CN111296229A

CN111296229A - 一种利用污泥与沼渣共热解产物制备育苗基质的方法

Info

Publication number: CN111296229A
Application number: CN201911307353.5A
Authority: CN
Inventors: 蔡超; 王宏; 张又弛; 林姗娜
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-06-19

Abstract

本发明提供一种用城市脱水污泥与餐厨垃圾发酵沼渣共热解产物负载沼液养分后复配形成生物种苗基质的配方，按体积比计，共热解产物占20％‑50％、草炭占10％‑30％，珍珠岩占10％‑25％，余量为蛭石，充分混匀形成。该发明采用的脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分作为育苗基质中替代草炭的主要成分，通过合理复配制成一种低成本、养分充足的工厂化育苗基质进行育苗，幼苗发芽率更高，茎秆粗壮，生理代谢指标更好；并且能实现对城市污泥和餐厨垃圾的资源化再利用，构建物质的循环和能量的回收体系，最大限度地减少污泥和厨余对环境的污染，提高废弃资源处理和利用效率；同时降低育苗基质原料获取成本，提升育苗品质。

Description

一种利用污泥与沼渣共热解产物制备育苗基质的方法

技术领域

本发明是利用城市脱水污泥与餐厨垃圾发酵沼渣稳定化制备共热解产物，通过该热解产物对餐厨垃圾厌氧消化体系中沼液的N、P 进行富集和固持，进而与蛭石、珍珠岩按照一定比例组配形成复合育苗基质，适合无土育苗，可以减少草炭资源消耗，实现废物利用，降低生产成本，保护生态环境，提高育苗质量，属于农业高新技术。

背景技术

工厂化育苗近年在我国日渐应用广泛，由于其育苗效率高，且能缩短育苗周期使秧苗作物提早上市实现经济效益，以及通过育苗培植的秧苗具有较强的抗性和提高作物质量等特点，同时随着人们生活水平的提高，市场对于高品质蔬菜需求日益强劲，并且城市的发展建设需要大量绿化园林苗木以满足人们对居住环境生态景观的要求，综合以上特点及需求使得基质育苗在我国具有广阔的应用前景。

无土育苗的兴起使得经济作物育苗实现产业化和现代化，现今常用的无土育苗基质材料有草炭、蔗渣、蛭石、椰糠、炉灰渣、珍珠岩和菇渣等，其中草炭是复配其它材料的基底主材料，它是一种不可再生的资源，随着开采时间和开采量的加大，草炭面临枯竭问题。因此，开发新的生物基质材料来代替草炭已迫在眉睫。

城市的快速发展使得污水处理厂规模和数量在不断扩大，污泥发生量呈快速增加的趋势，大量湿污泥随意外运、简单填埋或堆放（约占处置量的60%），致使许多城市“毒泥围城”，由此所带来的社会环境问题日益紧迫突出；而作为城市有机固体废弃物的另一大来源，餐厨垃圾特点是高水分（约85%）、高盐分和高有机质含量，极易腐烂变质，滋生病菌，同时还含氮、磷、钾、钙及各种微量元素；从当前的重要环境问题需求出发，以城市有机固体废弃物的协同处置资源回收为核心，探索城市污泥与餐厨垃圾协同处置有机耦合的资源化再利用。

本发明针对影响城市持续发展的环境问题，利用城市脱水污泥与餐厨垃圾发酵沼渣稳定化制备共热解产物，并通过该热解产物对餐厨垃圾厌氧消化体系中沼液的N、P 进行富集和固持，替代（减少）部分草炭，有助于解决生态问题，实现废弃物资源化的再利用。

发明内容

本发明是一种由脱水污泥与沼渣共热解产物替代部分草炭的无土复合基质配方，针对现阶段工厂化育苗对草炭资源的过度开采使用问题，利用城市脱水污泥与餐厨垃圾发酵沼渣稳定化制备共热解产物，通过共热解产物多孔、吸附性强等特性，负载高浓度沼液中的养分，与蛭石、珍珠岩等相关辅料复配成一定比例的复合型育苗基质配方，可以提高育苗效果，减少草炭资源消耗，解决城市废弃资源利用问题，保护生态环境，同时降低育苗成本，促进工厂化育苗和可持续发展。

一种用脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分加工的生物育苗基质，该育苗基质中，按体积比计，负载沼液养分的共热解产物占20%-50%、草炭占10%-30%，珍珠岩占10%-25%，余量为蛭石组配，并充分混合均匀形成。

其制作步骤如下：

1、脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分的制备：

餐厨垃圾厌氧发酵的沼渣，与城市污泥进行水热脱水后的固体为原材料，热解温度为450℃~1000℃，物料停留时间为5-60min；②利用热解产物带负电性、多孔结构、比表面积大、吸附性强等特性，在餐厨垃圾厌氧消化体系的高浓度沼液中浸泡12-36小时，之后在50℃-120℃条件下进行烘干。

2、将步骤1制得的共热解产物进行粉碎研磨，并过10目筛进行筛分。

3、将步骤2通过10目筛分的共热解产物，按体积比计，共热解产物占20%-50%、草炭占10%-30%，珍珠岩占10%-25%，余量为蛭石组配，混合均匀。

与目前常用的草炭：蛭石：珍珠岩2:1:1（V/V/V）育苗基质相比，本发明的有益效果为：

1、本发明使用的脱水污泥与沼渣共热解产物，具有较高的孔隙度值和比表面积，这使得共热解产物能提供较强的吸附能力，是水分和养分的良好载体，共热解产物复配其他基质材料不但可以增加基质的吸附能力还可以减轻基质的重量。

2、传统的废物处理途径都是把脱水污泥和餐厨发酵沼渣当作废品来处理，没有考虑利用它们存在的潜在能源价值和回收利用的可能性，本发明使用的脱水污泥与沼渣共热解产物，有效对城市污泥进行无害处理，并对餐厨垃圾厌氧消化体系中的沼液进行循环利用，是环境保护的一种手段，是建设资源节约型、环境友好型社会的技术保障。

3、本发明使用的脱水污泥与沼渣共热解产物与普通材料复配加工的育苗基质，减少了对草炭的开采利用，与常规基质相比可促进幼苗生长，提高幼苗素质。

具体实施方案

用脱水污泥与沼渣共热解产物加工育苗基质的方法，该方法包括以下步骤：

第一步、依照发明步骤，提前制备脱水污泥与沼渣共热解产物，负载沼液养分，研磨过筛，按照体积比取共热解产物占20%-50%、草炭占10%-30%，珍珠岩占10%-25%，余量为蛭石组配，混合加工成本发明的生物育苗基质。

第二步、试验选用白菜种子进行育苗，育苗盘选用50孔穴盘（单孔容积约55ml），试验共设置4个处理组：

表1 处理组体积配比

处理组	共热解产物（%）	草炭（%）	蛭石（%）	珍珠岩（%）
					CK（对照）	0	50	25	25
T3	30	20	25	25
					T4	40	10	25	25
T5	50	0	25	25

第三步、操作与管理：①：将选用的各种育苗基质按上述体积配比，充分混合后待用；②将充分混合后的育苗基质装入育苗盘，轻轻振动几下使穴内育苗基质相对密实些，然后用刮板纵横刮平，使育苗基质均匀分布于盘中待用；③播种于晴天上午进行；④播种前将穴盘中的育苗基质分次浇透水，种子未出苗前基质湿度保持在70%-90%左右，待子叶展平后适当降低育苗盘湿度，以利根系生长，每天早晚各浇一次水。

表2 不同基质配方的理化性状

处理组	容重/g·cm<sup>3</sup>	总孔隙度/%	通气空隙度/%	持水孔隙度/%
					CK（对照）	1.18	62.3	13.8	48.2
T3	0.78	68.7	14.3	53.7
					T4	0.35	75.2	25.2	49.8
T5	0.37	76.7	26.8	48.8

由表2可知，相对于对照（CK），本发明使用脱水污泥与沼渣共热解产物复配的基质容重降低，总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度均优于对照（CK），更好的满足育苗基质中幼苗生长的要求。

表3 不同基质配方的阳离子交换量

处理组	阳离子交换量(cmol/kg)
		CK（对照）	0.08
T3	0.11
		T4	0.10
T5	0.14

由表3可知，随着基质共热解产物的增加，CEC呈上升趋势，基质阳离子交换量高，说明基质保肥性强，意味着基质保持和供应植物所需养分的能力越强。

结果对照

1、不同基质种子出芽整齐度情况

①种子播入育苗盘后的第3天，开始调查种子出苗情况，主要调查种子的出苗率，表4为播后各处理组种子的出芽情况，从表4可以看出，在第9天，白菜在以草炭为育苗基质的CK（对照）组中，发芽率为73.46%，而在脱水污泥与沼渣共热解产物完全替代草炭的T5处理组中发芽率为55.25%，出芽率最优的情况是脱水污泥与沼渣共热解产物与草炭复配的T3处理组，出芽率达到91.67%。

表4 播后各处理组种子出芽情况

	3d	9d
			处理组	发芽率/%	发芽率/%
CK（对照）	8.95	73.46
			T3	10.80	91.67
T4	8.33	75.62
			T5	2.47	55.25

表5 不同基质配方对幼苗生长指标的影响

	株高/cm	株高/cm	茎粗/cm	茎粗/cm	根长/cm	根长/cm	冠幅/cm	冠幅/cm
									处理组	15d	25d	15d	25d	15d	25d	15d	25d
CK（对照）	4.61	5.97	0.09	0.13	5.12	7.23	2.54	4.89
									T3	4.59	6.11	0.1	0.15	5.26	7.79	2.61	5.32
T4	4.6	6.09	0.09	0.14	5.2	7.71	2.57	5.31
									T5	4.51	5.88	0.09	0.14	5.18	7.75	2.59	5.26

由表5可知，在形态指标方面，第15天的时候，T3比其他处理组显示出更好的长势，特别是在茎粗，根长和冠幅上；并且通过对种苗形态指标的观察，第25天的时候，生长情况最好的是T3处理组。

表6 不同基质配方对幼苗壮苗指标的影响

	壮苗指数	壮苗指数	G 值	G 值
					处理组	15 d	25 d	15 d	25 d
CK（对照）	0.022	0.043	4.99	12.21
					T3	0.025	0.054	4.91	14.03
T4	0.026	0.054	5.25	14.54
					T5	0.026	0.053	5.43	14.74

由表6可知，第25天时，各处理中最高壮苗指数【壮苗指数＝（茎粗/株高＋根干重/地上干重）*全株干重）】最大值出现在T4和T3，壮苗指数能够说明基质的好坏，壮苗指标越高，代表基质能够育出较好的种苗；G值【G值＝全株干质量／育苗天数】最大值出现在T5处理组，随后是T4，与对照组相比有更好的促进作用，说明脱水污泥与沼渣共热解产物作为育苗基质具有较大的潜力。

表7 不同基质配方对幼苗生理指标的影响

处理组	叶绿素a（mg·g<sup>-1</sup>）	叶绿素b（mg·g<sup>-1</sup>）	叶绿素总含量（mg·g<sup>-1</sup>）
				CK（对照）	0.11706	0.08038	0.19745
T3	0.12197	0.08025	0.20222
				T4	0.11463	0.08049	0.19513
T5	0.11321	0.08334	0.19655

在三叶一心时期，我们采集植物样品对叶绿素进行测定，由表7可知，不同配比基质的生理指标表现各异，T3处理组最佳，与对照处理组相比，本发明所复配的复合基质有利于提高幼苗的生理代谢活动。

结果说明：

1、共热解产物具有低容重、多孔隙和高比表面积的特性，草炭基质中添加脱水污泥与沼渣共热解产物可有效降低容重、改善通气孔隙，增强基质对水分和养分的吸持能力；然而，完全使用共热解产物替代草炭，会导致基质持水孔隙降低、保水性变差，幼苗易发生缺水而影响生长；

2、脱水污泥与沼渣共热解产物为黑色碳体，能够吸收更多的热量，从而提高基质的温度，温度是影响种子萌发的重要因素，适宜的温度可以促进种子萌发；

3、使用脱水污泥与沼渣共热解产物以比例30-40%替代泥炭时，复配基质的理化指标符合理想基质的要求，且幼苗长势优于不添加共热解产物的纯草炭基质；说明一定替代量的共热解产物可以促进幼苗生长、增加幼苗植株生物量和叶片叶绿素生成。共热解产物对基质的水、气、热条件可起到一定的协调作用，在促进城市污泥资源化利用的同时，可减少草炭等不可再生资源的消耗；

4、在使用脱水污泥与沼渣共热解产物复配的基质进行育苗时，苗龄在25天内，管理上只要按需浇灌清水即可，不必施用任何肥料，简化育苗流程和提升秧苗质量，实现节能省工的效果；

5、随着城市化进程的加快，我国城镇所需要处理的污水量在不断增加，伴随产生的污泥也呈爆炸式增长，本发明使用的脱水污泥与沼渣共热解产物是一种有效的污泥处理措施，最大限度地减少对环境的污染，提高污泥处理和利用效率；

综上所述实施方案是本发明的部分实例，而不是全部实施例，基于本发明的实施方案，技术人员在本发明领域内未作出创造性的改变条件前提下做出的所有其他实施例，都属于本发明保护范畴。

Claims

1.脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分育苗基质其特征在于：该育苗基质中，按体积比计，负载型共热解产物占20％-50％、草炭占10％-30％，珍珠岩占10％-25％，余量为蛭石。

2.根据权利要求1所述的共热解产物育苗基质，其特征在于：所述的脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分制备步骤为：①餐厨垃圾厌氧发酵的沼渣，与城市污泥进行脱水后的固体为原材料，热解的温度为450℃～1000℃，物料停留时间为5-60min；②在餐厨垃圾厌氧消化体系的高浓度沼液中浸泡12-36小时，利用共热解产物对餐厨垃圾厌氧消化体系中沼液的N、P进行富集和固持，之后在50℃-120℃条件下进行烘干；③将负载养分的共热解产物研磨，进行原料配比。

3.根据权利要求1-2任一项所述的脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分育苗基质的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步：将脱水污泥与沼渣共热解产物负载沼液养分进行粉碎研磨，并过10目筛进行筛分；

第二步：在穴盘底部放置定植棉或陶粒等保持穴盘孔隙且能承载基质的材料；

第三步：按照体积百分比，将20％-50％共热解产物、10％-30％草炭，10％-25％珍珠岩、余量为蛭石放入旋转式搅拌器中充分搅拌混合均匀即为本发明的生物育苗基质成品。