CN104893742A - 一种园林沙化土壤结构改良剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种园林沙化土壤结构改良剂，由城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸、磷二铵、农用稀土、钙基膨润土组成。园林沙化土壤结构改良剂彻底解决了直接将污泥用于园林沙化土壤，养分含量低、病原体微生物多、气味臭、不便于运输和贮存等诸多难题。

Description

一种园林沙化土壤结构改良剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种园林沙化土壤结构改良剂及其制备方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，中国城市污水污泥的数量也在急剧增加，我国每年排放的干污泥约为5.0×10⁶t。大量的污泥因无稳定合理的处置出路，侵占人们本来就紧张的生活空间，并造成二次污染。因此，污泥问题已经引起世界各国政府的高度重视，污泥处理与利用技术的研究也成为专家学者关注的重要环保课题。

目前，国内外对污泥的处理处置方法主要包括填埋、焚烧、土地利用和污泥农用以及用作建材等。在美国，污泥已广泛被用作肥料和土壤改良剂，其污泥土地利用的比例也从1989年的42%上升至2010年的55%。欧盟对污泥的处置超过1/3为农用，而欧洲各个国家也制订了适合本国国情的污泥处置技术路线。目前丹麦和法国主要以污泥农用为主，爱尔兰、葡萄牙等国污泥农用的比例也逐步增加。日本制定了大区域污泥处理处置和资源化利用的ACE计划，将污泥的土地利用列为首先。

中国科学院地理科学与资源研究所郭广慧2006年从全国选取98个城市污泥样品，对其养分含量进行了测定，有机质、全氮、全磷、全钾的平均含量分别为280、29.6、22.2和5.83g/kg,且全氮和全磷含量显著高于猪粪、牛粪和鸡粪。因此，用污泥作土壤改良剂其养分含量是肯定的。陈同斌团队对国内外报道中国城市污泥重金属含量的文献（2006-2013年）进行了整理分析，研究发现中国城市污泥中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni的平均含量依次为283.5, 78.0, 925.7, 5.8, 2.8, 15.7, 136.9, 63.6mg/kg,而我国城市污泥土地利用标准GB4284-84（pH≥6.5）Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni的平均含量依次为500, 1000, 1000, 20, 15, 75, 1000, 200 mg/kg，均未超标；同时，该团队对不同地区（华东、华南、华中、华北、西北、西南、东北）的城市污泥重金属含量进行了比较分析，研究发现本发明所在的西北地区污泥中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni的平均含量依次为193.6, 101.9, 551.7, 3.7, 0, 0, 186.5, 37.7 mg/kg，也均未超标。这一统计数据基本代表我国城市污泥中重金属含量的范围，但是由于部分数据是较早以前的分析结果，这些重金属含量数据比目前的偏高。因此，可以说将城市污泥应用于土地利用是安全的，尤其应用于园林绿化土壤不存在任何风险。

本发明人于2010年先后对兰州、白银、会宁等多个县（市）污水处理厂进行了调研，在调研过程中偶然发现污泥中含有70%以上的聚丙烯酰胺，这正是本发明所要挖掘的兴趣所在。众所周知，聚丙烯酰胺是一种高分子化合物，对沙化土壤具有很好的保水保肥效果，但因其价格较高，很难在生产中大面积推广应用。另外，由于污泥含有臭味、含有很多的病原微生物和部分有机污染物及重金属、不便于运输，很难被真正的应用于土壤改良上来。为此，在调研过程中本发明人设想，如果将城市污泥进行无害化处理，充分利用其含有较高的聚丙烯酰胺改良沙化土壤结构该多好啊！

基于此，本发明人对污泥中的重金属含量进行了文献调研，在确认其土地利用安全的基础上，在实验室和温室开展了一系列的污泥发酵工艺优化和配方筛选试验，在园林绿化带上进行了验证，最终成功研制出了一种园林沙化土壤结构改良剂，解决了直接将污泥应用含有臭味、不便于运输、病原微生物含量较高等诸多难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种园林沙化土壤结构改良剂；

本发明的另一目的是提供上述改良剂的制备工艺；

本发明的又一目的是提供上述改良剂的应用方法。

本发明的目的通过以下技术方案来具体实现：

    一种园林沙化土壤结构改良剂，由城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸、磷二铵、农用稀土、钙基膨润土组成。

    作为优选方案，上述的园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥50～80份、泥炭6～20份、牛粪5～20份、腐殖酸2～15份、磷二铵2～15份、农用稀土0.05～5份、钙基膨润土0.1～5份。

    进一步优选的，上述的园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥60份、泥炭10份、牛粪15份、腐殖酸8份、磷二铵5份、农用稀土0.5份、钙基膨润土1.5份。

 上述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法堆发酵至肥中的有机物就大部分形成腐殖质，即可；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

其中，步骤2）如果堆肥的温度骤然下降，则应及时补充水分，待堆肥的温度降低到40 ℃以下时，高温堆肥中的有机物就大部分形成腐殖质了，表明此步骤完成。其目的是去除污泥的臭味、病原微生物和部分有机污染物。

优选的，所述步骤2）中发酵的温度为20～70 ℃，进一步优选55℃。

优选的，所述步骤2）中发酵5-15 天，当堆肥出现温度骤然下降的情况时，及时补充水分。

优选的，所述步骤2）中采用半坑式堆积法物料的铺设顺序为：先铺一层泥碳，再铺一层牛粪，然后盖一层腐植酸，最后再盖一层城市污泥，堆积。

   上述的园林沙化土壤结构改良剂的使用方法，采用以下施用方法：

   ①基施：在园林苗木种植前，在地表均匀撒施400-1000kg/亩沙化土壤结构改良剂后，深翻后，把地表耙平即可移栽或种植苗木；

②追施：在苗木生长期，每次灌水前在苗木根部撒施100-200kg/亩沙化土壤结构改良剂，灌水即可。

土地沙漠化是当今世界人类共同面临的一个重大环境及社会问题，是地球的癌症，对我国的危害也十分惊人。因此，将城市污泥用于沙化土壤进行结构改良，可以促进人与自然的和谐发展，具有非常重要的科学意义。

但是由于污泥的化学成份十分复杂，含有病原体、重金属和有毒有害有机污染物等有害成份，制约着污泥的资源化利用。鉴于此，本申请人围绕污泥生产沙化土壤结构改良剂进行了多年的试验研究，对污泥生产改良剂的配方及其生产工艺进行了优化筛选，成功筛选出了园林沙化土壤结构改良剂。

砂质土壤一般砂粒含量在55%以上，俗语叫沙化土壤，其土壤肥力的典型特征是蓄水力弱，养分含量少，保肥力较差，土温变化较快，但通气性和透水性良好。由于砂质土含砂粒多，粒间孔隙一般较大，因之水分很容易渗入。为此，本改良剂主要针对砂质土壤的特点，利用污泥中的高分子化合物提供蓄水保墒能力；利用污泥中粘粒含量较高弥补砂质土壤粘粒含量较低的缺点；利用泥碳、牛粪、腐植酸和磷二铵改善砂质土壤养分贫瘠的状况；利用农用稀土促进植物生长。因此，可以说该改良剂主要是针对沙化土壤的特点“量体定做”的，该改良剂适合于所有的沙化土壤，但在本发明中将其应用范围缩小界定于“园林沙化土壤”，主要目的是将其环境风险降低最小。

本发明研制的沙化土壤结构改良剂在甘肃省劳教二所和兰州新区园林绿化带沙化土壤试验结果表明：施用沙化土壤结构改良剂400-800kg/亩，种植绿化带的早熟禾和白三叶草生长量和密度迅速增加，金叶女贞和紫叶小檗的新梢平均生长量分别较对照增加5.4cm和8.8cm，且灌水后耕层土壤渗水系数较对照减小0.42±0.16mm/min。因此，从以上研究中可以看出，园林沙化土壤结构改良剂可以明显促进植被生长，抑制沙化土壤渗水速率较快的问题。

需要说明的是本改良剂适合于沙化土壤上的任何植被。理由是该改良剂是一种有机无机复合体，主要以有机成份为主，所以适合于沙化土壤上种植的任何植物群体，一般不会因施用量太大（≤2000kg/亩）而对植被生长造成危害。 另外将其用于园林沙化土壤，一方面草本植物对污泥中的重金属有不同程度的吸收，另一方面，草本植物根系分泌大量的有机酸，对重金属有活化作用，促进植物的吸收。

因此，本项发明具有变费为宝和价格低廉的特点，非常适合园林沙化土壤大面积推广，前景十分广阔。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

    园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥60份、泥炭10份、牛粪15份、腐殖酸8份、磷二铵5份、农用稀土0.5份、钙基膨润土1.5份。

上述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法，先铺一层城市污泥，再铺一层腐植酸，然后盖一层牛粪，最后再盖一层泥碳堆积，50 ℃发酵12天，其目的是去除污泥的臭味、病原微生物和部分有机污染物；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

实施例2：

   园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥50份、泥炭20份、牛粪5份、腐殖酸15份、磷二铵2份、农用稀土5份、钙基膨润土0.1份。

    上述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法，先铺一层腐植酸，再铺一层泥碳，然后盖一层牛粪，最后再盖一层城市污泥堆积。70 ℃发酵5天，其目的是去除污泥的臭味、病原微生物和部分有机污染物；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

实施例3：

    园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥80份、泥炭6份、牛粪20份、腐殖酸2份、磷二铵15份、农用稀土0.05份、钙基膨润土5份。

    上述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法，先铺一层牛粪，再铺一层泥碳，然后盖一层腐植酸，最后再盖一层城市污泥堆积。30 ℃发酵10天，其目的是去除污泥的臭味、病原微生物和部分有机污染物；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

实施例4：

    园林沙化土壤结构改良剂，由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥70份、泥炭18份、牛粪15份、腐殖酸7份、磷二铵11份、农用稀土0.2份、钙基膨润土2.5份。

    上述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法，先铺一层城市污泥，再铺一层泥碳，然后盖一层牛粪，最后再盖一层腐植酸堆积。20 ℃发酵15天，其目的是去除污泥的臭味、病原微生物和部分有机污染物；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种园林沙化土壤结构改良剂，其特征在于：由城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸、磷二铵、农用稀土、钙基膨润土组成。

2.根据权利要求1所述的园林沙化土壤结构改良剂，其特征在于：由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥50～80份、泥炭6～20份、牛粪5～20份、腐殖酸2～15份、磷二铵2～15份、农用稀土0.05～5份、钙基膨润土0.1～5份。

3.根据权利要求2所述的园林沙化土壤结构改良剂，其特征在于：由如下各配方组分按重量份比例构成：城市污泥60份、泥炭10份、牛粪15份、腐殖酸8份、磷二铵5份、农用稀土0.5份、钙基膨润土1.5份。

4.根据权利要求1至3任一项所述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：

1）将城市污泥晾晒干化，粉碎备用；

2）将步骤1）所得的城市污泥、泥炭、牛粪、腐殖酸按比例称取，采用半坑式堆积法堆发酵至肥中的有机物就大部分形成腐殖质，即可；

3）将步骤2）所得的混合物经半湿物料粉碎机粉碎混合，加入配方量的磷二铵、农用稀土、钙基膨润土，经搅拌机搅拌，再进入造粒机造粒，烘干筛分包装即得成品。

5.根据权利要求4所述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中发酵的温度为20～70 ℃，优选55℃。

6.根据权利要求4所述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中发酵5-15 天，当堆肥出现温度骤然下降的情况时，及时补充水分。

7.根据权利要求4所述的园林沙化土壤结构改良剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中采用半坑式堆积法物料的铺设顺序为：先铺一层泥碳，再铺一层牛粪，然后盖一层腐植酸，最后再盖一层城市污泥，堆积。

8.根据权利要求1至3任一项所述的园林沙化土壤结构改良剂的使用方法，其特征在于：采用以下施用方法：

   ①基施：在园林苗木种植前，在地表均匀撒施400-1000kg/亩沙化土壤结构改良剂后，深翻后，把地表耙平即可移栽或种植苗木；

    ②追施：在苗木生长期，每次灌水前在苗木根部撒施100-200kg/亩沙化土壤结构改良剂，灌水即可。