CN106734075A - 一种尾砂的生态修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尾砂的生态修复方法，主要是采用生物有机肥先跟表层的尾砂混合，然后将皇竹草茎段扦插在表层尾砂上，然后再在尾砂上铺一层安全网，再在安全网上铺一层混合有重金属稳定剂的城市污泥，将城市污泥通过间接利用的方式，将淋滤出来的污泥淋出液用于尾砂上皇竹草的生长，能促进皇竹草生长，采用本发明所述方法在尾砂上种植皇竹草不仅可以实现尾砂快速植物恢复，有效地防止尾砂库的水土流失和扬尘，可以避免尾砂的二次污染，而且皇竹草的根系能够稳定重金属，有效控制重金属的迁移和扩散，同时，植物恢复能够降低尾砂的重金属有效态含量，降低重金属活性，有效修复重金属尾砂库。
Description
技术领域
本发明涉及尾砂的处理技术领域，具体涉及一种尾砂的生态修复方法。
背景技术
尾矿废弃地作为矿业废弃地的一种，不仅占用大量土地，同时大面积的植被和景观遭受破坏，造成大量物种消失，生物多样性锐减，生态***退化。另外，尾矿中含有大量有毒有害物质，如重金属等，易在水蚀、淋洗、径流等作用下污染周边土壤、水体，而尾矿中的尾砂也易受风蚀，而造成扬尘污染。因此，对尾矿废弃地进行生态恢复，控制其对周边环境的污染已成为目前研究的热点之一。尾矿废弃地生态恢复以植物恢复为关键，但由于尾矿废弃地重金属含量高、大量营养元素(如N、P)缺乏、极差的土质结构等，限制了植物在尾矿废弃地上定居、生长。因此，有学者提出采用人工辅助措施，在尾矿中添加改良剂，同时种植耐性植物，建立无土复垦植被恢复技术，以稳定尾矿库、改善景观、控制污染。这种方法具有投资少，不破坏场地结构、不引起二次污染、经济环保等优点，已成为一种可靠的、相对安全的、环境友好的修复技术，具有很好的应用前景，然而目前该技术大都停留在实验室研究，工程示范较少，因此亟需研究一套工程可用的土壤基质改良－植被恢复技术体系，为尾矿库的生态恢复工程提供参考与指导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种尾砂的生态修复方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种尾砂的生态修复方法，包括以下步骤：
S1：取生物有机肥与表层的尾砂充分混合；
S2：选取皇竹草茎段，成列地扦***混有生物有机肥的尾砂表层中，部分茎段露出尾砂的表面；
S3：在每列皇竹草间平铺2-3层安全网；
S4：取重金属稳定剂与城市污泥，混合，得到混合污泥；
S5：将混合污泥铺设于安全网上；
S6：养护皇竹草。
在一些优选的实施方式中，所述S1中生物有机肥占表层的尾砂的体积分数≥10％。
在进一步优选的实施方式中，所述生物有机肥为植物废弃物堆肥腐熟得到的有机肥，或培养食用菌后剩余的料渣。
在一些优选的实施方式中，铺设于安全网上的混合污泥的厚度为15-25cm。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，皇竹草的扦插密度控制为8-12株/m2。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，所述安全网为密目安全网或6针遮阳网。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，所述S6还包括S7：当皇竹草高度大于2m时，进行刈割皇竹草，至少留下两节以供继续生长。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，所述S7后还包括S8：通过所述安全网收回城市污泥。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，所述S4中重金属稳定剂占混合污泥的质量分数为1-3％。
在上述方案的进一步优选的实施方式中，所述重金属稳定剂为生石灰或海泡石。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种尾砂的生态修复方法，主要是采用生物有机肥先跟表层的尾砂混合，然后将皇竹草茎段扦插在表层尾砂上，然后再在尾砂上铺一层安全网，再在安全网上铺一层混合有重金属稳定剂的城市污泥。皇竹草，又名杂交狼尾草，为多年生禾本科植物，由象草和美洲狼尾草杂交选育而成，属C4植物。具有适应性强、分蘖性强、生长快、产量高、营养丰富、可多年收获等特点，经常被用作饲喂牛、羊、兔等草食动物的主要青贮饲料，还被广泛应用于造纸、食品等领域，是优良的速生、丰产造纸工业原料，现还逐渐被开发作为新的生物能源植物而备受关注，可生产优质木炭、发酵产沼气等。尾砂含有重金属，且营养缺乏，在尾砂上直接种植皇竹草，皇竹草难以生长。
城市污泥是指城市污水处理厂排放的剩余污泥，因为其中含有重金属，目前尚无好的处理和回收利用方式，污水处理厂通常是将城市污泥送往垃圾填埋场进行填埋处理，城市污泥一般富含N、P、有机质，而本发明将其与重金属稳定剂混合后，再将其铺于安全网上，可以给皇竹草提供生长繁殖所需的营养物质，能够促进皇竹草生长提高皇竹草的生物量，增强皇竹草的抗逆性。将城市污泥通过间接利用的方式，将淋滤出来的污泥淋出液用于尾砂上皇竹草的生长，不仅可以变废为宝，同时促进皇竹草生长，产生生态、环境、社会、经济效益。
采用本发明所述方法在尾砂上种植皇竹草不仅可以实现尾砂快速植物恢复，有效地防止尾砂库的水土流失和扬尘，可以避免尾砂的二次污染，而且皇竹草的根系能够稳定重金属，有效控制重金属的迁移和扩散，同时，植物恢复能够降低尾砂的重金属有效态含量，降低重金属活性，有效修复重金属尾砂库。
具体实施方式
实施例1：
本试验采用柿竹园铅锌矿尾砂(尾砂1)、湘西花垣县铅锌矿尾砂(尾砂2)和郴州王仙岭尾砂(尾砂3)进行，其中，尾砂1中Pb、Cd含量均超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，含量分别为400mg/kg、2mg/kg，属轻度污染；尾砂2和尾砂3中Zn、Pb、Cd含量均远超过三级标准，其中，尾砂2中Zn、Pb、Cd含量分别为1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，尾砂3中Zn、Pb、Cd含量分别为5400mg/kg、2000mg/kg、84mg/kg，属重度污染。
选取粗壮较一致的皇竹草老茎，斜切成2节茎段，将皇竹草茎段直接扦插于尾砂中，每m2扦插8株，一节埋入尾砂中，一节露出尾砂面。种植期间，根据尾砂中水分含量浇适当的水。种植两个月后，刈割皇竹草，但须留两节让其继续生长。另外采用农田土壤作为对照，分别种植2个月后，调查皇竹草的成活率、株高，并将其刈割，测生物量，其结果列于表1。取植物样品进行分析测定，其结果列于表2。
表1不同重金属含量直接扦插皇竹草生长指标和生物量
表2不同重金属含量直接扦插皇竹草重金属含量(mg·kg-1DW)
从表1可知，在皇竹草生长期间，将皇竹草茎段直接扦插于尾砂上，尾砂中不添加任何改良剂，皇竹草成活率、分蘖数、株高、生物量、叶片SPAD值均明显低于直接扦插于土壤中，且随着尾砂的重金属含量升高，皇竹草株高、生物量、叶片SPAD值均下降，但不明显。这表明，将皇竹草直接种植于尾砂中，虽能成活，但由于尾砂中营养缺乏，且尾砂的结构不利于植物生长，因此长势较土壤处理差，其生物量仅为0.79-1.93g·pot-1，为种植在农田土壤中的6.58-16.07％，且重金属含量并不是限制皇竹草在尾砂上生长的关键因素。因此，在尾砂上种植能源植物皇竹草，为有效实现尾砂库生态修复，须对尾砂进行改良，以改善尾砂的物理结构和保证尾砂中营养充足。
从表2可知，四个处理皇竹草中，除农田土壤种植和尾砂1处理皇竹草Pb、Cd含量均低于国家饲料卫生标准(GB 13078-2001)限值外，尾砂2和尾砂3处理皇竹草Pb、Cd含量均高于国家饲料卫生标准，但低于有机肥料标准(NY 525-2012)。
实施例2：
本试验采用湘西花垣县铅锌矿尾砂进行，其中，尾砂中Zn、Pb、Cd含量均远超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，含量分别为1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，属重度污染。
分四组进行试验：第一组：采用农田土壤直接扦插种植皇竹草；第二组：取有机肥与表层20cm厚的尾砂充分混合，生物有机肥的量为尾砂的10％(体积分数)。选取粗壮较一致的皇竹草老茎，斜切成2节茎段，将皇竹草茎段直接扦插于表层的尾砂中，每m2扦插8株，一节埋入尾砂中，一节露出尾砂面；第三组：皇竹草直接成列扦插在尾砂上，在每列皇竹草间平铺2层安全网，所述安全网为2000目绿色聚酯建筑密目安全网或6针遮阳网，将城市污泥与海泡石粉按100:1的比例充分混匀，将混合后的污泥铺于安全网上，厚度为15cm；第四组：取有机肥与表层20cm厚的尾砂充分混合，生物有机肥的量为尾砂的10％，再选取粗壮较一致的皇竹草老茎，斜切成2节茎段，将皇竹草茎段直接扦插于表层的尾砂中，每m2扦插8株，一节埋入尾砂中，一节露出尾砂面，在每列皇竹草间平铺2层安全网，所述安全网为2000目绿色聚酯建筑密目安全网或6针遮阳网，将城市污泥与海泡石粉按100:1的质量比充分混匀，将混合后的污泥铺于安全网上，厚度为15cm；，种植期间，根据尾砂中水分含量浇适当的水，种植两个月后，调查皇竹草的株高，测定叶片SPAD值，并将其刈割，测生物量，其结果列于表3。
表3盆栽试验皇竹草生长指标和生物量
从表3可知，通过安全网隔离污泥，第三组污泥淋滤出来的淋出液流入皇竹草尾砂，采用污泥间接施肥，皇竹草的长势比第二组尾砂中直接混入有机肥的好，但均明显比第四组两者同时使用差，将有机肥和污泥同时使用，可以明显促进皇竹草生长，种植两个月后，第四组的皇竹草株高达165cm，生物量达51.75g·pot-1，且SPAD值达43.88，明显优于第二组和第三组。这表明，在尾砂上种植皇竹草，将有机肥和污泥间接施肥相结合，能够更好地促进皇竹草生长。
实施例3：
本发明实施例试验采用湘西花垣县铅锌矿尾砂进行，其中，尾砂中Zn、Pb、Cd含量均远超过土壤环境质量标准三级标准(为保障农林生产和植物正常生长的土壤临界值)，含量分别为1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，属重度污染。
试验在尾砂库一面积为160m2的试验地上进行，将试验地划分为3个面积为6m×5m的小区，小区间间隔1m。每个小区直接将有机肥按15％(体积比)与表层10cm厚的尾砂充分混合，养护7-10天后，以株行距＝60cm×30cm直接扦插皇竹草老茎。在每列皇竹草间距中平铺2层安全网，将生石灰按1％的质量分数与污泥充分混合，并将混合后的污泥置于安全网上，厚约15cm，宽约45cm。种植过程不施任何肥料，种植后，待皇竹草长至2m高时(约2-3个月)，将其刈割，测产量，其结果列于表4。取植物样品和尾砂样品进行分析测定，其结果分别列于表5和表6。取污泥进行分析测定，其结果列于表7。
表4田间试验皇竹草生长指标和生物量
表5田间试验皇竹草重金属元素和营养元素含量(mg·kg-1DW)
表6田间试验尾砂pH和重金属DTPA提取态含量(mg·kg-1DW)
注：数据为平均值。
表7半年每亩地可累积减少污泥重金属输入尾砂的量(kg)
注：数据为平均值；括号中数字表示半年每亩地可累积减少污泥中重金属输入尾砂的量占原污泥重金属
含量的比例。
从表4可知，采用有机肥改良尾砂，且污泥间接施用，种植3个月后皇竹草株高可达189.5cm，每3个月后刈割一次，种植半年每亩累计可产皇竹草以干重计达1.90t·亩-1，每处理一吨污泥可收获干物质25.29kg，产量客观，且每亩尾砂可处理新鲜污泥75.00t，可有效消纳城市污泥。
表5中植物样品分析结果测定表明，皇竹草中重金属Zn、Pb、Cd含量均符合有机肥料标准(NY 525-2012)，尤其是Pb含量，远低于有机肥料标准限值。且，采用污泥间接施用，皇竹草吸收尾砂中的营养元素明显，N、P、K含量都相对较高，尤其是K的含量高达41.06g·kg-1(干重)，N、P2O5、K2O的总含量高达8.68％，适合作有机肥原料，生产有机K肥。
从表6可知，种植皇竹草半年后，尾砂pH和重金属DTPA提取态含量均明显下降，尤其DTPA-Zn，比种植前降低率高达91.10％，DTPA-Pb、DTPA-Cd含量分别比种植前降低41.32％、27.87％，有效降低尾砂重金属活性，从而实现尾砂库生态修复。
通过回收称量污泥残渣重量和分析测定处理前后污泥中的重金属含量，得到结果如表7所示，从表7可知，半年每亩地可累积减少污泥Zn、Pb、Cd输入到尾砂的量分别为11.44kg、1.41kg、0.0445kg，分别占原污泥的63.29％、69.30％、80.06％，即与直接施用污泥相比(直接施用污泥使得污泥中的重金属全部进入尾砂中)，分别可以减少63.29％、69.30％、80.06％，减少输入量明显。
表7半年每亩地累积减少污泥重金属输入尾砂的量(kg)
注：数据为平均值；括号中数字表示半年每亩地可累积减少污泥中重金属输入尾砂的量占原污泥重金
属含量的比例。
种植植物半年后，在污泥最干时(雨季来临前)取污泥样进行含水量测定，结果如表8，表8中数据表明，处理后的污泥含水量可降至170.21g/kg，减量化达78.66％。
表8田间试验污泥含水量(g·kg-1DW)
Claims (10)
1.一种尾砂的生态修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：取生物有机肥与表层的尾砂充分混合；
S2：选取皇竹草茎段，成列地扦***混有生物有机肥的尾砂表层中，部分茎段露出尾砂的表面；
S3：在每列皇竹草间平铺2-3层安全网；
S4：取重金属稳定剂与城市污泥，混合，得到混合污泥；
S5：将混合污泥铺设于所述安全网上，所述混合污泥无法穿过所述安全网；
S6：养护皇竹草。
2.根据权利要求1所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述S1中生物有机肥占表层的尾砂的体积分数≥10％。
3.根据权利要求2所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述生物有机肥为植物废弃物堆肥腐熟得到的有机肥，或培养食用菌后剩余的料渣。
4.根据权利要求1所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，铺设于安全网上的混合污泥的厚度为15-25cm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，皇竹草的扦插密度控制为8-12株/m2。
6.根据权利要求1-4任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述安全网为密目安全网或6针遮阳网。
7.根据权利要求1-4任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述S6还包括S7：当皇竹草高度大于2m时，进行刈割皇竹草，至少留下两节以供继续生长。
8.根据权利要求7任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述S7后还包括S8：通过所述安全网收回城市污泥。
9.根据权利要求1-4任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述S4中重金属稳定剂占混合污泥的质量分数为1-3％。
10.根据权利要求1-4任一项所述的尾砂的生态修复方法，其特征在于，所述重金属稳定剂为生石灰或海泡石。
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