一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法及应用。

背景技术

矿区开发一方面造成大量的废弃矸石、炉渣、煤灰等煤基固体废弃物，造成环境景观破坏、环境空气污染、压占土地等严重问题；另一方面，矿区开采会造成一定的土地沉陷，需要进行沉陷区治理工程。

发明专利CN110256161A公开了一种林地土壤生态修复材料及其制备方法，改发明主要利用农林废弃物、污泥、动物畜禽粪便等制备了一种生态修复材料，经过掺杂、干燥、造粒、煅烧制备成生物炭，煤基固废的利用即可解决废弃物处置利用的问题还可实现生态修复材料就地取材的经济优势。

而现有的林地土壤生态修复材料的制备流程相对比较复杂，且材料无机成分较少，经济性可能较低难以大面积的修复矿区沉陷区或被破坏的表层土壤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法及应用，解决了现有的林地土壤生态修复材料的制备流程相对比较复杂，且材料无机成分较少，经济性可能较低难以大面积的修复矿区沉陷区或被破坏的表层土壤的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤：

将生活污水生化处理阶段产生的污泥制成疏松多孔的生物碳材料；

对煤矸石、炉渣、作物秸秆进行处理，得到固体颗粒状的煤矸石和炉渣，粉末状的农作物秸秆；

将处理得到的生物碳材料、煤矸石、炉渣、作物秸秆与粉煤灰、保水剂、稳定剂、水按比例进行混合并发酵，获得混合材料；

将所述混合材料进行晾晒，制得土壤生态修复材料。

其中，所述将生活污水生化处理阶段产生的污泥制成疏松多孔的生物碳材料的步骤具体包括：

将生活污水生化处理阶段产生的污泥于105～110℃下干燥8～12h，将干燥后的污泥粉碎为0.1～0.5mm的固体颗粒；

将固体颗粒状的污泥进行焙烧处理，焙烧后制得疏松多孔的生物碳材料。

其中，在将固体颗粒状的污泥进行焙烧处理，焙烧后制得疏松多孔的生物碳材料的步骤中：

焙烧温度为300～600℃，焙烧时间为1～2h，升温速率为5～10℃/min，在氮气或氩气气氛下焙烧。

其中，在对煤矸石、炉渣、作物秸秆进行处理，得到固体颗粒状的煤矸石和炉渣的步骤中：

将煤矸石、炉渣破碎为2～3mm的固体颗粒，将作物秸秆粉碎为粉末状，所述炉渣为燃煤热水锅炉、气化炉产生的炉渣，所述作物秸秆为玉米秆、高粱秸秆、胡麻秸秆、小麦秸秆、玉米芯、大豆秸秆、枯草等中的一种或多种任意比例混合。

其中，在将处理得到的生物碳材料、煤矸石、炉渣、作物秸秆与粉煤灰、保水剂、稳定剂、水按比例进行混合并发酵，获得混合材料的步骤中：

所述混合材料在混合时，按质量份数计为：污泥碳10～20份、煤矸石10～30份、炉渣10～30份、农作物秸秆20～40、粉煤灰5～10份、保水剂0.1～1份、稳定剂0.1～1份、水50～80份。

其中，在将处理得到的生物碳材料、煤矸石、炉渣、作物秸秆与粉煤灰、保水剂、稳定剂、水按比例进行混合并发酵，获得混合材料的步骤中：

所述混合材料在混合后，与微生物菌剂混合密封发酵，发酵温度为20～30℃，发酵时间为15～30天；所述微生物菌剂为枯草芽孢杆菌、胶质芽孢杆菌中得一种或其任意比例混合。

本发明还提供一种采用上述所述的煤基固废制备土壤修复材料的制备方法制备得到的所述土壤修复材料的应用，包括如下步骤：

将待需要修复的土壤表土进行深耕、晾晒，粉碎平整后与所述土壤修复材料进行混合；

将混合后的土壤表土进行浅翻、混合，将生态修复材料与表土充分混合。

本发明的一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法及应用，具有以下有益效果：

1、将生化污泥进行焙烧，充分利用污泥的同时可提高材料的孔隙率、增加材料保水、透气功能。通过焙烧将污泥中的重金属离子转化为金属氧化物而重金属氧化物一般不易溶于水，有效避免了污泥中重金属离子污染的问题。

2、本发明制备的材料充分考虑了有机质与无机质的适当结合，既考虑了有机质能够快速提供肥力的同时也充分考虑利用无机质提高土壤的透气性能，有效避免了土壤板结的问题而又不至于有机质过多造成土壤渗水、透气能力弱的问题。

3、本发明制备的材料添加了一定量的粉煤灰，有利于有机质与煤基固废材料粘结，有利于将氮磷钾养分从生物质中均匀的释放到土壤中。

4、将生活污水生化处理阶段产生的污泥进行炭化处理，有利于污泥成分中的有机碳发生断键、解聚，将碳元素充分释放到土壤中。炭化过程形成的毛细管结构提高材料孔隙率的同时也有利于土壤保水性能的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明提供的一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供了一种煤基固废制备土壤修复材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将生活污水生化处理阶段产生的污泥制成疏松多孔的生物碳材料；

S2：对煤矸石、炉渣、作物秸秆进行处理，得到固体颗粒状的煤矸石和炉渣，粉末状的农作物秸秆；

S3：将处理得到的生物碳材料、煤矸石、炉渣、作物秸秆与粉煤灰、保水剂、稳定剂、水按比例进行混合并发酵，获得混合材料；

S4：将所述混合材料进行晾晒，制得土壤生态修复材料。

本发明还提供一种采用上述所述的煤基固废制备土壤修复材料的制备方法制备得到的所述土壤修复材料的应用，包括如下步骤：

将待需要修复的土壤表土进行深耕、晾晒，粉碎平整后与所述土壤修复材料进行混合；

将混合后的土壤表土进行浅翻、混合，将生态修复材料与表土充分混合。

实施例1：

步骤1：将生活污水生化处理阶段产生的污泥于105℃下干燥10h，将干燥后的污泥粉碎为0.1～0.5mm的固体颗粒；将制备的炭颗粒于500℃下进行焙烧处理，焙烧时间为1.5h，升温速率为5～10℃/min，在氮气或氩气气氛下焙烧，焙烧后制得疏松多孔的生物碳材料；

步骤2：将煤矸石、炉渣破碎为2～3mm的固体颗粒，将作物秸秆粉碎为粉末状。按照污泥碳：煤矸石：炉渣：农作物秸秆：粉煤灰：保水剂：稳定剂：水＝20：20：25：23：10：1：1：80的比例充分混合。将混合物料与微生物菌剂混合密封发酵，发酵温度以20～30℃为宜，发酵时间为20天。

步骤3：将制备的发酵后混合材料进行晾晒，制得可用于土壤生态修复得材料。

步骤4：将该煤基固废制备的土壤生态修复材料用于西北某矿区沙漠化土地的生态治理。将待修复表土充分暴晒后进行粉碎、整平处理，在处理后的表土上覆盖本发明制备的生态修复材料并与20cm深度以上的表土充分混合，投加量为每公顷10t生态修复材料，种植一年生草本植物。经过4个月生长，与未施加该材料的对照组相比，植物干重增加15％以上。

实施例2：

步骤1：将生活污水生化处理阶段产生的污泥于105℃下干燥10h，将干燥后的污泥粉碎为0.1～0.5mm的固体颗粒；将制备的炭颗粒于500℃下进行焙烧处理，焙烧时间为1.5h，升温速率为5～10℃/min，在氮气或氩气气氛下焙烧，焙烧后制得疏松多孔的生物碳材料；

步骤2：将煤矸石、炉渣破碎为2～3mm的固体颗粒，将作物秸秆粉碎为粉末状。按照污泥碳：煤矸石：炉渣：农作物秸秆：粉煤灰：保水剂：稳定剂：水＝20：10：23：40：5：1：1：60的比例充分混合。将混合物料与微生物菌剂混合密封发酵，发酵温度以20～30℃为宜，发酵时间为30天。

步骤3：将制备的发酵后混合材料进行晾晒，制得可用于土壤生态修复得材料。

步骤4：将该煤基固废制备的土壤生态修复材料用于西北某矿区沙漠化土地的生态治理。将待修复表土充分暴晒后进行粉碎、整平处理，在处理后的表土上覆盖本发明制备的生态修复材料并与20cm深度以上的表土充分混合，投加量为每公顷10t生态修复材料，种植一年生草本植物。经过4个月生长，与未施加该材料的对照组相比，植物干重增加30％以上。

实施例3：

步骤1：将生活污水生化处理阶段产生的污泥于105℃下干燥10h，将干燥后的污泥粉碎为0.1～0.5mm的固体颗粒；将制备的炭颗粒于500℃下进行焙烧处理，焙烧时间为1.5h，升温速率为5～10℃/min，在氮气或氩气气氛下焙烧，焙烧后制得疏松多孔的生物碳材料；

步骤2：将煤矸石、炉渣破碎为2～3mm的固体颗粒，将作物秸秆粉碎为粉末状。按照污泥碳：煤矸石：炉渣：农作物秸秆：粉煤灰：保水剂：稳定剂：水＝27：20：25：30：10：1：1：0的比例充分混合。将混合物料与微生物菌剂混合密封发酵，发酵温度以20～30℃为宜，发酵时间为30天。

步骤3：将制备的发酵后混合材料进行晾晒，制得可用于土壤生态修复得材料。

步骤4：将该煤基固废制备的土壤生态修复材料用于西北某矿区沙漠化土地的生态治理。将待修复表土充分暴晒后进行粉碎、整平处理，在处理后的表土上覆盖本发明制备的生态修复材料并与20cm深度以上的表土充分混合，投加量为每公顷10t生态修复材料，种植一年生草本植物。经过4个月生长，与未施加该材料的对照组相比，植物干重增加20％以上。

以上所揭露的仅为本申请一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本申请之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。