CN107488065A - 一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法 - Google Patents

一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法，属于污泥处理及植物种植领域，该方法是以制备的污泥有机基质为基础，根据苗木大小选择不同口径的无纺布袋，向其中填充污泥有机基质；在污泥有机基质上播种或移栽幼苗，喷洒水分保证水分需求，置于温室内，调控温度、湿度和光照时间；带种子发芽或幼苗长至可移栽水平，将无纺布育苗袋从温室移至田地，直接摆放在田地上，之后进行常规管理。该方法为育苗提供生长发育所需的肥力，并依托移动育苗技术实现温室育苗与大田移栽的有力衔接，提高育苗效率。

Description

一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法
技术领域
本发明属于污泥处理和植物种植领域，具体地，涉及一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法。
背景技术
培育壮苗是农作物生产，尤其是蔬菜生产获得高产、高效的首要技术措施之一，俗话说“秧好禾半”，蔬菜壮苗移栽成活率高，生长快，可提早上市，增加产量，提高效益，好的育苗技术可以节省用种量，提高幼苗的抗病能力，降低生产成本。常规的育苗方式多种多样，但从育苗基质上并没有统一的配方类型，以至于育苗水平参差不齐，另外，采用穴盘或其他形式的育苗盘进行育苗，移栽至大田时常因为环境突变或营养成分供应不足导致幼苗成活率降低或品质下降，拟或在移栽时伤及幼苗根部或造成其他部位的机械损伤。
污泥是对城市污水或工业废水的处理过程中所产生的固体沉淀物质，它是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。虽然其具有数量大且易腐化发臭等缺点，但是由于其内还含有大量的有机物，因此，人们倾向于将污泥进行处理、转化再利用，一方面减少了大量污泥排放产生的环境问题，另一方面还可利用其内的有效物质为人类的生产生活做出贡献。如何处理污泥，使之形成营养成分充足且均衡的基质供作物育苗使用，并结合一定的育苗技术来提高农作物的产量是一项重要的研究课题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种污泥有机基质的制备及基于该基质的移动育苗方法，该方法以制备的污泥有机基质为基础，为育苗提供生长发育所需的肥力，并依托移动育苗技术实现温室育苗与大田移栽的有力衔接，提高育苗效率。
一种污泥有机基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取经生物接触氧化法处理的污水污泥，含水率在95％以上；用100-110kHz的超声对污水污泥进行预处理20-30min；然后置于水力旋流器中进行脱水，入料压力为0.3-0.35MPa，水温为35-45℃，得前处理污泥；
步骤二、将植物废弃物粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1:2的体积比进行混合，搅拌均匀后得混合物；将混合物堆置于发酵槽内进行发酵，堆置高度为1.0-1.5m，发酵时间为20-25d，开始时发酵温度为35-40℃，发酵10-12h后，顶层淋水5-10min，底层曝气；发酵期间每隔6h进行翻堆一次；发酵结束，得初级物料；
步骤三、将初级物料干燥、粉碎，过20目筛，与珍珠岩以1:1的体积比进行混合，喷淋生理盐水至含水率为50-60％，得次级物料；
步骤四、向次级物料中接种培养至对数期的固氮菌菌液，接种量为10-20mL/kg，混合均匀后，35-40℃静置2-3d，得污泥有机基质。
进一步的，步骤一所述经生物接触氧化法处理的污水污泥是将污水首先经生物膜接触氧化得初沉池污泥和过滤污水，将过滤污水再经生物膜接触氧化，过滤得二沉池污泥；将初沉池污泥和二沉池污泥混合均匀，得经生物接触氧化法处理的污水污泥。
进一步的，步骤二所述植物废弃物为植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。
进一步的，步骤二所述淋水强度为25m3/(㎡*h)，曝气强度为120m3/(㎡*h)。
本发明还保护一种上述方法制备的污泥有机基质。
本发明还进一步保护基于上述污泥有机基质的移动育苗方法：根据苗木大小选择不同口径的无纺布袋，向其中填充污泥有机基质；在污泥有机基质上播种或移栽幼苗，喷洒水分保证水分需求，置于温室内，调控温度、湿度和光照时间；带种子发芽或幼苗长至可移栽水平，将无纺布育苗袋从温室移至田地，直接摆放在田地上，之后进行常规管理。
本发明的有益效果：
1、本发明所述污泥有机基质的制备方法中，污泥经生物接触氧化后，得到一定程度上的净化，可以解决污泥膨胀问题，同时提高污泥中发酵物的活性，为后期的污泥发酵提供条件。然后进一步用超声处理，当超声波传播时，由于微粒的剧烈振动，会在污泥内部产生小空洞，这些小空洞迅速胀大和闭合，导致微粒之间发生猛烈的撞击作用，从而产生较大的压强，微粒间这种剧烈的相互作用，也会使污泥温度骤然升高，起到很好的搅拌作用，从而使污泥发生乳化，并且加速溶质溶解，加速化学反应；另外，对于污泥，超声波能将微生物的细胞壁击破，同时释放出酶，酶的作用使其余未被击破的微生物细胞失去对发酵环境的适应能力，迅速成为微生物的营养物而被消耗，从而大大加速发酵过程，从而提高污泥有机基质的质量。另外，该方法使得污泥有机基质中的重金属有效态量明显提高，有效影响了基质中微生物的代谢活性以及作物的生长发育。
2、采用本发明所述的移动育苗方法，简便易行，利用无纺布袋中基质的营养育苗，在温室中完成育苗和炼苗，后连同基质一同转移至田地，缓冲了两种环境改变对葫芦幼苗带来的影响，增强环境适应能力；转移过程中不伤根系，提高了成活率。在种植葫芦上，发芽时间上提高了1-2d(以长出两片子叶计)，产量较常规地播提高了约60％，病害虫发生率降低了0.4％，规模上更加整齐划一，长出的葫芦在单个重量和尺寸上也明显增加，品质和质量均有所提高。该育苗方法，安全无公害，高产出，效益好，适合大规模推广。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
一种污泥有机基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将污水首先经生物膜接触氧化，得初沉池污泥和过滤污水，将过滤污水再经和生物膜接触氧化，过滤得二沉池污泥；将初沉池污泥和二沉池污泥混合，得污水污泥；用100kHz的超声对污水污泥进行预处理30min；然后置于水力旋流器中进行脱水，入料压力为0.3MPa，水温为35℃，得前处理污泥。
步骤二、将植物废弃物粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1:2的体积比进行混合，搅拌均匀后得混合物；将混合物堆置于发酵槽内进行发酵，堆置高度为1.0-1.5m，发酵时间为25d，开始时发酵温度为35℃，发酵12h后，顶层淋水5min，淋水强度为25m3/(㎡*h)；底层曝气，曝气强度为120m3/(㎡*h)；发酵期间每隔6h进行翻堆一次；发酵结束，得初级物料。其中，所述植物废弃物选自植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。
步骤三、将初级物料干燥、粉碎，过20目筛，与珍珠岩以1:1的体积比进行混合，喷淋生理盐水至含水率为50-60％，得次级物料。
步骤四、向次级物料中接种培养至对数期的固氮菌菌液，接种量为10mL/kg，混合均匀后，40℃静置2d，得污泥有机基质。
实施例2
一种污泥有机基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将污水首先经生物膜接触氧化，得初沉池污泥和过滤污水，将过滤污水再经和生物膜接触氧化，过滤得二沉池污泥；将初沉池污泥和二沉池污泥混合，得污水污泥；用105kHz的超声对污水污泥进行预处理25min；然后置于水力旋流器中进行脱水，入料压力为0.35MPa，水温为40℃，得前处理污泥；
步骤二、将农作物秸秆和植物落叶混合后粉碎成5-8mm并与前处理污泥以1:2的体积比进行混合，搅拌均匀后得混合物；将混合物堆置于发酵槽内进行发酵，堆置高度为1.0-1.5m，发酵时间为22d，开始时发酵温度为38℃，发酵11h后，顶层淋水8min，淋水强度为25m3/(㎡*h)；底层曝气，曝气强度为120m3/(㎡*h)；发酵期间每隔6h进行翻堆一次；发酵结束，得初级物料；
步骤三、将初级物料干燥、粉碎，过20目筛，与珍珠岩以1:1的体积比进行混合，喷淋生理盐水至含水率为50-60％，得次级物料；
步骤四、向次级物料中接种培养至对数期的固氮菌菌液，接种量为15mL/kg，混合均匀后，38℃静置2.5d，得污泥有机基质。
实施例3
一种污泥有机基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将污水首先经生物膜接触氧化，得初沉池污泥和过滤污水，将过滤污水再经和生物膜接触氧化，过滤得二沉池污泥；将初沉池污泥和二沉池污泥混合，得污水污泥；用110kHz的超声对污水污泥进行预处理20min；然后置于水力旋流器中进行脱水，入料压力为0.33MPa，水温为45℃，得前处理污泥；
步骤二、将植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣和蘑菇渣混合后粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1:2的体积比进行混合，搅拌均匀后得混合物；将混合物堆置于发酵槽内进行发酵，堆置高度为1.0-1.5m，发酵时间为20d，开始时发酵温度为40℃，发酵10h后，顶层淋水10min，淋水强度为25m3/(㎡*h)；底层曝气，曝气强度为120m3/(㎡*h)；发酵期间每隔6h进行翻堆一次；发酵结束，得初级物料；
步骤三、将初级物料干燥、粉碎，过20目筛，与珍珠岩以1:1的体积比进行混合，喷淋生理盐水至含水率为50-60％，得次级物料；
步骤四、向次级物料中接种培养至对数期的固氮菌菌液，接种量为20mL/kg，混合均匀后，35℃静置3d，得污泥有机基质。
对实施例1-3制备的污泥有机基质的营养指标进行评价。
1、重金属有效态含量
有效态含量测定：分别称取5g(精确至0.0001g)实施例1-3制备的污泥有机基质放在100mL锥形瓶中，加入二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提剂25mL，在室温下放在水浴振荡器上，在180rpm/min条件下浸提2h，取悬液离心30min，过滤，滤液稀释成适当浓度后用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定Cu、Cr、Pb、Cd、As重金属含量。同时测定市售污泥中的重金属含量作为对照。结果如下表1所示。
表1：污泥有机基质中各重金属的有效态含量(n＝5，mg/kg)
由上表1可知，与对照相比，本发明所述方法制备的污泥有机基质中重金属有效态含量有所增加，其中，Cr、Cd和As的增加量均能达到50％，其次是Cu；Pb的有效态含量虽然增加率没有其它元素高，但是仍有所增加。说明经过本发明所述方法，提高了重金属元素以水溶态和离子交换态在污泥有机基质中的存在率，有效影响了基质中微生物的代谢活性以及作物的生长发育。
2、有机物含量
有机物含量是污泥中固体物质在550-600℃高温下焚烧时以气体形式溢出的那部分固体量，又称挥发性固体物质。有机物含量是污泥最重要的化学性质，同时决定了污泥的热值和可消化性。在堆肥过程中，易分解有机质可能被微生物作为能源而最终消失，其含量可以作为判断堆肥腐熟度的参考指标。
测定方法：取定量污泥有机基质，4500r/min离心10min，将离心后的固体部分完全转移到坩埚内，放入烘箱在105℃下恒重后称量，得污泥固体量，再放入马弗炉内，在600℃下灼烧至恒重后取出，放入干燥器中，冷却后称重，前后称量的差值即为有机物含量。同时，对市售污泥基质作以上相同处理，作为对照。
3、总氮、总磷含量
污泥中的氮、磷量是污泥特性的一个重要指标，是污泥资源化，特别是堆肥农用的最主要指标。
测定方法：精密称取经烘干并研磨后的污泥有机基质样品0.15g置于镍坩埚中，用95％的乙醇稍湿润，加2g固体氢氧化钠置于坩埚底部铺平，将坩埚置于马弗炉中，升温至720℃保持20min，待温度降至室温后取出坩埚，用热水脱埚，收集液冷却后过滤，取10mL滤液于50mL比色管中，用无氨水稀释至25mL，加碱性过硫酸钾溶液10mL，塞进管口，将比色管置于高压蒸汽消毒器中120℃消解30min，冷却后取出。用无氨水将比色管中的消解液稀释至50mL；取25mL于另一比色管中，加入10倍稀释的浓盐酸1mL，摇匀，用紫外分光光度计测定220nm和275nm波长处的吸光度值，根据绘制的标准曲线，计算总氮量；取另外25mL的消解液于另一比色管中，加入抗坏血酸溶液1mL，摇匀，30s后，再加入2mL钼酸铵溶液，摇匀，15min后在700nm处测定吸光度值，根据绘制的标准曲线计算含磷量。同时，对市售污泥基质作以上相同处理，作为对照。结果如下表2所示。
表2：污泥有机基质中有机物、总氮、总磷含量测定结果
来源 有机物含量(％) 总氮(％) 总磷(％)
实施例1 38.9 3.78 2.65
实施例2 30.8 3.69 2.24
实施例3 27.6 4.03 2.89
对照 55.9 2.19 1.21
由上表2可知，采用本发明方法制备的污泥有机基质，其有机物含量明显低于市售污泥，说明本发明方法制备的污泥有机基质，在堆肥过程中，通过微生物的作用，将有机质分解形成肥料，腐熟程度较高。同时，氮、磷含量也有明显提高，为植物生长提供有效肥力，有利于植物栽培和生长发育。
为进一步说明制备的污泥有机基质对育苗的影响，进行以下试验：
试验：采用实施例2制备的污泥有机基质对葫芦进行育苗
葫芦是爬藤植物，原产热带，喜温，种子在15℃以上才开始缓慢发芽，以30-50℃发芽最快，在发芽期间对氧气的需求一般较高，幼苗怕冻，因此育苗相对困难，常出现葫芦种子发芽不良或发芽慢，不整齐等问题。
选择合适口径的无纺布袋(无纺布袋为可降解材质，对环境无污染)，填充污泥有机基质，用40℃左右的温水将葫芦种子浸泡24h，然后播种于污泥有机基质中，深度为3cm左右，覆土，喷淋适度水分，置于温室中，温室温度调至36℃，光照时间为每天16h，10d后统计发芽率，继续培养至30d，在田地里挖湿度大小的坑，将无纺布袋分别转移至坑内，适时灌溉，常规管理。同时作对照处理，其中A、B、C使用的为本发明方法制备的污泥有机基质；D使用的为商品基质；E为常规地播。结果如下表3所示。
表3：葫芦育苗指标
由上表3可知，与传统地播相比，本发明方法简单易行，利用无纺布袋中基质的营养育苗，在温室中完成育苗和炼苗，后连同基质一同转移至田地，缓冲了两种环境改变对葫芦幼苗带来的影响，增强环境适应能力；转移过程中不伤根系，提高了成活率。提高了葫芦亩产量和发芽率，降低了病虫害发生率。从嫩瓜产量上，较采用实收污泥的对照提高达20％，较常规地播提高可达约60％；规格上更加整齐；发芽较常规提高了1-2d(以长出两片子叶计)；长出的葫芦在单个重量和尺寸上也有明显增加，提高了品质。
除农作物育苗外，该移动育苗方法还可用于其他苗木种植，无纺布填充污泥有机基质育苗可以克服季节、温度等因素，根据工程绿化需要随时随地移植，提高成活率，可广泛应用于荒地绿化、荒漠化治理等诸多方面。总之，采用该育苗方法，安全无公害，高产出，效益好，适合大规模推广。

Claims (6)

1.一种污泥有机基质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取经生物接触氧化法处理的污水污泥，含水率在95%以上；用100-110kHz的超声对污水污泥进行预处理20-30min；然后置于水力旋流器中进行脱水，入料压力为0.3-0.35MPa，水温为35-45℃，得前处理污泥；
步骤二、将植物废弃物粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1:2的体积比进行混合，搅拌均匀后得混合物；将混合物堆置于发酵槽内进行发酵，堆置高度为1.0-1.5m，发酵时间为20-25d，开始时发酵温度为35-40℃，发酵10-12h后，顶层淋水5-10min，底层曝气；发酵期间每隔6h进行翻堆一次；发酵结束，得初级物料；
步骤三、将初级物料干燥、粉碎，过20目筛，与珍珠岩以1:1的体积比进行混合，喷淋生理盐水至含水率为50-60%，得次级物料；
步骤四、向次级物料中接种培养至对数期的固氮菌菌液，接种量为10-20mL/kg，混合均匀后，35-40℃静置2-3d，得污泥有机基质。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤一所述经生物接触氧化法处理的污水污泥是将污水首先经生物膜接触氧化得初沉池污泥和过滤污水，将过滤污水再经生物膜接触氧化，过滤得二沉池污泥；将初沉池污泥和二沉池污泥混合均匀，得经生物接触氧化法处理的污水污泥。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤二所述植物废弃物为植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤二所述淋水强度为25m³/(㎡*h)，曝气强度为120m³/(㎡*h)。
5.如权利要求1-4任意一种方法制备的污泥有机基质。
6.一种基于权利要求5所述污泥有机基质的移动育苗方法，其特征在于：根据苗木大小选择不同口径的无纺布袋，向其中填充污泥有机基质；在污泥有机基质上播种或移栽幼苗，喷洒水分保证水分需求，置于温室内，调控温度、湿度和光照时间；带种子发芽或幼苗长至可移栽水平，将无纺布育苗袋从温室移至田地，直接摆放在田地上，之后进行常规管理。
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