本发明涉及一种利用矿区或采石场矿坑作为建筑垃圾或工业垃圾填埋场时,将生态有害物与地表生态修复环境相隔离时,对隔离层可靠性与有效性实施主动管控与保障的,具体涉及一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统。
背景技术:
1、随着城市化和工业化进程的加快,建筑垃圾和工业垃圾的产生量急剧增加,如何科学合理地处置这些废弃物成为亟待解决的环境保护问题。
2、传统的垃圾填埋场在土地资源紧张的情况下,已经难以满足日益增长的垃圾处理需求。因此,利用废弃矿区或采石场矿坑作为垃圾填埋场成为一种有效的解决方案。这不仅可以节约土地资源,还能实现废弃矿坑的二次利用,具有重要的经济和环境意义。
3、然而,废弃矿区或采石场矿坑作为垃圾填埋场面临着诸多技术挑战。首要的问题是如何防止填埋垃圾中的有害物质渗漏,避免对地表生态修复区造成污染。传统的被动隔离措施如单层防渗膜或黏土层,难以长期可靠地隔离有害物质,且在遭遇极端天气或地质活动时容易失效。因此,亟需一种可靠且有效的主动管控技术,来确保隔离层的长效性和稳定性。
4、目前,国内外在固体垃圾填埋场地质隔离方面进行了大量研究,提出了多种隔离措施和技术手段。主要包括多层隔离结构设计、防渗材料改进、渗漏监测系统等。然而,这些措施大多依赖于被动隔离,缺乏主动管控手段,无法实时应对隔离层的损坏或失效。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足,提供一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统。
2、本发明所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,采用如下步骤:
3、s10:在宕口填充区混合布置co2强吸附材料;
4、s20:在吸附层上覆隔离层的上表面1米厚度位置喷涂开关型li盐培养基和li敏感型放线菌,从而形成li盐缓冲型生物自修复隔离层;
5、s30:在隔离层上方布置5-10米厚的多孔无机材料,并喷洒厌氧型co2吸收菌,形成co2生物吸收层;
6、s40:在co2生物吸收层上布置覆土层,并在生态修复过程中种植匍匐根系发达且根系主根长度小于1米的地被,从而构成生态修复层;
7、s50:li盐缓冲型生物自修复隔离层、co2生物吸收层、生态修复层的三层结构构成矿区宕口填充区隔离安全管控体系。
8、进一步地,步骤s10中的宕口填充区填埋建筑垃圾、生活垃圾等对生态有害废弃物的同时,需要加入co2强吸附材料,使该区域具备一定的co2保存特性,co2将作为隔离失效主动修复的启动因子。
9、进一步地,步骤s20中的li盐缓冲型生物自修复隔离层由隔离层构建材料、开关型li盐培养基和li敏感型放线菌构成;具备以下功能:
10、a.隔离层形成之初,材料需要经历稳定时期,完成裂隙的闭合,逐步实现隔离功能,在此隔离准备期内,通过li盐控制,使生物修复功能处于锁闭状态,形成生物自修复等待期;
11、b.等待期结束后,隔离层进入功能实施期,此时若出现裂隙,会伴随co2逸散,生物自修复功能启动,完成隔离层裂隙封堵。
12、进一步地,步骤s30中的co2生物吸收层由co2乙酸杆菌实现功能,该层与表层co2逸散植物捕捉层联合实现逸散co2的捕捉;
13、co2生物吸收层内,co2乙酸杆菌在厌氧条件下生成生物乙酸,区域ph水平可达4.0-5.0;部分乙酸下行扩散至li盐缓冲型生物自修复隔离层,作为li敏感型放线菌生态环境的酸碱平衡调节剂;
14、另一部分乙酸上升扩散至表层co2逸散植物捕捉层,作为表层土壤生态营养;该层乙酸环境还具有阻止地表植物根系穿透的功能;由此,该层起到对下阻止co2逸散和对上阻止根系穿透破坏隔离层的双重功效。
15、进一步地,步骤s40中的生态修复层是矿区宕口生态修复的实施层,覆土层厚度根据项目资源量确定,但覆土层厚度应不小于计划种植植被与周边野生植被平均根系垂直长度。
16、进一步地,步骤s20中的开关型li盐培养基初始含有高浓度li2co3,li敏感型放线菌在高li2co3环境中无法生长,处于休眠状态;
17、当co2吸附池隔离出现裂隙,大量吸附co2气体逸散,通过li盐缓冲型生物自修复隔离层时,co2将固态li2co3水解为lihco3,并随地表水流动扩散实现li盐稀释;当li2co3含量小于12g/l时,解除li2co3对co2吸附池li敏感型放线菌的抑制,同时借助逸散co2供给,li敏感型放线菌以co2为碳源,辅以低li浓度状态的开关型li盐培养基补充n、p、k、s元素,菌体快速生长,利用生物膨胀逐步完成裂隙封堵;伴随裂隙封堵实施,co2逸散量减少,在c源限制下,li敏感型放线菌再次进入抑制状态,等待下一个高co2逸散周期的到来。
18、进一步地,步骤s20中的li敏感型放线菌首次被抑制是由于li2co3环境浓度高于耐受值所致,之后被抑制是由于c源供给受限导致;在从被抑制态转为生长态的过程中,其生长特征为:
19、a.从被抑制态到生长态首先经历逐步加速增长过程,随后根据生长曲线与co2实际供给速率逐步进入平衡稳定生长过程,伴随裂隙封堵效果显著,co2供给量下降,菌种受碳源供给受限影响,生长速度变缓,直至封堵成功,co2逸散被抑制,li敏感型放线菌因c源限制而进入休眠状态;
20、b.同时,可以根据封堵表层li2co3含量变化与li敏感型放线菌丰度变化评估该地区是否曾出现过未记载的封堵失效情况,对li敏感型放线菌丰度超过108/cm2的技术实施区域,需要重新喷洒开关型li盐培养基。
21、进一步地,步骤s20中的li敏感型放线菌从当地周边反刍动物养殖场土壤中选培,具体方法为:
22、a.以开关型li盐培养基配方为基础,变换li2co3浓度形成三种li梯度培养基,li浓度分别为100%、50%、10%,并1:1与无菌细沙混合制成凝胶,涂敷在培养皿中;
23、b.培养基凝胶表面点入养殖场周边土壤,置于co2培养箱中,在20℃下进行土壤li敏感型放线菌培育;
24、c.显微观察土壤周围li敏感型放线菌的生长,选择在li浓度100%和50%抑制但在10%活跃度正常的li敏感型放线菌,然后利用划线法挑选li敏感型放线菌,采用相同方法进一步培育,最终获得本专利所需菌种。
25、进一步地,从动物粪污中富集培育co2乙酸菌的方法,包括以下步骤:
26、a.从当地养殖场收集新鲜的动物粪污样品;
27、b.将样品进行预处理,除去大颗粒杂质,并在无菌条件下制备成悬浮液;将预处理后的悬浮液接种到含有co2营养基的培养基中,培养基的ph值在6.0-7.5之间,并在厌氧条件下通过co2培养箱富集培养5-7天;
28、c.将培养液接种到选择性培养基中,选择性培养基中含有高浓度co2和乙酸或其他有机酸,进行选择性培养;
29、d.使用稀释平板法将选择性培养基中的培养液稀释,并涂布在含有适量co2的琼脂培养基上,co2培养箱中培育,挑选出具有co2营养特性的乙酸菌单菌落;进一步纯化挑选出的单菌落,通过多次划线分离和扩增培养,得到纯化的co2营养型乙酸菌。
30、进一步地,隔离自耦和修复是基于隔离失效导致的吸附层co2逸散为基本条件,通过co2对隔离外立面构建的开关型li盐培养基中li组分的自消融,来实现开关型li盐培养基对li敏感型放线菌的抑制-培育功能;为防止外来菌种对当地微生态系统的冲击、为保证菌种环境适应性与土壤生态安全,该类型li敏感型放线菌必须且只能在当地根据本技术的方法选育;根据温度特征,此类li敏感型放线菌属于低温li敏感型放线菌,并且从生化机理方面:li敏感型放线菌对co2的竞争弱于li2co3水解,因此在co2浓度升高时,首先完成li2co3水解后才能更好地支持放线菌的生长。
31、本发明有益效果为:本发明所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,它通过构建多层隔离结构,结合先进的生物学活性管控方法,保障技术能够巧妙的跨越隔离准备期,在功能实施期中,实时监管隔离状态,并及时进行维护和修复,同时阻止植物根系对隔离系统的破坏威胁,从而大大提高了隔离层的可靠性和有效性。
1.一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:采用如下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s10中的宕口填充区(1)填埋建筑垃圾、生活垃圾等对生态有害废弃物的同时,需要加入co2强吸附材料,使该区域具备一定的co2保存特性,co2将作为隔离失效主动修复的启动因子。
3.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s20中的li盐缓冲型生物自修复隔离层(2-1)由隔离层(2)构建材料、开关型li盐培养基和li敏感型放线菌构成;具备以下功能:
4.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s30中的co2生物吸收层(3)由co2乙酸杆菌实现功能,该层与表层co2逸散植物捕捉层联合实现逸散co2的捕捉;co2生物吸收层(3)内,co2乙酸杆菌在厌氧条件下生成生物乙酸,区域ph水平可达4.0-5.0;部分乙酸下行扩散至li盐缓冲型生物自修复隔离层(2-1),作为li敏感型放线菌生态环境的酸碱平衡调节剂;
5.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s40中的生态修复层(4)是矿区宕口生态修复的实施层,覆土层厚度根据项目资源量确定,但覆土层厚度应不小于计划种植植被与周边野生植被平均根系垂直长度。
6.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s20中的开关型li盐培养基初始含有高浓度li2co3,li敏感型放线菌在高li2co3环境中无法生长,处于休眠状态;
7.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s20中的li敏感型放线菌首次被抑制是由于li2co3环境浓度高于耐受值所致,之后被抑制是由于c源供给受限导致;在从被抑制态转为生长态的过程中,其生长特征为:
8.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:步骤s20中的li敏感型放线菌从当地周边反刍动物养殖场土壤中选培,具体方法为:
9.根据权利要求4所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:从动物粪污中富集培育co2乙酸菌的方法,包括以下步骤:
10.根据权利要求1所述的一种缓冲型矿区宕口地质隔离的有效性主动管控系统,其特征在于:隔离自耦和修复是基于隔离失效导致的吸附层co2逸散为基本条件,通过co2对隔离外立面构建的开关型li盐培养基中li组分的自消融,来实现开关型li盐培养基对li敏感型放线菌的抑制-培育功能;为防止外来菌种对当地微生态系统的冲击、保证菌种环境适应性与土壤生态安全,该类型li敏感型放线菌必须且只能在当地根据本技术中的方法选育;根据温度特征,此类li敏感型放线菌属于低温li敏感型放线菌,并且从生化机理方面:li敏感型放线菌对co2的竞争弱于li2co3水解,因此在co2浓度升高时,首先完成li2co3水解后才能更好地支持放线菌的生长。