尾矿库氰渣无土修复方法与流程
1.本发明涉及生态修复技术领域，尤其涉及一种尾矿库氰渣无土修复方法。
背景技术：
2.我国黄金氰化企业有许多位于交通不便、生态环境脆弱，且客土资源缺乏地区。由于氰渣具有高碱性、高毒性(含量高)、低透水性，坚硬板结等特殊属性，在氰渣尾矿库生态修复时，存在客土适应性差、改良难、植被成活率低等问题，尤其露天开采时剥离的地表层土因保存不当，多数已经不存在，极大的增加了氰渣尾矿库土壤覆盖及植被重建的难度。地表层土的缺失与不足，成为了黄金矿山氰渣尾矿库生态修复亟待解决的问题。
3.目前对尾矿库氰渣的修复方法一般有自然降解-客土修复法、强化自然降解-客土修复法和生物降解-客土修复法等，以上修复方法共同的缺点是都需要大量的客土资源和因没有彻底破坏而使得土壤有益微生物不易成活，导致生态的二次破坏和二次污染。现有技术中，公开号为cn 105057314 b的专利公开了一种含氰尾矿渣的生物处理方法，该方法是由碎磨、筛分、混料、接种、装填和通风处理五个步骤组成，含氰尾矿渣经磨碎筛分后，与土壤和粉碎的秸秆一起混合，喷洒无机盐溶液调节尾矿渣的含水率和ph值，然后进行含氰菌种的接种与尾矿渣的通风处理。上述技术方案能对含氰尾矿渣进行原位修复，在降低含量上具有比较好的效果，然而，该处理方法增加了氰渣中盐分的含量，对氰渣板结状况改善和保水保育效果较差，且处理过程需要使用大量土壤，不适用于土壤不足地区的氰渣尾矿库的无土生态修复。
4.有鉴于此，有必要设计一种尾矿库氰渣无土修复方法，以解决上述问题。
技术实现要素：
5.本发明的目的在于提供一种通过利用以秸秆为主要原料制备得到的生物修复材料替代地表层土，提供有助于植物生长所需元素及微生物环境，同时降低尾矿库氰渣中的碱度和含量，并改善尾矿库氰渣的板结状态和增加其疏松度等，从而进行黄金矿业氰渣尾矿库的生态修复，解决黄金氰渣尾矿库生态修复面临的地表层土缺失与不足问题的尾矿库氰渣无土修复方法。
6.为实现上述发明目的，本发明提供了一种尾矿库氰渣无土修复方法，包括以下步骤：
7.s1、一次发酵：将秸秆经膨化处理后，在半密封环境下自然冷却至室温，并在室温下放置预定时间完成发酵后，植入预定量的自然菌和木霉菌进行扩繁，再经低温风干、粉碎制备得到01#生物修复材料；
8.s2、二次发酵：取部分步骤s1制备的01#生物修复材料与有机物料混合，再加入预定量的生物复合菌剂，室温下混合均匀，在半密封条件下进行发酵后，经风干、粉碎制备得到02#生物修复材料；
9.s3、氰渣的土壤化改良：根据氰渣的理化性质，将氰渣与01#生物修复材料按预定
比例混合，喷水保持湿润状态，覆盖无纺布，室温放置若干天；再加入预定量的02#生物修复材料混合均匀，喷水保持湿润状态室温放置若干天，即可实现氰渣的土壤化改良。
10.作为本发明的进一步改进，实现所述尾矿库氰渣的土壤化改良后，根据氰渣尾矿库当地的气候特征，选择本土植物种子进行无土种植，实现植被重建。
11.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述秸秆包括玉米秸秆、甘蔗渣、高粱秸秆和甜象草秸秆中的任意一种。
12.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述自然菌取自户外林5～30cm 土层，所述自然菌的的植入量为0.5％～0.8％，所述木霉菌的植入量为 0.001％～0.02％；所述扩繁时间为2～3天
。
13.作为本发明的进一步改进，步骤s1中，所述秸秆的膨化处理过程为：将秸秆物料除土、粉碎，用皮带传送进压力罐内进行蒸汽膨化，得到膨化秸秆；其中，所述膨化压力为0.4～2.0mpa，温度为140℃～200℃，时间为5～40min；所述秸秆经膨化后湿度为60～70％，室温放置时间为24～48h。
14.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述发酵时间为6～8天；步骤s3 中，所述氰渣与所述01#生物修复材料混合后室温放置时间为18～22天，再加入02#生物修复材料混合后室温放置时间为2～3天。
15.作为本发明的进一步改进，步骤s1和步骤s2中，所述风干温度小于40℃，所述粉碎为将风干后的材料粉碎至40～50目。
16.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述有机物料为工农业有机废弃物，包括豆饼、动物粪便、活性污泥中的任意一种或几种的混合物；所述生物复合菌剂包括：枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，解磷解钾固氮菌，所述生物复合菌剂的添加量为0.02％～0.1％。
17.作为本发明的进一步改进，步骤s2中，所述01#生物修复材料与所述有机物料的混合操作为：通过调整所述01#生物修复材料与所述有机物料的使用量使混合后的碳氮比为20～30：1，含水率为50％～60％。
18.作为本发明的进一步改进，步骤s3中，所述湿润状态为含水率在 15％～20％范围内；所述氰渣与所述01#生物修复材料的混合操作为：通过调整所述氰渣与所述01#生物修复材料的使用量使混合后的ph为7～8.5；所述 02#生物修复材料的添加为：通过调整所述02#生物修复材料的使用量使混合后的容重为1.4～1.8、渗透系数为3.6
×
10-4
～7
×
10-4
ml/s。
19.本发明的有益效果是：
20.1.本发明首先使用01#生物修复材料对尾矿库氰渣进行初步处理，以利用一次发酵中产生的黄腐酸调节所述尾矿库氰渣的ph值，达到降低碱度的目的，从而使经过初步处理后的尾矿库氰渣的ph值能满足02#生物修复材料中的微生物的生长需求，从而利于植物的健康生长，同时，利用秸秆和黄腐酸初步改善尾矿库氰渣的板结状态，并利用木霉菌降低尾矿库氰渣中的含量，且木霉菌降解产生的碳源和氮源可作为后续植物生长的营养供给。其次，使用02#生化修复材料对经过初步处理的尾矿库氰渣进行二次处理，一方面，为氰渣提供有利于植物生长的氮磷钾营养成分及微生物环境，同时黄腐酸为02#生化修复材料中功能菌繁殖提供碳源，改善氰渣中作物根际微生态环境；另一方面，能进一步提
高尾矿库氰渣中的秸秆和黄腐酸含量，结合利用有机物料、秸秆和黄腐酸，进一步提高氰渣的保水、透气和透水性，以达到改善氰渣的板结状态和增加疏松度的目的，便于植物的生长。
21.2.本发明在第一次发酵过程中，通过对糖分含量较高的秸秆进行蒸汽膨化处理，利用高温高压蒸汽达到杀灭虫卵的目的并赋予秸秆一定湿度，同时使秸秆的纤维发生断裂以便于微生物的利用，从而在自然条件下利用空气中的微生物以及秸秆膨化处理后的较高温度和湿度，以糖分含量较高的秸秆为原料在较短时间内产生大量黄腐酸，所述黄腐酸一方面用于尾矿库氰渣的碱度调节同时具有一定持水保水性作用，另一方面，能促进一次发酵过程中添加的自然菌和木霉菌的繁殖，达到缩短发酵时间成本的目的，同时降低自然菌和木霉菌的使用量，减少发酵成本。
22.3.本发明在一次发酵的基础上，通过控制01#生物修复材料与有机物料的碳氮比例，并加入一定量的生物复合菌剂进行混合，进行二次发酵，从而得到含有大量有助于植物生长的氮磷钾营养成分和微生物的02#生物修复材料。在二次发酵过程中，秸秆和黄腐酸能提高整个发酵体系的保水性，并能为菌种生长提供碳源，同时蓬松的秸秆形成的疏松结构能增加好氧菌和空气的接触面积，从而有利于好氧菌的生长，结合利用黄腐酸对菌种的生长繁殖的促进作用，加快整体的发酵进程，从而大幅缩短发酵时间，降低时间处理成本。
23.4.本发明通过调控一次发酵过程中自然菌和木霉菌的添加量和扩繁时间，从而对用于氰渣处理的自然菌和木霉菌的含量进行调节，避免因木霉菌含量过低导致降解不完全，同时防止木霉菌含量过高导致其他菌种生长受限以及不必要的成本浪费。
24.5.本发明通过利用以秸秆为主要原料制备得到的生化修复材料替代地表层土，提供有助于植物生长所需微量元素及微生物环境，同时降低尾矿库氰渣中的碱度和含量，并改善尾矿库氰渣的板结状态和增加其疏松度等，从而进行黄金矿业氰渣尾矿库的生态修复，解决黄金氰渣尾矿库生态修复面临的地表层土缺失与不足的问题。本发明设计的尾矿库氰渣无土修复方法，在生化修复材料制备过程中未使用大量土壤，适用于土壤不足地区的氰渣尾矿库的生态修复，且在修复过程中使用的原材料为废弃秸秆及有机物料等，整个过程中未使用化学试剂，符合绿环保及废弃物回收再利用的环保理念。
附图说明
25.图1为实施例1和对比例2～3中的植物在一周内的生长情况示意图。
26.图2为实施例1和对比例2～3中的植物在3个月内的生长情况示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
28.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
29.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
30.本发明提供了一种尾矿库氰渣无土修复方法，包括以下步骤：
31.s1、一次发酵：将秸秆除土、粉碎，用皮带传送进压力罐内进行蒸汽膨化，得到膨化秸秆，其中，膨化压力为0.4～2.0mpa，温度为140℃～200℃，时间为 5～40min；膨化秸秆出仓后，秸秆的湿度为60％～70％，在半密封环境下自然冷却至室温，并在室温下放置24～48h以产生大量黄腐酸，之后植入0.5％～0.8％的自然菌和0.001％～0.02％的木霉菌扩繁2～3天，经低温风干、粉碎制备得到 01#生物修复材料；
32.s2、二次发酵：取部分步骤s1制备的01#生物修复材料与有机物料混合，使混合后的碳氮比为20～30：1，含水率为50％～60％，再加入0.02％～0.1％的生物复合菌剂，室温下混合均匀，在半密封条件下发酵6～8天，经风干、粉碎制备得到02#生物修复材料；
33.s3、氰渣的土壤化改良：根据氰渣的理化性质，将氰渣与01#生物修复材料混合，使混合后的氰渣ph为7～8.5、盐分《5000mg/kg
，
喷水保持湿润状态使含水率在15％～20％范围内，室温放置18～22天，利用木霉菌进行氰渣中的降解，使＜50mg/kg；再加入预定量的02#生物修复材料混合均匀，喷水保持湿润状态使含水率在15％～20％范围内，室温放置2-3天，使混合后的容重为1.4～1.8、渗透系数为3.6
×
10-4
～7
×
10-4
ml/s，即可实现氰渣的土壤化改良。
34.具体的，实现尾矿库氰渣的土壤化改良后，根据氰渣尾矿库当地的气候特征，选择本土适宜植物种子进行无土种植，实现植被重建。
35.具体的，步骤s1中，秸秆包括玉米秸秆、甘蔗渣、高粱秸秆和甜象草秸秆中的任意一种，以利于黄腐酸的产生。
36.具体的，步骤s1中，自然菌取自户外林5～30cm土层。
37.具体的，步骤s1和步骤s2中，风干温度小于40℃，风干后的材料粉碎至 40～50目。
38.具体的，步骤s2中，有机物料为工农业有机废弃物，包括豆饼、动物粪便、活性污泥中的任意一种或几种的混合物。生物复合菌剂包括枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、植物乳杆菌、解磷解钾固氮菌。
39.下面结合具体的实施例对本发明提供的尾矿库氰渣无土修复方法进行说明。
40.实施例1
41.本实施例提供了一种尾矿库氰渣无土修复方法，包括以下步骤：
42.s1、一次发酵：将300kg玉米秸秆除土、粉碎，在180℃温度和1.8mpa 蒸汽压力下膨化10min，以将玉米秸秆中的单糖、木制素和纤维素等进行分解，同时使其熟化度达到98％以上，熟化均匀，无糊料，无生料，达到高效膨化的效果；膨化出炉的膨化秸秆含水率为60％，在半密封环境下自然冷却至室温，并在室温下放置30h至秸秆呈深褐且出现酒糟样酸性气味，产生大量黄腐酸，之后植入0.5％的自然菌和0.01％的木霉菌扩繁2天，经风干、粉碎制备得到 01#生物修复材料；
43.s2、二次发酵：取150kg步骤s1制备的01#生物修复材料与100kg有机物料(牛粪、羊粪、豆饼、活性污泥、麸皮)混合，混合后的碳氮比为25：1，含水率为55％，再加入0.1％的生物复合菌剂，室温下混合均匀，在半密封条件下发酵8天，发酵最高温度达65℃至有机物料发酵堆布满白菌丝，无臭味，经风干、粉碎制备得到02#生物修复材料；
44.s3、氰渣的土壤化改良：选取内蒙某金矿氰渣100kg，根据氰渣的理化性质，将氰渣与5wt％的01#生物修复材料混合，喷水保持湿润状态，覆盖无纺布，使氰渣碱度ph为7.9，盐分《5000mg/kg；室温放置20天，利用降氰菌种进行氰渣中的降解，使＜50mg/kg；再加入5wt％的02#生物修复材料混合，喷水保持湿润状态放置3天，调整氰渣容重为1.8，渗透系数为3.6
×
10-4
ml/s，实现氰渣的土壤化改良。
45.s4、选择高羊茅、披碱草种子，将种子混在一起后直接撒在改良后的氰渣上面，氰渣上面覆盖无纺布，定时浇水，植物能够如在土壤中一样健康正常生长。
46.对比例1～3
47.对比例1将300kg稻草秸秆除土、粉碎，在与实施例1玉米秸秆相同的膨化处理条件下，对稻草秸秆进行膨化处理，自然冷却至室温，在半密封环境自然冷却至室温，并在室温下放置30h。
48.对比例2使用与实施例1相同的内蒙某金矿氰渣，选择与实施例1相同量的高羊茅、披碱草种子，将种子混在一起后直接撒在氰渣上面，氰渣上面覆盖无纺布，定时浇水。
49.对比例3使用正常黑土壤，选择与实施例1相同量的高羊茅、披碱草种子，将种子混在一起后直接撒在正常黑土壤上面，土壤上面覆盖无纺布，定时浇水。
50.分别对实施例1的s1步骤中经膨化处理并放置30h的秸秆和对比例1 的稻草秸秆使用ny/t1867-2010土壤腐殖质组成的测定焦磷酸钠-氢氧化钠提取重络酸钾氧化容量法，进行黄腐酸含量检测，结果如表1所示。
51.表1实施例1和对比例1的黄腐酸含量及相关理化指标检测结果
52.实施例实施例1对比例1黄腐酸含量21％4％ph3.86.5气味酒糟一样酸味没有酸味颜深褐深褐糖分含量13％1％
53.由表1可知，实施例1中的玉米秸秆的黄腐酸含量为21％，对比例1中的稻草秸秆的黄腐酸含量为4％，另外，实施例1中的玉米秸秆膨化出炉时，手感蓬松柔软，外形细碎，气味淡香，经过30h发酵后，颜变为深褐，且出现酒糟样酸性气味，而对比例1中的稻草秸秆气味未发生明显变化，说明使用的秸秆原料为糖分含量较低的秸秆时，采用本发明的处理方法无法产生大量黄腐酸，不能有效进行尾矿的碱度调节，从而不能满足高碱度尾矿库氰渣改良需求。
54.分别对实施例1的改良氰渣、对比例2的金矿氰渣和对比例3的黑土壤的相关理化指标进行检测，相关检测结果及植物生长情况如表2所示，实施例1和对比例2～3中的植物分别在1周和3个月内的生长情况如图1和图2 所示。
55.表2实施例1的改良氰渣、对比例2的金矿氰渣和对比例3的黑土壤的相关理化指标检测结果
[0056][0057]
由表1可知，采用本发明的尾矿库氰渣无土修复方法修复的金矿氰渣中的养分含量、有机质、腐殖质和透气性等均与黑土壤较为接近，与改良前相比有明显差异，且在3个月内，实施例1中的植被生长状况良好，可达到80％的生长率，与对比例3中植物生长状况相近，而对比例2中植物不成活，说明采用本发明方法改良的氰渣能满足植物生长要求。
[0058]
综上所述，本发明公开的尾矿库氰渣无土修复方法，通过利用以秸秆为主要原料制备得到的生物修复材料替代地表层土，提供有助于植物生长所需元素及微生物环境，同时降低尾矿库氰渣中的碱度和含量，并改善尾矿库氰渣的板结状态和增加其疏松度等，从而进行黄金矿业氰渣尾矿库的生态修复，解决黄金氰渣尾矿库生态修复面临的地表层土缺失与不足的问题。同时，利用一次发酵中产生的黄腐酸，一方面用于尾矿库氰渣的碱度调节、同时具有持水保水性作用，另一方面，促进一次发酵过程中添加的自然菌包括木霉菌以及二次发酵中生物复合菌的繁殖，达到缩短发酵时间成本的目的，同时降低菌种的使用量，减少发酵成本；另外，在二次发酵过程中，通过膨化秸秆中生化黄酸提高整个发酵体系的保水性，并为菌种生长提供碳源，利用蓬松的秸秆形成的疏松结构能增加好氧菌和空气的接触面积，从而有利于好氧菌的生长，结合利用生化黄腐酸对菌种的生长繁殖的促进作用，加快整体的发酵进程，从而大幅缩短发酵时间，降低时间处理成本。本发明设计的尾矿库氰渣无土修复方法，在生物修复材料制备过程中未使用大量土壤，适用于土壤不足地区的氰渣尾矿库的生态修复，且在修复过程中使用的原材料为废弃秸秆及有机物料等，整个过程中未使用化学试剂，符合绿环保及废弃物回收再利用的环保理念。
[0059]
需要说明的是，本发明设计的尾矿库氰渣无土修复方法中，步骤s1和步骤s2制备的生物修复材料不限于用于尾矿库氰渣的修复，还可用于金矿堆浸场氰渣、氧化铝厂赤泥堆场赤泥、有金属尾矿库尾矿、黑金属尾矿库尾矿、排土场、废石场、盐碱地、荒漠地、戈
壁滩等的修复；所述秸秆不限于玉米秸秆、甘蔗渣、高粱秸秆和甜象草秸秆，还可以是其他糖分含量较高的秸秆；所述有机物料为工农业有机废弃物，所述工农也有机废弃物不限于豆饼、动物粪便、活性污泥，均属于本发明的保护范围。
[0060]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
技术特征：
1.一种尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、一次发酵：将秸秆经膨化处理后，在半密封环境下自然冷却至室温，并在室温下放置预定时间完成发酵后，植入预定量的自然菌和木霉菌进行扩繁，再经低温风干、粉碎制备得到01#生物修复材料；s2、二次发酵：取部分步骤s1制备的01#生物修复材料与有机物料混合，再加入预定量的生物复合菌剂，室温下混合均匀，在半密封条件下进行发酵后，经风干、粉碎制备得到02#生物修复材料；s3、氰渣的土壤化改良：根据氰渣的理化性质，将氰渣与01#生物修复材料按预定比例混合，喷水保持湿润状态，覆盖无纺布，室温放置若干天；再加入预定量的02#生物修复材料混合均匀，喷水保持湿润状态室温放置若干天，即可实现氰渣的土壤化改良。2.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：实现所述尾矿库氰渣的土壤化改良后，根据氰渣尾矿库当地的气候特征，选择本土植物种子进行无土种植，实现植被重建。3.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s1中，所述秸秆包括玉米秸秆、甘蔗渣、高粱秸秆和甜象草秸秆中的任意一种。4.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s1中，所述自然菌取自户外林5～30cm土层，所述自然菌的的植入量为0.5％～0.8％，所述木霉菌的植入量为0.001％～0.02％；所述扩繁时间为2～3天
。
5.根据权利要求4所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s1中，所述秸秆的膨化处理过程为：将秸秆物料除土、粉碎，用皮带传送进压力罐内进行蒸汽膨化，得到膨化秸秆；其中，所述膨化压力为0.4～2.0mpa，温度为140℃～200℃，时间为5～40min；秸秆膨化出炉湿度为60～70％，所述秸秆经膨化后室温放置时间为24～48h。6.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s2中，所述发酵时间为6～8天；步骤s3中，所述氰渣与所述01#生物修复材料混合后室温放置时间为18～22天，再加入02#生物修复材料混合后室温放置时间为2～3天。7.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s1和步骤s2中，所述风干温度小于40℃，所述粉碎为将风干后的材料粉碎至40～50目。8.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s2中，所述有机物料为工农业有机废弃物，包括豆饼、动物粪便、活性污泥中的任意一种或几种的混合物；所述生物复合菌剂包括：枯草芽孢杆菌、侧孢芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌，解磷解钾固氮菌，所述生物复合菌剂的添加量为0.02％～0.1％。9.根据权利要求8所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s2中，所述01#生物修复材料与所述有机物料的混合操作为：通过调整所述01#生物修复材料与所述有机物料的使用量使混合后的碳氮比为20～30：1，含水率为50％～60％。10.根据权利要求1所述的尾矿库氰渣无土修复方法，其特征在于：步骤s3中，所述湿润状态为含水率在15％～20％范围内；所述氰渣与所述01#生物修复材料的混合操作为：通过调整所述氰渣与所述01#生物修复材料的使用量使混合后的ph为7～8.5；所述02#生物修复材料的添加为：通过调整所述02#生物修复材料的使用量使混合后的容重为1.4～1.8、渗透系数为3.6
×
10-4
～7
×
10-4
ml/s。
技术总结
本发明公开了一种尾矿库氰渣无土修复方法，通过利用以秸秆为主要原料制备得到的生物修复材料替代地表层土，提供有助于植物生长所需元素及微生物环境，同时降低尾矿库氰渣中的碱度和含量，并改善尾矿库氰渣的板结状态和增加其疏松度等，从而进行黄金矿业氰渣尾矿库的生态修复，以解决黄金氰渣尾矿库生态修复面临的地表层土缺失与不足的问题，促进表层土壤的保护及废弃秸秆和氰渣的生态化利用。同时，利用对糖分含量较高的秸秆的膨化处理产生的黄腐酸，一方面用于尾矿库氰渣的碱度调节、同时具有持水保水性的作用，另一方面，促进微生物功能菌的繁殖，同时达到缩短发酵时间成本的目的，降低菌种的使用量，减少发酵成本。减少发酵成本。减少发酵成本。
