本发明涉及矿山生态恢复和市政污泥资源化利用领域，尤其涉及以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土及其制备方法。
背景技术：
市政污泥是市政污水处理的副产物。随着我国城市化进程的推进，市政污水处理量逐年增多，市政污泥产量也随之加大。市政污泥含有一定的污染物质，可能携带病原微生物，含水率高，必须妥善处理处置或资源化利用，才能避免二次污染。
矿山开采将破坏当地的土壤和植被，形成荒山秃岭，造成严重的水土流失。开展必要的生态修复工作，有利于已开采矿山的水土保持，并为场地后续利用提供条件。但矿山生态恢复往往面临着土壤剥离、流失，场地只有废矿渣，无法栽种植被的问题。利用市政污泥为主要原料制备的营养覆土，可作为土壤的替代品用于矿山生态恢复中，弥补天然土壤的缺乏，同时较高的肥力和良好的保水性在生态恢复中具有积极意义，从而达到市政污泥“减量化、资源化、无害化”的效果。
技术实现要素：
本发明的目的是提供以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土及其制备方法，使原料脱水市政污泥资源化利用。
本发明提供的矿山生态恢复营养覆土的制备方法，其原料包括脱水市政污泥和风干树枝；所述风干树枝的质量为所述脱水市政污泥的30％～40％，具体可为30％或40％。
上述的制备方法中，所述原料还包括黄磷炉渣，所述黄磷炉渣的质量可为所述脱水市政污泥的0～150％，但不为0，具体可为20％～70％、20％或70％。
上述的制备方法中，所述原料还包括胶磷矿尾矿，所述胶磷矿尾矿的质量可为所述脱水市政污泥的0～20％，但不为0，具体可为20％。
上述的制备方法中，所述原料具体可为下述1)-10)中的任一种：
1)质量比为(30％～40％)：(0～150％)：(0～20％)：1的风干树枝、黄磷炉渣、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；
2)质量比为(30％～40％)：(0～150％)：1的风干树枝、黄磷炉渣和脱水市政污泥；所述黄磷炉渣的质量不为0；
3)质量比为(30％～40％)：(20％～70％)：1的风干树枝、黄磷炉渣和脱水市政污泥；
4)质量比为(30％～40％)：(0～20％)：1的风干树枝、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；所述胶磷矿尾矿的质量不为0；
5)质量比为(30％～40％)：20％：1的风干树枝、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；
6)质量比为(30％～40％)：(0～150％)：(0～20％)：1的风干树枝、黄磷炉渣、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；所述黄磷炉渣和所述胶磷矿尾矿的质量不为0；
7)质量比为(30％～40％)：(20％～70％)：20％：1的风干树枝、黄磷炉渣、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；
8)质量比为40％：20％：1的风干树枝、黄磷炉渣和脱水市政污泥；
9)质量比为40％：20％：1的风干树枝、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥；
10)质量比为30％：70％：20％：1的风干树枝、黄磷炉渣、胶磷矿尾矿和脱水市政污泥。
上述的制备方法中，所述脱水市政污泥的含水率为75～88％，具体可为85.2±0.1％。所述风干树枝的含水率小于30％，具体可为26.7±0.0％。所述风干树枝的粒径可为0.5～1.5cm，具体可为0.5cm。
上述的制备方法中，所述黄磷炉渣的含水率小于25％，具体可为6.4％。所述黄磷炉渣的粒径为0.3～1.0cm，具体可为0.5cm。所述黄磷炉渣的磷含量为2～35％(以P2O5计)，具体可为2.12％(以P2O5计)。
上述的制备方法中，所述胶磷矿尾矿的含水率小于25％，具体可为7.0±0.0％、11.8±0.3％。所述胶磷矿尾矿的粒径可为0～5cm，但不为0，具体可为3cm。所述胶磷矿尾矿的磷含量可为2～35％(以P2O5计)，具体可为21.91％～27.90％、27.90％或21.91％(以P2O5计)。
上述的制备方法中，制备步骤如下：1)将原料混合后堆成堆体，进行一次发酵；2)将经所述一次发酵后的产品敞开堆积，得到所述矿山生态恢复营养覆土。
上述的制备方法中，步骤1)中，所述堆体底部的长、宽可至少为2m(如长2.5m、宽2m)，高可为0.6～2m(如1m)；所述一次发酵可在所述堆体表面覆盖土工无纺布、草帘等保温材料，也可不覆盖任何保温材料；翻堆频率如下：每1～3d翻堆一次，总时长12～20d，其中堆体温度50℃以上至少3d；具体可如下：总时长为15d，堆体升温至50℃以上前每2～3d(如每2d)翻堆一次，堆体升温至50℃以上后每2d一次，堆体温度50℃以上保持5d。
上述的制备方法中，步骤2)中，所述敞开堆积时堆体的高度为0～3m(如0.5m)，但不为0，堆积时间为0～12个月(如5d)，但不为0。
由上述的制备方法制备得到的矿山生态恢复营养覆土，也在本发明的保护范围内。
本发明进一步提供了上述的矿山生态恢复营养覆土在矿山、废弃场地种植植物的生态恢复中的应用。
上述的应用中，所述的矿山、废弃场地为黏土、沙土、砂砾、砾石或基岩质地，尤其是营养物质贫瘠、保水性能不好的土壤；
所述种植植物以扦插、栽苗、移植或直接播撒种子的方式进行；
所述的植物包括牡丹、紫云英等一年生或多年生草本植物，薰衣草等灌木和落羽杉、罗汉松、柳桉等针叶或阔叶乔木；
施用方式为可将所述的矿山生态恢复营养覆土与原位土壤搅拌，也可将所述的矿山生态恢复营养覆土直接摊撒或堆放在原位土壤上。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明使原料脱水市政污泥资源化利用，并以含磷物质钝化重金属，避免市政污泥引起的二次污染；
(2)本发明可提供大量的矿山生态恢复营养覆土，提高矿山、废弃场地生态恢复的效率。
附图说明
图1为以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
脱水市政污泥取自昆明市第六水质净化厂，含水率85.2±0.1％，挥发性有机物含量约50％。
风干树枝由昆明市第七、八水质净化厂厂内绿化修枝破碎后制得，含水率26.7±0.0％，挥发性有机物含量约90％。
黄磷炉渣由云南磷化集团提供，含水率6.4±0.1％，具体性质见表1。
胶磷矿尾矿A由云南磷化集团提供，含水率7.0±0.0％，具体性质见表1。
胶磷矿尾矿B由云南磷化集团提供，含水率11.8±0.3％，具体性质见表1。
表1、黄磷炉渣和胶磷矿尾矿性质
单位：％(质量)
实施例1、以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土的制备
脱水市政污泥含水率约85.2±0.1％，有机质含量约50％(干基)。
黄磷炉渣的磷含量2.12％(以P2O5计)。
按下述配方分别配制物料，每配方总物料1.0～1.5t：风干树枝：黄磷炉渣：脱水市政污泥＝40％：20％：1。
按照图1所示工艺流程图制备矿山生态恢复营养覆土，具体步骤如下：
1)粉碎物料，破碎后物料的粒径分别为风干树枝0.5cm、黄磷炉渣0.5cm；
2)混料，按上述配方的比例，将脱水市政污泥、风干树枝和黄磷炉渣混匀，获得混合物料；
3)翻堆式一次发酵，将混合物料在铺土工无纺布和草席的竹席垫高地面上，堆成底部长2.5m，宽2m，高1m的堆体，上覆土工无纺布保温，堆体升温至50℃以上前每2d翻堆一次，堆体升温至50℃以上后每2d翻堆一次，总时长15d，其中堆体温度50℃以上保持5d；
4)现场自然腐熟，将一次发酵产品敞开式堆积至0.5m高，堆放5d，堆体温度降至环境温度并散发的臭味极小，即得矿山生态恢复营养覆土。
实施例2、以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土的制备
脱水市政污泥含水率约85.2±0.1％，有机质含量约50％(干基)。
胶磷矿尾矿的磷含量27.90％(以P2O5计)。
按下述配方分别配制物料，每配方总物料1.0～1.5t：风干树枝：胶磷矿尾矿：脱水市政污泥＝40％：20％：1；
按照图1所示工艺流程图制备矿山生态恢复营养覆土，具体步骤如下：
1)粉碎物料，破碎后物料的粒径分别为风干树枝0.5cm、胶磷矿尾矿3cm；
2)混料，按上述配方的比例，将脱水市政污泥、风干树枝和胶磷矿尾矿混匀，获得混合物料；
3)翻堆式一次发酵，将混合物料在铺土工无纺布和草席的竹席垫高地面上，堆成底部长2.5m，宽2m，高1m的堆体，上覆土工无纺布保温，堆体升温至50℃以上前每2d翻堆一次，堆体升温至50℃以上后每2d翻堆一次，总时长15d，其中堆体温度50℃以上保持5d；
4)现场自然腐熟，将一次发酵产品敞开式堆积至0.5m高，堆放5d，堆体温度降至环境温度并散发的臭味极小，即得矿山生态恢复营养覆土。
实施例3、以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土的制备
脱水市政污泥含水率约85.2±0.1％，有机质含量约50％(干基)。
胶磷矿尾矿的磷含量21.91％(以P2O5计)。
按下述配方分别配制物料，每配方总物料1.0～1.5t：风干树枝：胶磷矿尾矿：脱水市政污泥＝40％：20％：1；
按照图1所示工艺流程图制备矿山生态恢复营养覆土，具体步骤如下：
1)粉碎物料，破碎后物料的粒径分别为风干树枝0.5cm、胶磷矿尾矿3cm；
2)混料，按上述配方的比例，将脱水市政污泥、风干树枝和胶磷矿尾矿混匀，获得混合物料；
3)翻堆式一次发酵，将混合物料在铺土工无纺布和草席的竹席垫高地面上，堆成底部长2.5m，宽2m，高1m的堆体，上覆土工无纺布保温，堆体升温至50℃以上前每2d翻堆一次，堆体升温至50℃以上后每2d翻堆一次，总时长15d，其中堆体温度50℃以上保持5d；
4)现场自然腐熟，将一次发酵产品敞开式堆积至0.5m高，堆放5d，堆体温度降至环境温度并散发的臭味极小，即得矿山生态恢复营养覆土。
实施例4、以市政污泥为主要基质的矿山生态恢复营养覆土的制备
脱水市政污泥含水率约85.2±0.1％，有机质含量约50％(干基)。
黄磷炉渣的磷含量2.12％(以P2O5计)。
胶磷矿尾矿的磷含量27.90％(以P2O5计)。
按下述配方分别配制物料，每配方总物料1.0～1.5t：风干树枝：黄磷炉渣：胶磷矿尾矿：脱水市政污泥＝30％：70％：20％：1。
按照图1所示工艺流程图制备矿山生态恢复营养覆土，具体步骤如下：
1)粉碎物料，破碎后物料的粒径分别为风干树枝0.5cm以下、黄磷炉渣0.5cm以下和胶磷矿尾矿3cm以下；
2)混料，按上述配方的比例，将脱水市政污泥、风干树枝、黄磷炉渣和胶磷矿尾矿混匀，获得混合物料；
3)翻堆式一次发酵，将混合物料在铺土工无纺布和草席的竹席垫高地面上，堆成底部长2.5m，宽2m，高1m的堆体，上覆土工无纺布保温，堆体升温至50℃以上前每2d翻堆一次，堆体升温至50℃以上后每2d翻堆一次，总时长15d，其中堆体温度50℃以上保持5d；
4)现场自然腐熟，将一次发酵产品敞开式堆积至0.5m高，堆放5d，堆体温度降至环境温度并散发的臭味极小，即得矿山生态恢复营养覆土。
实施例5、实施例1-4制备得到的营养覆土的主要性质
挥发性有机物含量测定方法：将烘干样品置于550℃马弗炉内灼烧4h，损失质量占烘干样品质量的百分比即为样品的挥发性有机物含量。
腐殖质测定方法：将样品水浴浸泡于0.1mol/L Na4P2O7和0.1mol/L NaOH混合溶液(浸提液)中，制备待测溶液；以浓盐酸和稀NaOH溶液分离胡敏酸与富里酸，调节pH使沉淀溶解，分别测定溶液中的总有机碳，即为样品的胡敏酸与富里酸含量，二者之和为样品的腐殖质含量。
总氮(TN)测定方法：样品经硫酸-过氧化氢消煮，有机氮转化为硫酸铵，碱化蒸馏出的氨以硼酸吸收，以标准溶液滴定，测定样品中的全氮含量。结果以N计。
总磷(TP)测定方法：以HClO4-H2SO4溶液消解，将样品分解，通过磷酸根离子与钒钼酸铵试剂反应显色，以分光光度计测定磷含量。结果以P2O5计。
总钾(TK)测定方法：以NaOH熔融-火焰光度计法测定。结果以K2O计。
重金属浸出毒性测定方法：根据国家环境保护行业标准《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)以硫酸硝酸法浸出，浸提剂pH范围3.20±0.05，模拟酸性降水淋滤有毒物质进入环境介质的过程。以电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，德国ThermoFisher，X Series 2型)测定浸出液上清液中的重金属浓度。
种子发芽率和种子发芽指数测定方法：将风干的样品与去离子水按1:10(w:v)比例混合浸提震荡2h，浸提液在10000r/min离心机分离20min后，上清液经0.45μm滤膜过滤。将一张滤纸置于清洁的培养皿中，加入5mL滤液和20颗白菜种子，在25℃暗箱中培养48h。记录种子发芽的数量和根长度，计算种子的发芽率和发芽指数。种子发芽指数为：种子发芽指数(GI)＝(浸提液中种子发芽率×种子根长)/(对照组种子发芽率×种子根长)×100％。
饱和持水度测定方法：将环刀中填入快速稳定化产品并手工压实，浸泡于自来水中48h，测定快速稳定化产品增加质量与原质量之比，即为饱和持水度。
实施例1-4制备得到的营养覆土的主要性质如表2-4所示。
表2、实施例1-4制备得到的营养覆土的主要性质
表3、实施例1-4制备得到的营养覆土的主要性质
表3中，-表示未检测。
表4、实施例1-4制备得到的营养覆土的主要性质