CN105594499A - 一种低影响开发和景观用的生长介质及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低影响开发和景观用的生长介质及其制备方法和应用，所述生长介质按质量份数由以下原料组成：粗砂55～65%；椰糠10～20%；脱水污泥20～30%；独居石砂5～15%；其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率不高于50%；所述独居石砂中镧化物的含量不低于25%；本发明利用城镇污水厂难以处置的污泥制造出低影响开发所需的生长介质，使难于处置的城镇污水处理厂产生的污泥变废为宝；本发明提供的生长介质既可以保水、保肥，使营养物不随雨水径流释放，又有足够的渗透率，可以满足多种景观植物的生长条件。

Description

一种低影响开发和景观用的生长介质及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及环境工程领域，具体涉及一种低影响开发和利用的生长介质及其制备方法和应用，所述生长介质尤其适用于制造绿色屋顶、雨水花园、生态排水系统、景观种植。

背景技术

低影响开发技术（LID）是二十世纪九十年代末由美国西雅图、波特兰和马里兰州的乔治-王子县率先开发的一种暴雨管理技术，其原理是通过小型的、分散的工程手段，利用复合土壤和特定植物的保水、入渗、蒸腾来消减暴雨径流的峰值和流量，从源头上控制暴雨径流和由径流产生的面源污染，从而使开发地区尽量接近于开发前的自然水文循环状态。这是一种以生态系统为基础，从径流源头开始的暴雨管理方法。

低影响开发技术的基本原料之一就是具有保水性高、渗透能力强、有机质释放慢的复合土。现有技术中的生长介质主要有四种形式的：一是以腐殖土为基本原料的生长介质：国外的雨水花园、雨水花坛、生物植草沟等生物滞留设施（Bioretention）的复合土通常都是由腐殖土、砂粒和种植土混合配制而成。采用腐殖土的目的是为了增加复合土的孔隙率、提供植物生长所需的营养。但是美国华盛顿州LID设施多年的监测表明，由腐殖土混合而成的复合土仅仅能削减径流中的悬浮物，但增加了磷、氮的释放，成为二次污染源；二是以泥炭为基本原料的生长介质：由于腐殖土中的营养物随着雨水径流释放到收纳水体，国外一些地区将腐殖土换为泥炭，虽说泥炭可以保持一定的营养物供植物吸收，基本上不外排磷、氮，但是泥炭属于不可再生的自然资源，很多地区都禁止开采泥炭，所以采用泥炭显然是不可持续的一种介质；三是以沙土为基本原料的生长介质：由于腐殖土里的营养物会随着雨水径流释放出来，污染地下水和河湖，所以一些地区采用以沙土为基本原料的生长介质，例如美国的新英格兰地区就采用80%的粗砂和20%的种植土混合，这种混合大大限制了植物选择，对景观效果产生了一些影响；四是以种植土为基本原料的生长介质：由于LID技术引入国内不久，还没有形成规范，所以在建造雨水花园、生物植草沟等LID生物滞留设施时，往往过分强调景观效果，为了景观植物的存活，在生物滞留的种植土中加入肥料，这些肥料随着径流渗入地下水或通过盲管排入河道、湖泊，加重了地下水污染和河湖的富营养化。因此，仍需寻求一种固磷、除氮，减少二次污染、可持续发展的生长介质。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低影响开发和景观用的生长介质，本发明利用城镇污水厂难以处置的污泥制造出低影响开发所需的生长介质，使难于处置的城镇污水处理厂产生的污泥变废为宝；本发明通过将脱水污泥、粗砂、椰糠和独居石砂组合起来制备得到的生长介质既可以保水、保肥，使营养物不随雨水径流释放，又有足够的渗透率，可以满足多种景观植物的生长条件。

本发明的另一目的在于提供上述低影响开发和景观用的生长介质的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述低影响开发和景观用的生长介质在雨水花园、雨水花坛、生物植草沟、绿色屋顶和园林景观种植中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用脱水污泥制造低影响开发和景观用的生长介质，所述生长介质按质量百分数由以下原料组成：

粗砂55～65%；

椰糠10～20%；

脱水污泥20～30%；

独居石砂5～15%；

其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率不高于50%；所述独居石砂中镧化物的含量不低于25%。

本发明选用含有镧化物的独居石砂，镧化物能够与污泥中的磷酸根反应，生成溶解度极低的难溶磷酸镧，并附着在介质颗粒载体上，其性能十分稳定，因而可使污泥中的磷长期固化在介质中，供植物吸收生长；另外镧化物也可以和雨水径流中的磷反应，生成难溶解的磷酸镧后沉淀在生长介质中，形成难溶的磷酸盐，不产生二次释放污染；本发明的组分中含有的椰糠遇水后可以膨胀到原体积的3～4倍，水分蒸腾后又可恢复到原来体积，这一胀一缩造成介质中的孔隙率变化，形成一个好氧厌氧过程，为生物除氮提供了一个很好的好氧和厌氧条件，以便将污泥和雨水径流中的氮生成氮气而除去；本发明中的粗砂除了有过滤吸附作用外，还能够使得生长介质的渗透率达到150mm/小时，而土壤的渗透率一般只有20～30mm/小时，椰糠的使用显著地提高了生长介质的保水作用；本发明提供的生长介质特别适用于作为低影响开发和景观绿化用的生长介质，具有很大意义和实用价值。

城镇污水处理厂产生的污泥含有氮、磷、钾等有机质和各种微量元素，是植物生长最好的有机肥料，但国内污泥含水率高，一般在75～99%范围之内，而且不稳定、易腐败、有恶臭；有些污泥还含有病原微生物等致病物质，铜、锌、铬等重金属，以及多氯联苯、二噁英等难降解有毒有害物质，是资源化的一大障碍；现有技术中有一些对污泥进行除臭处理的技术，其目的是变废为宝，增加污泥的利用价值。

在本发明中，可以通过本领域通用的任意生物处理方法对城镇污水处理厂的污泥进行处理，只要能够使得经过处理后的污泥实现除臭和氧化稳定，并将污泥的含水率不高于50%即可。发明人发现对处理厂的污泥进行生物除臭和氧化稳定处理、将脱水污泥的含水率控制在50%之后，将其与粗砂、椰糠和独居石砂混合，能充分利用污泥中含有的氮、磷、钾等有机质和各种微量元素，其可以作为植物的生长介质，提高了污泥的利用价值。

生物除臭是污泥除臭技术中的一种常用技术，本发明选用的生物催化剂是结合了广谱复合酶、非离子型表面活化剂和无机营养物的生物激活剂，其不会带来外来菌种，产生环境安全问题。同时发明人发现，当所述生物催化剂的组成为30～55wt%的广谱复合酶、15～20wt%的表面活性剂和15～20wt%的食品级尿素，余量为水时对污泥的催化效果更好；最为优选地为，所述生物催化剂含有30wt%的广谱复合酶、20wt%的表面活性剂和15wt%的食品级尿素，余量为水。

广谱复合酶能够对脱水污泥进行除臭和氧化稳定，并能迅速将污泥中大分子有机物分解成便于微生物吸收利用的小分子有机物，刺激土著微生物生长繁殖，强化微生物分解功能，另外这些广谱复合酶还能够迅速分解氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有毒化合物，广谱复合酶中含有的还原酶还可以将重金属固化在污泥中，转化为不易溶解、迁移和毒性小的形式；生物催化剂中含有的表面活性剂能够促使粘土颗粒中的水分的排出，使复合生物酶能够方便渗透至粘土颗粒内产生催化作用，较为优选地，所述表面活性剂为食品级烷基聚葡糖苷表面活性剂；发明人在实验过程中还发现广谱复合酶的渗透性较差，为提高效果，需要加入尿素使复合酶能够迅速渗入粘土颗粒内，并且尿素还可以为微生物提供营养。

发明人在实验过程中还发现当所述广谱复合酶至少含有还原酶、淀粉酶、纤维素酶、酯酶、脂肪酶、木质酶、蛋白酶、尿素酶和木聚糖酶时，对污泥的处理效果最好；更为优选地，所述广谱复合酶的商品牌号为涤尔污水处理酶。

优选地，所述独居石砂中镧化物的含量为25～38%。

本发明还提供了上述利用脱水污泥制造低影响开发和景观用的生长介质的制备方法，具体包括如下步骤：

S1：将脱水污泥在处理场地上摊开形成泥层；

S2：将生物催化剂用水按比例稀释，然后喷洒到步骤S1处理后的泥层中；

S3：步骤S2的泥层每天翻动一次，连续翻动5～7天；

S4：将步骤S3中经过翻动的污泥粉碎，过筛；

S5：将椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时放在场地上自然晾干；

S6：将步骤S4所得污泥、步骤S5所得椰糠、配方中的粗砂和独居石砂搅拌混合、装袋。

优选地，将步骤S1中的脱水污泥摊开形成15～20㎝厚的泥层。

优选地，步骤S2中的所述生物催化剂的浓度为5～10ml/L，可以选用计量泵或其它喷洒设备喷洒在摊开的泥层中。

在本发明中，步骤S3中，可选用翻土机对泥土进行翻动，连续翻动5～7天，其目的是增加接触氧化，加速污泥的稳定化和除臭。

优选地，步骤S4中，将粉碎后的泥块送入200㎜振动筛进行筛选，大于200㎜的泥块再送回粉碎机粉碎。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明选用生物方法对污泥进行处理，将污泥中的有机污染物、油脂等有害成分快速、有效并安全地进行了降解，保留了污泥中的磷、钾等有机质和各种微量元素，并且减少了污泥的臭味并增强了污泥的脱水性，实现了污水处理厂的污泥的利用，减少了污泥的出产量；本发明以粗砂、脱水污泥、椰糠和含镧化物的独居石砂制备得到的生长介质既可以使磷等营养物质不随雨水径流流失，起到保肥的作用、使营养物不随雨水径流释放，又具有足够高的渗透率，起到保水的作用；本发明提供的生长介质可以满足多种景观植物的生长条件。

附图说明

图1、2为实施例1提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为70cm；

图3、4为实施例1提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为40cm；

图5、6为实施例2提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为70cm；

图7、8为实施例2提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为40cm；

图9、10为实施例3提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为70cm；

图11、12为实施例3提供的生长介质用于种植景观植物的生长图，所述生长介质的厚度为40cm。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。所述广谱复合酶的商品牌号为涤尔污水处理酶，其购自美国西雅图环境科技公司，下述实施例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，其它原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。

实施例1

一种利用脱水污泥制造低影响开发和景观用的生长介质，所述生长介质按质量份数由以下原料组成：

粗砂60%；

椰糠15%；

脱水污泥20%；

独居石砂5%；

其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率为40%；所述独居石砂中镧化物的含量为28%。

所述脱水污泥的生物除臭和氧化稳定的处理方法如下：

（1）将50%含水率的脱水污泥在处理场地上摊开，形成15～20公分厚的泥层；

（2）将复合酶按比例与水稀释，复合酶的浓度为5ml/L，用计量泵或其他喷洒设备喷洒在摊开的泥层中；

（3）泥层每天用翻土机翻动一次，连续翻动5～7天，其目的是增加接触氧化，加速污泥的稳定化和除臭。

所述生长介质的制备方法如下：

（1）将经过生物除臭和氧化稳定的污泥送入粉碎机将大块泥块破碎；

（2）将粉碎后的泥块送入200mm振动筛进行筛选，大于200mm的泥块再送回粉碎机粉碎；（3）椰糠用水浸泡，等体积膨胀到3～4倍时放在场地上自然晾干；

（4）将20%的颗粒小于200mm的污泥、60%的粗砂（河砂、海砂），15%的椰糠和5%含有25～38%镧化物的独居石砂送入搅拌机进行混合；

（5）混合后的介质进行装袋。

实施例2

一种利用脱水污泥制造低影响开发和景观用的生长介质，所述生长介质按质量份数由以下原料组成：

粗砂50%；

椰糠15%；

脱水污泥25%；

独居石砂10%；

其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率为40%；所述独居石砂中镧化物的含量为35%。

本实施例脱水污泥的处理方法和生长介质的制备方法同实施例1，本实施例中，所述复合酶的浓度为8ml/L。

实施例3

一种利用脱水污泥制造低影响开发和景观用的生长介质，所述生长介质按质量份数由以下原料组成：

粗砂55%；

椰糠10%；

脱水污泥30%；

独居石砂5%；

其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率为40%；所述独居石砂中镧化物的含量为35%。

本实施例脱水污泥的处理方法和生长介质的制备方法同实施例1，本实施例中，所述复合酶的浓度为10ml/L。

将实施例1～3制备得到的生长介质用于种植各种植物，植物的长势情况具体可参看说明书附图1～12。

实施例1～3选用生物催化剂对城镇污水处理厂的污泥进行处理，将污泥中的有机污染物、油脂等有害成分快速、有效并安全地进行降解，保留了污泥中的磷、钾等有机质和各种微量元素，供植物吸收利用，并且减少了污泥的臭味并增强了污泥的脱水性，将脱水污泥的含水率控制在50%之内，更适合植物的生长；各实施例中将脱水污泥、粗砂、椰糠和含镧化物配合使用制备得到的生长介质既可以使磷等营养物质不随雨水径流流失，起到保肥的作用、使营养物不随雨水径流释放，又具有足够高的渗透率，起到保水的作用；这种生长介质可以满足多种景观植物的生长条件。

为检验本发明的生长介质对于景观植物生长的有效性，发明人选择了较为严峻的生长条件，即选用一年之中气温最高的八月份(最高气温达到40℃左右)，选用实施例1～3制备得到的生长介质种植各景观植物，按照常规的种植方法进行浇水种植图1～12的植物，并且不进行施肥。结果发现这些植物在严峻条件下依然长势较好，与常规土壤种植的景观植物的长势接近，并且本发明提供的生长介质能够很好的吸附雨水中的磷、氮，减少磷、氮的释放，减少了二次污染，本发明提供的景观植物不需要额外进行施肥，保水和渗透能力较强，非常适用于景观植物的种植。

现有技术中以腐殖土为主要原料的生长介质不能很好的将雨水中的磷、氮吸附，一方面使得腐殖土的保肥能力较差，在八月份种植景观植物时需额外的进行施肥，另一方面没有被吸附的磷、氮也会被排入环境中造成二次污染；而泥炭作为一种不可持续的生长介质，无法长期使用，其吸附雨水中的磷的效果也较差，这会造成当以泥炭为主要生长介质种植景观植物时需额外的补充磷肥；以沙土为基本原料的生长介质则由于其中的粗砂含量较高，高达80%，粗砂的保水率和渗透率低，生长介质中保留的水分不足以供植物长期使用，在八月份种植景观植物时需要反复灌溉，并且沙土的固磷、除氮能力较差，难以适用于生长时需要较多的磷、氮养分的景观植物的种植；而以种植土为主要原料的生长介质，其保水性和渗透率均较差，不能保留足够多的供植物生长所需的水分，而且种植土也通常需要加入肥料，这些肥料会随着径流排入河道、湖泊，加重地下水污染和河湖的富营养化，也不适宜于大规模推广使用；本发明提供的生长介质保水率高、渗透性强，能够很好的固磷、除氮，对环境的二次污染小，适宜于绝大部分的景观植物的种植。

其中，图1～12的植物包括：双色鸢尾（IristectorumMaxim.）、双金萱草（HemerocallisaurantiacaBaker）、迷迭香（Rosmarinusofficinalis）、红王子锦带花（Weigelafloridacv．RedPrince）、夏辉景天（Hylotelephiumerythrostictum(Miq.)H.Ohba）、红花酢浆草（OxaliscorymbosaDC.）、金边麦冬（Liriopespicatavar.Variegata）、洒金桃叶珊瑚（AucubajaponicaVariegata）、绣球花（Hydrangeamacrophylla(Thunb.)Ser.）、银叶菊（Ajaniapallasiana）、月季（RosachinensisJacq.）、小檗（BerberisthunbergiiDC.）、连翘（Forsythiasuspensa）、火棘（Pyracanthafortuneana(Maxim.)Li）、红叶石楠（Photiniaxfraseri）、夏娟（RhododendronsimsiiPlanch.）、金焰绣线菊（Spiraeaxbumaldacv.GoldFlame）、腊梅（Chimonanthuspraecox(Linn.)Link）、花石榴（PunicagranatumL.var.nanaPers）、鸡爪槭（AcerpalmatumThunb.）、海桐球（Pittosporumtobira）、慈孝竹（Bambusamultiplex(Lour.)RaeuschelexJ.A.etJ.H.Schult）、红花继木球（Loropetalumchinensevar.rubrum）。

Claims (10)

1.一种低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述生长介质按质量百分数由以下原料组成：

粗砂55～65%；

椰糠10～20%；

脱水污泥20～30%；

独居石砂5～15%；

其中，所述脱水污泥预先经过生物除臭和氧化稳定，并且含水率不高于50%；所述独居石砂中镧化物的含量不低于25%。

2.根据权利要求1所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，采用生物催化剂对所述脱水污泥进行除臭和氧化稳定。

3.根据权利要求2所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述生物催化剂含有30～55wt%的广谱复合酶、15～20wt%的表面活性剂和15～20wt%的食品级尿素，余量为水。

4.根据权利要求3所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述生物催化剂含有30wt%的广谱复合酶、20wt%的表面活性剂和15wt%的食品级尿素，余量为水。

5.根据权利要求3或4所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述广谱复合酶至少含有还原酶、淀粉酶、纤维素酶、酯酶、脂肪酶、木质酶、蛋白酶、尿素酶和木聚糖酶。

6.根据权利要求1所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述独居石砂中镧化物的含量为25～38%。

7.根据权利要求1所述低影响开发和景观用的生长介质，其特征在于，所述广谱复合酶的商品牌号为涤尔污水处理酶。

8.权利要求1～6任意权利要求所述低影响开发和景观用的生长介质的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1：将脱水污泥在处理场地上摊开形成泥层；

S2：将生物催化剂用水按比例稀释，然后喷洒到步骤S1处理后的泥层中；

S3：步骤S2的泥层每天翻动一次，连续翻动5～7天；

S4：将步骤S3中经过翻动的污泥粉碎，过筛；

S5：将椰糠用水浸泡，待体积膨胀到3～4倍时放在场地上自然晾干；

S6：将步骤S4所得污泥、步骤S5所得椰糠、配方中的粗砂和独居石砂搅拌混合、装袋。

9.根据权利要求8所述低影响开发和景观用的生长介质的制备方法，其特征在于，所述生物催化剂的浓度为5～10ml/L。

10.权利要求1～6任意权利要求所述低影响开发和景观用的生长介质在雨水花园、雨水花坛、生物植草沟、绿色屋顶和园林景观种植中的应用。