CN109328977A - 一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法，所述的方法包括以下步骤：先向城市污泥中加入砻糠、菌种和菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；将污泥混合物料在45‑60℃的环境中进行通风发酵5‑7天，得到发酵产物；将发酵产物进行翻拌，控制含水率在50‑60％，5‑7天后得到半成品；向半成品中加入质量百分比为5.5‑11％的矿物材料、1.5‑3％的淀粉、0.1‑0.3％的复合菌种、3‑7％的菌糠、5‑8％的生物炭及土壤改良剂，搅拌均匀后在45‑60℃的环境中进行发酵5‑7天，控制土壤含水率在25‑35％，得到园林绿化土。本发明制备的园林绿化土满足园林植物的营养需求，减少了绿化土中的重金属含量。

Description

一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法。
背景技术
现有的城市污泥制园林绿化土技术偏向于提高污泥中的养分，通常会采用在污泥中添加绿化植物废弃物、菌渣、农用固体废弃物及动物粪便等来提高污泥中的养分，从而满足植物的生长需求。但是，目前缺乏城市污泥作为园林绿化土满足植物生长需求的同时有效减少土壤中重金属的园林绿化土制备工艺。
对于土壤重金属修复，通常分为物理、化学和生物法。物理法修复效率较高的同时成本也高；化学法虽然效果好，但是费用高，并且可能存在二次污染，生物法虽然安全、费用低，但是耗时较长。同时，污泥在堆肥过程中伴随着臭气的产生，会对周围环境产生影响。对于土壤中臭气的解决方法，使用专门的除臭设备进行除臭，则较为繁琐，增加工艺成本，若往污泥中添加化学试剂等进行除臭，又可能改变土壤本身的理化性质，影响土壤生态平衡。因此，在利用城市污泥制备园林绿化土的工艺中，需要探索出一种安全有效地降低污泥中重金属和臭气的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法。
本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法，包括以下步骤：
(1)先向城市污泥中加入砻糠、菌种和菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；
(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，得到发酵产物；
(3)将步骤(2)中的发酵产物进行翻拌，控制含水率在50％-60％，5-7天后得到半成品；
(4)向步骤(3)得到的半成品中加入矿物材料、淀粉、复合菌种、菌糠、生物炭及土壤改良剂，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％，得到园林绿化土。
优选的，步骤(1)中，所述的砻糠的加入量为城市污泥质量的2％-8％；所述的菌种的加入量为城市污泥质量的0.1％-0.3％；所述的菌糠的加入量为城市污泥质量的7％-10％。
所述的菌种为地衣芽孢杆菌种。
优选的，步骤(3)中，所述翻拌的次数为每2天翻拌一次。
优选的，步骤(4)中，所述的矿物材料的加入量为半成品质量的5.5％-11％；
所述的矿物材料由石英砂、黏土、煤矸石和牡蛎壳粉四种材料组成，所述的石英砂的加入量为半成品质量的1.5％-3％；所述的黏土的加入量为半成品质量的1.5％-3％；所述的煤矸石的加入量为半成品质量的1％-2％；所述的牡蛎壳粉的加入量为半成品质量的1.5％-3％。
所述的矿物材料的粒径2mm-4mm。
所述的淀粉的加入量为半成品质量的1.5％-3％；
所述的复合菌种为地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种两者的组合，两种菌种占比为1:1。所述的复合菌种的加入量为半成品质量的0.1％-0.3％。
所述的菌糠的加入量为半成品质量的3％-7％。
所述的菌糠的粒径0.2mm-0.5mm。
所述的生物炭的加入量为半成品质量的5％-8％。
所述的生物炭的粒径1mm-3mm。
所述的土壤改良剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸(EDTA)。所述的土壤改良剂柠檬酸的加入量为半成品质量的0.03％-0.08％，所述的土壤改良剂乙二胺四乙酸的加入量为半成品质量的0.03％-0.06％。
优选的，所述土壤改良剂以固体粉末的形式与污泥搅拌均匀。
上述地衣芽孢杆菌种来源于市场购买获得，型号为ACCC-19747，可以通过中国农业科学院菌种保藏中心购买获得。上述枯草芽孢杆菌种来源于市场购买获得，型号为ACCC-11089，ACCC-10743，可以通过中国农业科学院菌种保藏中心购买获得。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
一、利用砻糠和生物炭等环保物质作为园林绿化基质，发挥了如下几点作用：首先，砻糠和生物炭可以为植物生长提供营养元素，其中，生物炭不仅对重金属具有吸附功能，也能截留土壤中的水分，同时能对土壤中的氮元素进行固定，减少氮元素的损失，提高土壤肥力，减少化肥使用量；其次，砻糠和生物炭的添加增加了土壤孔隙率，在堆肥过程中起到了通风散热的作用，减少翻拌次数；再者，砻糠和生物炭本身偏碱性，可减少因厌氧环境下产生的硫化物如硫化氢等刺激性气味。
二、菌糠的添加缩短污泥堆肥周期的同时可以减少污泥堆肥过程中主要恶臭气体氨气的排放。一方面，菌糠通过物理作用吸附堆肥过程中产生的氨气，另一方面菌糠中含有的醋糠等酸性基质提供了酸性环境，减少了堆肥过程中氨气的释放。
三、土壤改良剂EDTA或柠檬酸都能够促进植物对重金属的吸收，而且柠檬酸的pH呈酸性，能调节污泥本身的碱性环境，利于植物对重金属吸收，并且在土壤中易降解。
四、矿物材料石英砂、黏土、煤矸石和牡蛎壳粉具有吸附性能，其对重金属的吸附在一定程度上降低了重金属对周围环境的风险值。
五、本发明制备的园林绿化土不仅满足了园林植物对营养的需求，而且有效减少了绿化土中重金属含量，将技术提高到了环保安全层面，不仅实现了污泥的资源化，也实现了经济、社会、生态多赢的局面。
附图说明
图1是本发明的园林绿化土1种植48天后高羊茅的生长情况；
图2是本发明的园林绿化土2种植48天后高羊茅的生长情况；
图3是本发明的园林绿化土3种植48天后高羊茅的生长情况；
图4是本发明的园林绿化土1种植48天后黑麦草的生长情况；
图5是本发明的园林绿化土2种植48天后黑麦草的生长情况；
图6是本发明的园林绿化土3种植48天后黑麦草的生长情况；
图7是本发明的园林绿化土4种植40天后黑麦草的生长情况；
图8是本发明的园林绿化土5种植40天后黑麦草的生长情况；
图9是本发明的园林绿化土6种植40天后黑麦草的生长情况。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明保护范围。尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
以大田实验为例，进行了六块地的实验，通过在园林绿化土上种植高羊茅和黑麦草，来查看污泥制备的营养土是否适用于园林植物的种植。
所用污泥的pH为7.98，有机质含量为23.3％，总氮为5.65g/kg，总磷为3.77g/kg，基本满足了《GB/T23486-2009城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质标准》的要求。以一块地为例，地块大小为180m2/块，污泥土层厚度0.6m，每块地的容重为约为0.9-1.0g/cm3，因此每块地需要污泥约108000kg。按如下步骤实施：
实施例1
园林绿化土1的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为8％的砻糠、0.3％的地衣芽孢杆菌和10％的菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％，5-7天后得到半成品；(4)将步骤(3)得到的半成品中不加入其它物质，继续翻拌，每2天翻一次，控制含水率在25％-35％之间，5-7天后作为空白对照组，即园林绿化土1(作为空白对照)。
实施例2
园林绿化土2的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为8％的砻糠、0.3％的地衣芽孢杆菌和10％的菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％，5-7天后得到半成品；(4)向步骤(3)得到的半成品中加入质量百分比为1.5％的石英砂、1.5％的黏土、1％的煤矸石及1.5％的牡蛎壳粉矿物材料以及加入1.5％的淀粉、3％的菌糠、5％的生物炭和0.1％的地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种复合菌种，同时加入0.03％的土壤改良剂柠檬酸，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％之间，得到园林绿化土2。
实施例3
园林绿化土3的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为8％的砻糠、0.3％的地衣芽孢杆菌和10％的菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45-60℃的环境中进行通风发酵5-7天左右；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％之间，5-7天后得到半成品；(4)向步骤(3)得到的半成品加入3％的石英砂、3％的黏土、2％的煤矸石及3％的牡蛎壳粉矿物材料以及加入0.08％的淀粉、7％的菌糠、8％的生物炭和0.3％的地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种复合菌种，同时加入0.08％的土壤改良剂柠檬酸，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％之间，得到园林绿化土3。
实验结果
高羊茅草籽于9月中旬分别撒播于三种园林绿化土上，播种密度为88g/m2,黑麦草草籽于10月底在三种园林绿化土上进行撒播，播种密度为40.6g/m2，并定期进行灌溉。图1是本发明的园林绿化土1种植48天后高羊茅的生长情况；图2是本发明的园林绿化土2种植48天后高羊茅的生长情况；图3是本发明的园林绿化土3种植48天后高羊茅的生长情况；图4是本发明的园林绿化土1种植48天后黑麦草的生长情况；图5是本发明的园林绿化土2种植48天后黑麦草的生长情况；图6是本发明的园林绿化土3种植48天后黑麦草的生长情况。分别于48天后收割高羊茅和黑麦草，并对植物的生长情况见图1～6及生物量进行测定，测定结果见表1；同时，我们对高羊茅和黑麦草植物及土壤中的重金属进行了测定，其测定结果见表2和表3。
表1施加柠檬酸后植物生长生物量(mg/cm2)
由表1可知，园林绿化土2、3上的植物生物量都高于园林绿化土1上的植物生物量，说明土壤改良剂柠檬酸、矿物材料和生物炭的加入，有益于植物的生长，并且对于园林绿化土3的施用，无论是高羊茅还是黑麦草，其生物量都高于种植在园林绿化土2上的生物量，说明，适当增加土壤改良剂、矿物材料和生物炭的投加量能促进植物的生长。从图1、图2(见说明书附图)也可以看出，无论是高羊茅还是黑麦草，都能适应在此土壤上生长，并且生长势也很好。
表2高羊茅种植后植物及土壤中重金属含量(mg/kg)
表3黑麦草种植后植物及土壤中重金属含量(mg/kg)
由表2、3可知，园林绿化土2、3中的重金属含量低于园林绿化土1的，且植物中部分重金属含量也随矿物材料、生物炭和土壤改良剂柠檬酸的加入呈上升趋势，说明添加矿物材料、生物炭和土壤改良剂柠檬酸有助于降低土壤中重金属，并且促进植物对重金属的吸收。
以室内盆栽实验为例，每盆中污泥质量为250g，在盆中播撒黑麦草草籽。以一份污泥为例，具体步骤如下：
实施例4
园林绿化土4的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为2％的砻糠、0.1％的地衣芽孢杆菌和7％的菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天左右；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％之间，5-7天后得到半成品；(4)将步骤(3)得到的半成品中不加入其它物质，继续翻拌，每2天翻一次，控制含水率在25％-35％之间，5-7天后作为空白对照，即园林绿化土4(作为空白对照)。
实施例5
园林绿化土5的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为2％的砻糠、0.1％的地衣芽孢杆菌种和7％的菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％之间，5-7天后得到半成品；(4)向步骤(3)得到的半成品中加入质量百分比为1.5％的石英砂、1.5％的黏土、1％的煤矸石及1.5％的牡蛎壳粉矿物材料以及加入1.5％的淀粉、3％的菌糠、5％的生物炭和0.1％的地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种复合菌种，同时加入0.03％的土壤改良剂EDTA，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％，得到园林绿化土5。
实施例6
园林绿化土6的制备：(1)向污水厂处理后的污泥中加入质量百分比为2％的砻糠、0.1％的地衣芽孢杆菌和7％的菌糠并混合均匀，得到污泥混合物料；(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵7天左右；(3)将步骤(2)中的产物进行翻拌，每2天翻一次，控制含水率在50％-60％，5-7天后得到半成品；(4)向步骤(3)得到的半成品中加入质量百分比为3％的石英砂、3％的黏土、2％的煤矸石及3％的牡蛎壳粉矿物材料以及加入3％的淀粉、7％的菌糠、8％的生物炭和0.3％的地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种复合菌种，同时加入0.06％的土壤改良剂EDTA，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％，得到园林绿化土6。
实验结果
黑麦草草籽播种密度为1g/盆，40天后生长情况见图7～9，其中，图7是本发明的园林绿化土4种植40天后黑麦草的生长情况，图8是本发明的园林绿化土5种植40天后黑麦草的生长情况，图9是本发明的园林绿化土6种植40天后黑麦草的生长情况；不同园林绿化土上的黑麦草地上和地下生物量的变化见表4；不同园林绿化土中重金属含量见表5。
表4不同园林绿化土上的黑麦草生物量(g/盆)
表5不同园林绿化土中重金属含量(mg/kg)
由表4和表5可知，空白对照组即园林绿化土4中植物的生物量高于园林绿化土5和园林绿化土6，但是园林绿化土5和园林绿化土6中的重金属含量却低于空白对照组，说明添加矿物材料、生物炭和土壤改良剂EDTA有助于降低土壤中重金属。但是EDTA的生物毒性较大，会影响植物的生长，因此，EDTA的投加量不宜过多，EDTA的投加量应严格控制在0.03％-0.06％之间。
污泥堆肥过程产生的臭气主要是浓度较高的氨气和臭气阈值较低的硫化氢，因此，我们对堆肥污泥进行氨气和硫化氢的测定。实施例2和3在堆肥过程中氨气的平均挥发量约为65mg/kg污泥，低于实施例1(空白对照组)在堆肥过程中氨气的挥发量80mg/kg污泥；实施例5和6在堆肥过程中氨气的平均挥发量约为76mg/kg污泥，低于实施例4(空白对照组)在堆肥过程中氨气的挥发量88mg/kg污泥，故菌糠的加入能够减少污泥在堆肥过程中氨气的挥发。实施例2和3在堆肥过程中硫化氢的平均含量为8％，低于实施例1(空白对照组)在堆肥过程中硫化氢的含量14％；实施例5和6在堆肥过程中硫化氢的平均含量为12％，低于实施例4(空白对照组)在堆肥过程中硫化氢的含量18％。因此，砻糠和生物炭的添加能减少硫化氢的排放量。
结论：本发明的园林绿化土供给园林植物养分，另一方面，园林植物本身对重金属有一定的吸收和积累能力，因此，利用园林绿化土与园林植物两者之间的相互作用，我们通过土壤改良剂的添加来活化污泥中的重金属，增加植物对重金属的吸收，同时，矿物材料和生物炭对重金属的吸附在一定程度上降低了重金属对周围环境的风险值。砻糠、生物炭、菌糠等生物质材料凭借他们本身的酸碱特性，能吸收硫化氢、氨气等恶臭气体，减少对环境的污染。
上述地衣芽孢杆菌种来源于市场购买获得，型号为ACCC-19747，可以通过中国农业科学院菌种保藏中心购买获得。
上述枯草芽孢杆菌种来源于市场购买获得，型号为ACCC-11089，可以通过中国农业科学院菌种保藏中心购买获得。

Claims (10)

1.一种利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先向城市污泥中加入砻糠、菌种和菌糠混合均匀，得到污泥混合物料；
(2)将步骤(1)中得到的污泥混合物料在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，得到发酵产物；
(3)将步骤(2)中的发酵产物进行翻拌，控制含水率在50％-60％，5-7天后得到半成品；
(4)向步骤(3)得到的半成品中加入矿物材料、淀粉、复合菌种、菌糠、生物炭及土壤改良剂，搅拌均匀后在45℃-60℃的环境中进行通风发酵5-7天，控制土壤含水率在25％-35％，得到园林绿化土。
2.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的砻糠的加入量为城市污泥质量的2％-8％；所述的菌种的加入量为城市污泥质量的0.1％-0.3％；所述的菌糠的加入量为城市污泥质量的7％-10％。
3.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的菌种为地衣芽孢杆菌种。
4.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述翻拌的次数为每2天翻拌一次。
5.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的矿物材料的加入量为半成品质量的5.5％-11％。
6.根据权利要求5所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，所述的矿物材料由石英砂、黏土、煤矸石和牡蛎壳粉四种材料组成，所述的石英砂的加入量为半成品质量的1.5％-3％；所述的黏土的加入量为半成品质量的1.5％-3％；所述的煤矸石的加入量为半成品质量的1％-2％；所述的牡蛎壳粉的加入量为半成品质量的1.5％-3％。
7.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的淀粉的加入量为半成品质量的1.5％-3％。
8.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的复合菌种为地衣芽孢杆菌种和枯草芽孢杆菌种两者的组合，两种菌种质量占比为1:1；
所述的复合菌种的加入量为半成品质量的0.1％-0.3％。
9.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的菌糠的加入量为半成品质量的3％-7％；
所述的生物炭的加入量为半成品质量的5％-8％。
10.根据权利要求1所述的利用城市污泥制备园林绿化土的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的土壤改良剂为柠檬酸或乙二胺四乙酸；
所述的土壤改良剂柠檬酸的加入量为半成品质量的0.03％-0.08％；
所述的土壤改良剂乙二胺四乙酸的加入量为半成品质量的0.03％-0.06％。
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