一种赤泥堆场植物生长基质层的构建方法及其应用

本发明属于工业固体废弃物资源化利用以及生态修复，尤其涉及一种赤泥堆场植物生长基质层的构建方法及其应用。

背景技术：

1、赤泥是铝工业产生的大宗工业固体废弃物，每生产1t氧化铝约产生1.0～2.0t赤泥，至今全球累积赤泥堆积量已超过50亿t，已成为有色金属冶炼行业排放量最大的工业废渣之一。赤泥的强碱性、高盐分、高重金属含量对环境安全构成严重的威胁。大量赤泥堆存不仅占用大量土地资源，且因赤泥粒径小易通过风力扩散、地表径流、地下渗滤等途径影响周边大气、土壤、地表水、地下水质量。因此，赤泥的安全处置问题已成为制约全球铝工业可持续发展的主要瓶颈。磷石膏是湿法磷酸浸出过程的工业副产物，每生产1t磷酸将产生4～6t磷石膏。目前，全球的磷石膏堆存量高达60亿t，并以1～2.8亿t/a的速度递增。其中，我国作为磷石膏产出大国，堆存量高达8亿t，新增磷石膏产量高达7800万t/a，但综合利用率仅为40％。磷石膏中含有无机酸类、磷类、可溶性氟类、重金属元素以及放射性元素等组分，这些组分会迁移至堆场周边土壤、水体、大气环境中，进而对人体健康造成潜在威胁。电解锰渣是电解金属锰后产生的过滤酸渣，每生产1t电解锰，会产生7～18t电解锰渣。我国每年产生的电解锰渣逾1000万t，累计已超过1亿t。电解锰渣一般为露天堆存处置，在雨水冲刷和地表径流等作用下，形成电解锰渣渗滤液，严重污染堆场周边生态环境。赤泥、磷石膏、电解锰渣因产量大，主要以露天堆存为主，已对周围生态环境构成严重的威胁。这些大宗工业固体废弃物的大量堆存已制约相关工业企业的可持续发展。

2、近年来，尽管已经开展了许多关于赤泥、磷石膏、电解锰渣资源化利用的尝试，但由于许多资源化利用技术存在瓶颈，致使其仍处于实验室阶段，故赤泥、磷石膏、电解锰渣等大宗工业固体废弃物的资源化利用率较低。大量的大宗工业固体废弃物仍以筑坝堆存为主，开展大宗工业固体废弃物堆场生态修复是降低堆场环境风险以及规模化消纳工业固体废弃物的重要手段。以赤泥为例，赤泥具有碱性强、盐分高、富含重(类)金属、物理结构差、养分贫瘠等极端立地条件，要实现赤泥堆场生态修复存在巨大挑战。然而，目前客土覆盖+植被恢复技术是应用于赤泥堆场生态修复的主要措施，该法虽对堆场植被重建有一定的作用，但耗资大，成本高，且由于赤泥呈强碱性，若覆土过薄，容易产生返碱现象，不利于植物长期稳定生长。针对赤泥的极端立地条件，基于“以废治废”思路，在赤泥堆场构建植物生长基质层以加快赤泥堆场生态恢复是极具应用前景的方法。

3、申请号为202110706872.x的发明专利公开了“一种赤泥与酸性电解锰渣协同土壤处理及土地复垦方法”。将赤泥和电解锰渣混合堆放、翻堆混匀、干湿交替降碱后，送至矿坑填埋复垦，在矿山复垦区域表面均匀铺洒一定量的复合肥、有机肥混合均匀后进行植被恢复，虽然该方法操作简单并具有一定效益，但该技术额外增加复合有机肥，经济成本高。申请号为202310029017.9的发明专利公开了“一种赤泥驯化土壤基质及其生产方法和应用”。该法将赤泥、污泥、禽畜粪便、脱硫石膏、ph调节剂和发酵剂输送至搅拌器中充分搅拌后移入厌氧发酵池进行发酵，后又进行好氧发酵，之后再引入蚯蚓进行驯化，该方法具有操作复杂且难度较大的特点，特别是在发酵和蚯蚓驯化阶段。申请号为202211620482.1的发明专利公开了“一种磷石膏土壤化的方法”。该法需要将新鲜的磷石膏经过水洗和矿化，在此过程中会产生大量高氟废水，对水资源造成浪费且废水处理增加额外的成本。

4、因此，目前亟需一种不仅可以消纳大量电解锰渣和磷石膏，而且可以实现赤泥堆场规模化生态修复，同时具有显著的经济、社会、环境效益的植物生长基质制备方法。

技术实现思路

1、为了解决上述，即目前本领域所存在的，赤泥、磷石膏、电解锰渣利用率低，露天堆存带来的环境问题，传统的客土法植被恢复成本高，客土源紧张，后期管理难度大，酸碱性难以控制，操作流程复杂，经济效益低下等技术问题，同时考虑到电解锰渣含有一定的酸性且富含氨氮、锰等植物需要的营养物质，磷石膏不仅呈酸性，还含有高含量的钙和磷素，本发明基于“以废治废”的理念，先将电解锰渣和磷石膏与赤泥按照一定比例混合陈化，随后加入一定量的有机固体废弃物混合均匀，从而制备成一种赤泥堆场植物生长基质层，该基质层不仅有利于植物快速生长，其淋溶液的ph值、ec、重金属含量也均达到地表水环境质量标准(ⅲ类)(gb 3838-2002)。本发明中的方法不仅可以消纳大量电解锰渣和磷石膏，而且可以实现赤泥堆场规模化生态修复，同时具有显著的经济、社会和环境效益。

2、为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、本发明提供了一种赤泥堆场植物生长基质层的构建方法，包括以下步骤：

4、s1：将赤泥、磷石膏和电解锰渣混合得无机混合基质，同时通过调整赤泥、磷石膏和电解锰渣的配比将所述无机混合基质的ph值调控至中性；

5、s2：将所述无机混合基质的持水量保持在50～70％，并稳定陈化5～7d，同时使其ph值环境稳定在中性；

6、s3：随后加入有机固体废弃物，混合均匀得有机-无机混合基质；

7、s4：将所述有机-无机混合基质在50～70％持水量条件下稳定陈化5～7d。

8、进一步的，s1中，所述赤泥、磷石膏和电解锰渣的ph值与ec特征如下表所示：

9、 名称 ph ec(ms/cm) 赤泥 10.5～11.5 3.0～3.1 磷石膏 3.0～4.0 3.2～3.3 电解锰渣 4.0～5.0 30.0～35.0

10、。

11、更进一步的，所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝工业中产生的赤泥，磷石膏为湿法磷酸工业中产生的磷石膏，电解锰渣也可为生产硫酸锰排放的硫酸锰渣。

12、再进一步的，所述赤泥、磷石膏和电解锰渣的重量比为3～6：2～5：1～4。

13、进一步的，s3中，所述有机固体废弃物为污泥、鱼粪和牛粪。

14、更进一步的，所述污泥、鱼粪和牛粪各自的添加量为s2中稳定陈化后的无机混合基质质量的4％～6％。

15、再进一步的，所述污泥、鱼粪和牛粪各自的添加量为s2中稳定陈化后无机混合基质质量的5％。

16、进一步的，s2中所述无机混合基质和s4中所述有机-无机混合基质的持水量均保持在50％。

17、进一步的，所述s1中的赤泥、磷石膏、电解锰渣以及所述s3中的有机固体废弃物均经过自然风干并研磨过10目筛。

18、本发明还提供了一种使用所述方法构建的赤泥堆场植物生长基质层。

19、本发明还提供了一种所述赤泥堆场植物生长基质层在废弃物资源化利用中的应用。

20、本发明还提供了一种所述赤泥堆场植物生长基质层在生态修复中的应用。

21、进一步的，所述生态修复的方法为：在权利要求7所述的赤泥堆场植物生长基质层中播种植物并浇水；所述植物为黑麦草、狗牙根、三叶草、高羊茅中的任意一种或多种；所述浇水量为当地最大降雨量。

22、与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

23、(1)本发明中的方法将赤泥、磷石膏、电解锰渣进行混合处理，以磷石膏和电解锰渣的酸性中和赤泥的碱性，磷石膏里的钙离子和电解锰渣里的钙、锰等离子与赤泥中的钠离子进行交换，降低赤泥碱性的同时也能降低其盐分含量，本发明能够针对性的有效解决赤泥堆场植被恢复过程中植物生长基质营养匮乏的问题，同时将电解锰渣中有机质、硫酸铵、氨氮等在内的营养元素充分利用以此增加肥力，并且磷石膏中的磷元素和电解锰渣中的锰元素可以为植物生长提供营养元素。实现了以废治废、操作简单、低成本地使三种工业固体废弃物混合后制备的基质ph值调控至适宜植物生长的正常范围；添加污泥、牛粪和鱼粪等有机固体废弃物，主要是针对性地调节植物生长所需养分，并能为基质提供有利于养分循环的异养型微生物群落，同时也能改良混合基质的物理结构及持水保肥性能，形成一种优良的植物生长基质，为后期植物的稳定生长提供良好的生长环境。本发明主要是利用赤泥、磷石膏、电解锰渣间的酸碱性来相互中和以达到植物正常生长的范围，同时钙、锰等离子与钠、钾离子进行交换降低基质盐碱度，从而构建出植物生长基质层，更易使植物正常生长。本发明利用多种工业固体废弃物通过物理-化学-生物联合调控作用构建一种植物生长基质层，为赤泥堆场生态恢复提供了一条可行的方法。

24、(2)本发明中使用的材料均为固体废弃物，具有来源广泛、成本低廉、易操作、生态环境效益显著等特性。

25、总之，本发明中的方法不仅可以消纳大量电解锰渣和磷石膏，而且可以实现赤泥堆场规模化生态修复，同时具有显著的经济、社会和生态环境效益。