专利名称：一种磷矿废弃地污染控制的生态修复技术的制作方法
技术领域：
本发明属于矿山开发的生态修复方法，具体地说是一项具有污染控制作用的磷矿废弃地生态修复方法，包括保护层的筛选，覆盖和效率评价方法，以及磷矿废弃地生态修复方法。
背景技术：
磷是引起湖泊富营养化的一种矿质元素，主要以磷矿的形式储存在地壳里。磷矿开采造成大量富磷矿层出露地表，使磷矿石所含的磷、氟等污染元素进入表生环境，在自然风化作用下极易淋溶进入周围水环境中。从而使磷矿开发利用对环境的影响和破坏除具有与矿山开发存在的塌陷、崩裂、滑坡等地质灾害外，磷矿所含有的一些有害元素如氟、磷、 砷、镉、铀等能够对环境造成污染影响。因此对磷矿废弃地进行生态修复不能仅从恢复山体形貌、绿化美观的角度进行考虑，还必须控制富磷矿层污染物淋溶，防止其对周围环境造成污染。磷矿废弃地包括裸露的富磷矿层、排土场和贫矿场。目前磷矿废弃地现状存在以下几种形式直接进行生态修复，以达到防止水土流失的目的；直接进行农作物耕种；或者荒废。荒废的磷矿废弃地存在水土流失现象，污染物流失尤为严重。但在磷矿废弃地直接进行植物栽种会加速污染物淋溶，研究表明植物根际微环境解磷细菌数量和解磷能力远高于非根际土壤(1)，植物的分解作用和微生物代谢作用加快了磷矿石分解。以往进行磷矿山修复时没有考虑植物对磷矿的分解作用，这种修复方式将加速污染物流失，无法达到污染控制的目的。关于磷矿废弃地污染治理尚无成熟技术。参考文献(1)申琳子，冯慕华，李文朝，王超.简单复垦对磷矿废弃地磷释放的影响模拟实验·环境化学，2010，四(6)，1068-1074.
发明内容
本发明的目的是提供一种控制污染物流失的磷矿废弃地生态修复方法。本发明采用具有低水力传导率和高饱和度的介质作为废弃磷矿的上覆介质，与粗砂土组合形成上覆保护层，有效隔绝上层水分与下层磷矿的接触，避免磷矿污染物淋溶流失；再进行植物种植，利用植物根际对上覆土起固定作用，从而形成一套具有污染控制效果的磷矿废弃地生态修复技术。本发明提出的原则采用当地易获、经济的介质，对其水力传导率和饱和度进行比较，筛选出具有低水力传导率和高饱和度的介质，作为磷矿废弃地的上覆介质。关键是能够有效防止磷矿淋溶、污染物流失，又有利于普遍推广，具有成本低、效率高的优点。为实现上述目的，本项发明提供的技术方案是(1)经济易获得、具有低水力传导率和高饱和度介质筛选。选取当地易获得的介质如粘土、淤泥、风化土等，分析上覆介质水力学特征参数，筛选出具有较强持水能力的介质，与粗砂土组合形成上覆保护层。( 上覆保护层填充方式。粗砂土与上覆介质的填充高度比为3 2。在磷矿层或废土石表面先铺一定厚度粗砂土，再覆盖细颗粒上覆介质，使上覆介质、砂土和矿石之间形成毛细隔栅，防止溶液渗透，对磷矿石产生淋溶分解作用。C3)上覆介质阻隔效率评价。采用土柱淋溶模拟实验或者野外小区观测实验，调节降雨强度和频率，测量覆土介质和磷矿层的水势，收集淋溶液，分析淋溶的磷、氟、砷、重金属等污染物浓度。通过比较不同覆盖条件下淋溶液的污染物浓度，评价上覆介质对降雨的阻隔效率。(4)磷矿废弃地修复。按照筛选的上覆介质和填充方式，对磷矿废弃地进行覆土， 再进行植物栽种，利用植物根际对保护层起固定防护作用。
图1是模拟降雨淋溶土柱实验装置的上覆土填充示意2是0. 03mm/min降雨降度下具有上覆保护层矿土和裸矿土淋溶的污染物浓度随时间变化曲线图3是不同强度暴雨下具有上覆保护层矿土和裸矿土淋溶的污染物浓度随时间变化曲线
具体实施例方式实施例针对云南抚仙湖流域帽天山磷矿废弃地存在的对抚仙湖水污染问题，筛选了一套控制污染物流失的磷矿废弃地生态修复方法。针对该地区易获得的介质，选取红土、河道淤泥和排土场废土石作为备选介质，水力学特征参数分析结果得到淤泥持水能力最强，红土次之，废土石最差。从经济角度考虑选择红土作为上覆介质。将红土与粗砂组成不同厚度配比，采用土柱淋溶实验，观测湿润锋前进的时间和出水速率，确定最佳红土与粗砂厚度比为3 2。采用图1所示的模拟降雨淋溶实验土柱，依次以红土、粗砂和矿土进行土柱填充，模拟大雨到特大暴雨的降雨淋溶实验，比较采用上覆介质保护和未采用任何防护措施的磷矿淋溶的污染物浓度。开展了以下两组实验对上覆保护层的效率进行验证(1)开展了降雨强度为0.03mm/min，降雨方式为降雨对小时停歇M小时，实验时长1个月，所获得的裸磷矿和具有上覆保护层的磷矿的污染物淋溶浓度随时间变化曲线如图2所示。(2)分别开展了降雨降度0. 3mm/min、降雨量90mm，降雨降度lmm/min、降雨量 180mm,降雨降度2mm/min、降雨量360mm三组暴雨实验，所获得的裸磷矿和具有上覆保护层的磷矿的污染物淋溶浓度随时间变化曲线如图3所示。两组实验结果验证了红土与粗砂组合形成的上覆介质的保护作用下，持续大雨淋溶作用下污染物流失量比裸矿土削减约70%，大暴雨淋溶作用下污染物流失量比裸矿土削减40 %，具有明显的污染控制效果。
权利要求
1.一种控制污染物流失的磷矿废弃地生态修复方法，采用具有低水力传导率和高饱和度的介质作为废弃磷矿的上覆介质，与粗砂土组合形成上覆保护层，有效隔绝上层水分和空气与下层磷矿的接触，避免磷矿污染物淋溶流失；再进行植物种植，利用植物根际对上覆土起固定作用，从而形成一套具有污染控制效果的磷矿废弃地生态修复技术。
2.根据权力要求1所述的具有污染控制的磷矿废弃地生态修复方法，实现的具体步骤如下a)经济易获得、具有低水力传导率和高饱和度介质筛选。选取当地易获得的介质如粘土、淤泥、风化土等，分析上覆介质水力学特征参数，筛选出具有较强持水能力的介质，与粗砂土组合形成上覆保护层。b)上覆保护层填充方式。粗砂土与上覆介质的填充高度比为3 2。在磷矿层或废土石表面先铺一定厚度粗砂土，再覆盖细颗粒上覆介质，使上覆介质、砂土和矿石之间形成毛细隔栅，防止溶液渗透，与矿土层发生接触。c)上覆介质阻隔效率评价。采用土柱淋溶模拟实验或者野外小区观测实验，调节降雨强度和频率，测量覆土介质和磷矿层的水势，收集淋溶液，分析淋溶的磷、氟、砷、重金属等污染物总量。通过比较淋溶的污染物总量，评价上覆介质对降雨的阻隔效率。d)磷矿废弃地修复。按照筛选的上覆介质和填充方式，对磷矿废弃地进行覆土，再进行植物栽种，利用植物根际对保护层起固定防护作用。
3.权利要求1的方法，其特征在于采用上覆保护层通过较强的持水能力和毛细管作用原理，有效阻隔上层溶液与矿层接触，防止磷矿石污染物流失。
4.权利要求2的方法，其特征在于步骤a)中采用的上覆保护层的选择遵循经济适用易推广的原则，上覆介质采用当地容易获得，经济，持水能力强的介质，粗砂土可以选用污染物含量较低、粒径大于上覆介质的排土场上覆土。使用时均需粉碎。
全文摘要
本发明的目的是提供一种控制污染物流失的磷矿废弃地生态修复方法。采用具有低水力传导率和高饱和度的介质作为废弃磷矿的上覆介质，与粗砂土组合形成上覆保护层，上覆层的覆盖方式依次为上覆介质、粗砂土、磷矿层。通过上覆保护层有效隔绝了上层水分与下层磷矿接触，避免磷矿污染物淋溶流失，再进行植物种植，利用植物根际对上覆土起固定作用，从而形成一套具有污染控制效果的磷矿废弃地生态修复技术。
文档编号B09C1/00GK102172609SQ20111004149
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者冯慕华, 李文朝, 李荫玺, 潘继征, 王林 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所