CN107182608A

CN107182608A - 一种基于污泥资源再利用的粗放型绿色屋顶生长介质

Info

Publication number: CN107182608A
Application number: CN201710299433.5A
Authority: CN
Inventors: 李田; 沈庆然
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明涉及一种基于污泥资源再利用的粗放型绿色屋顶生长介质，所述污泥为厌氧消化颗粒污泥和给水厂污泥，所述介质由轻质无机材料、田园土、木屑、稻壳炭等生物炭以及污泥按照一定重量比例混合后构成。其中，轻质无机材料、田园土、木屑构成生长介质的主体，是维持植物生长的基本结构；厌氧消化颗粒污泥含有大量营养元素，作为养分补充剂，为介质上生长的植物提供养分；稻壳炭、给水厂污泥作为水质改良材料，控制设施出水中氮、磷营养物质的浓度，改善出水水质，同时延长养分在介质中的保留时间。本发明针对传统屋顶绿化生长介质堆密度高、养分流失快的缺点，使用上述材料构成新型粗放型绿色屋顶生长介质，介质在满足轻质、渗透速率快、养分保留时间长的要求的同时，实现了污泥的资源化利用。

Description

一种基于污泥资源再利用的粗放型绿色屋顶生长介质

技术领域

本发明属于环境保护领域，具体涉及一种新型粗放型绿色屋顶生长介质的具体配方和使用效果。

背景技术

城市化的推进导致城市不透水区域面积大幅度增加。屋顶是不透水面的重要组成部分。雨天大量的屋面径流快速汇入城市排水管网，威胁城市排水系统的安全，为了解决这一难题，需要推行低影响开发。粗放型绿色屋顶是一种投入使用后低维护的绿色屋顶，该技术作为低影响开发技术的重要组成部分，具有良好的水文效果，能够有效削减屋面径流的水量及峰值流量。

传统的屋顶绿化，也称为密集型绿色屋顶，其生长介质主要由田园土构成，具有堆密度较大、渗透速率低、养分流失量大因而影响出水水质的缺点。由于建筑屋面荷载的限制，以及植物需要经常浇水维护，传统密集型绿色屋顶的应用空间有限。此外，由于其养分流失过快，投入使用后需要长期追肥维护，运行费用较高。粗放型绿色屋顶是一种轻质、投入使用后低维护的屋顶绿化类型，其生长介质应当具有轻质、渗透性高、持水能力强、养分在介质中的保留时间较长的特性，传统屋顶绿化介质不宜用作粗放型绿色屋顶的生长介质。

一种可行的办法是使用轻质无机材料、养分补充剂、水质改良材料以及补充材料构建粗放型绿色屋顶的生长介质。这类介质的主体由轻质无机材料构成，轻质无机材料自身缺乏养分，为使植物正常生长，可以补充一定比例的厌氧消化污泥作为养分补充。使用厌氧消化污泥作为养分补充剂容易造成养分淋失，影响设施出水水质。为解决养分淋失的问题，添加一定比例的改良材料控制养分淋失，改善出水水质、延长营养元素在介质内的保留时间。另外，添加补充材料改善介质的土壤结构。新型介质堆密度低、持水性好、能提供充足的养分，营养物质流失速度较慢，能够实现介质轻质化、运行粗放化。国外有可以实现这些功能的轻质缓释介质出售，但均受专利保护，具体配方未知。

本发明创新性地提出以轻质无机材料为介质主体，将两类污泥—厌氧消化污泥和给水厂污泥资源化利用为养分补充剂和水质改良剂，使介质养分满足植物生长的同时优化出水水质，同时延长养分保留时间。新型介质具有堆密度小、渗透速率高、养分保留时间长的特点，适用于粗放型绿色屋顶。

发明内容

针对传统屋顶绿化介质的不足之处，本发明的目的是提供一种轻质、高渗透速率、养分保留时间长的介质材料配方，保证粗放型绿色屋顶的使用要求。

本发明提出的一种基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，由轻质无机材料、养分补充剂、水质改良材料和补充材料组成，所述补充材料为木屑和田园土，所述水质改良材料为稻壳炭和给水厂污泥，养分补充剂和水质改良材料需要配合使用，在为植物提供充足营养物质的同时，减少出水中的养分淋出；所述原料重量百分比为：

轻质无机材料　　　　　 53%-65%；

木屑　　　　　　　　　　3%-5%；

给水厂污泥　　　　　　　5%-10%；

养分补充剂　　　　　　　2%-5%；

生物炭　　　　　　　　　1%-5%；

其余为田园土，其总重量满足100%。

本发明中，轻质无机材料为天然浮石或火山岩中任一种，具有堆密度较低，持水性好、强度高的优点。

本发明中，养分补充剂采用厌氧消化颗粒污泥。

本发明中，水质改良剂采用稻壳炭或其他廉价生物炭。

本发明中，所述田园土是晾干的沙壤土或壤土中任一种。

本发明中，所述硬木屑经过好氧发酵稳定处理。

本发明中，给水厂污泥用以控制出水中的磷酸盐浓度。

本发明中，稻壳炭或其他廉价生物炭用以控制出水中的氮元素浓度。

本发明中，轻质无机材料的粒径为3-5mm，粒径不宜过大。

采用上述技术方案，本发明的有益效果：新型介质能够实现轻质、渗透速率高、养分保留时间长的要求。本发明将本属于需要处置的废弃物厌氧消化污泥、给水厂污泥分别资源化为粗放型绿色屋顶的养分补充剂和水质改良材料，在废物利用的同时能够减少介质的成本；仅使用厌氧污泥会造成较严重的养分淋失，添加改良材料可实现改善出水水质，延长养分在介质中的保留时间，实现粗放型绿色屋顶在低维护条件下良好运行。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例１：

本发明主要涉及到基于资源再利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质材料及其具体配方，包含的材料主要有轻质无机材料、木屑、田园土、厌氧消化颗粒污泥、给水厂污泥、生物炭。

所述介质的配置方法，将轻质无机材料，木屑，田园土，厌氧消化颗粒污泥，给水厂污泥，稻壳炭按照适合的质量比混合均匀，天然浮石、木屑、田园土、厌氧消化污泥、给水厂污泥、稻壳炭，质量百分比为59%：5%:20%:5%:10%:1%。

所述介质配置完毕并投入使用时，需要进行维护，方法为洒水充分润湿，但洒水的量不超过介质的田间持水度。

所述轻质无机材料，粒径3-5mm，轻质无机材料应满足自身的堆密度较低，持水性好、强度高的要求，适合作为粗放型绿色屋顶生长介质的主要构成材料。

所述木屑配制之前，要对木屑进行发酵处理，如果生木屑自身C/N不满足好氧发酵需要，可根据木屑总量添加适量含氮化合物，调整到合适的C/N比后进行发酵，发酵后的木屑化学性质稳定。发酵完成之后，将木屑晾干，除去多余水分。

所述田园土是晾干的沙壤土或壤土。

所述厌氧消化颗粒污泥，是城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化后的产物，富含大量的氮、磷营养元素，能够为植物生长提供营养。将其使用于园林绿化，污泥中重金属在植物体内富集的风险不构成限制因素。

所述给水厂污泥是城市给水处理厂混凝沉淀工艺中产生的副产物，使用铝盐、铁盐作为混凝剂的给水厂污泥拥有很好的吸附磷能力，将其作为改良材料，可以有效控制出水中磷元素的浓度。

所述生物炭是稻壳、秸秆等农业废弃物在部分或完全缺氧的条件下进行热裂解的后的产物，来源广泛，价格低廉，其作为改良材料能够削减出流中氮元素的浓度，改善出水水质。同时，应用稻壳炭也属于废弃物的资源化利用。

表1给出了1200mm模拟降雨条件下，使用新型介质的粗放型绿色屋顶装置的相关数据。实验历时半年，每周以喷淋方式模拟降雨进水一次，每次降雨深度50mm。其中，介质A不包含水质改良材料（稻壳炭和给水厂污泥），介质B中含有水质改良材料。实验结果，在夏季经过相当上海地区1年的平均降雨量的淋洗作用，两种基于污泥资源化利用的介质上植物均生长旺盛。实施例１介质B出水磷的淋失量很低，介质保留了大部分TN，可供植物长期利用。由表中数据可以看出，添加改良材料的实施例１介质B累积淋失总氮和总磷要更少，实施例１介质B中TN的剩余更多，这说明相关介质保留养分的时间较长。另外，实验前后植物增重相差不大，说明给水厂污泥的使用在控制总磷的同时不会对植物生长造成不利影响。

表1介质A与介质B出水水质及植物生长情况对比

介质名称	降雨总量/mm	降雨强度/mm·h^-1	输入系统TN/mg	累积淋失总氮/mg	累积淋失总磷/mg	堆密度/kg·m^-3	剩余TN百分比/%	实验前后植物增重百分比/%
									介质A	1200	10	14165	5655.54	80.03	591	60.07	810
介质B	1200	10	14582	4173.08	28.94	610	71.38	825

表中，介质A表示的配方为天然浮石、木屑、田园土、厌氧消化污泥，质量比为70%：5%：20%：5%，介质A中不包含水质改良材料（给水厂污泥、稻壳炭）；介质B表示的配方为天然浮石、木屑、田园土、厌氧消化污泥、给水厂污泥、稻壳炭，质量比为59%：5%:20%:5%:10%:1%，介质B中包含水质改良材料（给水厂污泥、稻壳炭）。

实例２：

实施例2提供了不包含厌氧消化污泥（介质C）、包含厌氧消化污泥（介质D）两种情况下，植物生长情况的对比。两种介质的组成比例见表2下说明。

表2给出了1200mm模拟降雨条件下，使用新型介质的粗放型绿色屋顶装置的相关数据。实验历时半年，每周以喷淋方式模拟降雨进水一次，每次降雨深度50mm。其中，介质C的构成中包括浮石、田园土、木屑、稻壳炭、给水厂污泥，不包括养分补充剂厌氧消化污泥；介质D的构成材料为浮石、田园土、木屑、厌氧消化污泥、稻壳炭、给水厂污泥。实验结果，在夏季经过相当上海地区1年的平均降雨量的模拟降雨的淋洗作用，不包含养分补充剂厌氧消化污泥的介质C上植物无法生长，只能勉强存活；介质D上植物生长旺盛，植物增重超过8倍，垂盆草的鲜重超过4.5kg/m²，表明养分补充剂厌氧消化污泥对植物生长具有重要作用。

介质名称	降雨总量/mm	降雨强度/mm·h^-1	输入系统TN/mg	累积淋失总氮/mg	累积淋失总磷/mg	堆密度/kg·m^-3	实验前后植物增重比例/%
								介质C	1200	10	3754	197	5.15	604	0
介质D	1200	10	8419	1798	15.3	615	805

表2介质C与介质D出水水质及植物生长情况对比

表中，介质C表示的配方为天然浮石、木屑、田园土、稻壳炭及给水厂污泥，质量比为64%：5%：20%：1%：10%，介质C中不包含厌氧消化污泥；介质D表示的配方为天然浮石、木屑、田园土、厌氧消化污泥、给水厂污泥和稻壳炭的质量比为62%：2%:20%:5%:10%:1%。

Claims

1.一种基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，由轻质无机材料、养分补充剂、水质改良材料和补充材料组成，所述补充材料为木屑和田园土，所述水质改良材料为水质改良剂和给水厂污泥，养分补充剂和水质改良材料需要配合使用，在为植物提供充足营养物质的同时，减少出水中的养分淋出；所述原料重量百分比为：

轻质无机材料　　　　　 53%-65%；

木屑　　　　　　　　　　3%-5%；

给水厂污泥　　　　　　　5%-10%；

养分补充剂　　　　　　　2%-5%；

生物炭　　　　　　　　　1%-5%；

其余为田园土，其总重量满足100%。

2.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，轻质无机材料为天然浮石或火山岩中任一种，具有堆密度较低、持水性好、强度高的优点。

3.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，养分补充剂采用厌氧消化颗粒污泥。

4.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，水质改良剂采用稻壳炭或其他廉价生物炭。

5.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，所述田园土是晾干的沙壤土或壤土中任一种，沙壤土和壤土使用前应去除杂草草籽、灭除虫卵。

6.根据权利要求１所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，所述木屑为降解速率低的硬木屑，经过好氧发酵稳定处理。

7.根据权利要求１所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，给水厂污泥用以控制出水中的磷酸盐浓度。

8.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，稻壳炭或其他廉价生物炭用以控制出水中的氮元素浓度。

9.根据权利要求1所述的基于污泥资源化利用的新型粗放型绿色屋顶生长介质，其特征在于，轻质无机材料的粒径为3-5mm，粒径不宜过大。