基于湖泊底泥控酸的氧化矿石废石场生态修复方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于生态修复领域，具体涉及氧化矿石废石场生态修复的隔离控酸方法。
【背景技术】
[0002]氧化矿石废石场生态修复是当前极难解决的生态环境问题，氧化矿物暴露于空气中，加上天然淋滤作用，与空气和水蒸汽充分接触，在铁离子和铁/硫氧化细菌的催化作用下会迅速发生氧化反应而产酸，土壤酸化及酸性废水的污染具有广泛性、严重性和长期性等特点，世界各国都高度重视对酸化固体废弃物治理的研究。
[0003]常用的控制酸化的方法是添加酸中和剂消除己形成的酸性物质并抑制硫化物的进一步氧化和新酸性物质的产生。最常用的中和剂是石灰石渣滓、熟石灰或水合石灰、煅石灰。施用石灰虽然是改良酸性硫酸盐土的常用方法，然而，在很多情况下，施用石灰并非改良酸性硫酸盐土的有效办法。首先，对于含酸性较高的土壤，单靠施用石灰是很难完全中和由氧化矿石产生的酸性物质，只有在经过长期风化淋洗的老酸性硫酸盐土地区，施用石灰才可收到较佳的效果。其次，因石灰微溶于水，在高温多雨的环境下，添加的石灰可能在大部分储存在土壤中的金属硫化物尚未完全氧化之前就已经被雨水淋掉了，随后土壤又开始发生酸化，导致已经生长起来的植物又面临生境威胁。再者，大量投放石灰石还会引起植物营养元素及多种微量元素的不足。因此，消除己形成的酸性物质可用快速反应酸中和剂如熟石灰，而抑制硫化物的进一步氧化和新酸性物质的产生则宜采用慢速反应酸中和剂如赤泥(从铝土矿提炼氧化铝过程中所产生的工业废渣)及低移动性的酸中和有机废弃物，如污水污泥、城市垃圾、动物粪便、堆肥等。这些低移动性的酸中和物质含有去质子化两性胶体，既可以有效地中和现有的土壤酸度，又能抑制未来因金属硫化物进一步氧化而产生的土壤再酸化，还能提高土壤的缓冲能力，降低土壤中盐分的浓度，螯合或者络合部分重金属离子，缓解其毒性，改善土壤性质。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是控制氧化矿石废石场的酸化过程，降低生态修复成本，提高地表植物的可持续性。通过利用石灰与湖泊底泥，采用特定先锋植物物种，减少后期维护环节，充分利用生态系统自修复能力达到废石场植被恢复的目的。
[0005]本发明利用生石灰与湖泊底泥达到中和、隔离控酸的目的而提供的技术方案是一种基于湖泊底泥控酸的氧化矿石废石场生态修复方法，包括以下步骤:
(1)清理坡面:将金属矿山废石场进行地形整理，形成梯级坡面，平地进行高挖低填平整；
(2)铺设第一层格栅:在坡面铺设并用木粧固定格栅，应尽可能保证格栅紧贴坡面，距坡面最大距离不得超过3cm;
(3)生态袋挡墙:将生态袋铺设至坡脚处，起护坡作用；
(4)喷施石灰层:将生石灰与植壤土、粘合剂按比例混合均匀后，利用干喷机将石灰喷施到矿山废石场表层喷施至坡面，厚度约为2-3cm;
(5)覆盖底泥:将底泥覆盖至石灰层上，厚度控制在3-5cm左右；
(6)架设生态棒:将生态棒横向架设于坡面，并用木粧及铁丝固定，各生态棒纵向间距为1.5-2.5m；
(7)铺设第二层格栅:在坡面铺设并用木粧固定格栅，格栅与底泥层表面距离为13-17cm；
(8 )喷土壤改良基质层:将稻壳、有机肥、复合肥、营养土、粘合剂、保水剂等改良材料与植壤土按照一定比例混合均匀后，利用干喷机将土壤改良基质喷播至底泥层之上，厚度约12_13cm;
(9)喷播种子层:将种子与种子层基质混合均匀，其中，植物种子包括高羊茅、百喜草、波斯菊、金鸡菊、白三叶、狗牙根、田菁、银合欢、马棘、多花木兰、车桑子等，采用湿喷的方式将种子层喷至土壤改良基质层之上，厚度约2-3cm;
(10)稻草帘遮阴层:将稻草帘全面覆盖并固定至种子层之上，起保水、保墒、保温、防止雨水冲刷等作用，为种子发芽及幼苗成长提供适宜的环境；
(11)截排水沟:在坡面两侧纵向架设两条生态棒，间距为30-50cm，在坡面横向架设生态棒并使其向一侧稍稍倾斜。
[0006]其中，步骤(I)中梯级坡面长为8-10m，马道宽约0.5-lm。
[0007]步骤(3)中生态袋采用柔性生态袋，在生态袋中填充材料包括以下重量百分比的成分:矿土60-70%、有机肥15-25%、稻壳10-20%，生态袋堆积高度约为0.8-1.5m。
[0008]步骤(2)、(7)中的格栅为土工双向格栅，强度2 20KN。
[O009 ]步骤(4 )中石灰和植壤土的比例为1:1O -15，粘合剂的用量根据单位面积来确定，具体用量为10_15g/m2;
步骤(5 )中的底泥为附近江河、湖泊等的清淤底泥。为了方便运输，底泥的含水率应不超过40%。
[0010]步骤中(8 )中的土壤改良基质以及(9)中的种子层材料均按按每方植壤土中添加稻壳6_8kg、有机肥2-3kg、复合肥1-2kg、营养土 0.4-0.6kg、粘合剂0.05-0.2kg、保水剂0.05-0.2kg，其中客土基材中适量多加粘合剂，种子层中适量多加保水剂，少加粘合剂。
[0011]本发明具有以下有益效果:
本发明的氧化矿石废石场生态修复方法:(I)利用生石灰与底泥达到中和、隔离控酸的目的；(2)利用土壤基质改良为植物定植提供较好的土壤环境；(3)利用植物稳定技术控制重金属在土壤中的迀移转化，降低其对周边环境的影响。具体地，通过覆盖底泥层，一方面，底泥具有致密性，能够有效地控制矿体与水和空气的接触，抑制未来因金属硫化物进一步氧化而产生的土壤再酸化，另一方面底泥中含有丰富的有机质，在控酸的同时还能够提高土壤缓冲能力，螯合或络合部分重金属离子，缓解其毒性，并且能够有效改善矿土的贫瘠环境。加之，利用生石灰进行浅层酸碱中和改良、采用土壤基质改良以及植物稳定技术改善土壤环境并固定重金属等污染物。本发明采用的材料廉价、易得，大大降低了生态修复成本。另外，本发明在实际施工过程中操作简便、易操作、成本低廉、具有环境友好性。
【附图说明】
[0012]
图1为本发明实施例的现场效果图。
【具体实施方式】
[0013]为使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，下面通过【具体实施方式】的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。以下结合江西九江城门山铜矿排土场实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0014]城门山铜矿排土场边坡坡度约为60°，土壤呈砂性、强酸性，陡坡部分冲刷严重，保水能力差，坡面几乎无植物生长，土壤中含有铜、铅、锌、镉等多种重金属土壤中含有多种重金属。本发明实施例提供的氧化矿石废石场生态修复的处理方法包括以下步骤:
(1)清理坡面，对废石场边坡实施近自然地形整理，堆体坡面按照不大于自然安息角的坡度整理，并在坡面中央横向修设马道，形成梯级坡面，马道宽度为60cm;
(2)铺设并用木粧固定第一层格栅，保证格栅尽量紧贴坡面，距坡面最多不超过3cm;
(3)构建生态袋挡墙，在坡地开挖条沟，条沟深度为20-30cm，向柔性生态袋(规格为815mm*440mm)中填充60%的矿土、25%的营养土以及15%的稻壳，并将生态袋铺设于条沟中，高Im，起护坡作用；
(4)铺设石灰层，将石灰和土按1:12(v:V)的比例和适量的粘合剂混合均匀后，采用干喷机将石灰层喷施于坡面，厚度为3cm;
(5 )铺设底泥层，将稀底泥铺设于平坡面石灰层之上，并采用平铲、铁锹等工具平整底泥层表面，保证底泥层厚度为5cm左右；
(6)架设生态棒，首先将稻壳、营养土、植壤土、有机肥等材料填充至生态棒中，填充后的生态棒直径约为15cm，然后，将生态棒沿坡面水平铺设于坡面上，用木粧和铁丝固定，生态棒纵向之间的距离为1.5m;
(7)铺设第二层格栅，将格栅铺设并固定于生态棒之上，保证格栅与底泥层表面的间距为15cm左右；
(8)将植壤土、有机肥、复合肥、营养土、稻壳、保水剂、粘合剂按比例混合均匀作为土壤改良基质，配比为:每I立方土壤中添加营养土500g、有机肥2500g、复合肥1500g、稻壳7500g、保水剂125g、粘合剂100g，采用干喷机将其喷播至底泥层和第二层格栅之间区域，厚度为13cm;
(9)喷播种子层，种植层基质配置:每I立方植壤土中添加营养土500g、有机肥2500g、复合肥1500g、稻壳7500g、保水剂150g、粘合剂75g，将植物种子，包括高羊茅100g、百喜草125g、狗牙根100g、田菁125g、白三叶100g、马棘300g、多花木兰300g、银合欢300g、车桑子300g、波斯菊30g、金鸡菊30g，与种子层基质混合均勾并采用湿喷的方式将其喷播至土壤改良基质层之上，厚度为2cm;
(10)铺设稻草帘，将稻草帘全面覆盖至坡面上，保持湿润环境，促进种子萌发；
(I I)设置截排水沟，在修复坡面两侧纵向铺设两条生态棒，形成宽度为30cm的排水沟，在上下两级坡面分别于稻草帘之上横向架设并固定生态棒并稍稍向一侧倾斜，起到排水作用。
[0015]实施I个月后，废石场植被盖度达到90%，草本植物生长旺盛，有效覆盖地表，木本植物分布均匀。实施3个月后，排土场植被覆盖度达到95%，植被整体生长状况良好，灌木植物生长旺盛，生长高度达到40-50cm。实施半年后，草本植物生长逐渐衰弱，灌木植物生长旺盛，植物根系已经穿透底泥层，扎根于排土场表层，且植物根系生长良好，未发现因铜矿山排土场酸化及重金属污染而对植物生长产生的不良影响，整体植被恢复效果显著，现场效果图见图1。
【主权项】
1.一种基于湖泊底泥控酸的氧化矿石废石场生态修复方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤: (1)清理坡面:将金属矿山废弃地进行地形整理，形成梯级坡面，平地进行高挖低填平整； (2)铺设第一层格栅:在坡面铺设并用木粧固定格栅，应尽可能保证格栅紧贴坡面，距坡面最大距离不超过3cm; (3)生态袋挡墙:将生态袋铺设至坡脚处，起护坡作用； (4)喷施石灰层:将生石灰与植壤土、粘合剂按比例混合均匀后，利用干喷机将石灰喷施到矿山排土场表层喷施至坡面，厚度为2-3cm; (5)覆盖底泥:将底泥覆盖至矿山排土场石灰层上，厚度控制在3-5cm; (6)架设生态棒:将生态棒横向架设于坡面，并固定，各生态棒纵向间距为1.5-2.5m; (7)铺设第二层格栅:在坡面铺设并用木粧固定格栅，格栅与底泥层表面距离为13-17cm； (8)喷土壤基质改良层:将选自稻壳、有机肥、复合肥、营养土、粘合剂、保水剂的一种或多种改良材料与植壤土混合均匀后成为土壤改良基质，利用干喷机将土壤改良基质喷播至底泥层之上作为客土基材层，厚度约12-13cm; (9)喷播种子层:将种子与种子层基质混合均匀，其中，植物种子选自高羊茅、百喜草、波斯菊、金鸡菊、白三叶、狗牙根、田菁、银合欢、马棘、多花木兰、或车桑子，采用湿喷的方式将种子层喷至客土基材层之上，厚度约2-3cm; (10)稻草帘遮阴层:将稻草帘全面覆盖并固定至种子层之上，为种子发芽及幼苗成长提供适宜的环境； (11)截排水沟:在坡面两侧纵向架设两条生态棒，间距为30-50cm，在坡面横向架设生态棒并使其向一侧稍稍倾斜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中梯级坡面长为8-10m，梯级平台宽0.5_lm03.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中生态袋采用柔性生态袋，在生态袋中填充材料包括以下重量百分比的成分:矿土60-70%、有机肥15-25%、稻壳10-20%，生态袋堆积高度为0.8-1.5m。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)、(7)中的格栅为土工双向格栅，强度>20KN。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中石灰和植壤土的比例为1:10-15，粘合剂的用量根据单位面积来确定，优选用量为10_15g/m2。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中的底泥为江河、湖泊的清淤底泥，底泥的含水率应不超过40%。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤中(8)中的客土基材和/或步骤(9)中的客土基材层按每方植壤土中添加稻壳6-8kg、有机肥2-3kg、复合肥1-2kg、营养土0.4-0.6kg、粘合剂0.05-0.2kg、保水剂0.05-0.2kg。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤中(8)中的土壤基质改良层中粘合剂用量多于保水剂，步骤中(9)中的种子层中粘合剂用量小于保水剂。
【专利摘要】本发明提供一种基于湖泊底泥控酸的氧化矿石废石场生态修复方法，包括以下步骤：清理坡面；铺设第一层格栅；生态袋护坡；喷施石灰层；覆盖湖泊底泥；架设生态棒；铺设第二层格栅；喷播土壤改良基质层和种子层；稻草帘遮阴；设置截排水沟。本发明针对氧化矿石废石场土壤贫瘠、重金属含量高、酸性强的现象，通过以下措施对其进行生态恢复：（1）利用生石灰与湖泊底泥达到中和、隔离控酸的目的；（2）利用土壤基质改良为植物定植提供较好的土壤环境；（3）利用植物稳定技术控制重金属在土壤中的迁移转化，降低其对周边环境的影响。本发明在实际施工过程中操作简便、成本低廉、具有环境友好性。
【IPC分类】A01G1/00, E02D3/00
【公开号】CN105714758
【申请号】CN201610094220
【发明人】全占军, 李娟 , 高文元, 张淇翔, 李俊生, 韩煜, 王 琦, 史娜娜, 朱国平, 王炜炜, 高泗强
【申请人】中国环境科学研究院, 北京润夏环境技术有限公司, 北京林淼生态环境技术有限公司