CN107746284A - 一种利用污泥制备的种植砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用污泥制备的种植砂及其制备方法。该种植砂由如下重量份的原料制备而成：固体废弃物100份，造孔剂15‑30份，增塑剂5‑15份，增强剂1‑2.5份；其中所述固体废弃物为粉煤灰、煤矸石、矿渣、尾渣、废渣中的一种或多种；所述造孔剂为生活污泥、造纸污泥、河道淤泥中的一种或多种。通过混合、造粒、烘干、烧结、冷却步骤进行制备。制得的种植砂颗粒大小均一，球形度高，筒压强度高，使用寿命长；种植砂的吸水率在60‑80％之间，具有良好的保水保肥性，且水分和肥料可均匀分布。

Description

一种利用污泥制备的种植砂及其制备方法
技术领域
本发明涉及种植砂领域，尤其涉及一种利用污泥制备的种植砂及其制备方法。
背景技术
目前，除土壤外的常用栽培基质有蛭石、珍珠岩、炉渣、泥炭、岩棉等。其中，蛭石基质容易破碎，不能受到重压，使用寿命短；珍珠岩基质质量过轻，易引起粉尘污染且难以固定植物；炉渣基质易受污染，且需要粉碎；泥炭受产地的影响，不能大规模使用；岩棉结构不均衡，使得水分肥料分布不均匀。
公开号为CN103168638A的专利中提出一种由天然沙粒与粘结剂组成的多孔结构种植砂，天然沙粒本身光滑，沙粒间粘附性能差，保水和保肥功能差，仅有沙粒堆积形成的多孔结构，这样就使得种植砂结构保水保肥效率下降；同时天然沙粒成分元素较为固定，不能满足特定植物生长的特定元素需求，限制了种植砂的推广应用。
因此，提供一种强度高、保水保肥效果好的种植砂是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度高、保水保肥效果好的利用污泥制备的种植砂及其制备方法。
本发明的技术方案为：
一种利用污泥制备的种植砂，所述种植砂由如下重量份的原料制备而成：固体废弃物100份，造孔剂15-30份，增塑剂5-15份，增强剂1-2.5份；其中所述固体废弃物为粉煤灰、煤矸石、矿渣、尾渣、废渣中的一种或多种；所述造孔剂为生活污泥、造纸污泥、河道淤泥中的一种或多种。
进一步的，所述种植砂是粒径为10-100目的球形颗粒，所述种植砂的孔隙率为60-80％。
进一步的，所述种植砂的容重为900-1100kg/m3。
进一步的，所述固体废弃物的粒度为100-200目。
进一步的，所述生活污泥、造纸污泥、河道淤泥的含水率为40-80％。
进一步的，所述增塑剂为高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或多种。
进一步的，所述增强剂为石英粉、硅灰中的一种或多种。
本发明还提供一种制备上述种植砂的方法，包括以下步骤：
(1)混合：将所述固体废弃物100份、所述造孔剂15-30份、所述增塑剂5-15份和所述增强剂1-2.5份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将所述混合料进行造粒处理，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的所述混合料在70-120℃下烘干；
(4)烧结：烘干后的所述混合料以10-20℃/min升温至400℃，保温10-20min；再以5-10℃/min升温至700℃，保温5-10min；最后以10-30℃/min升温至900-1200℃，保温10-30min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
进一步的，步骤(2)中，步骤(2)中将所述混合料加入造粒机中进行造粒处理，所述造粒机的转速为1000-3500r/min，造粒时间为0.5-2min。
进一步的，步骤(3)中烘干时间为60-90min。
本发明的利用污泥制备的种植砂，具有以下有益效果：
(1)本发明的利用污泥制备的种植砂，采用固体废弃物和污泥为主要原料，提供了一种固体废弃物高效利用和高附加值转化的途径，解决了固体废弃物和污泥的协同处理困难的问题；利用粉煤灰、煤矸石、矿渣、尾渣、废渣等固体废弃物中有效的无机成分和污泥中含有的有机成分作为造孔剂，进行协同作用制备得到种植砂。
(2)本发明的利用污泥制备的种植砂，利用污泥作为造孔剂，使种植砂颗粒内有大小均一的微孔，孔隙率为60-80％，能够保存大量的水分且分布均匀。
(3)本发明的利用污泥制备的种植砂，提供了一种固废协同资源化利用方法，污泥无需烘干，可直接利用；污泥中含水率为40-80％，利用污泥中的水分作为种植砂生产过程中的外加水，无需添加水。
(4)本发明的利用污泥制备的种植砂，颗粒大小均一，球形度高，外形美观，不易污染、清洁方便；其筒压强度高，28Mpa的筒压强度下的破碎率为20-30％，使用寿命长；容重在1000-1100kg/m3之间，没有粉尘污染且方便固定植物；种植砂的吸水率在60-80％之间，具有良好的保水保肥性，且水分和肥料可均匀分布；解决了蛭石、珍珠岩、炉渣、泥炭、岩棉等栽培基质存在的问题。
本发明的利用污泥制备种植砂的方法，具有以下有益效果：
(1)本发明的制备种植砂的方法中，通过高速混合造粒工艺使得固体废弃物粉末原材料和污泥进行充分混合均匀，不会出现结团和团聚现象，提高了种植砂产品的成品率。
(2)本发明的制备种植砂的方法中，高速混合造粒的粒径为10-100目，极大的提高了种植砂的比表面积，使得烘干过程短、效率高。
(3)本发明的制备种植砂的方法中，采用特定的烧结工艺并最终在900-1200℃下高温烧结制成，使得污泥中的重金属离子能够在高温下固定在粉煤灰、煤矸石、矿粉等固体废弃物的内部，且不会迁移，保证了种植砂产品的使用安全。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：粉煤灰100份，生活污泥15份，高岭土5份及石英粉1份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将粉煤灰100份、生活污泥15份、高岭土5份和石英粉1份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为1500r/min，造粒时间为2min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在70℃的干燥箱中烘干90min；
(4)烧结：烘干后的混合料以10℃/min升温至400℃，保温10min；再以5℃/min升温至700℃，保温5min；最后以20℃/min升温至900℃，保温20min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
实施例2
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：粉煤灰100份，造纸污泥20份，高岭土10份及硅灰1份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将粉煤灰100份、造纸污泥20份、高岭土10份和硅灰1份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为2000r/min，造粒时间为1.5min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在80℃的干燥箱中烘干80min；
(4)烧结：烘干后的混合料以15℃/min升温至400℃，保温10min；再以7℃/min升温至700℃，保温5min；最后以25℃/min升温至1000℃，保温15min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
实施例3
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：煤矸石细粉100份、生活污泥20份、高岭土2.5份、膨润土2.5份、石英粉0.5份及硅灰0.5份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将煤矸石细粉100份、生活污泥20份、高岭土2.5份、膨润土2.5份和石英粉0.5份及硅灰0.5份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为2000r/min，造粒时间为1min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在90℃的干燥箱中烘干80min；
(4)烧结：烘干后的混合料以20℃/min升温至400℃，保温20min；再以10℃/min升温至700℃，保温10min；最后以10℃/min升温至1100℃，保温30min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
实施例4
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：煤矸石细粉100份、造纸污泥15份、高岭土5份、球土10份、石英粉1份和硅灰1份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将煤矸石细粉100份、造纸污泥15份、高岭土5份、球土10份和石英粉1份及硅灰1份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为3000r/min，造粒时间为0.5min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在80℃的干燥箱中烘干75min；
(4)烧结：烘干后的混合料以20℃/min升温至400℃，保温15min；再以7℃/min升温至700℃，保温10min；最后以25℃/min升温至1150℃，保温20min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
实施例5
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：煤矸石细粉50份、粉煤灰50份、造纸污泥30份、白泥10份、球土5份、石英粉1份和硅灰1.5份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将煤矸石细粉50份、粉煤灰50份、造纸污泥30份、白泥10份、球土5份、石英粉1份和硅灰1.5份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为2500r/min，造粒时间为1min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在120℃的干燥箱中烘干60min；
(4)烧结：烘干后的混合料以10℃/min升温至400℃，保温10min；再以10℃/min升温至700℃，保温5min；最后以15℃/min升温至1100℃，保温20min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
实施例6
本实施例中利用污泥制备的种植砂，由如下重量份的原料制备而成：矿渣100份、河道淤泥20份、黑泥10份和硅灰1.5份。
本实施例中种植砂的制备方法包括以下步骤：
(1)混合：将矿渣100份、河道淤泥20份、黑泥10份和硅灰1.5份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将混合料倒入造粒机中进行造粒处理，造粒机的转速为3500r/min，造粒时间为0.5min，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的混合料在80℃的干燥箱中烘干90min；
(4)烧结：烘干后的混合料以10℃/min升温至400℃，保温10min；再以5℃/min升温至700℃，保温5min；最后以30℃/min升温至1200℃，保温10min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
分别取800mL上述实施例1-6中制备的种植砂铺在1000mL花盆内，将辣木分别插在各种植砂中，加入300mL配制的营养液(1wt％)。每隔15天加入300mL配制的营养液(1wt％)，观察并记录90天生长情况。
将各实施例中制得的种植砂的性能及植物生长情况进行检测，具体结果如表1所示。
表1 种植砂的性能及植物生长情况检测结果
由表1可知，本发明利用污泥制得的种植砂颗粒大小均一，球形度高；其筒压强度高，28Mpa的筒压强度下的破碎率为20-30％，使用寿命长；容重在1000-1100kg/m3之间，没有粉尘污染且方便固定植物；种植砂的吸水率在60-80％之间，具有良好的保水保肥性，且水分和肥料可均匀分布；解决了蛭石、珍珠岩、炉渣、泥炭、岩棉等栽培基质存在的问题。辣木在各实施例制得的种植砂中的生长高度为26-31cm之间，将种植砂换成土壤进行对比试验可知，相同条件下辣木的生长高度为29cm，说明本发明制得的种植砂的种植效果与土壤种植效果相当甚至优于土壤，可以作为种植基质使用。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述种植砂由如下重量份的原料制备而成：固体废弃物100份，造孔剂15-30份，增塑剂5-15份，增强剂1-2.5份；其中：
所述固体废弃物为粉煤灰、煤矸石、矿渣、尾渣、废渣中的一种或多种；
所述造孔剂为生活污泥、造纸污泥、河道淤泥中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述种植砂是粒径为10-100目的球形颗粒，所述种植砂的孔隙率为60-80％。
3.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述种植砂的容重为900-1100kg/m3。
4.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述固体废弃物的粒度为100-200目。
5.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述生活污泥、造纸污泥、河道淤泥的含水率为40-80％。
6.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述增塑剂为高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的利用污泥制备的种植砂，其特征在于，所述增强剂为石英粉、硅灰中的一种或多种。
8.一种制备权利要求1-7中任一项所述的种植砂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合：将所述固体废弃物100份、所述造孔剂15-30份、所述增塑剂5-15份和所述增强剂1-2.5份混合均匀得到混合料；
(2)造粒：将所述混合料进行造粒处理，得到粒径为10-100目的颗粒；
(3)烘干：将颗粒状的所述混合料在70-120℃下烘干；
(4)烧结：烘干后的所述混合料以10-20℃/min升温至400℃，保温10-20min；再以5-10℃/min升温至700℃，保温5-10min；最后以10-30℃/min升温至900-1200℃，保温10-30min；
(5)冷却：烧结后冷却得到种植砂。
9.根据权利要求8所述的制备种植砂的方法，其特征在于，步骤(2)中，步骤(2)中将所述混合料加入造粒机中进行造粒处理，所述造粒机的转速为1000-3500r/min，造粒时间为0.5-2min。
10.根据权利要求8所述的制备种植砂的方法，其特征在于，步骤(3)中烘干时间为60-90min。
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