本發(fā)明涉及尾砂的處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種尾砂的生態(tài)修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
尾礦廢棄地作為礦業(yè)廢棄地的一種，不僅占用大量土地，同時大面積的植被和景觀遭受破壞，造成大量物種消失，生物多樣性銳減，生態(tài)系統(tǒng)退化。另外，尾礦中含有大量有毒有害物質(zhì)，如重金屬等，易在水蝕、淋洗、徑流等作用下污染周邊土壤、水體，而尾礦中的尾砂也易受風蝕，而造成揚塵污染。因此，對尾礦廢棄地進行生態(tài)恢復(fù)，控制其對周邊環(huán)境的污染已成為目前研究的熱點之一。尾礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)以植物恢復(fù)為關(guān)鍵，但由于尾礦廢棄地重金屬含量高、大量營養(yǎng)元素(如N、P)缺乏、極差的土質(zhì)結(jié)構(gòu)等，限制了植物在尾礦廢棄地上定居、生長。因此，有學(xué)者提出采用人工輔助措施，在尾礦中添加改良劑，同時種植耐性植物，建立無土復(fù)墾植被恢復(fù)技術(shù)，以穩(wěn)定尾礦庫、改善景觀、控制污染。這種方法具有投資少，不破壞場地結(jié)構(gòu)、不引起二次污染、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點，已成為一種可靠的、相對安全的、環(huán)境友好的修復(fù)技術(shù)，具有很好的應(yīng)用前景，然而目前該技術(shù)大都停留在實驗室研究，工程示范較少，因此亟需研究一套工程可用的土壤基質(zhì)改良－植被恢復(fù)技術(shù)體系，為尾礦庫的生態(tài)恢復(fù)工程提供參考與指導(dǎo)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種尾砂的生態(tài)修復(fù)方法。
本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
一種尾砂的生態(tài)修復(fù)方法，包括以下步驟：
S1：取生物有機肥與表層的尾砂充分混合；
S2：選取皇竹草莖段，成列地扦插入混有生物有機肥的尾砂表層中，部分莖段露出尾砂的表面；
S3：在每列皇竹草間平鋪2-3層安全網(wǎng)；
S4：取重金屬穩(wěn)定劑與城市污泥，混合，得到混合污泥；
S5：將混合污泥鋪設(shè)于安全網(wǎng)上；
S6：養(yǎng)護皇竹草。
在一些優(yōu)選的實施方式中，所述S1中生物有機肥占表層的尾砂的體積分數(shù)≥10％。
在進一步優(yōu)選的實施方式中，所述生物有機肥為植物廢棄物堆肥腐熟得到的有機肥，或培養(yǎng)食用菌后剩余的料渣。
在一些優(yōu)選的實施方式中，鋪設(shè)于安全網(wǎng)上的混合污泥的厚度為15-25cm。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，皇竹草的扦插密度控制為8-12株/m2。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，所述安全網(wǎng)為密目安全網(wǎng)或6針遮陽網(wǎng)。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，所述S6還包括S7：當皇竹草高度大于2m時，進行刈割皇竹草，至少留下兩節(jié)以供繼續(xù)生長。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，所述S7后還包括S8：通過所述安全網(wǎng)收回城市污泥。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，所述S4中重金屬穩(wěn)定劑占混合污泥的質(zhì)量分數(shù)為1-3％。
在上述方案的進一步優(yōu)選的實施方式中，所述重金屬穩(wěn)定劑為生石灰或海泡石。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明提供了一種尾砂的生態(tài)修復(fù)方法，主要是采用生物有機肥先跟表層的尾砂混合，然后將皇竹草莖段扦插在表層尾砂上，然后再在尾砂上鋪一層安全網(wǎng)，再在安全網(wǎng)上鋪一層混合有重金屬穩(wěn)定劑的城市污泥。皇竹草，又名雜交狼尾草，為多年生禾本科植物，由象草和美洲狼尾草雜交選育而成，屬C4植物。具有適應(yīng)性強、分蘗性強、生長快、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、可多年收獲等特點，經(jīng)常被用作飼喂牛、羊、兔等草食動物的主要青貯飼料，還被廣泛應(yīng)用于造紙、食品等領(lǐng)域，是優(yōu)良的速生、豐產(chǎn)造紙工業(yè)原料，現(xiàn)還逐漸被開發(fā)作為新的生物能源植物而備受關(guān)注，可生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)木炭、發(fā)酵產(chǎn)沼氣等。尾砂含有重金屬，且營養(yǎng)缺乏，在尾砂上直接種植皇竹草，皇竹草難以生長。
城市污泥是指城市污水處理廠排放的剩余污泥，因為其中含有重金屬，目前尚無好的處理和回收利用方式，污水處理廠通常是將城市污泥送往垃圾填埋場進行填埋處理，城市污泥一般富含N、P、有機質(zhì)，而本發(fā)明將其與重金屬穩(wěn)定劑混合后，再將其鋪于安全網(wǎng)上，可以給皇竹草提供生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，能夠促進皇竹草生長提高皇竹草的生物量，增強皇竹草的抗逆性。將城市污泥通過間接利用的方式，將淋濾出來的污泥淋出液用于尾砂上皇竹草的生長，不僅可以變廢為寶，同時促進皇竹草生長，產(chǎn)生生態(tài)、環(huán)境、社會、經(jīng)濟效益。
采用本發(fā)明所述方法在尾砂上種植皇竹草不僅可以實現(xiàn)尾砂快速植物恢復(fù)，有效地防止尾砂庫的水土流失和揚塵，可以避免尾砂的二次污染，而且皇竹草的根系能夠穩(wěn)定重金屬，有效控制重金屬的遷移和擴散，同時，植物恢復(fù)能夠降低尾砂的重金屬有效態(tài)含量，降低重金屬活性，有效修復(fù)重金屬尾砂庫。
具體實施方式
實施例1：
本試驗采用柿竹園鉛鋅礦尾砂(尾砂1)、湘西花垣縣鉛鋅礦尾砂(尾砂2)和郴州王仙嶺尾砂(尾砂3)進行，其中，尾砂1中Pb、Cd含量均超過土壤環(huán)境質(zhì)量標準三級標準(為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值)，含量分別為400mg/kg、2mg/kg，屬輕度污染；尾砂2和尾砂3中Zn、Pb、Cd含量均遠超過三級標準，其中，尾砂2中Zn、Pb、Cd含量分別為1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，尾砂3中Zn、Pb、Cd含量分別為5400mg/kg、2000mg/kg、84mg/kg，屬重度污染。
選取粗壯較一致的皇竹草老莖，斜切成2節(jié)莖段，將皇竹草莖段直接扦插于尾砂中，每m2扦插8株，一節(jié)埋入尾砂中，一節(jié)露出尾砂面。種植期間，根據(jù)尾砂中水分含量澆適當?shù)乃７N植兩個月后，刈割皇竹草，但須留兩節(jié)讓其繼續(xù)生長。另外采用農(nóng)田土壤作為對照，分別種植2個月后，調(diào)查皇竹草的成活率、株高，并將其刈割，測生物量，其結(jié)果列于表1。取植物樣品進行分析測定，其結(jié)果列于表2。
表1不同重金屬含量直接扦插皇竹草生長指標和生物量
表2不同重金屬含量直接扦插皇竹草重金屬含量(mg·kg-1DW)
從表1可知，在皇竹草生長期間，將皇竹草莖段直接扦插于尾砂上，尾砂中不添加任何改良劑，皇竹草成活率、分蘗數(shù)、株高、生物量、葉片SPAD值均明顯低于直接扦插于土壤中，且隨著尾砂的重金屬含量升高，皇竹草株高、生物量、葉片SPAD值均下降，但不明顯。這表明，將皇竹草直接種植于尾砂中，雖能成活，但由于尾砂中營養(yǎng)缺乏，且尾砂的結(jié)構(gòu)不利于植物生長，因此長勢較土壤處理差，其生物量僅為0.79-1.93g·pot-1，為種植在農(nóng)田土壤中的6.58-16.07％，且重金屬含量并不是限制皇竹草在尾砂上生長的關(guān)鍵因素。因此，在尾砂上種植能源植物皇竹草，為有效實現(xiàn)尾砂庫生態(tài)修復(fù)，須對尾砂進行改良，以改善尾砂的物理結(jié)構(gòu)和保證尾砂中營養(yǎng)充足。
從表2可知，四個處理皇竹草中，除農(nóng)田土壤種植和尾砂1處理皇竹草Pb、Cd含量均低于國家飼料衛(wèi)生標準(GB 13078-2001)限值外，尾砂2和尾砂3處理皇竹草Pb、Cd含量均高于國家飼料衛(wèi)生標準，但低于有機肥料標準(NY 525-2012)。
實施例2：
本試驗采用湘西花垣縣鉛鋅礦尾砂進行，其中，尾砂中Zn、Pb、Cd含量均遠超過土壤環(huán)境質(zhì)量標準三級標準(為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值)，含量分別為1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，屬重度污染。
分四組進行試驗：第一組：采用農(nóng)田土壤直接扦插種植皇竹草；第二組：取有機肥與表層20cm厚的尾砂充分混合，生物有機肥的量為尾砂的10％(體積分數(shù))。選取粗壯較一致的皇竹草老莖，斜切成2節(jié)莖段，將皇竹草莖段直接扦插于表層的尾砂中，每m2扦插8株，一節(jié)埋入尾砂中，一節(jié)露出尾砂面；第三組：皇竹草直接成列扦插在尾砂上，在每列皇竹草間平鋪2層安全網(wǎng)，所述安全網(wǎng)為2000目綠色聚酯建筑密目安全網(wǎng)或6針遮陽網(wǎng)，將城市污泥與海泡石粉按100:1的比例充分混勻，將混合后的污泥鋪于安全網(wǎng)上，厚度為15cm；第四組：取有機肥與表層20cm厚的尾砂充分混合，生物有機肥的量為尾砂的10％，再選取粗壯較一致的皇竹草老莖，斜切成2節(jié)莖段，將皇竹草莖段直接扦插于表層的尾砂中，每m2扦插8株，一節(jié)埋入尾砂中，一節(jié)露出尾砂面，在每列皇竹草間平鋪2層安全網(wǎng)，所述安全網(wǎng)為2000目綠色聚酯建筑密目安全網(wǎng)或6針遮陽網(wǎng)，將城市污泥與海泡石粉按100:1的質(zhì)量比充分混勻，將混合后的污泥鋪于安全網(wǎng)上，厚度為15cm；，種植期間，根據(jù)尾砂中水分含量澆適當?shù)乃N植兩個月后，調(diào)查皇竹草的株高，測定葉片SPAD值，并將其刈割，測生物量，其結(jié)果列于表3。
表3盆栽試驗皇竹草生長指標和生物量
從表3可知，通過安全網(wǎng)隔離污泥，第三組污泥淋濾出來的淋出液流入皇竹草尾砂，采用污泥間接施肥，皇竹草的長勢比第二組尾砂中直接混入有機肥的好，但均明顯比第四組兩者同時使用差，將有機肥和污泥同時使用，可以明顯促進皇竹草生長，種植兩個月后，第四組的皇竹草株高達165cm，生物量達51.75g·pot-1，且SPAD值達43.88，明顯優(yōu)于第二組和第三組。這表明，在尾砂上種植皇竹草，將有機肥和污泥間接施肥相結(jié)合，能夠更好地促進皇竹草生長。
實施例3：
本發(fā)明實施例試驗采用湘西花垣縣鉛鋅礦尾砂進行，其中，尾砂中Zn、Pb、Cd含量均遠超過土壤環(huán)境質(zhì)量標準三級標準(為保障農(nóng)林生產(chǎn)和植物正常生長的土壤臨界值)，含量分別為1800mg/kg、750mg/kg、40mg/kg，屬重度污染。
試驗在尾砂庫一面積為160m2的試驗地上進行，將試驗地劃分為3個面積為6m×5m的小區(qū)，小區(qū)間間隔1m。每個小區(qū)直接將有機肥按15％(體積比)與表層10cm厚的尾砂充分混合，養(yǎng)護7-10天后，以株行距＝60cm×30cm直接扦插皇竹草老莖。在每列皇竹草間距中平鋪2層安全網(wǎng)，將生石灰按1％的質(zhì)量分數(shù)與污泥充分混合，并將混合后的污泥置于安全網(wǎng)上，厚約15cm，寬約45cm。種植過程不施任何肥料，種植后，待皇竹草長至2m高時(約2-3個月)，將其刈割，測產(chǎn)量，其結(jié)果列于表4。取植物樣品和尾砂樣品進行分析測定，其結(jié)果分別列于表5和表6。取污泥進行分析測定，其結(jié)果列于表7。
表4田間試驗皇竹草生長指標和生物量
表5田間試驗皇竹草重金屬元素和營養(yǎng)元素含量(mg·kg-1DW)
表6田間試驗尾砂pH和重金屬DTPA提取態(tài)含量(mg·kg-1DW)
注：數(shù)據(jù)為平均值。
表7半年每畝地可累積減少污泥重金屬輸入尾砂的量(kg)
注：數(shù)據(jù)為平均值；括號中數(shù)字表示半年每畝地可累積減少污泥中重金屬輸入尾砂的量占原污泥重金屬
含量的比例。
從表4可知，采用有機肥改良尾砂，且污泥間接施用，種植3個月后皇竹草株高可達189.5cm，每3個月后刈割一次，種植半年每畝累計可產(chǎn)皇竹草以干重計達1.90t·畝-1，每處理一噸污泥可收獲干物質(zhì)25.29kg，產(chǎn)量客觀，且每畝尾砂可處理新鮮污泥75.00t，可有效消納城市污泥。
表5中植物樣品分析結(jié)果測定表明，皇竹草中重金屬Zn、Pb、Cd含量均符合有機肥料標準(NY 525-2012)，尤其是Pb含量，遠低于有機肥料標準限值。且，采用污泥間接施用，皇竹草吸收尾砂中的營養(yǎng)元素明顯，N、P、K含量都相對較高，尤其是K的含量高達41.06g·kg-1(干重)，N、P2O5、K2O的總含量高達8.68％，適合作有機肥原料，生產(chǎn)有機K肥。
從表6可知，種植皇竹草半年后，尾砂pH和重金屬DTPA提取態(tài)含量均明顯下降，尤其DTPA-Zn，比種植前降低率高達91.10％，DTPA-Pb、DTPA-Cd含量分別比種植前降低41.32％、27.87％，有效降低尾砂重金屬活性，從而實現(xiàn)尾砂庫生態(tài)修復(fù)。
通過回收稱量污泥殘渣重量和分析測定處理前后污泥中的重金屬含量，得到結(jié)果如表7所示，從表7可知，半年每畝地可累積減少污泥Zn、Pb、Cd輸入到尾砂的量分別為11.44kg、1.41kg、0.0445kg，分別占原污泥的63.29％、69.30％、80.06％，即與直接施用污泥相比(直接施用污泥使得污泥中的重金屬全部進入尾砂中)，分別可以減少63.29％、69.30％、80.06％，減少輸入量明顯。
表7半年每畝地累積減少污泥重金屬輸入尾砂的量(kg)
注：數(shù)據(jù)為平均值；括號中數(shù)字表示半年每畝地可累積減少污泥中重金屬輸入尾砂的量占原污泥重金
屬含量的比例。
種植植物半年后，在污泥最干時(雨季來臨前)取污泥樣進行含水量測定，結(jié)果如表8，表8中數(shù)據(jù)表明，處理后的污泥含水量可降至170.21g/kg，減量化達78.66％。
表8田間試驗污泥含水量(g·kg-1DW)