CN104148377A - 一种用淤泥生产绿化结构土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用淤泥生产绿化结构土的方法，先按干重比量取碎石砾：淤泥＝4～5:1质量比，然后加入联结剂和土壤调理剂，联结剂的加入量为碎石砾质量的0.02～0.05％，土壤调理剂的加入量为淤泥体积的0～10％，混合均匀，得到绿化结构土，经测定该绿化结构土各理化性质均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，并且测得碎石砾的孔隙空间百分比为40～55％，符合结构土对碎石砾间孔隙要求。本发明工艺简单，变废为宝，不仅能为淤泥处理处置寻找一条新的途径，同时得到的绿化结构土满足城市硬质路面的承载要求和绿化过程中植物根系的生长，可广泛用于人行道、公共广场、商业街、露天停车场等硬质路面绿化，具有很好的社会、经济和生态环境效益。

Description

一种用淤泥生产绿化结构土的方法

技术领域

本发明涉及一种用淤泥生产绿化结构土的方法，具体是用淤泥、碎石块、联结剂和调理剂在最佳配比下混合，制成一种既满足硬质路面的承载要求，同时又能满足植物根系地下环境生长需求的特殊土壤——绿化结构土。属于城市绿化和市政建设、城市淤泥处理处置以及资源化利用技术领域。

背景技术

绿化结构土是一种既满足硬质路面的承载要求，同时又能满足植物根系地下环境生长需求的特殊土壤。针对硬质路面的特殊环境绿化，上世纪九十年代末，一种适合硬质路面等严重压实下的绿化用结构土在园艺发达国家开始应用，如砂基结构土(SBSS)、康奈尔大学研制的CU-结构土以及James Urban等公司研制的有机矿质土为填充土的悬承路面等技术。这些都是适合硬质路面等严重压实下的绿化用结构土，但是不同国家有不同的应用技术，例如砂基结构土是利用粗砂和土壤按一定比例混合，其中粗砂起承重作用，土壤起提供植物水分和养分作用，另外还可以利用少量的土壤调理剂来调理土壤的理化性质使之更适宜植物生长。而康奈尔大学研制的CU-结构土是由石块和土壤混合而成，其中石块规定用有棱角的花岗岩，以保证足够的空间，土壤含量在20％左右，以壤土或粘壤土为宜。荷兰阿姆斯特丹则使用91％的中砂粒，5％有机物和4％的黏土，取得较好效果。在法国还根据树种不同，使用石灰石、酸性材料、小鹅卵石等不同材料和农业用土按照一定比例来生产结构土。总之，不同国家采用不同原料生产的结构土种类也不同，主要根据当地植物生长需求以及取材方便进行。

作为城市景观的重要组成部分，并承担着防洪、蓄洪和泄洪的重要作用的河道、湖泊、池塘，这些水体中淤泥容易沉积，导致水体面积减少，蓄水能力下降，为此，我国每年各种水体清淤的工程浩大。如珠江三角洲每年产生的疏浚淤泥达8000万m³，杭州西湖1999年疏浚淤泥量高达260万m³，而2000～2003年期间，上海整治河道疏浚的淤泥总量高达1亿m³。由于淤泥存在脱水、固化等困难，淤泥的处理处置已成为我国城镇化发展中面临的难题。

目前，处理淤泥主要有海洋倾倒、土地填埋、肥料化、能源化和建材化。其中肥料化是作为一种传统利用方式，在上世纪六、七十年代比较盛行，随着化肥利用率提高，淤泥肥料化逐渐被大家所淡忘，而且淤泥如果作为肥源直接施于地表不进行覆盖，本身有一定的味道也会影响周边环境；海洋倾倒由于污染海洋已被禁止；土地填埋由于侵占大量土地同时处理不当还可能存在污染地下水等弊端也不宜提倡；随着循环经济理念的发展，淤泥的资源化利用被大家所倡导，例如利用淤泥制作陶粒、砖块等建筑材料，但由于前期需要脱水、固化等处置，处理成本较高，使推广应用受到限制。

另一方面，中国正处于城市化快速扩张阶段，随着城市开发，原先天然的透水性地面逐渐被建筑物和基础设施所覆盖，城市硬质路面面积逐渐增加，尤其是人行道、公共广场、居民生活小区的步行道，大型建筑周边及停车场等的增加，提供给植物生长的空间越来越小。许多植物在这种城市环境下不能健康生长，其寿命远远低于它们在自然环境下的寿命。另外，种在人行道等硬质路面的种植穴的植物根系由于无法穿透树坑外密实土层而发生了畸形生长，畸形生长不仅导致人行道铺装破坏性拱起，还造成对公共实施的破坏和财产的损失，影响了城市景观效果。还有，城市硬质路面种植穴的植物根系畸形生长和分布特性的改变也造成了树木的生长缓慢、根系发育退化、根系过浅等问题，不仅降低了根系吸收深层水分和营养能力，同时使根系的固着力减弱，一旦遇到大风、暴雨等异常天气就容易折断、倒伏而危害建筑设施，并对人群的安全构成危害。

总之，在我国，一方面城市绿化特别是硬质路面绿化植物生长不佳已成为我国城市化中亟待解决难题，即我国硬质路面绿化种植技术和城市绿化生态景观急需提升；另一方面每年水体清淤产生的大量淤泥也面临处理处置的难题。因此我们针对淤泥具有的粘粒和养分含量高的特点，在我国传统利用淤泥作为肥源的土地利用方式基础上，和碎石砾一起研制生产绿化结构土，为我国城市绿化提供一种新的结构土材料，同时也为淤泥的处置寻找一种处置成本低、工艺简单、易行的再利用方式。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种用淤泥研制生产绿化结构土的方法，具体是通过对淤泥理化性质分析，找寻与之匹配的材料，以及最佳配比进行研制，从而得到的一种既能满足路面承载要求，又能满足植物生长环境的绿化用结构土。

为了达到上述目的，本发明选择了不同来源的淤泥，在掌握淤泥基本特性基础上，确定淤泥与不同粒径大小的碎石砾最佳配比，并添加适量的聚丙烯酰胺钾盐来吸收淤泥中多余的水分，聚丙烯酰胺钾盐遇水后变为水凝胶，通过水凝胶将碎石砾和淤泥黏合，防止在使用过程中土、石分离。经过大量研制试验和测定分析，结合应用试验观察植物根系的生长状况，研制得到了绿化结构土。

具体工艺步骤如下：

先按照干重比量取碎石砾：淤泥＝4～5:1质量比，然后再依次加入联结剂和土壤调理剂，混合均匀，得到绿化结构土，经测定，该绿化结构土各理化性质均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，并且测得碎石砾的孔隙空间百分比为40～55％，符合结构土对碎石砾间孔隙要求；

上述淤泥为城市河道、湖泊和池塘的疏浚淤泥，粘粒含量>20％；

上述碎石砾为市售的粒径为2～7cm碎石砾；

上述联结剂为市售粉末状聚丙烯酰胺钾盐，具体为市售丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物；联结剂的加入量为碎石砾质量的0.02～0.05％；

上述土壤调理剂是根据淤泥的理化性质及对绿化结构土要求，选择添加材料的种类和添加量，以使得到的绿化结构土达到国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，添加材料的种类是pH调理剂和有机质调理剂；其中，pH调理剂分两类，一类为降低淤泥pH的过磷酸钙，或柠檬酸，或硫磺；另外一类为提高淤泥pH的石灰；pH调理剂的加入量以满足绿化结构土pH＝7.0～8.0为准；有机质调理剂是草炭、复合肥料、有机基质或有机肥，有机质调理剂的加入量为淤泥体积的0～10％。

所述粒径为2～7cm碎石砾是不规则、有棱角的碎石砾，其中大于7cm的石砾或小于2cm的石砾为全部碎石砾体积的90-100％。

本发明具有以下优点及效果：

1.由于本发明的绿化结构土由碎石砾和淤泥构成，其中取自城市河道淤泥替代土壤被填充在碎石砾中间，淤泥不但自身含有丰富的有机质和营养矿质元素，而且具有良好的保水和持水能力，能提供植物良好生长所需要的水肥环境，因此既降低了绿化成本，又促进了淤泥的资源化利用，符合循环经济发展理念。

2.本发明利用碎石砾起承重作用，能够满足硬质路面上行人或机械对路面的压实，即在压实时能保证路面不下陷，维护硬质路面的路况，同时碎石之间孔隙能提供植物根系生长足够空间，因此本发明不仅可以满足城市硬质路面对地基的承载要求，同时还满足植物根系对地下环境的需求，提高了城市特殊环境下的绿化质量。

3.本发明原材料淤泥取材方便，而且在研制结构土的过程中，减少了脱水等前处置环节，相对淤泥其他利用方式，节省了淤泥的处置成本，工艺简单，推广容易，适合大规模生产，能够满足城市硬质路面的快速绿化用土需求。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

用河道淤泥研制绿化结构土。

1)原材料准备：

(1)碎石砾从建材公司购买，碎石砾选择形状不规则、有棱角的，通过振动筛筛选后粒径在2～7cm的占碎石砾总体积的百分比为98.14％。碎石砾孔隙度(碎石砾间所有孔隙占的体积与碎石砾总体积的比值)为45.31％。

(2)淤泥取来自上海市淀浦河底，淤泥含水量在72％左右，其粘粒含量为61.7％，pH＝7.66，有机质为17.76mg/kg，阳离子含量为18.13cmol(+)/kg。

(3)联结剂购自AMEREQ公司生产的丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物。

(4)由于淤泥测定结果显示pH为中性偏碱性，有机质含量较高，因此就不用土壤调理剂。

2)结构土研制

先量取碎石砾：淤泥＝5:1质量比，联结剂用量为1kg碎石砾添加0.5g联结剂(由于淤泥含水量比较高，在72％左右，因此碎石砾和联结剂均适当提高用量)。将碎石砾和淤泥混合均匀，将联结剂加入其中，混合，得到含水量为7.72％的绿化结构土。将绿化结构土在防水防晒条件下进行保存，备用。

对制备的绿化结构土进行理化性质的测定，测定结果见表1。

表1  结构土理化性质

表1中结构土土壤的各理化性质均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，并测得碎石砾的孔隙空间百分比为42.24％，符合结构土对碎石砾间孔隙要求

3)结构土用于栽种行道树。

将制备的绿化结构土用于上海国际旅游度假区一段人行道，人行道两旁种植香樟。先在1.2×1.2m香樟树穴的四周继续挖大树穴到2.2×2.2m，在种植香樟前先在树穴外围1m的范围内铺放结构土并压实，预留1.2×1.2m的空间用于香樟种植，香樟种植同传统的种植方式一致。种植后半年，现场观察到使用绿化结构土的香樟的发叶和抽枝情况明显大于未使用绿化结构土的，并且路面完好无损，而未使用绿化结构土的香樟相对长势欠佳，发叶和抽枝少。

实施例2

用池塘淤泥研制绿化结构土。

1)原材料准备：

(1)碎石砾从建材公司购买，碎石砾选择形状不规则、有棱角的，通过振动筛筛选后粒径在2～7cm间占的百分比为98.14％。碎石砾孔隙度(碎石砾间所有孔隙占的体积与碎石砾总体积的比值)为48.24％。

(2)淤泥取来自上海植物园内池塘清淤后淤泥，淤泥含水量在84.9％左右，其粘粒含量为48.7％，pH＝8.23，有机质为13.76mg/kg，阳离子含量为15.41cmol(+)/kg。

(3)联结剂购自AMEREQ公司生产的丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物。

(4)由于淤泥的pH比较高，同时有机质含量偏低，因此在淤泥中添加了10％(体积百分比)草炭。草炭取自东北辽宁，pH为5.38，有机质为70.68％。

2)结构土研制

由于淤泥含水量比较高，在84.9％左右，因此碎石砾和联结剂均适当提高用量，其中碎石砾：淤泥＝5:1质量比，联结剂用量为1kg碎石砾添加0.5g联结剂；将碎石砾、淤泥、草炭、联结剂混合均匀，得到含水量为15.45％的绿化结构土。将绿化结构土在防水防晒条件下进行保存，备用。

对制备的绿化结构土进行理化性质的测定，测定结果见表2，各理化性质均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，并测得碎石砾的孔隙空间百分比为45.38％，符合结构土对碎石砾间孔隙要求。

表2  结构土理化性质

3)结构土用于广场行道树种植。

将制备的绿化结构土用于上海迪士尼外围的小广场中景观树种种植。先在1.2×1.2m树穴的四周继续挖大树穴到2.5×2.5m，在种植香樟前先在树穴外围1.3m的范围内铺放结构土并压实，预留1.2×1.2m的空间用于种植植物，种植的树种为广玉兰，种植同传统的种植方式一致。种植后半年，在现场观察到使用绿化结构土的广玉兰的发叶和抽枝情况明显大于未使用绿化结构土的，而未使用绿化结构土的广玉兰发叶少。挖开在广场边缘地带使用和不使用结构土的广玉兰树穴观察根系生长情况，发现使用结构土的广玉兰发出新根数量较多，且根系为鲜亮的白色，说明透气性好，植物根系生长正常；而没有使用结构土的广玉兰新发根数量少，有些根系为棕黑色，有些根系已经萎缩，说明植物根系生长收到抑制。

总之，一般情况下，上海淤泥pH在8.0以上，因此需要添加过磷酸钙、柠檬酸或硫磺，将pH降到8.0以下，以满足绿化种植要求。相对来说，石灰等提高pH的调理剂在上海地区不大使用的，可能南方地区或土壤酸化地区是需要使用的。如果有机质含量不高，养分不够，使用有机肥作为调理剂能同时提高有机质和养分含量，但相应的pH也升高，因此相应降低pH的调理剂用量要增加，以使绿化结构土的pH和有机质含量均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准。

Claims (2)

1.一种用淤泥生产绿化结构土的方法，其特征在于：先按照干重比量取碎石砾：淤泥＝4～5:1质量比，然后依次加入联结剂和土壤调理剂，混合均匀，得到绿化结构土，经测定该绿化结构土各理化性质均符合国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，并且测得碎石砾的孔隙空间百分比为40～55％，符合结构土对碎石砾间孔隙要求；

上述淤泥为城市河道、湖泊或池塘的疏浚淤泥，粘粒含量>20％；

上述碎石砾为市售的粒径为2～7cm碎石砾；

上述联结剂为市售粉末状聚丙烯酰胺钾盐，具体为市售丙烯酰胺-丙烯酸钾共聚物，联结剂的加入量为碎石砾质量的0.02～0.05％；

上述土壤调理剂是根据淤泥的理化性质，选择添加材料的种类和添加量，以使得到绿化结构土达到国家城镇建设行业《绿化种植土壤》(CJ/T340-2011)标准，添加材料的种类是pH调理剂和有机质调理剂；其中，pH调理剂分两类，一类为降低淤泥pH的过磷酸钙，或柠檬酸，或硫磺；另外一类为提高淤泥pH的石灰；pH调理剂的加入量以满足绿化结构土pH＝7.0～8.0为准；有机质调理剂是草炭、复合肥料、有机基质或有机肥，有机质调理剂的加入量为淤泥体积的0～10％。

2.根据权利要求1所述的一种用淤生产制绿化结构土的方法，其特征在于：所述的碎石砾是不规则、有棱角的碎石砾，其中大于7cm的石砾或小于2cm的石砾为全部碎石砾体积的90-100％。