CN110235742B - 一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法 - Google Patents

一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，属于沼渣资源化技术领域。本发明将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；在氮气氛围中，将污泥沼渣粉在炉中高温烧制成生物炭，随炉冷却至室温得到生物质炭；将生物炭与污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；采用水对混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质湿润即得绿化植物基质。本发明可有效地提高污泥沼渣利用率、降低污泥沼渣对植物的毒性，实现沼渣的资源化利用。

Description

一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法
技术领域
本发明涉及一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，属于沼渣资源化技术领域。
背景技术
污泥沼渣可作为优质、高效的无公害有机肥料已应用于多种作物的生产中，但目前污泥沼渣在利用方面存在利用率低、对植物毒害作用大的问题。关于污泥沼渣的处理途径，国内外大多研究了将污泥沼渣作为土壤改良剂以及农业肥料。污泥沼渣较为成熟的肥用模式主要有浇灌施用、叶面肥施用、沼渣分离后将沼渣制成有机肥料施用。此处理方法简单有效，广为接受。但存在的问题是处理量较低，且前处理较为粗糙，只能通过减量化来降低沼渣对植物的毒性。污泥沼渣在作为土壤改良剂或农业肥料的过程中。由于施用量较少，且通过土壤对污泥沼渣的稀释作用，污泥沼渣对植物毒害作用较小。因此，沼渣对植物的毒性一直制约着沼渣的利用率。
基于此方面研究较少，且通过污泥沼渣理化性质分析，发现污泥沼渣具备作为绿化植物的基质的潜力。污泥沼渣作为绿化植物基质，可大幅度提高沼渣利用率。并通过前期的改良过程，可降低污泥沼渣对植物的毒性。
在将污泥沼渣作为绿化植物的基质的过程中，从根本上改变了污泥沼渣的利用方式，其对植物的主要毒性发生了转变，且更加复杂。由于污泥沼渣作为基质的过程中沼渣的添加量较大，植物根部组织暴露在大量的沼渣基质中，基质的理化性质发生较大变化。其中污泥沼渣高含量营养物，高含盐量，低孔隙率对植物毒害的问题就更为突出。过高的营养物质会对植物产生烧苗的现象，抑制植物根部的发育，破坏植物的渗透调节系统与光合作用。盐胁迫对作物的危害作用主要是由高浓度的盐离子引发而产生的，包括直接的离子毒害作用和间接的渗透胁迫、离子失衡和营养缺乏等。污泥沼渣低孔隙度对植物的毒害，主要表现在污泥沼渣的透气性、透水和保水能力均受到了该密实度的影响。基质坚实度过高，导致透气孔隙率减小，透气性降低，影响气体交换。而气体交换不畅致使植物生长不良，甚至造成植株组织缺氧坏死。
发明内容
针对现有技术中污泥沼渣存在的利用技术问题，提供了一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，采用烧制沼渣生物炭，将沼渣生物炭与沼渣及改性材料混合、喷淋、搅拌、震荡等得到绿化植物基质，实现污泥沼渣的资源化利用，以解决污泥沼渣利用率低、对植物毒害大的问题。
一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，具体步骤如下：
(1)将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；
(2)在氮气氛围中，将步骤(1)污泥沼渣粉匀速升温至温度为600～700℃并恒温热解4～4.5h，随炉冷却至室温得到生物质炭；
(3)将步骤(2)生物炭与步骤(1)污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；
(4)采用水对步骤(3)的混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为25～35％即得绿化植物基质。
所述步骤(1)过筛的筛孔为40～60目。
所述步骤(2)匀速升温的升温速率为2.4～2.5℃/min。
所述步骤(3)中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:(0～3)。
所述步骤(3)石英砂与混合基质A的质量比为1:(2.8～3.2)，珍珠岩的体积占石英砂和混合基质A的总体积的20～80％。所述第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的35％～45％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同。
进一步地，所述第一次振荡处理的时间为1.5～2.5min，第二至四次振荡处理的时间为0.5～1.5min。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用烧制沼渣生物炭，将沼渣生物炭与沼渣及改性材料混合、喷淋、搅拌、震荡等得到绿化植物基质，实现污泥沼渣的资源化利用；
(2)本发明可有效地提高污泥沼渣利用率、降低污泥沼渣对植物的毒性；
(3)本发明的绿化植物基质相比于未处理的沼渣基质，沼渣利用率从18％提高到100％；黑麦草幼苗存活率由86.8％提高至96.9％，生物量提高19％。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
对比例1：一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，具体步骤如下：
(1)将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况见表1；
表1污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)将珍珠岩与石英砂加入到粉状沼渣基质A中混合均匀，得到混合基质B，其中，石英砂与混合基质的质量比为1:2.8，珍珠岩的体积占石英砂和粉状沼渣基质A的总体积的20％；
(3)采用水对步骤(2)的混合基质进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为35％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的45％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为1.5min，第二至四次振荡处理的时间为1.5min；
本对比例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表2；
表2绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 68.89％ 14.08mg 4.66mg
从表2中可知，配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，低于土壤中同类水平。该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有降低效果，但仍不适合植物生长。
对比例2：将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉20天植物幼苗生长状况见表3；
表3污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)将珍珠岩与石英砂加入到粉状沼渣基质A中混合均匀，得到混合基质B，其中，石英砂与混合基质的质量比为1:3.2，珍珠岩的体积占石英砂和粉状沼渣基质A的总体积的40％；
(3)采用水对步骤(2)的混合基质进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为25％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的40％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理时间为1.8min，第二至四次振荡处理的时间为1.0min；
本对比例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表4；
表4绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 61.48％ 8.03mg 4.95mg
从表4中可知，配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，低于土壤中同类水平；该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有降低效果，但不适合植物生长。
对比例3：将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉20天植物幼苗生长状况见表5；
表5污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)将珍珠岩与石英砂加入到粉状沼渣基质A中混合均匀，得到混合基质B；其中，石英砂与混合基质的质量比为1:3.0，珍珠岩的体积占石英砂和粉状沼渣基质A的总体积的60％；
(3)采用水对步骤(2)的混合基质进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为35％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的45％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理时间为2.5min，第二至四次振荡处理的时间为0.5min；
本对比例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表6；
表6绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 87.41％ 26.34mg 3.89mg
从表6中可知，配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，低于土壤中同类水平。该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有降低，但不适合植物生长。
对比例4：将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况见表7；
表7污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)将珍珠岩与石英砂加入到粉状沼渣基质A中混合均匀，得到混合基质B，其中，石英砂与混合基质的质量比为1:2.8，珍珠岩的体积占石英砂和粉状沼渣基质A的总体积的80％；
(3)采用水对步骤(2)的混合基质进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为25％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的38％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为1.5min，第二至四次振荡处理的时间为1.5min；
本对比例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表8；
表8绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 69.63％ 14.77mg 3.70mg
从表8中可知，配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，低于土壤中同类水平。该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有降低效果，但不适合植物生长。
实施例1：一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，具体步骤如下：
(1)将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉20天植物幼苗生长状况见表9；
表9污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)在氮气氛围中，将步骤(1)污泥沼渣粉匀速升温至温度为600℃并恒温热解4.5h，随炉冷却至室温得到生物质炭；其中匀速升温的升温速率为2.4℃/min；
(3)将步骤(2)生物炭与步骤(1)污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；其中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:3，石英砂与混合基质A的质量比为1:2.8，珍珠岩的体积占石英砂和混合基质A的总体积的60％；
(4)采用水对步骤(3)的混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为35％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的35％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为2.5min，第二至四次振荡处理的时间为1.0min；
本实施例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表10；
表10绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 96.9％ 76.91mg 6.63mg
从表10中可知，采用该方法配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，幼苗存活率接近土壤同类水平，生物量高于土壤中同类水平；该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有大幅降低效果，适合植物生长。
实施例2：一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，具体步骤如下：
(1)将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉20天植物幼苗生长状况见表11；
表11污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)在氮气氛围中，将步骤(1)污泥沼渣粉匀速升温至温度为650℃并恒温热解4.2h，随炉冷却至室温得到生物质炭；其中匀速升温的升温速率为2.45℃/min；
(3)将步骤(2)生物炭与步骤(1)污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；其中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:1，石英砂与混合基质A的质量比为1:3.0，珍珠岩的体积占石英砂和混合基质A的总体积的60％；
(4)采用水对步骤(3)的混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为30％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的45％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为2.0min，第二至四次振荡处理的时间为1.5min；
本实施例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表12；
表12绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
含量 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 98.9％ 117.28mg 35.50mg
从表12中可知，采用该方法配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，高于土壤中同类水平。该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有大幅降低，非常适合植物生长。
实施例3：一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，具体步骤如下：
(1)将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；其中过筛的筛孔为40～60目，污泥沼渣粉20天植物幼苗生长状况见表13；
表13污泥沼渣粉基质20天植物幼苗生长状况
指标 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 0 0 0
(2)在氮气氛围中，将步骤(1)污泥沼渣粉匀速升温至温度为700℃并恒温热解4h，随炉冷却至室温得到生物质炭；其中匀速升温的升温速率为2.5℃/min；
(3)将步骤(2)生物炭与步骤(1)污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；其中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:0，石英砂与混合基质A的质量比为1:3.2，珍珠岩的体积占石英砂和混合基质A的总体积的60％；
(4)采用水对步骤(3)的混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为25％即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的40％，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为1.5min，第二至四次振荡处理的时间为1.5min；
本实施例绿化植物基质20天植物幼苗生长状况见表14；
表14绿化植物基质20天植物幼苗生长状况
含量 幼苗存活率 单株地上生物量 单株地下生物量
数值 96.1％ 92.18mg 22.67mg
从表14中可知，采用该方法配置的绿化基质，相比于未处理的沼渣基质，其植物幼苗存活率及生物量均有明显提高，高于土壤中同类水平。该方法配置的污泥沼渣绿化基质较未处理的污泥沼渣基质，对植物的毒性有大幅降低，非常适合植物生长。
从实施例1～3可知，本发明生物炭之后的混合基质毒性较小，营养物质丰富，非常适合植物生长；其中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:3时，20天植物幼苗存活率为96.9％，接近普通农用土壤栽植的幼苗存活率98.68％，且地上部分单株生物量为76.91mg，已超普通农用土壤中栽植幼苗地上部分单株生物量68.66mg；生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:1时，20天植物幼苗存活率为98.9％，高于普通农用土壤栽植的幼苗存活率98.68％，且地上部分单株生物量为117.28mg，远超普通农用土壤中栽植幼苗地上部分单株生物量68.66mg；生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:0时，20天植物幼苗存活率为96.1％，也接近普通农用土壤栽植的幼苗存活率98.68％，且地上部分单株生物量为92.18mg，远超普通农用土壤中栽植幼苗地上部分单株生物量68.66mg；但是考虑到生物炭制备成本问题，以及实际绿化应用层面，不建议采用生物炭与沼渣粉质量比为1:1与1:0的方案；因此，该方法配置的绿化基质，生物炭与污泥沼渣粉的最佳质量比为1:3。

Claims (5)

1.一种采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将污泥沼渣干燥至含水率为零，粉碎过筛得到污泥沼渣粉；
（2）在氮气氛围中，将步骤（1）污泥沼渣粉匀速升温至温度为600~700 ℃并恒温热解4~4.5 h，随炉冷却至室温得到生物质炭；
（3）将步骤（2）生物炭与步骤（1）污泥沼渣粉混合均匀得到混合基质A，再将珍珠岩与石英砂加入到混合基质A中混合均匀得到混合基质B；
（4）采用水对步骤（3）的混合基质B进行喷淋处理，搅拌均匀得到湿润混合基质，将湿润混合基质进行振荡处理，再重复进行3次喷淋、搅拌和振荡处理使混合基质含水率为25 ~35%即得绿化植物基质；其中第一次喷淋操作中，喷淋用水量为总水量的35%~45%，第二至四次喷淋操作中，喷淋用水量相同；第一次振荡处理的时间为1.5~2.5min，第二至四次振荡处理的时间为0.5~1.5 min。
2.根据权利要求1所述采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，其特征在于：步骤（1）过筛的筛孔为40 ~ 60目。
3.根据权利要求1或2所述采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，其特征在于：步骤（2）匀速升温的升温速率为2.4 ~ 2.5℃/min。
4.根据权利要求1所述采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，其特征在于：步骤（3）中生物炭与污泥沼渣粉的质量比为1:(0~3)。
5.根据权利要求1或4所述采用污泥沼渣制备绿化植物基质的方法，其特征在于：步骤（3）石英砂与混合基质A的质量比为1:(2.8~3.2)，珍珠岩的体积占石英砂和混合基质A的总体积的20% ~ 80%。
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