本發(fā)明涉及礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理及大宗固體廢物綜合利用，尤其涉及一種基于中和渣改良的人造土壤及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前，有色金屬礦山酸性水一般采用石灰進行處理，酸堿中和反應(yīng)后產(chǎn)出黃色半固態(tài)中和渣，其主要成分為硫酸鈣，以及其他微量的銅、鉛、鋅、砷、鎘、汞等元素。

2、現(xiàn)階段有色金屬礦山生態(tài)修復(fù)多采用覆土植被修復(fù)方式，該方法適用性強，適用于大部分金屬尾礦廢棄地的生態(tài)恢復(fù)，但該生態(tài)恢復(fù)方式首先需要消耗大量的優(yōu)質(zhì)土源，易造成周邊環(huán)境的二次生態(tài)破壞，不利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。我國大多數(shù)有色金屬礦山存在“客土”資源短缺難題，尤其生態(tài)環(huán)境脆弱，土壤資源極其匱乏，需要外購?fù)寥肋M行修復(fù)，成為了該區(qū)域土地復(fù)墾質(zhì)量的嚴重制約瓶頸。中和渣粒度與土壤相近，在經(jīng)過堿度、營養(yǎng)成分、團粒結(jié)構(gòu)、保水性、微生態(tài)環(huán)境改良后，可成為潛在的土壤源。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為cn115606476a的專利公開了一種中和渣基培養(yǎng)基質(zhì)及其制備方法和應(yīng)用。以中和渣、有機質(zhì)、植物纖維、保水劑、化肥、水、團粒促進劑按一定比例混合形成中和渣基培養(yǎng)基質(zhì)，該專利利用中和渣做“客土”物料，但只針對中和渣進行常規(guī)物料進行混合處理，未能關(guān)注到微生態(tài)環(huán)境改良對植物生長的影響。

4、公開號為cn116711495a的專利公開了一種利用中和渣進行生態(tài)修復(fù)的方法。將中和渣與微生物菌劑及營養(yǎng)物質(zhì)混合均勻后，鋪設(shè)于礦山酸性介質(zhì)層表面，形成中和渣隔離層，其上依次設(shè)置廢石隔離層、種植基質(zhì)、植被生長層、生態(tài)修復(fù)保護層，實現(xiàn)廢石場生態(tài)修復(fù)及中和渣資源化利用。但該專利所用微生物菌劑為硫酸鹽還原菌，菌種單一，不能協(xié)同固固氮、解磷、解鉀等作用，實現(xiàn)微生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)控，同時該專利僅適用于原位修復(fù)，未實現(xiàn)中和渣人造土壤產(chǎn)品化，應(yīng)用場景有限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于中和渣改良的人造土壤及其制備方法。該制備方法以酸性廢水中和處理產(chǎn)生的大量中和渣為主要原料，加入其他成分，對中和渣的物理、化學、土壤生物學性質(zhì)進行改良，制成一種基于中和渣改良的人造土壤，用于有色金屬礦山的尾礦庫、采場邊坡、廢石場復(fù)綠等，實現(xiàn)礦山環(huán)境改善、保護珍貴土資源、減少固體廢物堆存、提高大宗固廢資源利用率等綜合效益。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于中和渣改性的人造土壤的制備方法，包括如下步驟：

3、s1，中和渣的篩選：利用振動篩對酸性水中和處理產(chǎn)生的污泥底流固體顆粒進行分級，分離出的細顆粒制成粒徑大于0.075mm的質(zhì)量不超過總質(zhì)量50％，含水率不大于20％，且塑性指數(shù)不大于10的中和渣粉土備用；

4、s2，生化修復(fù)材料的制備：

5、粉料：將農(nóng)業(yè)廢棄物初步粉碎成粒徑≤200mm的粉碎體，含水率控制在40％～60％之間；

6、膨化：將粉料后的農(nóng)業(yè)廢棄物加入膨化機中，膨化溫度在100℃～150℃之間，膨化壓力在1.0mpa～1.5mpa之間，膨化時間在0.25h～2h之間，形成長度約50～100mm，寬度1～2mm的絲狀物；

7、堆肥：按照長度1.5m～3m，寬度0.75m～1.5m，制作拱形堆垛，拱形堆上端覆膜，保持溫度在40℃～60℃之間，發(fā)酵15～30d，定期噴水，保持其含水率在60％～70％之間，并每5d～10d翻堆一次；

8、發(fā)酵產(chǎn)物在陰涼通風處風干，風干后含水率在5％～15％，破碎成粒徑≤1mm的粉末；

9、s3，有機肥的制備：將風干的牛糞、羊糞按質(zhì)量比1:1混合后粉碎，加入放線菌、木霉菌，發(fā)酵腐熟，形成有機肥待用；

10、s4，微生物菌劑制備過程：

11、培養(yǎng)基制備：葡萄糖0.9g/l、氯化銨1.0g/l、氯化鈉10g/l、硫酸鎂2.1g/l、硫酸亞鐵0.1g/l、乳酸0.1g/l，按照配方將各種組分稱量溶解于水加入菌種培養(yǎng)桶中，將硫酸鹽還原菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌、枯草芽孢桿菌菌粉加入培養(yǎng)桶中，密閉培養(yǎng)，當液體培養(yǎng)基全部變黑時培養(yǎng)完成；

12、s5，中和渣的改性：

13、將中和渣、生化修復(fù)材料、保水劑、堿度調(diào)節(jié)劑、有機肥在常溫下按質(zhì)量比稱取，加入攪拌機中攪拌5～10min，使各種材料混合均勻，平鋪于室外防滲場地噴灑微生物菌劑，噴灑頻率每三天一次，噴灑量10l/t中和渣，常溫自然養(yǎng)護15天，將上述攪拌混合均勻的材料分袋包裝，形成中和渣土壤產(chǎn)品。

14、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s5中，所述質(zhì)量比是指：中和渣100份、生化修復(fù)材料5～10份、保水劑0.05～0.1份、堿度調(diào)節(jié)劑0.01～0.03份、有機肥5～10份、微生物菌劑1.0份；所述微生物菌劑為硫酸鹽還原菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌、枯草芽孢桿菌按質(zhì)量比1:1:1:1:1質(zhì)量比的混合物。

15、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種基于中和渣改良的人造土壤，采用前述制備方法制得，按重量份數(shù)計，所述基于中和渣改良的人造土壤包含如下組分：中和渣100份、生化修復(fù)材料5～10份、保水劑0.05～0.1份、堿度調(diào)節(jié)劑0.01～0.03份、有機肥5～10份、微生物菌劑1.0份；所述微生物菌劑為硫酸鹽還原菌、固氮菌、解磷菌、解鉀菌、枯草芽孢桿菌按質(zhì)量比1:1:1:1:1質(zhì)量比的混合物。

16、硫酸鹽還原菌能利用金屬表面的有機物作為碳源，并利用細菌生物膜內(nèi)產(chǎn)生的氫，將硫酸鹽還原成硫化氫，與重金屬離子反應(yīng)生成沉淀，降低重金屬離子的毒性和遷移性，降低中和渣生物毒性。

17、作為本發(fā)明的進一步改進，所述中和渣中粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過總質(zhì)量的50％；所述中和渣中硫酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為70-75％，微量元素的質(zhì)量分數(shù)為0.4-0.6％，水分含量小于等于20％；所述微量元素為鉛、鋅、砷、鎘、汞中的一種或多種。

18、作為本發(fā)明的進一步改進，所述中和渣滿足第i類一般工業(yè)固體廢物要求。即，將中和渣按照gb5086規(guī)定方法進行浸出試驗而獲得的浸出液中，任何一種污染物的濃度均未超過gb8978最高允許排放濃度，且ph值在6～9范圍之內(nèi)。

19、作為本發(fā)明的進一步改進，所述生化修復(fù)材料為農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)粉料、膨化、堆肥后的產(chǎn)物，外觀呈黑褐色，粒徑≤1mm、ph為6.5～7.0，比重0.6～0.7g/cm3；以干基計，有機質(zhì)含量≥45％，營養(yǎng)成分(n、p、k)的含量≥3％，腐殖酸含量≥20％；所述農(nóng)業(yè)廢棄物為玉米秸稈、稻殼、甘蔗渣中的一種或者多種。

20、生化修復(fù)材料質(zhì)地松散、孔隙度大、比重較低，具有較強的堿度調(diào)節(jié)、營養(yǎng)成分改良作用。同時，生化修復(fù)材料中的腐殖酸分解產(chǎn)生的有機膠結(jié)物質(zhì)具有適度的黏結(jié)性，能夠使中和渣顆粒黏結(jié)，進一步促進中和渣顆粒間的團聚和大粒徑團聚體的形成，有效增加中和渣中水穩(wěn)性團聚體含量，對水分和養(yǎng)分有一定的固持作用。

21、作為本發(fā)明的進一步改進，所述保水劑包括88％-90％的聚丙烯酸鉀、8％-10％的水、0.5％-1.0％的交聯(lián)劑。保水劑外觀呈白色粉末狀，是一種含有強親水性基團并具有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。保水劑利于土壤透氣，吸放水可逆性好，可改善土壤結(jié)構(gòu)，同時可促進土壤微生物發(fā)育，提高土壤有機物的周轉(zhuǎn)利用效率。

22、作為本發(fā)明的進一步改進，所述堿度調(diào)節(jié)劑為黃腐酸鉀。分子式為c3h5os2k，溶液呈微酸性，ph值常在4.0-6.0之間，可調(diào)節(jié)中和渣堿性，同時改良土壤團粒結(jié)構(gòu)，疏松土壤，提高土壤的保水保肥能力，降低土壤中重金屬的含量，固氮、解磷、活化鉀。

23、作為本發(fā)明的進一步改進，所述有機肥為牛糞、羊糞按1:1質(zhì)量比發(fā)酵腐熟后的混合物，加入有機肥發(fā)酵菌劑，發(fā)酵腐熟后形成細粉狀有機肥料。有機肥發(fā)酵菌劑所含的主要菌種有放線菌、木霉菌等。發(fā)酵腐熟后的有機肥性狀松散，無惡臭味，有機質(zhì)含量≥60％(以干基計)，有效活菌數(shù)≥0.2億個/g，水分≤30％。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、1.本發(fā)明的整個中和渣改性過程是一個理化性質(zhì)改良與功能微生物協(xié)同作用的過程，生化修復(fù)材料、保水劑、堿度調(diào)節(jié)劑、有機肥初步改善尾礦的ph、營養(yǎng)成分、團粒結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上施加功能微生物，形成團粒結(jié)構(gòu)并固定重金屬，形成初級類土基質(zhì)，微生物獲得生長所需養(yǎng)分和能量，通過微生物分解后形成腐殖質(zhì)，促進植物吸收，同時將重金屬固定在尾礦中，減少有效態(tài)重金屬對植物的毒害作用。

26、2.本發(fā)明從有色礦山實際出發(fā)，秉承“變廢為寶”理念，以酸性廢水中和處理產(chǎn)生的大量中和渣為主要原料，加入其他改良成分，利用不同改良基質(zhì)與中和渣之間互補的理化性質(zhì)，對中和渣的物理、化學、土壤生物學性質(zhì)進行改良，制成一種基于中和渣改良的人造土壤，用于有色金屬礦山的尾礦庫、采場邊坡、廢石場復(fù)綠等，一方面緩解了中和渣貯存帶來的庫容壓力，另一方面能夠緩解生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)修復(fù)“客土”短缺難題，應(yīng)用前景廣闊。

27、3.本發(fā)明提供的基于中和渣改良制備人造土壤的方法操作簡單、安全可靠，不僅可實現(xiàn)礦山環(huán)境改善，還可保護珍貴土資源、減少固體廢物堆存、提高大宗固廢資源利用率，具有顯著的環(huán)境效益和社會效益。