CN106947491B - 利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂及其制备方法与应用;该盐碱土壤改良剂,由包括餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥的混合物经酸解活化、碳化、干燥后与十二烷基磺酸钙混合后制成。本发明利用餐厨垃圾、生活垃圾、污泥、园林废弃物、农业植物纤维性废弃物等固体废弃物制备出盐碱土壤改良剂,不仅解决困扰城市的固废处理难题,而且可以以废治废,减少土壤盐碱化。
Description
技术领域
本发明涉及盐碱土壤改良剂及固体废弃物再利用领域,尤其是针对污泥、生活垃圾、餐厨垃圾、园林废弃物等固废资源化再利用制备盐碱土壤改良剂的技术领域。
背景技术
随着城市规模的不断扩大,城市人口的日益增长以及人民生活水平的不断提高,城市生活垃圾的产生量在逐渐增加。早在1996年,中国的城市垃圾清运量就已经达到了1亿吨,而且每年以8%~10%的速度增长。垃圾的历年堆存量达到60多亿吨,全国有200多座城市陷入垃圾的包围之中,垃圾堆存侵占的土地面积多达5亿多平方米。垃圾处理已经成为制约中国城市环境的重要问题。
随着经济的飞速发展和城镇化进程的深入,我国的城市污水处理量也在逐年增长。城市污水厂污泥产生于城市生活污水的生化处理的阶段,主要来自于生活污水处理厂的初次和二次沉淀池,是城市生活污水处理时产生的体积最大、最容易产生二次污染的副产品。污泥的产生量大,处理1000吨城市生活污水约产生1吨含水率为80%的污泥。污水处理厂的全部建设费用中,用于污泥处理的部分最高可达到70%。未经恰当处理处置的污泥进入环境后,直接给水体和大气带来二次污染,不但降低了污水处理系统的有效处理能力,而且对生态环境和人类的活动构成了严重的威胁。
我国餐厨垃圾产生量大、面广,主要是宾馆、饭店、企事业单位食堂等在经营过程中产生的残羹剩饭、下脚料等混合物。在国内,一些食堂、宾馆、饭店等饮食单位的有机垃圾产生量惊人。北京市每天生产餐厨垃圾大约有1600多吨,据重庆大学负责完成的《重庆市主城区餐厨垃圾产量调查及理化性质分析报告》,2007年重庆市主城区餐厨垃圾每天的产量约为1000吨;截至2003年,上海市每天产生的餐厨垃圾也已达1100吨左右。
园林废弃物指的是城市绿化养护、郊区林业抚养、果树修剪及木材加工作业过程中产生的树干枝干、落叶、草屑、花败及木屑等有机物。由于城市绿化面积不断扩大,园林绿化废弃物数量巨大且逐年上升。但绝大部分废弃物都没有实现资源化利用,大部分作为城市垃圾填埋或焚烧。2012年,北京市园林绿化废弃物总量约为569万吨,其中远郊区县为448万吨。目前,北京市园林绿化废弃物资源化处理量城区约为14.2万吨/年,仅为资源总量的11.7%;郊区约为7.2万吨/年,仅为资源总量的1.6%。
近年来,农作物秸秆成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际,总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧,产生了大量浓重的烟雾,不仅成为农村环境保护的瓶颈问题,甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。据有关统计,我国作为农业大国,每年可生成7亿多吨秸秆,成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。
根据农业部组织的第二次全国土壤普查资料统计我国盐渍土面积为5.2亿亩不包括滨海滩涂。其中盐土2.4亿亩碱土1299.91万亩各类盐化、碱化土壤为2.7亿亩。在5.2亿亩盐渍土中已开垦种植的有1亿亩左右。据估计我国尚有2.6亿亩左右潜在盐渍化土壤这类土壤若开发利用、灌溉耕作等措施不当极易发生次生盐渍化。总之我国盐渍土面积之大分布之广是世界罕见。从太平洋沿岸的东海之滨至西陲的塔里木、准葛尔盆地。南从海南岛到最北的内蒙古呼伦贝尔高原从海拔152米的艾丁湖畔到海拔4500米高西藏羌塘高原到处都有盐渍土分布。因此,盐碱土壤治理势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂及其制备方法与应用。本发明利用餐厨垃圾、生活垃圾、污泥、园林废弃物、农业植物纤维性废弃物等固体废弃物制备出盐碱土壤改良剂,不仅解决困扰城市的固废处理难题,而且可以以废治废,减少土壤盐碱化。
本发明技术方案如下:
一种利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂,由包括餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥的混合物经酸解活化、碳化、干燥后与十二烷基磺酸钙混合后制成。
所述餐厨垃圾、生活垃圾中的有机物组分主要是指可腐熟有机部分(残羹剩饭、下脚料等混合物),如:水果、蔬菜、肉类、鱼类、骨头等。
所述园林废弃物主要是指城市绿化养护、郊区林业抚养、果树修剪及木材加工作业过程中产生的树干枝干、落叶、草屑、花败及木屑等有机物。
所述农业废弃物主要是指农业秸秆,包括小麦、玉米、水稻、大豆等秸秆;
所述农业废弃物还可以是菌渣(即生产食用菌之后的培养料,又称菌糠、下脚料等)。
本发明研究发现,将餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分分别破碎至20-50mm可获得更好地酸解活化效果。
所述污泥主要是指城市污水厂的污泥,产生于城市生活污水的生化处理的阶段,主要来自于生活污水处理厂的初次和二次沉淀池。
酸解活化可对有机质起到消解、灭活作用,便于餐厨垃圾、生活垃圾及污泥产生大孔隙骨架,还具有灭菌的效果。
所述酸包括硫酸、盐酸、磷酸、硝酸等强酸,优选为硫酸。
所述酸的用量及酸解活化时间可根据餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分的总量适当调整。
本发明研究发现,将餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥按照重量比(1~10):(10~30):(10~20)混合既有利于酸解活化,又可获得更好地盐碱土壤改良效果。
进一步地,可将餐厨垃圾中的有机物组分、生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物中的植物性纤维组分、农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥按照重量比(2~5):(1~3):(10~30):(20~30):(15~30)混合。
在本发明一种具体实施方式中,利用0.5%的硫酸溶液酸解活化24小时。
进一步地,酸解活化后离心(一般转速300-500r/min)去除上清液,将剩下的固形物干燥至含水率为10%以下(可在80~100℃的烘箱中进行烘干)再进行碳化。
优选地,所述碳化温度为400~800℃,时间为2~5小时。
为获得更好的碳化效果,碳化时可通入体积分数为80%~90%的水蒸气;或在CO2气氛下进行碳化。
在本发明一种具体实施方式中,将烘干的固形物在650℃、体积分数为80%~90%的水蒸气或CO2气氛下碳化处理2.5~3小时,得到碳化产物。
进一步地,将碳化产物干燥至含水率为10%以下(可在80~100℃的烘箱中进行烘干),粉碎后再与十二烷基磺酸钙混合,即得到盐碱土壤改良剂成品。
优选地,所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为(10~20):(5~10)。
本发明还提供上述利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂的制备方法,包括以下步骤:
1)将所述餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥混合,加入硫酸酸解活化;
其中优选地,所述餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分分别破碎至20-50mm;
2)离心去除上清液,将剩下的固形物干燥至含水率为10%以下;在650℃、体积分数为80%~90%的水蒸气或CO2气氛下碳化处理2.5~3小时,得到碳化产物;
3)将所得碳化产物干燥至含水率为10%以下,粉碎后再与十二烷基磺酸钙混合,即得到盐碱土壤改良剂;所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为(10~20):(5~10)。
本发明还提供上述利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂在盐碱土壤改良中的应用。尤其适用于滨海盐渍区、荒漠盐渍区及草原盐渍区类型的盐碱地土壤。
具体应用方法包括:
(1)直接与盐碱土壤混合:将该盐碱土壤改良剂以重量比为1~10%的比例与盐碱土壤混合;
(2)拌种:在种子播种前,将此盐碱土壤改良剂与种子以0.1~1%的比例拌合,共同播种。
本发明盐碱土壤改良剂降低土壤盐碱的原理是:利用炭化产品中的有机碳增加土壤的有机质含量,利用炭化产品中的大孔隙结构,增加土壤的通透性,利用十二烷基磺酸钙产生离子交换,置换出产生盐碱的钾盐和钠盐。另外,该盐碱土壤改良剂还可以作为土壤水分及团粒结构的盐碱土壤改良剂,利于植物根系生长。该盐碱土壤改良剂还可以起到固化重金属的作用。
本发明具有以下优点和效果:
1、增加土壤有机质:由于本盐碱土壤改良剂含有碳元素及钙、硅等元素,增加了土壤的有机质含量;
2、改善土壤的通透性能:该盐碱土壤改良剂可以作为土壤水分及通气的盐碱土壤改良剂,可以促进土壤呼吸的进行;3、减少土壤盐碱化:使用本盐碱土壤改良剂可以使土壤盐度降低2倍以上;
4、有助于植物根系生长:采用本盐碱土壤改良剂,植物在生长过程中,根毛数量增加30~60%,根系占地增加40~80%。
5、采用的原料均为固体废弃物,实现了以废治废。减少了二次污染风险。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者,按照本领域内的文献所描述的技术或条件,或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
实施例1
将餐厨垃圾中的有机物组分、玉米秸秆分别破碎至20mm~50mm;将破碎后的餐厨垃圾、秸秆及污泥配制成有机混合物,其中,餐厨垃圾中的有机物组分:玉米秸秆:污泥重量比=5:20:15;将配制好的混合物在0.5%的硫酸溶液中浸泡24小时,再放入离心机中以300r/min的转速离心后,去除上清液,将剩下的固形物烘干(含水率为10%以下)后置于650℃、水蒸气气氛下碳化2.5小时,然后取出烘干(含水率为10%以下)并在植物粉碎机中破碎后得干燥后的碳化产物,与十二烷基磺酸钙混合,所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为10:5,得到盐碱土壤改良剂。
在内蒙草原盐碱土区域,将此盐碱土壤改良剂以重量比为10%的比例与土壤混合后,种植苜蓿,结果发现土壤盐度降低3倍以上,苜蓿在生长过程中,根毛数量增加50%,根系占地增加60%。
实施例2
将生活垃圾中的有机物组分、菌渣破碎至20mm~50mm;将破碎后的生活垃圾、菌渣及污泥配制成有机混合物,其中,生活垃圾中的有机物组分:菌渣:污泥重量比=10:30:20;将配制好的混合物在0.5%的硫酸溶液中浸泡24小时,再放入离心机中以300r/min的转速离心后,去除上清液,将剩下的固形物烘干(含水率为10%以下)后置于650℃、水蒸气气氛下碳化2.5小时,然后取出烘干(含水率为10%以下)并在植物粉碎机中破碎后得干燥后的碳化产物,与十二烷基磺酸钙混合,所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为10:10,得到盐碱土壤改良剂。
在山东沿海盐渍化土壤上将此盐碱土壤改良剂以重量比为5%的比例与土壤混合后,种植棉花,结果发现土壤盐度降低2倍以上,棉花在生长过程中,根毛数量增加40%,根系占地增加40%。
实施例3
将餐厨垃圾中的有机物组分、树叶分别破碎至20mm~50mm;将破碎后的餐厨垃圾、树叶及污泥配制成有机混合物,其中,餐厨垃圾中的有机物组分:树叶:污泥=8:30:10;将配制好的混合物在0.5%的硫酸溶液中浸泡24小时后再放入离心机中以300r/min的转速离心后,去除上清液,将剩下的固形物烘干(含水率为10%以下)后置于650℃、二氧化碳气氛下碳化2.5小时,然后取出烘干(含水率为10%以下)并在植物粉碎机中破碎后得干燥后的碳化产物,与十二烷基磺酸钙混合,所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为20:5,得到盐碱土壤改良剂。
在河北邯郸,将此盐碱土壤改良剂以重量比为1%的比例与种子混合拌种后,种植大豆,结果发现土壤盐度降低2倍以上,大豆在生长过程中,根毛数量增加45%,根系占地增加50%。
对比例1
在河北曲周,选取16块5*5米的试验田,其中8块试验田选择添加5%的重量比的实施例1制备的土壤改良剂,另外8块试验田不添加任何物质。同时种植高粱,经过一个生长季节后,添加土壤改良剂的土壤其盐度降低2.6倍,高粱在生长过程中,根毛数量增加43.2%,地上部分生长量增加26%。
对比例2
将餐厨垃圾中的有机物组分破碎至20mm,在0.5%的硫酸溶液中浸泡24小时后再放入离心机中以300r/min的转速离心后,去除上清液,将剩下的固形物烘干(含水率为10%以下)后置于650℃、二氧化碳气氛下碳化2.5小时,然后取出烘干(含水率为10%以下)并在植物粉碎机中破碎后得干燥后的碳化产物,与十二烷基磺酸钙混合,所述干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为20:5,在山西左权,将此盐碱土壤改良剂以重量比为1%的比例与种子混合拌种后,种植大豆,土壤盐度、根毛数量与不添加改良剂的土壤差异不显著。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种利用有机固体废弃物制备的盐碱土壤改良剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥混合,加入0.5%的硫酸酸解活化24小时;
2)离心去除上清液,将剩下的固形物干燥至含水率为10%以下;在650℃、体积分数为80%~90%的水蒸气或CO2气氛下碳化处理2.5~3小时,得到碳化产物;
3)将所得碳化产物干燥至含水率为10%以下,粉碎后再与十二烷基磺酸钙混合,即得到盐碱土壤改良剂;干燥后的碳化产物与十二烷基磺酸钙的重量比例为(10~20):(5~10);
所述餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分分别破碎至20-50mm;
所述餐厨垃圾和/或生活垃圾中的有机物组分、园林废弃物和/或农业废弃物中的植物性纤维组分、污泥的重量比为(1~10):(10~30):(10~20)。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述餐厨垃圾、生活垃圾中的有机物组分为可腐熟有机部分;所述园林废弃物为城市绿化养护、郊区林业抚养、果树修剪及木材加工作业过程中产生的树干枝干、落叶、草屑、花败及木屑;所述农业废弃物为农业秸秆。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述农业废弃物为菌渣。
4.权利要求1-3任一项所述方法制备的盐碱土壤改良剂。
5.权利要求4所述的盐碱土壤改良剂在盐碱土壤改良中的应用。
6.根据权利要求5所述应用,其特征在于,应用于滨海盐渍区、荒漠盐渍区及草原盐渍区类型的盐碱地土壤。
7.根据权利要求5或6所述应用,其特征在于,所述盐碱土壤改良剂与盐碱土壤的重量比为1~10%。
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