一种矿山生态修复系统及生态修复方法与流程

1.本申请涉及矿山修复的领域，尤其是涉及一种矿山生态修复系统及生态修复方法。


背景技术：

2.我国矿产资源丰富，随着矿产业的发展，矿山周边出现大量的地质结构不稳定、植被覆盖率低、且土壤污染性较高的坡面结构，这些坡面结构如不能得到及时有效的治理，一方面易引发塌方、滑坡等严重的地质灾害，另一方面也易造成扬尘、地下水污染等环境污染。
3.现阶段修复矿山的方法有：表面覆盖法、客土填埋法、飞播植被种法；表面覆盖即采用网状设备对完采矿山进行固化，这种方式费用高、管理不便、持续性差、破坏耕地资源；采用客土填埋，即利用客土对矿山进行填埋，而后种植绿色植物，修复成本高；飞播植物种法，通过喷射机和高压设备，按照设计厚度，将植物种子与植物生长基质（保水剂、尿素、土壤、有机质等）的混合物均匀喷到需防护的工程坡面，经过养护管理后，植物发芽成长，到达快速绿化贫瘠坡面目的，飞播植物中种法因操作简单、成本低廉而被更广泛的应用。
4.针对上述中的相关技术，发明人认为矿山土壤环境差，导致飞播的草种或树种的成活率以及生存率普遍较低，矿山生态恢复效果较差。


技术实现要素：

5.为了加强矿山生态恢复效果，本申请提供一种矿山生态修复系统。
6.第一方面，本申请提供一种矿山生态修复系统，采用如下的技术方案：一种矿山生态修复系统，包括设置于矿山裸露面的蓬松棉，蓬松棉远离矿山一侧设置有植物生长基质，植物生长基质远离蓬松棉一侧设置有无纺布，矿山裸露面上设置有将蓬松面以及无纺布与矿山裸露面固定起来的固定组件；植物生长基质由以下重量份的原料制得：保水剂5
‑
15份、活性污泥140
‑
220份、粉煤灰560
‑
670份、土壤700
‑
900份、秸秆颗粒30
‑
50份、磷改性生物炭2
‑
8份；所述磷改性生物炭为用磷酸钾改性生物炭制得。
7.通过采用上述技术方案，活性污泥中含有一定量的有机质和氮等养分，且活性污泥中养分当季有效性含量介于一般的农家肥与化肥之间，活性污泥为植物生长提供全效养分与速效养分；活性污泥具有较强的絮凝作用，使得团聚体结构更加紧密，使得污泥具有较强的保水、保肥能力，水分能够长期被基质吸附而不易下渗，保证植物生长过程所需水分与养分的供给，有利于植物的生长，加强矿山生态恢复效果。
8.粉煤灰的主要矿物组成是硅铝酸盐玻璃珠和海绵体，球形玻璃体如同玻璃球一般，质地致密，表面光滑，粒度细，内比表面积小，对水的吸附力小，流动性好，粉煤灰与活性污泥有很强的互补性，土壤中的粉煤灰可以改变土壤质地、增加土壤孔隙率、增加土壤渗水能力、促进土壤微生物活性，从而促进植物生长发育。
9.秸秆颗粒有较好的团粒功能，用一部分秸秆颗粒取代土壤颗粒，可以有效的减小基质的容重，改善基质的通气、透水和蓄水能力，加大基质的孔隙率，有利于水、气、肥等在基质中的上下迁移和植物根系的生长发育；并且，随着秸秆的腐烂，会为植物提供速效养分，有利于植物生长发育。
10.活性污泥虽然可以为植物生长提供养分，但是活性污泥中含有一定量的重金属，植物根系吸收重金属会影响植物的正常生长，生物炭是紧密叠、高度变形的芳香环组成的片状结构，生物炭表面分布着密集的微孔，表面还含有多种含氧官能团，可以吸附活性污泥中的重金属，减少活性污泥中游离的重金属的离子的含量，从而降低重金属的生物可利用性，减少植物对重金属的吸收；在磷素环境下，重金属离子可以与磷反应而被固化，但是活性磷极易被土壤固化，而大量加入磷素又容易流失，造成钝化效率低和水体富营养化；磷改性活性炭一方面使得生物炭表面有更加发达的空隙结构，加强生物炭对重金属离子的物理吸附效果，另一方面磷改性生物炭不仅全磷显著增加，并且有效磷的溶出量显著增加，实现对重金属的持续钝化，减少植物对重金属的吸收，有利于植物正常生长，强化生态修复效果。
11.优选的，所述磷改性生物炭的制备方法为：a1.将生物炭粉碎后过3
‑
5mm筛，备用；a2.将磷酸钾溶于水中，配制（10
‑
12）g/l的磷酸钾溶液；a3.将磷酸钾溶液按照质量比为（2
‑
3）：1加入到a1粉碎过后的生物炭中，在80
‑
90r/min的转速下搅拌2
‑
3h，得到混合液；a4.将a3得到的混合液过滤，得到的滤渣在60
‑
70℃温度下烘干，制得磷改性生物炭。
12.通过采用上述技术方案，磷酸钾中的大量含磷矿物质大量吸附在生物炭表面，提高生物炭表面矿物成分含量，增加生物炭表面的多孔结构，加强生物炭的吸附性能。
13.优选的，所述秸秆颗粒的粒径为1
‑
3cm。
14.通过采用上述技术方案，秸秆颗粒的重量小于土壤颗粒重量，秸秆的颗粒粒径决定基质中空隙的大小，此粒径范围内的秸秆可以使得基质维持较好的空隙率，不会因秸秆粒径过大而使得基质上空隙过大减弱基质的稳定性，也不会应秸秆粒径过小而使得基质上空隙过小而影响植物的正常生长。
15.优选的，所述固定组件包括固定管、固定块、固定杆，固定管为中空的管状结构，固定管插设于矿山裸露面内，固定块水平滑动连接于固定管，固定块位于固定管靠近底部的位置，固定块沿固定块滑动方向设置有两个，固定块置于固定管内，固定管侧壁上开设有与固定块适配的通槽，固定块靠近彼此的侧面，沿着垂直靠近矿山裸露面的方向逐渐靠近彼此，固定杆插设固定管内，且固定杆插设于两固定块之间，固定杆与固定块抵接侧面与固定杆相适配；矿山裸露面上开设有固定槽，固定杆插设于固定槽内，矿山裸露面下开设有卡槽，卡槽与固定槽连通，且卡槽与固定块适配。
16.通过采用上述技术方案，固定管穿过无纺布、植物生长基质、蓬松棉插设于固定槽内，然后将固定杆插设于固定管内，固定杆的倾斜斜面与固定块的倾斜斜面配合，使得在固定杆作用下，固定块向远离彼此的方向移动至固定块插设于卡槽内；卡槽限制固定块在竖
直方向上的移动，从而限制固定管在竖直方向上的移动，使得固定管不易从固定槽内脱离，固定管与无纺布以及蓬松棉之间存在摩擦力，固定管不易从固定槽内脱离，使得无纺布不易从植物生长基质上脱离，同时蓬松棉不易从矿山上脱离，提高修复系统的稳定性。
17.优选的，所述固定杆上固定连接有连接环，连接环固定连接于固定杆，连接环螺纹连接于固定管。
18.通过采用上述技术方案，将固定杆插在固定环内后，转动固定杆，固定杆带动连接环转动，完成连接环与固定管之间的螺纹连接，使得固定杆不易从固定管内脱离，从而使得在固定杆的作用下固定块不易向靠近彼此的方向移动，加强固定管在固定槽内的稳定性。
19.优选的，所述固定组件在沿矿山裸露面均匀设置有多个，水平且垂直于矿山倾斜方向的方向为矿山裸露面的宽度方向，固定管外固定连接有挡板，相邻两个沿矿山裸露面宽度方向排布的挡板抵接，挡板底部与蓬松面抵接，挡板顶部与无纺布抵接。
20.通过采用上述技术方案，相邻两个沿矿山裸露面宽度方向排布的挡板抵接，多排沿矿山裸露面宽度方向排布的挡板将矿山裸露面上分割成多个区域，植物生长基质铺洒在各个区域内，挡板对植物生长基质起到阻挡作用，降低植物生长基质在矿山裸露面上发生下滑的几率，从而降低滑坡的几率，提高植物生长基质在矿山裸露面上的稳定性。
21.优选的，所述固定杆顶部固定连接有压紧板，压紧板位于无纺布远离矿山裸露面一侧，且压紧板与无纺布抵接。
22.通过采用上述技术方案，压紧板对无纺布进行进一步的压紧固定，压紧板阻挡无纺布从植物生长基质上脱离，加强无纺布状态的稳定性，从而提高修复系统的稳定性。
23.优选的，所述固定块上固定连接有限位块，限位块与固定管内壁抵接。
24.通过采用上述技术方案，固定管内壁限制限位块经过通槽离开固定管，从而使得固定块不易从通槽处脱离固定管，保证固定块与固定管之间的连接性。
25.优选的，所述矿山裸露面上游设置有蓄水池，矿山裸露面山脚设置有挡墙。
26.通过采用上述技术方案，蓄水池可以储存矿山上游流下的雨水，减少雨水流动对修复系统的冲刷，保证修复系统的稳定性，另外，蓄水池内存储的雨水还可以供后续对植物生长基质浇水用；挡墙对植物生长基质起到阻挡与承接作用，降低发生滑坡的几率。
27.第二方面，本申请提供一种矿山生态修复系统的生态修复方法，采用如下的技术方案：一种矿山生态修复系统的生态修复方法，包括以下步骤：s1.根据设计在矿山裸露面上游设置蓄水池，矿山裸露面山脚设置挡墙；s2.根据设计在矿山上钻设固定槽以卡槽；s3.将蓬松面铺设在矿山裸露面上，推动固定块，使得固定块完全置于固定管内，将固定管穿过蓬松棉插设于固定槽内；s4.在蓬松棉上铺洒植物生长基质，使得植物生长远离蓬松棉一侧与挡板侧面齐平；s5.在植物生长基质上播种植物种子，种子播种量为10
‑
20g/m2，对植物生长基质进行浇水；s6.将无纺布覆盖在植物生长基质上，将固定杆插设于固定管内，转动固定杆使得固定杆与固定管连接，至压紧板与无纺布抵接。
28.通过采用上述技术方案，将蓬松棉铺设在矿山裸露面上后，固定管以及挡板对蓬松棉起到固定作用，保证蓬松棉在矿山裸露面上的稳定性，有利于后续植物生长基质的铺洒，蓬松棉也具有一定的保水、保肥能力，有利于植物的生长，无纺布对植物生长基质起到遮盖作用，降低植物生长基质以及植物生长基质内种子的飞散几率，随着植物的逐渐生长，植物会向上突破无纺布向下穿过蓬松棉扎根于矿山裸露面内，实现对矿山生态系统的修复，此方法操作简单，且成本较低。
29.综上所述，本申请具有以下有益效果：1、本申请采用活性污泥与磷改性生物炭配合使用，活性污泥改善基质的保水、保肥性，磷改性生物炭降低植物对活性污泥内重金属的吸收，有利于植物的生长发育，从而加强生态修复效果。
30.2、本申请中优选采用由固定管、固定杆、固定块组成的固定件，加强无纺布与蓬松棉的稳定性，从而提高植物生长基质的稳定性，提高生态修复系统的稳定性。
31.3、本申请通过设置挡板，进一步加强植物生长基质的稳定性。
附图说明
32.图1是本申请实施例一种矿山生态修复系统的整体结构示意图；图2是沿平行于矿山裸露面宽度方向的剖视图；图3图2中a部放大图；图4固定组件的爆炸示意图。
33.附图标记说明：1、矿山；11、蓄水池；12、挡墙；13、固定槽；14、卡槽；2、蓬松棉；3、植物生长基质；4、无纺布；5、固定组件；51、固定管；511、通槽；512、挡板；52、固定块；521、限位块；53、固定杆；531、连接环；532、压紧板。
具体实施方式
34.以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
35.原料和/或中间体的制备例原料蓬松棉购自武汉布知布觉商贸有限公司；无纺布购自可欣佳百货用品旗舰店；保水剂购自河南优扬化工产品有限公司；活性污泥购自河北宗亚环保科技有限公司；粉煤灰（200目）购自灵寿县广茂矿产品加工厂；磷酸钾购自济南征宙化工科技有限公司；生物炭（秸秆炭）购自天津亚德尔生物质科技股份有限公司。
36.制备例制备例1磷改性生物炭的制备方法为：a1.将生物炭粉碎后过3mm筛，备用；a2.将磷酸钾溶于水中，配制10g/l的磷酸钾溶液；
a3.将30kg磷酸钾溶液加入到15kg a1粉碎过后的生物炭中，在80r/min的转速下搅拌2h，得到混合液；a4.将a3得到的混合液过滤，得到的滤渣在60℃温度下烘干，制得磷改性生物炭。
37.制备例2磷改性生物炭的制备方法为：a1.将生物炭粉碎后过4mm筛，备用；a2.将磷酸钾溶于水中，配制11g/l的磷酸钾溶液；a3.将6kg磷酸钾溶液加入到15kg a1粉碎过后的生物炭中，在85r/min的转速下搅拌2.5h，得到混合液；a4.将a3得到的混合液过滤，得到的滤渣在65℃温度下烘干，制得磷改性生物炭。
38.制备例1磷改性生物炭的制备方法为：a1.将生物炭粉碎后过5mm筛，备用；a2.将磷酸钾溶于水中，配制12g/l的磷酸钾溶液；a3.将45kg磷酸钾溶液加入到15kg a1粉碎过后的生物炭中，在90r/min的转速下搅拌3h，得到混合液；a4.将a3得到的混合液过滤，得到的滤渣在70℃温度下烘干，制得磷改性生物炭。
实施例
39.实施例1参照图1与图2，一种矿山生态修复系统，包括依次设置于矿山1裸露面上的蓬松棉2、植物生长基质3、无纺布4，植物生长基质3上种植有植物，矿山1裸露面上设置有加强蓬松棉2以及无纺布4与矿山1裸露面之间连接性的固定组件5。
40.将保水剂5kg、活性污泥220kg、粉煤灰560kg、土壤900kg、秸秆颗粒30kg、磷改性生物炭8kg混合均匀制得植物生长基质3；其中秸秆颗粒的粒径为2cm，磷改性生物炭为制备例2所得。
41.参照图3与图4，水平且垂直于矿山1倾斜方向的方向为矿山1裸露面的宽度方向。固定组件5包括固定管51、固定块52、固定杆53，固定管51为中空的圆管结构，矿山1裸露面上开设有固定槽13，固定管51穿过无纺布4、植物生长基质3、蓬松棉2插设于固定槽13内，固定块52滑动连接于固定管51，固定块52滑动方向水平且平行于矿山1裸露面宽度方向，固定块52沿固定块52滑动方向设置有两个，固定块52置于固定管51内，且固定块52位于固定管51内靠近底部位置，固定管51侧壁上开设有与固定块52适配的通槽511，矿山1裸露面下开设有卡槽14，卡槽14与通槽511正对，且卡槽14与固定槽13连通，固定块52卡设于卡槽14内；固定块52靠近彼此的侧面，沿着垂直且靠近矿山1裸露面的方向逐渐靠近彼此，固定杆53插设于固定管51内，固定杆53的下端插设于两固定块52之间，且固定杆53与固定块52抵接的侧面与固定块52的倾斜侧面抵接，固定组件5沿矿山1裸露面均匀设置有多个。
42.参照图2与图3，随着固定杆53逐渐插入固定管51内，固定杆53的倾斜侧面逐渐插设于两固定块52的倾斜面之间，随着固定杆53的继续移动，固定杆53的倾斜面与固定块52的倾斜面配合，使得固定杆53逐渐推动固定块52向远离彼此方向移动至固定块52穿过通槽
511卡设于卡槽14内，卡槽14与固定块52配合，使得固定管51不易在垂直于矿山1裸露面方向上发生移动，从而降低固定管51从固定槽13内脱离的几率，固定管51与蓬松棉2以及无纺布4之间存在摩擦力，使得蓬松棉2以及无纺布4不易向上脱离矿山1裸露面。
43.参照图3与图4，固定杆53为圆柱形杆，固定杆53外固定连接有连接环531，连接环531为圆形环，连接环531位于靠近固定杆53顶部位置，连接环531位于固定管51内，连接环531与连接管螺纹连接；固定杆53顶部固定连接有压紧板532，压紧板532底部与无纺布4远离矿山1裸露面一侧抵紧。将固定杆53插设于固定管51内后，转动固定杆53带动连接环531转动，使得连接环531与固定管51螺纹连接，同时固定块52卡设于卡槽14内，压紧板532与无纺布4抵接，连接环531加强固定杆53与固定管51之间连接的稳定性，使得固定杆53不易从固定管51内脱离，一方面使得固定块52不易向靠近彼此的方向移动，保证固定管51在固定槽13内的稳定性，另一方面使得压紧板532与无纺布4抵接，进一步加强无纺布4的稳定性。
44.参照图1与图3，固定管51外固定连接有挡块，相邻两个沿矿山1裸露面宽度方向排布的挡板512抵接，挡板512底部与蓬松面抵接，挡板512顶部与无纺布4抵接，即挡板512的高度为植物生长基质3的厚度，挡板512将矿山1裸露面上分割成多个区域，植物生长基质3铺洒在各个区域内，挡板512对植物生长基质3起到阻挡作用，降低植物生长基质3在矿山1裸露面上发生下滑的几率。
45.参照图3，固定块52上固定连接有限位块521，限位块521与固定管51内壁抵接，限位块521与固定块52配合，使得固定块52不易从通槽511处脱离固定管51，加强固定块52与固定管51之间的连接性。
46.参照图1，矿山1上设置有蓄水池11以及挡墙12，蓄水池11设置与矿山1裸露面上游，在矿山1裸露面宽度方向上，蓄水池11尺寸与矿山1裸露面尺寸相等，挡墙12设置于矿山1裸露面山脚处，在矿山1裸露面宽度方向上，挡墙12尺寸与矿山1裸露面尺寸相等。蓄水池11拦截上游的雨水并收集雨水，降低雨水与植物生长基质3的冲刷，同时存储的雨水还可供后续浇水使用；挡墙12对矿山1裸露面起到阻挡作用，降低发生滑坡的几率。
47.矿山1生态修复系统的生态修复方法为：s1.根据设计在矿山1裸露面上游设置蓄水池11，在矿山1裸露面山脚处设置挡墙12；s2.根据设计在矿山1上钻设固定槽13以及卡槽14；s3.将蓬松面铺设在矿山1裸露面上；推动固定块52，使得固定块52完全置于固定管51内，然后将固定管51穿过蓬松棉2插设于固定槽13内；s4.在蓬松棉2上铺洒植物生长基质3，植物生长基质3的铺洒厚度为挡块的高度，即使得植物生长基质3远离蓬松棉2一侧与挡板512侧面齐平；s5.在植物生长基质3上播种高羊茅种子，种子播种量为10g/m2，对植物生长基质3进行浇水；s6.将无纺布4覆盖在植物生长基质3上，将固定杆53插设于固定管51内，转动固定杆53使得连接环531与固定管51连接，压紧板532与无纺布4抵接，固定块52插设在卡槽14内。
48.实施例2与实施例1不同的是，将保水剂10kg、活性污泥180kg、粉煤灰615kg、土壤800kg、秸
秆颗粒40kg、磷改性生物炭5kg混合均匀制得植物生长基质；s5中种子播种量为15g/m2。
49.实施例3将保水剂15kg、活性污泥140kg、粉煤灰670kg、土壤700kg、秸秆颗粒50kg、磷改性生物炭2kg混合均匀制得植物生长基质；s5中种子播种量为20g/m2。
50.实施例4与实施例2不同的是，磷改性生物炭为制备例1所得。
51.实施例5与实施例2不同的是，磷改性生物炭为制备例3所得。
52.实施例6与实施例2不同的是，秸秆颗粒的粒径为1cm。
53.实施例7与实施例2不同的是，秸秆颗粒的粒径为3cm。
54.实施例8与实施例2不同的是，秸秆颗粒的粒径为0.5cm。
55.实施例9与实施例2不同的是，秸秆颗粒的粒径为4cm。
56.对比例对比例1通过喷射机和高压设备，将高羊茅种子与植物生长基质的混合物均匀喷到需防护的工程坡面，其中植物生长基质包括保水剂5kg、土壤900kg、肥料130kg。
57.对比例2与实施例2不同的是，用等量生物炭代替磷改性生物炭。
58.对比例3与实施例2不同的是，用等量土壤代替磷改性生物炭。
59.性能检测试验检测方法/试验方法测定植物生长基质的保水率，保水率高的植物生长基质有利于植物生长；测定高羊茅的存活率，存活率在一定程度上反映高羊茅种子对土壤环境，包括土壤ph值、温度、养分以及土壤结构和通透性等适应情况，高羊茅存活率高说明土壤条件适宜种子发芽和生长。
60.植物生长基质保水率的测定方法：称取150g植物生长基质装入圆柱形尼龙布袋（直径8cm，高14cm）中，对装有植物生长基质的尼龙袋称重，计为w0；将装有植物生长基质的尼龙袋置于装有2000ml水的容器中，15min后，将布袋取出，静置5min，使其不产生水滴，对装有植物生长基质的布袋称重，计为w1；将布袋置于恒温鼓风干燥箱内在60℃下恒温蒸发，8h后取出称重，计为w2；保水率=（w2‑
w0）/（w1‑
w0））
×
100％。
61.存活率的测定方法：
高羊茅出苗稳定后两个月，统计高羊茅的存活数量，存活率=（存活种子的总粒数/供试种子总粒数）
×
100％。
62.表1 性能检测结果 保水率（%）存活率（%）实施例151.7843.8实施例253.5645.5实施例352.1544.2实施例450.8444.5实施例551.0643.2实施例652.4642.8实施例750.2141.8实施例849.1541.3实施例948.2840.5对比例145.2036.5对比例252.0838.5对比例350.8535.8结合实施例1
‑
7和对比例1，并结合表1可以看出，实施例1
‑
7的保水率高于对比例1的保水剂，说明实施例1
‑
7的植物生长基质的保水性优于对比1的植物生长基质的保水性；实施例1
‑
7的存活率高于对比例1的存活率，说明实施例1
‑
7的矿山生态修复系统及生态修复方法达到的修复效果更优，且实施例2中植物生长基质的配比最优。
63.结合实施例2与对比例2
‑
3，并结合表1可以看出，实施例2与对比例2
‑
3植物生长基质的保水率相差不大，但实施例2中存活率明显较高，说明在植物生长基质中添加生物炭可以减少高羊茅对植物生长基质中重金属的吸收，从而提高高羊茅的存活率。
64.结合实施例2与实施例4
‑
5，并结合表1可以看出，实施例2与实施例4
‑
5的植物生长基质均有较好的保水性，与较高的高羊茅存活率，其中实施例2的更优，说明制备例2制备磷改性生物炭的配比与方法更优。
65.结合实施例2与实施例6
‑
9，并结合表1可以看出，实施例2与实施例6
‑
7的植物生长基质均有较好的保水性，与较高的高羊茅存活率，其说明秸秆颗粒在1
‑
3cm时，制得的植物生长基质更适合高羊茅生长。
66.本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。