CN108372192B - 一种工矿废弃地复垦施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土地修复领域，针对现有电动修复的修复范围有限的问题，提供了一种工矿废弃地复垦施工方法，该技术方案如下：一种工矿废弃地复垦施工方法，包括以下步骤：(1)工矿废弃地插接若干输料管；输料管插接在土壤中的部分设置有电极,输料管通过与直流电压的正负极连接形成阳极管以及阴极管；(2)土壤表层种植重金属超积累植物；(3)电极通电；阳极管与电源正极连接，阴极管与电源负极连接；阳极管与阴极管之间的电势梯度为：0.5‑4.5V/cm；(4)通过输料管向土壤中施加肥料。通过输料管将电极带入深层土壤中，以实现深层土壤的电动修复和表层土壤的植物修复的结合，修复效果好，造价成本低。

Description

一种工矿废弃地复垦施工方法

技术领域

本发明涉及土地修复领域，更具体地说，它涉及一种工矿废弃地复垦施工方法。

背景技术

矿产资源是社会经济可持续发展的物质基础，矿产资源的开采与利用对我国经济建设和社会发展起到了支撑作用。矿产资源开发在支持我国各项生产建设同时留下了大量损毁土地，这加剧了人地矛盾、严重破坏了生态环境。

工矿废弃地的产生和存在，制约着区域的可持续发展，危害到区域生态安全，其后果不仅伴随整个开采过程，且在矿区开发结束后仍将继续存在，采矿活动期间，表层土被严重压实，容重大，土壤渗透系数低，且含有粗质颗粒较多，普通植物生长困难，难以恢复；矿区地表原始环境生态被显著扰动，采矿剥离物堆积而成的排土场中具有土壤结构的土壤很少且松散，容易发生水土流失。工矿废弃地通过风蚀、荒漠化、水土流失、土壤污染、盐渍化、下湿内涝等多种复合退化，干扰工矿区生态安全、当地居民生存安全。

现有对工矿废弃地的处理包括物理修复、化学修复以及植物修复，物理修复中包括有电动修复，土壤电动修复是指将阳极和阴极垂直地放置在地下并且施加低功率直流电场以去除土壤中的无机或有机污染物，对被污染的土壤进行现场修复的一种技术。

但是电动修复需要将阴极以及阳极插入到土壤中进行，但是阴极与阳极插入到土壤中的长度越长，导致施工成本越高，若长度有限则会导致深层土壤达不到修复的效果，因此，仍有改进的空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种工矿废弃地复垦施工方法，具有减少施工成本的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种工矿废弃地复垦施工方法，包括以下步骤：

（1）工矿废弃地插接若干输料管；

输料管插接在工矿废弃地土壤中的部分设置有电极，输料管通过与直流电压的正负极连接形成阳极管以及阴极管；

（2）土壤表层种植重金属超积累植物；

（3）电极通电；

阳极管与电源正极连接，阴极管与电源负极连接；

阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

0.5-4.5V/cm；

（4）通过输料管向土壤中施加肥料。

采用上述技术方案，通过在输料管插入土壤中的端部设置电极以实现对土壤的电动修复，与正极以及负极连接的输料管可视为在土壤中的阴、阳两极，以形成阳极管以及阴极管，则土壤中的重金属离子在阴极处得到电子形成金属附着在输料管上，从而达到对土壤中重金属的清理，同时电极随输料管深入到土壤深层，对深层的土壤效果较佳，并且成本低，此外，表层的土壤可通过种植重金属超积累植物进行修复，重金属超积累植物能够利用天然植物及其根际微生物的生长代谢去除、转化和固定土壤中的重金属，通过深层土壤的电动修复与表层土壤的植物修复使得对废弃地土壤的修复效果好，且造价成本低；同时，安装电极的输料管还可用于向土壤中施加肥料，从而提高土壤的肥沃程度，提高土壤复垦的速度。

优选的，所述步骤（3）中的阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

1-3V/cm。

采用上述技术方案，调节阳极管与阴极管之间的电势梯度，该区间内的电势梯度可提高对土壤中重金属的去除率。

优选的，所述步骤（3）中的阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

1.5-2.5V/cm。

采用上述技术方案，调节阳极管与阴极管之间的电势梯度，该区间内的电势梯度可显著提高对土壤中重金属的去除率。

优选的，所述步骤（1）的输料管的安装通过打桩机在废弃地土壤中冲出若干安装孔，输料管插接在安装孔中。

采用上述技术方案，通过先在土壤中冲出安装孔，从而方便输料管的安装。

优选的，所述输料管在废弃地的插接密度为每5平方米一根。

采用上述技术方案，每5平方米插接的输料管可使土壤中的电动修复达到较佳的效果，避免距离过近导致成本较高，也避免距离过远导致电流的减弱以导致去除率的降低。

优选的，间歇重复步骤（3）多次，定时取出与电源负极连接的输料管，并对输料管上附着的重金属进行清理。

采用上述技术方案，通过多次对土壤进行放电，以提高对重金属的去除率，由于重金属得到电子后会附着在与负极连接的输料管上，导致电流变小，清理效果下降，则可定期将输料管从土壤中取出，并对附着在输料管上的重金属进行清理，从而提高重金属的清除效率，同时可及时将土壤中的重金属清除，避免重金属长期在土壤中对土壤造成不良的影响。

优选的，在进行步骤（1）之前，将电极安装于输料管的外壁上，并且套设有与电极连接的导电套。

采用上述技术方案，通过导电套与电极连接，使得与电极相接的输料管形成阴、阳两极，从而土壤中的重金属离子可在阴极处得到电子从而形成金属附着于与负极连接的导电套上，以达到清理土壤中重金属离子的目的。

优选的，所述输料管包括内管以及套设在内管外的外管，所述内管与外管之间构成夹层结构，所述电极安装于外管上，连接电极的电线位于夹层结构中。

采用上述技术方案，电线位于夹层结构中可以将电线与土壤隔绝，从而起到保护电线的作用。

优选的，所述输料管还包括连通内管内部与外管外部的出料管，步骤（4）中的肥料通过出料管施加到土壤当中。

采用上述技术方案，通过在内管中通入肥料，并通过出料管进入到土壤中，从而实现对土壤的化学改良，同时增加土壤的肥沃程度，以保证表层土壤的植物的正常生长。

优选的，所述导电套采用石墨。

采用上述技术方案，石墨具有导电性，并且石墨化学性质稳定，难以与重金属发生反应，并且成本较低，适于大量使用。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过深层土壤的电动修复以及表层土壤的植物修复，修复区域可将土地废弃地完全覆盖，从而达到良好的修复效果，并且造价成本低；

2.电极与导电套均螺纹连接在输料管上，则在土壤复垦完毕后，将输料管取出对电极以及导电套回收使用，减少了损耗，降低了成本；

3.输料管可将电极深插进入到土壤深层，同时输料管还可用作对土壤添加肥料、酸碱调节剂以及有机废弃物等，从而能够增加土壤的肥沃程度，以提高土壤的复垦速度，同时还可保证表层土壤植物的正常生长。

附图说明

图1为本发明的主要工艺流程图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的输料管的爆炸图。

图中：1、输料管；11、出料管；2、电极；21、电线；3、导电套。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行详细描述。

一种工矿废弃地复垦施工方法，参照图1，具体步骤如下：

（1）S001工矿废弃地插接若干输料管，具体如下：

在工矿废弃地区域，利用打桩机向下冲出若干安装孔，且安装孔的数量与输料管的数量一致，安装孔深度为5m，此外，每5平方米的废弃地插接一根输料管，输料管插接在安装孔中并用泥土压实，输料管长度大于5m，可伸出地面方便工人后续的操作。

输料管包括内管以及套设在内管外的外管，内管与外管之间构成夹层结构，并且夹层结构的厚度为1cm。

参见图3，输料管1的插入到土壤中的端部设置有电极2，输料管1的外管对应电极2的位置螺纹连接有套设在外管上的导电套3，同时在外管与导电套3的连接处的侧壁上开设有用于安装电极2的螺纹孔，电极2安装于螺纹孔时与导电套3接触，此外，电极2连接外电源的电线21设置于夹层架构中并穿出输料管1。

电极2包括正极以及负极，安装在输料管1上的电极通过电线21与直流电源的正负极连接，从而与直流电源正极连接的输料管1形成阳极管，与直流电源负极连接的输料管形成阴极管。

再参见图1，

S002 土壤表层种植若干重金属超积累植物，具体如下：

重金属超积累植物包括蜈蚣草、东南景天、李氏禾、芥菜等；

蜈蚣草可吸附土壤中的金属As，东南景天可吸附土壤中的金属Zn，李氏禾可吸附土壤中的Cr元素，芥菜可吸附土壤中的Pt、Cd、Zn等元素，则可因地制宜，根据废弃地实际需求来选择不同的超积累植物进行种植。

S003电极通电；

电极包括正极以及负极，正极与负极分别与电源的正、负极连接，则与正极相接的输料管在土壤中构成阳极，与负极相接的输料管在土壤中构成阴极，使得整个废弃地构成一个巨大的电解池，通过电极通电，使得重金属离子在外加电场的作用下通过电渗析、电迁移和电泳发生定向移动并且得到电子从而附着在安装有负极的输料管的导电套上，以达到除去重金属的目的。

通过调节直流电源，使得阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

0.5-4.5V/cm；

导电套材料选用石墨，稳定性较强，造价成本低；

间隔十天时间可进行一次电极通电；

S004 通过输料管向土壤中施加化肥；

输料管的外管与内管之间设有连通内管内部以及外管外部的出料管，出料管自内管朝外管倾斜向下延伸，并且出料管的出料口处设置有防止土壤中的泥土进入到内管中的滤网。

根据实际需求，可多次通过输料管对土壤施加肥料，从而保证土壤的肥力，以满足土壤表层植物的生长需求。

此外，除了通过输料管向土壤中施加化肥外，还可通过输料管向废弃地土壤中施加调节土壤酸碱度的酸碱度调节剂、有机废弃物等。

同时，取出阴极管，并对附着在输料管上的重金属进行清理回收，通电一段时间后，阴极管上的导电套会附着大量的重金属，工人可将输料管从土壤中取出，对导电套进行清理，并对导电套上附着的大量重金属进行回收。

清洗完毕后的导电套可重新安装回输料管上，之后再将输料管插入安装孔中，压实。

通过添加酸碱度调节剂可调节土壤至合适的pH值，以适应植物的生长。

有机废弃物包括污水、污泥等，其作为一种土壤添加剂，并在一定程度上充当一种缓慢释放的营养源，同时可通过螯合有毒金属而降低其毒性。

清理完后的导电套能够保证重金属的顺利附着，提高对土壤重金属的清除效率。

重复S003与S004，以提高对土壤中重金属的去除率。

在S004之后，拆卸电极；

当废弃地复垦达到标准后，可将输料管从土壤中取出，将输料管上的导电套以及电极进行拆卸，以重复利用；

拆卸电极后的输料管可重新插回安装孔中，利用泥土压实固定，以方便对深层土壤施加化肥。

此外，在进行步骤S003前，可先通过输料管1通入酸碱调节剂，从而使土壤达到适用于进行电动修复的酸碱度。

实施例2

与实施例的1的区别在于：

阳极管与阴极管之间的电势梯度为：1-3V/cm。

实施例3

与实施例的1的区别在于：

阳极管与阴极管之间的电势梯度为：1.5-2.5V/cm。

实施例4

与实施例的1的区别在于：

阳极管与阴极管之间的电势梯度为：2V/cm。

通过检测仪器对土壤中各重金属含量测试，具体数据对比，详见表1，

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					铬去除率（%）	34.7	35.5	40.5	43.2
铜去除率（%）	56.1	57.2	60.3	63.7
					镍去除率（%）	56.9	57.5	61.7	64.8
铅去除率（%）	54.4	56.1	59.4	63.4
					锌去除率（%）	25.5	26.1	28.6	30.1

根据表1可得，阳极管与阴极管之间的电势梯度为：2V/cm，所去除各重金属的比重最高。

在阴极管以及阳极管附近产生的酸性电解水以及碱性电解水，均可以通过输料管向土壤中注入酸碱调节剂，从而调节土壤的酸碱度。

通过输料管将电极进入到土壤深层，从而可对深层土壤进行电动修复，表层的土壤则可通过超积累植物进行吸收清除，深层土壤的电动修复与表层土壤的植物修复的结合，使得对土壤的重金属的清理有较佳的效果，通过输料管可以使电极达到土壤较为深层的区域，并且导电套位于输料管进入土壤中的端部，从而能够减少成本，并能够对深层土壤进行修复；此外，土壤中通电可使植物的根部具有电流，从而增强超积累植物对土壤中重金属的吸收。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种工矿废弃地复垦施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）工矿废弃地插接若干输料管；

输料管插接在工矿废弃地土壤中的部分设置有电极，输料管通过与直流电压的正负极连接形成阳极管以及阴极管；

（2）土壤表层种植重金属超积累植物；

（3）电极通电；

阳极管与电源正极连接，阴极管与电源负极连接；

阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

0.5-4.5V/cm；

（4）通过输料管向土壤中施加肥料；

其中，在进行步骤（1）之前，将电极安装于输料管的外壁上，并且套设有与电极连接的导电套；步骤（1）的输料管的安装通过打桩机在废弃地土壤中冲出若干安装孔，输料管插接在安装孔中；

所述输料管在废弃地的插接密度为每5平方米一根；所述输料管包括内管以及套设在内管外的外管，所述内管与外管之间构成夹层结构，所述电极安装于外管上，连接电极的电线位于夹层结构中；所述输料管还包括连通内管内部与外管外部的出料管，步骤（4）中的肥料通过出料管施加到土壤当中。

2.根据权利要求1所述的一种工矿废弃地复垦施工方法，其特征是：所述步骤（3）中的阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

1-3V/cm。

3.根据权利要求2所述的一种工矿废弃地复垦施工方法，其特征是：所述步骤（3）中的阳极管与阴极管之间的电势梯度为：

1.5-2.5V/cm。

4.根据权利要求1所述的一种工矿废弃地复垦施工方法，其特征是：间歇重复步骤（3）多次，定时取出与电源负极连接的输料管，并对输料管上附着的重金属进行清理。

5.根据权利要求1所述的一种工矿废弃地复垦施工方法，其特征是：所述导电套采用石墨。

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