用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置及边坡生态修复方法

1.本发明涉及水土保持技术领域，特别涉及一种用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置及边坡生态修复方法。


背景技术：

2.随着经济社会的快速发展，中国的基本建设速度加快，因实施交通、水利、矿山、电力等建设项目而形成了大量的裸露坡面。这些裸露坡面不仅影响了生态环境景观，有些还存在地质灾害隐患，影响主体绿化工程的安全稳定。由此，很多地方开始大力开展边坡绿化。
3.边坡绿化采用喷播技术，喷播技术是近年来我国新型的绿化方式，大大降低了人工成本，提高绿化速度，加快我国边坡绿化。
4.喷播是一种适用于风化程度较高的岩土边坡和土夹石边坡绿化的新型技术；它利用特制喷射机将草种、保水剂等有机基材喷射到坡面上，有机材在压力的作用下与坡面紧密结合，形成一层可供植物生长发育的基质层。喷播对土壤厚度的要求，根据边坡的具体情况而定，通常为10-30cm；在喷射中通常会加入狗牙根、高羊茅、紫穗槐等草种，在较短的时间内达到理想的绿化效果。
5.中国专利号cn112715093b提供一种岩石边坡的生态修复方法，向岩石边坡喷播第一营养基和第二营养基，第一营养基形成位于底部与岩石边坡接触的第一基质层，第二营养基形成位于第一基质层上方的第二基质层，第一基质层的厚度是第二基质层厚度的3～5倍；第二营养基包括种子。虽然生态修复方法可以有效改善土壤的工程性质，比如提高土壤的抗压强度，究其原理也为微生物诱导碳酸钙沉淀，会让砂土变得更脆，这一缺点通常通过添加秸秆、锯末、竹粉竹屑、蔗渣、椰糠和棕榈等植物纤维进行改善，但是一方面植物纤维的改善程度有限，随着植物纤维的增加，纤维过多会挤压巴氏芽孢杆菌以及其代谢产物碳酸钙在砂颗粒间的分布，导致固化效果欠佳。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置及边坡生态修复方法，用衣物纺织品破碎后的纤维来代替植物纤维，能够更加有效地提高边坡的抗剪强度和贯入强度，可以显著减少水土流失，利于边坡生态恢复。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置，包括机架，所述机架上设有设备箱和切割仓，设备箱顶部开口，切割仓内设有切割筒，切割筒外侧设有切割刀具，切割筒通过驱动电机驱动，切割仓上部一侧设有进料口，下部一侧设有排料口，设备箱内从上至下依次设置第一传送带和第二传送带，第二传送带为网带输送机，设备箱端部设有供第一传送带和第二传送带穿过的通槽，第一传送带的排料端设置在进料口一侧，第二传送带的进料端设置在排料口下方，第二传送带的排料端设有回转轴，回转轴外侧设有翻转爪，回转轴设置在第一传送带的进料端，设备箱设有取
料门。
8.优选的方案中，所述机架底部设有万向轮，机架通过固定机构进行固定，固定结构包括与机架连接的固定块，固定块上设有与调节螺杆配合的螺纹孔，调节螺杆下端设有固定盘，上端设有转动轮，所述固定盘底部设有防滑垫。
9.优选的方案中，所述取料门上设有观察窗。
10.优选的方案中，所述机架上设有若干立板，设备箱设置在立板上，位于端部的立板和设备箱之间设有限位板，立板之间设有稳定板，稳定板与机架之间设有支撑板。
11.优选的方案中，所述机架底部设有固定板，固定板之间设有连接板。
12.本发明还提供一种边坡生态修复方法，包括如下步骤：s1：获取衣物纤维；s2：制备黄豆脲酶粗提取液：称取干燥的黄豆，粉碎，以钢筛筛出豆粉，并将豆粉加入反应釜中，再加入乙醇溶液，充分摇匀，然后加入离心机中进行离心，此时上清液为黄豆脲酶粗提取液；s3：制备黄豆脲酶提取液：将黄豆脲酶粗提取液通过交联葡聚糖层析柱，再用磷酸缓冲液作为洗脱剂，将分子量大的脲酶洗脱，获得黄豆脲酶提取液；s4：将s1中获得的衣物纤维和s3中获得的黄豆脲酶提取液以及生物炭、沸石混合形成基质材料；s5：在施工前，对需要进行生态修复的土质边坡体进行实地勘察，清除作业面杂物及松动岩块，然后根据土质边坡的面积以及坡度，计算基质材料和泥炭土材料用量；s6：将s5中基质材料、泥炭土与植物种子混合均匀，且植物种子的体积占基质材料和泥炭土混合物体积的2％～3％，然后使用客土喷播专用设备将基质材料、泥炭土与植物种子的混合物喷播至需要进行生态修复的土质边坡体表面，使得喷播后基质材料、泥炭土与植物种子的混合物层厚度达到10～20cm，植物种子为高羊茅、白三叶、结缕草、狗牙根、早熟禾、葎草、爬山虎、迎春和荆条中的一种或多种；s7：待s6施工完成静置后，喷洒与黄豆脲酶提取液等量的胶结液；s8：在s7施工完成24h后，每隔24h重复s7步骤一遍，2～3遍后检测边坡坡面固结情况，若固结情况理想则完成施工，若固结情况未达到需求，则再次重复s7步骤1～2遍。
13.优选的方案中，所述步骤一中，启动电机，电机带动切割筒转动，将废旧衣物投入第一传送带上，第一传送带将废旧衣物投入切割仓内，切割刀具对废旧衣物进行初步打碎，从排料口排出至第二传送带上，第二传送带将初步打碎后的废旧衣物输送至回转轴位置，翻转爪将初步打碎后的废旧衣物回转输送至第一传送带上，第一传送带将其输送至切割仓内继续进行粉碎，循环操作，符合大小要求的衣物纤维从第二传送带的网孔落料至设备箱内，通过取料门取出。
14.优选的方案中，所述s2中每克豆粉需要添加10ml的30％乙醇溶液，并且在对豆粉与乙醇溶液的混合物放入离心机提取之前，需要先将豆粉与乙醇溶液的混合物放置冰箱在4℃的环境下保存24h。
15.优选的方案中，所述s4中衣物纤维、黄豆脲酶提取液、生物炭、沸石的体积比为衣物纤维：黄豆脲酶提取液：生物炭：沸石＝0.2：100：5：5。
16.优选的方案中，所述s7中的胶结液由尿素和氯化钙配置而成，首先将尿素和氯化
钙按照摩尔浓度比1：1混合，再向混合物的内部加入无菌水，直至形成0.5mol/l～0.75mol/l的混合溶液。
17.本发明提供的一种用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置及边坡生态修复方法，具有以下有益效果：1、本发明通过使用衣物纺织品破碎后的纤维来代替植物纤维，相较于植物纤维衣物纺织品破碎后的纤维韧性更高、抗剪强度更高、纤维长度更长，并且由于衣物纺织品的密度更低，能够更好的与土壤、巴氏芽孢杆菌以及其代谢产物碳酸钙融合，大幅提高纤维添加的上限；衣物纺织品破碎后的纤维代替植物纤维后，协同黄豆脲酶和胶结液固化，能够更加有效地提高土壤的抗压强度、抗拉强度、破坏应变以及降低脆性指数。
18.2、通过使用衣物纺织品破碎后的纤维来代替植物纤维，秸秆、锯末、竹粉竹屑、蔗渣、椰糠和棕榈等植物纤维具有成熟的利用工艺，是加工木板、床垫等的主要原材料，而衣物作为我们生活中必不可少的物品，每年都存在大量的废弃污染，大量的旧衣物送至垃圾场被焚烧，污染着空气，给环境带来不可估量的危害，虽然针织类衣物能够拆解后再编织，但清洗、拆解、染色、编织等一系列流程，相较于纺织全新的服装成本更高，而使用衣物纺织品破碎后的纤维来代替植物纤维能够为衣物纺织品提供全新的成本更低、更为安全环保的利用方式。
19.3、本发明的衣物纤维处理装置，在对衣物进行初步破碎完成后，能够再次将初步破碎后的衣物送入切割仓内进行切割，从而自动对衣物进行反复破碎，直至衣物破碎后的纤维能够满足边坡生态修复的需要，而无需人工手动反复加料，使用更加方便。
20.4、本发明的边坡生态修复方法，边坡地上生物量、全氮、全磷等生物生态指标相对于空白对照也都有了显著的增加，能够提高边坡的抗剪强度、贯入强度、全氮和全磷含量，对地上生物量的增加也具有一定的促进作用，对于边坡生态的改进效果都有效果。可以显著减少水土流失，利于边坡生态恢复，能够快速实现坡面复绿，而且造价相比传统喷混措施大幅降低，可以推广应用。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的整体结构示意图；图2为设备箱内部结构示意图；图3为切割仓内部结构示意图；图4为固定机构的结构示意图；图5为图1中a处的放大图；图6为固定板的安装示意图；图中：机架1，设备箱2，切割仓3，切割筒4，切割刀具5，驱动电机6，第一传送带7，第二传送带8，回转轴9，翻转爪10，万向轮11，固定块12，调节螺杆13，固定盘14，转动轮15，防滑垫16，立板17，限位板18，稳定板19，支撑板20，固定板21，连接板22，取料门201，观察窗202，进料口301，排料口302。
具体实施方式
22.如图1～5所示，一种用于边坡生态修复的衣物纤维处理装置，包括机架1，所述机架1上设有设备箱2和切割仓3，切割仓3为筒状结构，设备箱2顶部开口，切割仓3内设有切割筒4，切割筒4外侧设有切割刀具5，切割筒4的转轴通过轴承转动安装在切割仓内，切割筒4通过驱动电机6驱动，驱动电机6通过电机支座设置在机架上，切割仓3上部一侧设有进料口301，下部一侧设有排料口302，设备箱2内从上至下依次设置第一传送带7和第二传送带8，第二传送带8为网带输送机，网带输送机的孔径根据需要的纤维的大小进行选择，第一传送带7和第二传送带8的输送方向相反，设备箱2端部设有供第一传送带7和第二传送带8穿过的通槽，第一传送带7的排料端设置在进料口301一侧，第二传送带8的进料端设置在排料口302下方，第二传送带8的排料端上侧设有回转轴9，回转轴9通过电机驱动，第二传送带8的排料端与设备箱2之间的缝隙不能够使废旧衣物通过，回转轴9外侧设有翻转爪10，回转轴9设置在第一传送带7的进料端，设备箱2设有取料门201，取料门201上设有门把手，方便开合，取料门201上设有观察窗202，方便对设备箱内2内的运行情况进行观测。
23.优选的，所述机架1底部设有万向轮11，方便整个设备的移动，机架1通过固定机构进行固定，固定机构设置为多个，在本实施例中，固定结构为四个，固定结构包括与机架1连接的固定块12，固定块12上设有与调节螺杆13配合的螺纹孔，调节螺杆13下端设有固定盘14，上端设有转动轮15，所述固定盘14底部设有防滑垫16。
24.通过拧动转动轮15使调节螺杆13转动，从而带动固定盘14进行上下移动，当设备移动至目标位置，上下调整固定盘14的位置，对设备进行固定。
25.优选的，所述机架1上设有若干立板17，设备箱2设置在立板17上，位于端部的立板17和设备箱2之间设有限位板18，立板17之间设有稳定板19，稳定板19与机架1之间设有支撑板20。通过设置立板17以及稳定板19，提高机架1的稳定性。
26.优选的，所述机架1底部设有固定板21，固定板21之间设有连接板22。对机架1底部进行进一步加固。
27.一种边坡生态修复方法，包括如下步骤：s1：获取衣物纤维，通过衣物纤维处理装置进行衣物纤维制取。
28.具体的，启动电机11，电机11带动切割筒4转动，将废旧衣物投入第一传送带7上，第一传送带7将废旧衣物投入切割仓3内，切割刀具5对废旧衣物进行初步打碎，从排料口302排出至第二传送带8上，第二传送带8将初步打碎后的废旧衣物输送至回转轴9位置，翻转爪10将初步打碎后的废旧衣物回转输送至第一传送带7上，第一传送带7将其输送至切割仓3内继续进行粉碎，循环操作，符合大小要求的衣物纤维从第二传送带8的网孔落料至设备箱2内，通过取料门201取出。
29.s2：制备黄豆脲酶粗提取液：称取干燥的黄豆，粉碎，以100目钢筛筛出豆粉，并将豆粉加入反应釜中，再加入30％乙醇溶液，充分摇匀30min，然后加入离心机中进行离心，以3000r/min离心15min，此时上清液为黄豆脲酶粗提取液。
30.优选的，每克豆粉需要添加10ml的30％乙醇溶液，并且在对豆粉与乙醇溶液的混合物放入离心机提取之前，需要先将豆粉与乙醇溶液的混合物放置冰箱在4℃的环境下保存24h。
31.s3：制备黄豆脲酶提取液：将黄豆脲酶粗提取液通过交联葡聚糖senhadexg－150
层析柱，再用ph＝6.8的磷酸缓冲液作为洗脱剂，将分子量大的脲酶洗脱，获得黄豆脲酶提取液。
32.s4：将s1中获得的衣物纤维和s3中获得的黄豆脲酶提取液以及生物炭、沸石混合形成基质材料。
33.衣物纤维、黄豆脲酶提取液、生物炭、沸石的体积比为衣物纤维：黄豆脲酶提取液：生物炭：沸石＝0.2：100：5：5。
34.s5：在施工前，对需要进行生态修复的土质边坡体进行实地勘察，清除作业面杂物及松动岩块，对坡面转角处及坡顶的棱角进行修整，使之呈弧形，尽可能将作业面平整，然后根据土质边坡的面积以及坡度，计算基质材料和泥炭土材料用量。按照约2l/m2估算所需基质材料，并按照0.8kg/m2估算所需的泥炭土体积。
35.s6：将s5中基质材料、泥炭土与植物种子混合均匀，且植物种子的体积占基质材料和泥炭土混合物体积的2％～3％，然后使用客土喷播专用设备将基质材料、泥炭土与植物种子的混合物喷播至需要进行生态修复的土质边坡体表面，使得喷播后基质材料、泥炭土与植物种子的混合物层厚度达到10～20cm，植物种子为高羊茅、白三叶、结缕草、狗牙根、早熟禾、葎草、爬山虎、迎春和荆条中的一种或多种。
36.s7：待s6施工完成静置12h后，喷洒与黄豆脲酶提取液等量的胶结液。胶结液由尿素和氯化钙配置而成，首先将尿素和氯化钙按照摩尔浓度比1：1混合，再向混合物的内部加入无菌水，直至形成0.5mol/l～0.75mol/l的混合溶液。
37.s8：在s7施工完成24h后，每隔24h重复s7步骤一遍，2～3遍后检测边坡坡面固结情况，若固结情况理想则完成施工，若固结情况未达到需求，则再次重复s7步骤1～2遍。
38.具体的通过以下实施步骤进行验证操作：准备四个边坡模型，边坡模型主体砌筑在不锈钢制成的试验箱中，试验箱内部尺寸为100cm
×
40cm
×
20cm(长
×
宽
×
高)，试验箱下部设有用于导流坡面径流的导流槽和用于收集坡面径流的集水桶。向试验箱中用分层夯实的方法填入紫色土形成一定倾角的边坡，预先向边坡喷洒1.25l/m2的清水使之接近自然边坡状态。
39.将衣物纤维、黄豆脲酶提取液、生物炭、沸石的体积比为衣物纤维：黄豆脲酶提取液：生物炭：沸石＝0.2：100：5：5的比例混合成基质材料，再将基质材料、泥炭土与植物种子按照基质材料：泥炭土：沸石＝10：4：0.3的比例混合均匀形成喷播材料。将尿素和氯化钙按照摩尔浓度比1：1混合，再向混合物的内部加入无菌水，直至形成0.5mol/l的胶结液。
40.实验边坡1处理：使用客土喷播机将喷播材料喷播至砂质边坡1表面，使喷播后的边坡加固剂的厚度为10cm，12h后喷洒等量的胶结液，并重复1次。
41.对比边坡2处理：用客土喷播机将喷播材料喷播至砂质边坡2表面，使喷播后的边坡加固剂的厚度为10cm，12h后喷洒等量的胶结液，并重复2次对比边坡3处理：用客土喷播机将喷播材料喷播至砂质边坡3表面，使喷播后的边坡加固剂的厚度为10cm，12h后喷洒等量的胶结液，并重复3次。
42.对比边坡4处理：将边坡1中的喷播材料换为等量紫色土拌合清水。
43.7天后测量使用微型十字板剪切仪测量边坡的表面抗剪强度，使用推拉计测量表面贯入强度，通过梅花取样测量坡面五个不同部位的强度取平均值，土体表面抗剪强度和表面贯入强度都重要的边坡变形指标，对边坡稳定具有重要意义。30天后按照土壤农化分
析方法统计边坡上的生物量和下层土壤中的肥力以及地上生物量。土壤肥力通过环刀取样，通过双酸消煮和连续型流动分析仪分析进行测量土壤的全氮和全磷指标。
44.结果显示，实验边坡1的平均表面抗剪强和表面贯入强度是对照边坡4的2～3倍，同时地上生物量、全氮、全磷等生物生态指标相对于空白对照也都有了显著的增加，其中地上生物量和全氮的增加效果最显著，分别是对比边坡4的4.4倍和8.5倍。由对照边坡2、3和对照边坡4相比，可以看出，重复使用此边坡修复技术，能够提高边坡的抗剪强度、贯入强度、全氮和全磷含量，对地上生物量的增加也具有一定的促进作用，对于边坡生态的改进效果都有效果。由此可以得出，本发明可以显著减少水土流失，利于边坡生态恢复，能够快速实现坡面复绿，而且造价相比传统喷混措施大幅降低，可以推广应用。表1边坡加固实验试验结果项目抗剪强度贯入强度地上生物量tn(全氮)tp(全磷)实验边坡1113.80kpa172.31kpa92.45g/m210.32g/kg1.27g/kg对比边坡2152.23kpa221.54kpa101.22g/m217.11g/kg1.55g/kg对比边坡3203.37kpa275.04kpa131.19g/m225.42g/kg1.83g/kg对比边坡445.74kpa51.30kpa2.21g/m21.23g/kg0.65g/kg