CN115108782A - 一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法 - Google Patents

一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法，所述基材包括以下重量份配比的组分组成：干化除臭后的湖泊底泥、表土、基材粘结剂、木纤维、基材结构调理剂、有机物料、普通复合肥、长效复合肥、保水剂、pH调节剂、复合菌剂。本发明提供的一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法，实现了现有湖泊底泥无害化处理，充分利用了湖泊底泥中氮、磷等营养物质，达到了湖泊底泥的资源化利用的目的。本发明有效利用了多种工业副产品及废弃物，制备方法简单可靠、生产成本低，制备的基材物理力学特性良好，肥力持续性供给能力强，植物生长效果良好，解决了边坡生态修复“一年青、两年黄、三年死光光”的难题。

Description

一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法
技术领域
本发明涉及边坡生态防护领域，尤其是一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法。
背景技术
随着我国环保意识逐渐增强，环保力度不断加大，为了改善湖泊、河流的水质，开展了大规模的河湖清淤挖掘、水系沟通等水环境治理工程，因而产生了大量的湖泊底泥。底泥含有大量的有机质及各类污染物，由于挖掘施工时的扰动，底泥会被打散形成含水率极高的泥浆状态，因此在本质上底泥属于高含水率的固体污染废物，会对环境造成严重的危害。
目前，湖泊底泥的主要处置方法有(1)设置堆填场将挖掘出来的湖泊底泥进行填埋堆积或者固化处理，处理方法简单方便，但占用了大量的土地资源，甚至对填埋场造成了二次污染。(2)由于湖泊底泥往往含有大量的氮磷等营养物质，将底泥作为农田、果园等农作物生产场地的肥料，同时，由于江河湖泊的污染，底泥当中也含有大量的重金属污染物，会导致农作物体内重金属含量超标，对人体健康造成危害。因此，如何无危害化、资源化利用湖泊底泥是近年来的研究重点。
将资源化利用理念和生态护坡理念相结合，将湖泊底泥利用于生态护坡，此技术既可避免对人体健康造成危害的不足，达到底泥的减量化处理的目的，又可解决我国土石方资源匮乏的问题，可成为我国稳定而有效的底泥处置方式。同时，湖泊底泥含有大量的氮磷营养物质，其配制的生态修复基材修复效果良好，结合生态修复基材中添加的微生物菌剂可解决基材肥力持续供应不足的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法，可以实现湖泊底泥无危害化、资源化利用，同时解决现有生态修复基材肥力持续性不足的问题。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，所述基材包括以下重量份配比的组份：湖泊底泥65-75、表土25-35、基材粘结剂6-10、木纤维4-8、基材调理剂2-6、有机物料2-4、普通复合肥1-2、长效复合肥0.4-0.6、保水剂0.2-0.4、pH调节剂3.5-4.5、复合菌剂0.4-0.6。
所述基材包括以下各组分的重量份为：湖泊底泥70、表土30、基材粘结剂8、木纤维6、基材调理剂4、有机物料3、普通复合肥1.5、长效复合肥0.5、保水剂0.3、pH调节剂4、复合菌剂0.5。
所述湖泊底泥干化处理方式为底泥中添加熟石灰、硫代硫酸钠，通过厌氧发酵，通入氧气进行曝气处理，最后脱水压干，处理后的湖泊底泥含水率不超过10％。
所述表土为土壤，取自地表深度3m以上的表土层，粒径不大于10mm，其含水率不大于10％。
所述基材粘结剂由质量比为2:3:2的硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇组成。
所述木纤维为松树或杨树纤维，由木材经过剥皮、水洗以及削片步骤，结合气暴热法制成，施工时易混合、易喷射。
所述基材调理剂由质量比为5:2:1的沸石粉、生物炭、结晶硅组成，其中生物炭选用木质生物、矿物质生物炭的一种或两种混合物；
所述有机物料为稻壳、粉碎秸秆、锯末的一种或多种混合物。
所述普通复合肥中氮磷钾的比例为1-2:1-2:2-3；长效复合肥中氮磷钾的比例为2-3:2-3：4-5；
所述保水剂采用聚丙烯酰胺。
所述pH调节剂由质量比为5:1:1的磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末组成；
所述复合菌剂为固氮菌、解磷菌和解钾菌的混合物，各组分比例为18-20:8-10:14-16，有效活菌数大于等于4×109CFU/g。
所述以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将上述重量份的硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇混合，制得基材粘结剂；
步骤2：将上述重量份的沸石粉、生物炭、结晶硅混合，制得基材结构调理剂；
步骤3：将上述重量份的磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末混合，制得pH调节剂；
步骤4：将上述重量份的固氮菌、解磷菌和解钾菌混合，制得复合菌剂；
步骤5：将上述重量份的普通复合肥、长效复合肥、生物炭、保水剂混合，制得制得混合物A；
步骤6：将步骤2制得的基材调理剂、步骤3制得的pH调节剂、步骤4制得的复合菌剂与步骤5制得的混合物均匀混合制得混合物B；
步骤7：用水将上述重量份的湖泊底泥、表土、木纤维充分混合搅拌4-5分钟，依次加入步骤1制得的基材粘结剂、步骤6制得的混合物B再次混合搅拌2-5分钟，再加入植物种子和水搅拌均匀，即得到所述的以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材。
本发明有如下有益效果：
本发明提供一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，各组份的作用如下：
湖泊底泥和表土组成基材的骨架，底泥粒径分布单一，以粉粒为主，透水性良好，种植土颗粒级配良好，改善基材颗粒结构，弥补湖泊底泥粒径分布单一的问题；基材粘结剂是基材各个组成部分的胶结材料，硅酸盐水泥与粉煤灰难降解，可长期保持其胶结作用，聚乙烯醇胶结作用强但易降解，降低硅酸盐水泥与粉煤灰的用量，改善基材孔隙结构；木纤维对基材具有加筋作用，分散土体内应力，减少应力集中，从而抑制膨胀与收缩应变，降低裂隙数量和裂缝宽度，分解后能为基材提供养分，杨树或松木纤维易分散、易搅拌；基材结构调理剂改善基材的物理结构，固持养分；有机物料、普通复合肥、长效复合肥为植物提供养分；保水剂增强基材持水性，为植物生长营造良好的环境；pH调节剂中和基材粘结剂中硅酸盐水泥与粉煤灰的碱性，调节基材pH值，使之基材pH值在植物最宜生长的范围内；复合菌剂提升基材内的微生物数量，保证养分的持续循环、释放，改善土壤的微环境。
本发明提供的一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材及其制备方法，可以实现湖泊底泥无危害化、资源化利用，将资源化利用理念和生态护坡理念相结合，制得的生态修复基材物理力学性能良好、pH适中、对坡面附着性强，同时解决现有生态修复基材肥力持续性不足的问题，生态恢复效果良好。
具体实施方式
下面结合实施方式做进一步的说明。
实施例一：
一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，所述基材包括以下重量的组份：
湖泊底泥65kg、表土25kg、基材粘结剂6kg、木纤维4kg、基材结构调理剂2kg、有机物料2kg、普通复合肥1kg、长效复合肥0.4kg、保水剂0.2kg、pH调节剂3.5kg、复合菌剂0.4kg。
上述以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇按照质量比为2:3:2的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的基材粘结剂。
步骤2：将沸石粉、生物炭、结晶硅按照质量比为5:2:1的比例混合均匀搅拌2-3分钟，制得上述重量份的基材结构调理剂。
步骤3：将磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末按照质量比为5:1:1的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的pH调节剂。
步骤4：将固氮菌、解磷菌和解钾菌按照质量比18-20:6-10:15-18比例混合均匀搅拌1-2分钟，制得复合菌剂。
步骤5：将上述重量份的普通复合肥、长效复合肥、保水剂混合，制得制得混合物A；
步骤6：将步骤2制得的基材结构调理剂、步骤3制得的pH调节剂、步骤4制得的复合菌剂与步骤5制得的混合物A均匀混合制得混合物B；
步骤7：用25kg水将上述重量份的湖泊底泥、表土、木纤维充分混合搅拌4-5分钟，依次加入步骤1制得的基材粘结剂、步骤6制得的混合物B再次混合搅拌2-5分钟，再加入植物种子和15kg的水搅拌均匀，即得到所述的以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材。
实施例二：
一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，所述基材包括以下重量的组份：
湖泊底泥70kg、表土30kg、基材粘结剂8kg、木纤维6kg、基材结构调理剂3kg、有机物料3kg、普通复合肥1.5kg、长效复合肥0.5kg、保水剂0.3kg、pH调节剂4.0kg、复合菌剂0.5kg。
上述以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇按照质量比为2:3:2的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的基材粘结剂。
步骤2：将沸石粉、生物炭、结晶硅按照质量比为5:2:1的比例混合均匀搅拌2-3分钟，制得上述重量份的基材结构调理剂。
步骤3：将磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末按照质量比为5:1:1的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的pH调节剂。
步骤4：将固氮菌、解磷菌和解钾菌按照质量比18-20:6-10:15-18比例混合均匀搅拌1-2分钟，制得复合菌剂。
步骤5：将上述重量份的普通复合肥、长效复合肥、保水剂混合，制得制得混合物A；
步骤6：将步骤2制得的基材结构调理剂、步骤3制得的pH调节剂、步骤4制得的复合菌剂与步骤5制得的混合物A均匀混合制得混合物B；
步骤7：用25kg水将上述重量份的湖泊底泥、表土、木纤维充分混合搅拌4-5分钟，依次加入步骤1制得的基材粘结剂、步骤6制得的混合物B再次混合搅拌2-5分钟，再加入植物种子和15kg的水搅拌均匀，即得到所述的以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材。
实施例三：
一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，所述基材包括以下重量的组份：
湖泊底泥75kg、表土35kg、基材粘结剂10kg、木纤维8kg、基材结构调理剂6kg、有机物料4kg、普通复合肥2kg、长效复合肥0.6kg、保水剂0.4kg、pH调节剂4.5kg、复合菌剂0.6kg。
上述以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇按照质量比为2:3:2的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的基材粘结剂。
步骤2：将沸石粉、生物炭、结晶硅按照质量比为5:2:1的比例混合均匀搅拌2-3分钟，制得上述重量份的基材结构调理剂。
步骤3：将磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末按照质量比为5:1:1的比例混合均匀搅拌3-5分钟，制得上述重量份的pH调节剂。
步骤4：将固氮菌、解磷菌和解钾菌按照质量比18-20:6-10:15-18比例混合均匀搅拌1-2分钟，制得复合菌剂。
步骤5：将上述重量份的普通复合肥、长效复合肥、保水剂混合，制得制得混合物A；
步骤6：将步骤2制得的基材结构调理剂、步骤3制得的pH调节剂、步骤4制得的复合菌剂与步骤5制得的混合物A均匀混合制得混合物B；
步骤7：用25kg水将上述重量份的湖泊底泥、表土、木纤维充分混合搅拌4-5分钟，依次加入步骤1制得的基材粘结剂、步骤6制得的混合物B再次混合搅拌2-5分钟，再加入植物种子和15kg的水搅拌均匀，即得到所述的以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材。
通过上述实施例得到的生态护坡基材，对其覆盖养护7d、15d以及30d的总孔隙率、pH、有机质、全氮、全磷、全钾、无侧限抗压强度、侵蚀模数以及植被覆盖度等指标进行监测测定，结果如下：
实施案例一：
Figure BDA0003735254060000061
Figure BDA0003735254060000071
实施案例二：
Figure BDA0003735254060000072
实施案例三：
Figure BDA0003735254060000073
Figure BDA0003735254060000081

Claims (10)

1.一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于，所述基材包括以下重量份配比的组份：湖泊底泥65-75、表土25-35、基材粘结剂6-10、木纤维4-8、基材调理剂2-6、有机物料2-4、普通复合肥1-2、长效复合肥0.4-0.6、保水剂0.2-0.4、pH调节剂3.5-4.5、复合菌剂0.4-0.6。
2.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述基材包括以下各组分的重量份为：湖泊底泥70、表土30、基材粘结剂8、木纤维6、基材调理剂4、有机物料3、普通复合肥1.5、长效复合肥0.5、保水剂0.3、pH调节剂4、复合菌剂0.5。
3.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述湖泊底泥干化处理方式为底泥中添加熟石灰、硫代硫酸钠，通过厌氧发酵，通入氧气进行曝气处理，最后脱水压干，处理后的湖泊底泥含水率不超过10%。
4.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述表土为土壤，取自地表深度3m以上的表土层，粒径不大于10mm，其含水率不大于10%。
5.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述基材粘结剂由质量比为2:3:2的硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇组成。
6.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述木纤维为松树或杨树纤维，由木材经过剥皮、水洗以及削片步骤，结合气暴热法制成，施工时易混合、易喷射。
7.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述基材调理剂由质量比为5:2:1的沸石粉、生物炭、结晶硅组成，其中生物炭选用木质生物、矿物质生物炭的一种或两种混合物；
所述有机物料为稻壳、粉碎秸秆、锯末的一种或多种混合物。
8.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述普通复合肥中氮磷钾的比例为1-2:1-2:2-3；长效复合肥中氮磷钾的比例为2-3: 2-3：4-5；
所述保水剂采用聚丙烯酰胺。
9.根据权利要求1所述一种以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材，其特征在于：所述pH调节剂由质量比为5:1:1的磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末组成；
所述复合菌剂为固氮菌、解磷菌和解钾菌的混合物，各组分比例为18-20:8-10: 14-16，有效活菌数大于等于4×109CFU/g。
10.一种上述权利要求1-9中任一项所述以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将上述重量份的硅酸盐水泥、粉煤灰、聚乙烯醇混合，制得基材粘结剂；
步骤2：将上述重量份的沸石粉、生物炭、结晶硅混合，制得基材结构调理剂；
步骤3：将上述重量份的磷石膏粉、腐殖酸粉末、硫酸亚铁粉末混合，制得pH调节剂；
步骤4：将上述重量份的固氮菌、解磷菌和解钾菌混合，制得复合菌剂；
步骤5：将上述重量份的普通复合肥、长效复合肥、生物炭、保水剂混合，制得制得混合物A；
步骤6：将步骤2制得的基材调理剂、步骤3制得的pH调节剂、步骤4制得的复合菌剂与步骤5制得的混合物均匀混合制得混合物B；
步骤7：用水将上述重量份的湖泊底泥、表土、木纤维充分混合搅拌4-5分钟，依次加入步骤1制得的基材粘结剂、步骤6制得的混合物B再次混合搅拌2-5分钟，再加入植物种子和水搅拌均匀，即得到所述的以湖泊底泥为主料的边坡生态修复基材。
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