絲制成同步噴覆在所述污染地表面的步驟,所述阻控隔離層的厚度為10~15厘米。

進一步地,步驟S3中還包括利用空壓機為所述噴濕機噴播時提供高壓空氣動力的步驟。

進一步地,步驟S5中的纖維絲固土護坡植生技術是將連續的人造纖維絲與有機菌材在高壓空氣作用下進行同步的連續噴混。

進一步地,所述有機菌材包括按比例配置的過篩原表土、生物有機肥、植物纖維、緩釋型復合肥、粉煤灰、磷礦粉、EDTA、粘結劑以及保水劑。

本發明的礦山污染地植被恢復的處理方法通過在礦山表面形成阻控隔離層以起到物理和化學封閉隔離作用,防止礦山深層可能反滲的酸性和重金屬離子由于土壤毛細管作用反滲至礦山表層,并利用纖維絲固土護坡植生技術在該阻控隔離層上重建植生層,為植物生長發育提供良好物理化學性質的礦山土壤環境,而且也避免礦山土壤再酸化或者植被退化等問題,從而達到植被恢復以及保持水土的目的。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的礦山污染地植被恢復的處理方法的流程圖。

圖2是本發明實施例提供的采用礦山污染地植被恢復的處理方法的機理示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白,以下結合附圖及實施例,對本發明進行進一步詳細說明。應當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明,并不用于限定本發明。

請參照圖1和圖2,本發明實施例提供的礦山污染地植被恢復的處理方法包括以下步驟:

S1:清除礦山污染地表面4的大塊浮石或者突出物;

S2:配置阻控隔離材料;

S3:在所述污染地表面4噴覆所述阻控隔離材料并形成阻控隔離層3;

S4:利用所述阻控隔離層3對所述污染地表面4進行封閉隔離;

S5:利用纖維絲固土護坡植生技術在所述阻控隔離層3上重建植生層2;以及

S6:在所述植生層2上種植植物1實現植被恢復。

該處理方法通過配置阻控隔離材料,將所述阻控隔離材料噴覆在礦山污染地表面5并在裸露礦山污染地表層形成阻控隔離層3,利用該阻控隔離層的物理和化學隔離原理對礦山污染地表層進行“全封閉”,作為一種隔離屏障起到對酸性和重金屬進行緩沖隔離的作用,避免礦山污染地深層可能存在的酸性和重金屬離子5向上反滲直接危害上層植生層,并在該阻控隔離層3的基礎上進行植生層2重建和實現植被恢復,為植物1生長發育提供一個長期、穩定的、具有良好理化性質的礦山土壤環境,利于植物1根系發育,促進植被恢復。

該處理方法利用阻控隔離層3對礦山污染地表面4形成物理和化學封閉隔離作用,具體地,利用阻控隔離層3在污染地表面形成一種有效的物理阻控隔離屏障,一方面可以避免礦山污染地之地下層的硫礦物等于空氣中的氧氣直接接觸發生氧化反應而造成土壤再次酸化,另一方面可以避免礦山污染地之地下層的酸性和重金屬離子5與植生層2和植物1直接接觸而對植物1造成毒害作用;利用阻控隔離層3在污染地表面4形成一種有效的化學阻控隔離屏障,可以有效防止礦山污染地之地下層的酸性和多種重金屬離子5由于土壤毛細管作用向上反滲直接毒害植物1。

該礦山污染地植被恢復的處理方法之步驟S2中的所述阻控隔離材料包括按比例混拌的多種堿性材料、PH緩沖材料、抗氧化材料、重金屬螯合材料、粘結材料、堿性輔料以及客土。具體地,多種堿性材料包括氫氧化鈣(Ca(OH)2)、碳酸鈣(CaCO3)和碳酸鎂(MgCO3),用于對礦山污染地深層土壤再酸化或者酸性離子5可能反滲起到阻控和緩沖作用,通過與這些酸性物質發生化學反應以阻止其反滲至植生層而直接污染植生層2,從而保護植生層2上的植物1;PH緩沖材料用于調節阻控隔離層3的酸堿度,避免過度堿化或者過度酸化,維持阻控隔離層3的弱堿性;抗氧化材料包括乙二胺四乙酸(Ethylene?Diamine?Tetraacetic?Acid,簡稱EDTA)、丁基羥基茴香醚(Butyl?Hydroxy?Anisd,簡稱BHA)、抗氧劑264(Butylated?Hydroxy?Toluene,簡稱BHT)、沒食子酸丙酯(Proply?Gallate,簡稱PG)以及特丁基對苯二酚(Tertiary?Butyl?Hydroquinone,簡稱TBHQ),可以起到化學封閉礦山表面,防止礦山深層硫礦物氧化再酸化;重金屬螯合材料包括EDTA、S,S-乙二胺二琥珀酸(S,S-Ethylene?Diamine?Disuccinic?acid,簡稱S,S-EDDS)、檸檬酸(Citric?Acid,簡稱CTA)以及十二烷基硫酸鈉(Sodium?Dodecyl?Dulfate,簡稱SDS),用于對礦山深層可能反滲的重金屬離子5起到緩沖和固化作用,以阻止其反滲至植生層2而直接污染植生層2,從而保護植生層2上的植物1;粘結材料用于增強阻控隔離層3的粘結性能,使其在礦山污染地表面4形成較為致密的及整體性的隔離層,以物理形成封閉礦山污染地表面;堿性輔料包括磷礦粉、粉煤灰、白云石、磷石膏和草木灰,其中,磷礦粉作為弱堿性材料,不僅可以對可能反滲的酸性物質5進行緩沖,而且可以為植物生長提供長期的營養元素供應(例如磷元素),粉煤灰也是一種弱堿性材料,可以起到對反滲的酸性離子5進行緩沖,同時對阻控隔離層3起到一定的粘結作用;客土作為主要填充料使用。

所述阻控隔離材料中含有的抗氧化材料能夠有效防止或最大程度延緩硫礦物發生氧化反應,避免對土壤造成再酸化,為植物生長發育贏得充足時間,在裸露礦地植被生長發育后可對礦地表面形成天然封閉和保護作用,最終達到恢復生態保持水土的目的。

進一步地,所述阻控隔離材料中各組份的重量百分比范圍如下:所述多種堿性材料為5~10%、所述PH緩沖材料為0.2~0.5%、所述抗氧化材料0.1~0.3%、所述重金屬螯合材料為0.1~0.3%、所述粘結材料為0.2~0.5%、所述輔料為15~30%以及所述客土為30~50%,將各組份按重量百分比進行均勻混合以得到用于形成阻控隔離層3的阻控隔離材料。

所述阻控隔離材料還包括富含有機質的生物有機肥,所述生物有機肥是利用城市生活污泥、秸稈、谷殼、蘑菇渣、家畜糞便等農牧業廢棄物經過好氧發酵而成的。該生物有機肥中的有機質含量超過30%,所述有機質均勻分布在阻控隔離層中,能夠對向礦山污染地表面4反滲的多種重金屬離子5進行螯合作用,同時將穩定態的重金屬絡合物吸附在阻控隔離層3上,阻止重金屬離子5向植生層2繼續反滲而毒害植物1,而且,所述有機質還可以為后期植物1生長發育提供有機質供應,有助于礦山污染地植被的恢復。該生物有機肥是經過高溫好氧發酵而成的,將生物有機肥應用于礦山生態修復領域可以實現廢棄物資源化再利用,節能環保。

所述生物有機肥的重量占所述阻控隔離材料總重量百分比范圍為20~30%。將該生物有機肥與多種堿性材料、PH緩沖材料、抗氧化材料、重金屬螯合材料、粘結材料、堿性輔料和客土按比例混拌均勻以形成阻控隔離材料,該阻控隔離材料可以作為礦山表面的隔離屏障以緩沖隔離酸性和重金屬,另外還可以將生物有機肥中的有機質提供給植物,有助于植被恢復。利用生物有機肥中的有機質為后期植物的生長發育提供有機質供應,并起到蓄水保肥作用。

礦山污染地植被恢復的處理方法的步驟S2之后還包括將所述阻控隔離材料在常溫下加水均勻混合形成漿狀噴混料的步驟。利用攪拌機對所述噴混料進行攪拌,以使其各組份分布均勻,從而對礦山表面4各處所起的隔離作用基本相同,而有助于各處植被恢復。

所述礦山污染地植被恢復的處理方法的步驟S3中還包括利用濕噴機將所述漿狀噴混料以及利用噴絲機將人造纖維絲制成同步噴覆在所述污染地表面4的步驟,所述阻控隔離層3的厚度為10~15厘米。利用連續的人造纖維絲與漿狀阻控隔離材料同步噴覆可以對阻控隔離層3起到加筋補強的作用,并使所形成的阻控隔離層3具有分布均勻及各向同性力學性質的特點,而且該阻控隔離層3的物理結構具有致密性、一致性和整體性,從而達到對礦山表面4全封閉、全隔離的目的,并通過阻控隔離層3的致密性完全封閉礦地表面,有效防止深層硫礦物氧化再酸化。該阻控隔離層3的厚度為10~15里面,以有效阻隔礦山深層可能向礦山表面反滲的酸性和重金屬5進行緩沖隔離,防止因反滲而直接與植生層2接觸,破壞植物1生長。

步驟S3中還包括利用空壓機為所述噴濕機噴播時提供高壓空氣動力的步驟。在噴覆阻控隔離材料時,利用噴濕機噴播漿狀的阻控隔離材料,同時利用噴絲機同步噴覆人造纖維絲,為了加強所形成的阻控隔離層3的致密性,利用空壓機提供高壓空氣動力,使噴播在礦山表面4的阻控隔離材料與人造纖維絲緊密結合,從而增強該阻控隔離層3的封閉隔離效果。

步驟S5中的纖維絲固土護坡植生技術是將連續的人造纖維絲與有機菌材在高壓空氣作用下進行同步的連續噴混。利用該方法在阻控隔離層3上形成一層均勻分布的具有各向同性力學性質的植生層2,利用連續的纖維絲與有機菌材混噴以對該植生層2起到加筋補強的作用,為植物1生長提供最佳的土壤理化環境。該植生層2厚度范圍為5~15厘米,以提供植物1生長所需的土壤環境。

所采用的人造纖維絲的性能指標為:人造纖維絲的型號為150D、伸長率為10%以及抗拉強度為6.8~7克。人造纖維絲的用量為3.0千克每立方米。利用該人造纖維絲對植生層2起到加筋補強作用。

所述有機菌材包括按比例配置的過篩原表土、生物有機肥、植物纖維、緩釋型復合肥、粉煤灰、磷礦粉、EDTA、粘結劑以及保水劑。將該有機菌材作為植生層2的材料之一以提供植物1生長發育所需的基本養份。優選地,每立方米植生層2中有機菌材的配置為:過篩原表土50kg、生物有機肥40kg、植物纖維5kg、緩釋型復合肥1kg、粉煤灰500g、磷礦粉500g、EDTA0.1kg、粘結劑0.2kg以及保水劑0.15kg。

步驟S6中的植被恢復時通過在礦山表面4建立阻控隔離層3并在該阻控隔離層3的基礎上進行植生層2重建以及在植生層2上種植植物1來實現的,為植物1生長提供一個長期的、穩定的、具有良好物理化學性質的礦山土壤環境,理由植物1根系發育,促進植被恢復。所種植的植物1選擇耐酸性、耐重金屬離子的草本植物和灌木植物,以抗逆性強的灌木植物為主,如狗牙根、寬葉雀稗、銀合歡、木豆、濕地松和馬尾松等。

以下結合江西城門山某銅礦生態修復中的植被恢復案例對本發明實施例提供的礦山污染地植被恢復的處理方法進行說明。

該礦山的基本情況:礦山裸露的污染礦地為尾礦渣堆成的緩坡地,礦地下層土壤中含有大量硫礦物,由于長期裸露造成土壤嚴重酸化,PH值在4.0~6.5之間,同時下層土壤中含有多種重金屬,包括鉛(Pb)、鉻(Cr)以及銅(Cu)等。

具體實施步驟如下:

清理礦地:簡單清理礦地表面,清除礦地表面的大塊浮石或者突出物,防止這些突出物影響后續阻控隔離層的形成以及破壞所述阻控隔離層對礦地表層的全封閉效果;

配置阻控隔離材料:將多種堿性材料、重金屬螯合材料、抗氧化材料、PH緩沖材料、堿性輔料、生物有機肥、粘結材料以及客土按比例混拌均勻,且各組成材料的重量百分比如下:多種堿性材料為10%、重金屬螯合劑為0.3%、抗氧化材料為0.2%、PH緩沖材料為0.5%、堿性輔料為25%、生物有機肥為25%、粘結材料為0.5%以及客土為38.5%。

形成阻控隔離層:將上述的阻控隔離材料置于濕噴機料斗內加水攪拌成漿狀,利用液壓泵送式濕噴機、空壓機(提供動力)等將漿狀阻控隔離材料噴覆在裸露的污染礦地表層,形成10~15cm厚度的阻控隔離層。

封閉隔離:阻控隔離層中各組分均勻分散,相互粘結,在礦地表面形成均勻的、致密的、可對礦地表面全封閉的阻控隔離層,起到物理和化學隔離封閉作用,阻止礦地下層硫礦物繼續氧化再酸化,對可能反滲的酸性和重金屬離子進行緩沖隔離,防止酸性和重金屬離子反滲直接污染植生層和毒害植物。

重建植生層:在阻控隔離層的基礎上,利用纖維絲固土護坡植生技術進行植生層重建。纖維絲固土護坡植生技術是將連續的人造纖維絲與有機菌材在高壓空氣作用下進行同步的連續噴混,在阻控隔離層上面形成一種均勻分布的具有各向同性力學性質的纖維絲加筋補強植生層。人造纖維絲性能指標:150D、伸長率10%以及拉斷強度6.8~7克,人造纖維絲的用量為3.0千克每立方米。每立方米植生層中有機菌材的配置為:過篩原表土50kg、生物有機肥40kg、植物纖維5kg、緩釋型復合肥1kg、粉煤灰500g、磷礦粉500g、EDTA0.1kg、粘結劑0.2kg以及保水劑0.15kg。經人造纖維絲加筋補強的植生層的厚度為5cm以上,噴播植生層面層(加草灌木種子)1~2cm。植物選擇以耐酸性、耐重金屬離子的草灌木植物,以抗逆性強的灌木植物為主,如狗牙根、寬葉雀稗、銀合歡、木豆、濕地松、馬尾松等。

植被恢復:經過一年的養護管理,裸露礦地完全被植被覆蓋,灌木類植物生長良好,逐漸突出于草本植物,初步達到裸露礦地生態修復、保持水土的目的,效果顯著。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發明的保護范圍之內。

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