CN111903467A - 一种改良海相淤泥用于种植土的工艺 - Google Patents

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Abstract

一种改良海相淤泥用于种植土的工艺，其特征在于，包括海相淤泥改良配方和海相淤泥改良工艺；原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份，其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：0.5～3份稻壳(和/或秸秆)、5～10份砂粒、0.5～2份生物炭、8～12份有机肥、0.5～2份脱硫石膏；工艺步骤如下：S1：先降低海相淤泥含水率至50％及以下；S2：破碎海相淤泥颗粒；S3：添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏；S4：再通过浇灌降低海相淤泥EC值；S5：最后添加生物炭和有机肥改善土壤肥力等方法处理海相淤泥，最终形成满足《绿化种植土壤》(CJ/T340‑2016)土壤环境质量Ⅱ级标准的种植土。该发明配方组成简单，成本低廉，海相淤泥改良后满足种植土要求。

Description

一种改良海相淤泥用于种植土的工艺
技术领域
本发明属于海相淤泥资源化利用领域，尤其涉及一种改良海相淤泥用于种植土的工艺。
背景技术
吹填土作为一种水力吹填造陆而形成的的沉积土，其具有盐碱度高，质地粘重，结构性差，比重和容重较大，孔隙度和渗透系数小，自然脱盐率等特点，基本不具备水、肥、气、热的协调能力；另外，由于没有自然成土和生物演的替过程，吹填土中的有机质、速效养分等肥力指标一般都很低，所以恶劣的理化性质使得吹填土不适合植物的生长和发育。以前采用“盲管排盐、客土绿化”的方法，成本很高且绿化效果不稳定，而且近年来土源越来越少、越来越贵，这种“绿化一片，破坏一片”的客土绿化方式已经不符合可持续发展的理念和要求。海相淤泥资源化利用符合可持续发展要求，且能有效缓解海岸工程土壤稀缺的状况。
中国发明201811112123.9，公开了一种海相淤泥复合固化剂，按质量分数计，海相淤泥复合固化剂由以下原料组成，各原料组分占海相淤泥的质量百分含量分别为:水泥8％-15％，硅灰5％一10％，草木灰10％-20％,Na0H:0.5％-1.5％。通过利用废料硅灰和草木灰具有很好的吸水性的特点，降低了海相淤泥的含水率；且草木灰的水溶液显碱性，可以和NaOH同时增加固化淤泥的pH值，更加有利于反应的进行；发明中讲述了海相淤泥原位固化配方，但固化后的海相淤泥无法用于种植土。
中国发明201910643114.0，公开了一种海淤泥资源化利用方法及系统。所述海淤泥资源化利用方法包括：(1)将海淤泥浆液采用水力旋流分离得粗颗粒砂和细颗粒淤泥泥浆；(2)将粗颗粒砂脱水后作为建筑材料；将细颗粒淤泥泥浆与污泥生物炭混合搅拌调质后进行脱水，得到淤泥固相；(3)当淤泥固相中重金属含量符合国家农用污泥污染物控制标准GB4284-2018时，则将其作为绿化种植土；当超出以上标准时，则将其依次进行造粒、烘干、烧结和冷却以制成陶粒。发明中为给出海相淤泥用于种植土的操作步骤，且其配方组分与本发明中用于种植土配方不同，改良工艺也与本发明不同。
发明内容
本发明目的在于提供一种低成本将海相淤泥改良为园林种植绿化土的复合配方和处理方法，已解决海相淤泥资源化后用于种植土的技术瓶颈。
技术方案：
步骤一，种植土配方
以原始来料海相淤泥为基料给出配方：
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；
其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：0.5～3份稻壳(和/或秸秆)、5～10份砂粒、0.5～2份生物炭、8～12份有机肥、0.5～2份脱硫石膏。
步骤二，基于步骤一的海相淤泥配方，工艺步骤如下：
S1：降低海相淤泥含水率；
通过自然蒸发、机械翻土方式，先将原始来料海相淤泥含水率控制50％以下。
S2、破碎海相淤泥颗粒
先将海相淤泥粒径破碎，最大粒径控制5cm以下。
S3、添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏
根据步骤一中种植土配方中稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏相对于海相淤泥的质量份数和原始来料的海相淤泥量，称量所需添加的稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏质量，通过多次翻耕的方式进行添加。
S4、降低海相淤泥EC值
进行间歇式喷洒清水,降低海相淤泥EC值，使之控制在0.15～0.89ms/cm。
通过水管每隔半个小时喷洒一次，每次喷洒直至表层土壤饱和后停止(即喷洒水出现汇流现象后停止喷洒)；总的喷洒次数应不少于10次(室内试验研究结果表明，喷洒10次后土壤EC值已降至标准要求)；考虑到海淤泥质土在喷洒过程中酸性离子的流失会导致土壤PH升高，在最后一次喷洒采用农用3％硫酸亚铁溶液进行喷洒，以降低喷洒后淤泥的PH。
S5、添加生物炭和有机肥
通过翻耕的方式添加生物炭和有机肥增加海相淤泥有机质，添加生物炭和有机肥应在S4步骤之后，防止造成肥力的流失。具体如下：
步骤一中种植土配方中生物炭和有机肥相对于海相淤泥的质量份数和原始来料的海相淤泥量，称量生物炭和有机肥，并将需添加的生物炭和有机肥分成两堆。将第一堆混合物均匀洒在地表，对土壤(S3步骤后的土壤)进行翻耕，耕地深度控制在40-50cm。第一次翻耕结束后，将第二堆混合物再次均匀洒在地表，对土壤再次翻耕，耕地深度控制在20-40cm。通过两次施肥并且翻耕，可以使地表以下50cm的范围内都和肥料进行混合，且表层20～40cm土壤有机质含量更高，提高表层土壤的肥沃程度。
所述海相淤泥为通过开挖方式取自港口、海岸淤泥沉积区域。初始海相淤泥有机质含量低于12g/kg，EC值大于0.89ms/cm，无重金属，盐碱度大于1.0g/kg，初始含水率大于50％。
所述土壤EC值(土壤电导率)是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度，可用来评价土壤含盐量。
所述稻壳(和/或秸秆)采用干燥状态的材料，具有良好的韧性、多孔性、低密度。利用稻壳(和/或秸秆)骨架结构和组分(沤肥后形成利于土壤吸收的营养成分)改善海相淤泥质地，增加土壤孔隙，提高植物吸收养分和抗菌能，并能增加土壤肥力。
所述砂粒的粒径范围为1cm～2cm。单独添加稻壳(和/或秸秆)不足以改良海相淤泥透水、透气性时，需辅助添加砂粒，依靠砂粒的颗粒结构，提高海相淤泥孔隙率，增加海相淤泥透水、透气性，进一步提高植物根的呼吸效果和水分吸收，最终提高植物存活率。
所述生物炭选用誉中奥公司生产的生物炭(土壤调理剂)。所述生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭。向海相淤泥中添加一定量的生物炭有助于提高海相淤泥的有机质，并改良海相淤泥质地(孔隙结构)，促进植物生长。
所述有机肥为迎东公司生产的发酵有机肥，有机质含量>45％。有机肥采用生物发酵有机肥，有机质含量>45％，含有利于植物吸收的多种营养成分。不仅可以提高土壤肥力，还可以改良土壤结构，促进土壤团粒的形成。
所述脱硫石膏为元亨公司生产的yh-tlsg型号脱硫石膏。所述脱硫石膏用于降低海相淤泥的碱性。原因是脱硫石膏中的Ca2+与土壤中游离的碳酸氢钠、碳酸钠作用，生成碳酸钙或碳酸氢钙，降低土壤的碱性，提供适宜绿色作物生长的环境。脱硫石膏还含有丰富的Ca、P等植物必需的有益矿质营养，是一种利用成本低、修复速率快的碱性土壤改良剂。
海相淤泥经S1～S5步骤处理后，满足《绿化种植土壤》(CJ/T340-2016)土壤环境质量Ⅱ级标准。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明通过添加一定比例的稻壳、砂粒、生物炭、有机肥、脱硫石膏等形成复合配方来改良海相淤泥，并基于该配方，依次通过降低海相淤泥含水率，先添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏，再通过浇灌降低海相淤泥EC值，最后添加生物炭和有机肥改善土壤肥力等方法处理海相淤泥，最终形成可利用的种植土。该发明配方组成简单，成本低廉，海相淤泥改良后满足种植土要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅局限于这些实施例。
一种海相淤泥改良后用于种植土的工艺，其特征在于：
海相淤泥通过开挖方式取自港口、海岸淤泥沉积区域；
海相淤泥有机质含量低于12g/kg，EC值大于0.89ms/cm，无重金属，盐碱度大于1.0g/kg，初始含水率大于50％；
改良材料包括稻壳(和/或秸秆)、砂粒、生物炭、有机肥、脱硫石膏，向海相淤泥中添加改良材料改善海相淤泥质地，使海相淤泥达到种植土标准，且改良材料添加比例是以海相淤泥的质量百分含量；
稻壳采用干稻壳；稻壳是稻米生产过程中的一种副产品，主要包含50％左右的纤维素，25-30％左右的木质素以及15-20％左右的硅元素，具有良好的韧性、多孔性、低密度；利用稻壳骨架结构和组分(沤肥后形成利于土壤吸收的营养成分)改善土壤质地，增加土壤孔隙，提高植物吸收养分和抗菌能；并能增加土壤肥力；当海相淤泥改良区稻壳量不多时，可采用植物的秸秆；所述秸秆长度不大于10cm，秸秆和稻壳的作用相同；
所述砂粒的粒径范围为1cm～2cm；单独添加稻壳(和/或秸秆)不足以改良海相淤泥透水、透气性时，需辅助添加砂粒，依靠砂粒的颗粒结构，提高海相淤泥孔隙率，增加海相淤泥透水、透气性，进一步提高植物根的呼吸效果和水分吸收，最终提高植物存活率；
所述生物炭选用誉中奥公司生产的生物炭(土壤调理剂)；所述生物炭是一种作为土壤改良剂的木炭；向海相淤泥中添加一定量的生物炭有助于提高海相淤泥的有机质，并改良海相淤泥质地(孔隙结构)，促进植物生长；
所述有机肥为迎东公司生产的发酵有机肥，有机质含量>45％。有机肥采用生物发酵有机肥，有机质含量>45％，含有利于植物吸收的多种营养成分；不仅可以提高土壤肥力，还可以改良土壤结构，促进土壤团粒的形成；
所述脱硫石膏为元亨公司生产的yh-tlsg型号脱硫石膏；所述脱硫石膏用于降低海相淤泥的碱性；原因是脱硫石膏中的Ca2+与土壤中游离的碳酸氢钠、碳酸钠作用，生成碳酸钙或碳酸氢钙，降低土壤的碱性，提供适宜绿色作物生长的环境。脱硫石膏还含有丰富的Ca、P等植物必需的有益矿质营养，是一种利用成本低、修复速率快的碱性土壤改良剂。
S1：降低海相淤泥含水率；
通过自然蒸发、机械翻土方式，先将原始来料海相淤泥含水率降至50％及以下；
S2、破碎海相淤泥颗粒
先将海相淤泥粒径破碎；使用旋耕机对海相淤泥深翻，翻土深度大于0.5m，翻土后土壤最大粒径不大于5cm，旋耕次数不少于3次；
S3、添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏
根据稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏和所需处理的海相淤泥量，称量所需添加的稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏质量，并将所需添加的材料分成三堆，每翻耕一次添加1堆混合物材料，有助于提高稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏与海相淤泥拌和的均匀性；、
S4、降低海相淤泥EC值
进行间歇式喷洒清水,降低海相淤泥EC值，使之控制在0.15～0.89ms/cm；具体如下：
通过水管每隔半个小时喷洒一次，每次喷洒直至表层土壤饱和后停止(即喷洒水出现汇流现象后停止喷洒)；总的喷洒次数应不少于10次(室内试验研究结果表明，喷洒10次后土壤EC值已降至标准要求)；考虑到海淤泥质土在喷洒过程中酸性离子的流失会导致土壤PH升高，在最后一次喷洒采用农用3％硫酸亚铁溶液进行喷洒，以降低喷洒后淤泥的PH；
由于土壤深耕，添加稻壳、砂粒改良海相淤泥后，土壤孔隙率增大，增加了土壤中的盐碱物质溶出效果，提高了排盐效率。如果未进行深耕，或只深耕未添加稻壳、砂粒，原状土层致密，尤其是含水率降低后易板结成块，导致喷洒水渗透慢，盐碱物质溶解速度变慢，起不到降低土壤盐碱成分的作用。
S5、添加生物炭和有机肥
通过翻耕的方式添加生物炭和有机肥增加海相淤泥有机质，添加生物炭和有机肥应在S4步骤之后，防止造成肥力的流失；具体如下：
称量生物炭和有机肥，并将需添加的生物炭和有机肥分成两堆。将第一堆混合物均匀洒在地表，对土壤(S3步骤后的土壤)进行翻耕，耕地深度控制在40-50cm；第一次翻耕结束后，将第二堆混合物再次均匀洒在地表，对土壤再次翻耕，耕地深度控制在20-40cm。通过两次施肥并且翻耕，可以使地表以下50cm的范围内都和肥料进行混合，且表层20～40cm土壤有机质含量更高，提高土壤的肥沃程度。
海相淤泥经S1～S5步骤处理后，满足《绿化种植土壤》(CJ/T340-2016)土壤环境质量Ⅱ级标准。
以下根据本发明内容给出实施例和相关实验内容，实施例1～7中的原始来料海相淤泥取自厦门大嶝岛，原始来料海相淤泥相关指标检测结果如表1所示。从表1可知，海相淤泥盐碱度、EC值、有机质含量均在规范标准值以外，因此需将海相淤泥改良后用于种植土。
表1
Figure BDA0002597075460000061
实施例1
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)0.5份，砂粒5份，生物炭0.5份，有机肥8份，脱硫石膏0.1份；基于上述复合配方，使用该配方处理海相淤泥的步骤如下：s1:将海相淤泥含水率降至50％；s2：使用旋耕机对海相淤泥深翻，翻土深度大于0.5m，旋耕3次；s3：添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏。将稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏配成改良混合物，并将混合物分成三等份，每旋耕前，在土壤表层均匀铺设一份改良混合物，经过3次深翻，促使稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏和海相淤泥均匀混合；s4：降低土壤EC值。采用水管对改良土壤进行间歇式喷洒，并且在最后一次喷洒采用农用3％硫酸亚铁溶液；s5施肥。添加生物炭和有机肥；按复合配方和改良海相淤泥量称量生物炭和有机肥，并将需添加的生物炭和有机肥分成两份，分两次加入海相淤泥中，土壤养护28天后，测定的指标如表2所示。表2数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.48，EC值降低0.51，有机质含量增加39.44。
表2
Figure BDA0002597075460000071
将改良后的海相淤泥装入试验盆，栽培供试植物选取高羊茅、黑麦草、美国四季青、碱茅草作为绿化草本植，四种植物均是厦门地区应用较为广泛的绿化草种，对于盐碱土具有良好的环境适应能力，其中高羊茅还可用于边坡护岸，另外选取了小青菜和白菜以验证改良淤泥作为耕种土壤的可行性，栽培供试土壤选取改良前后的淤泥。
结果表明，播种第4天后，高羊茅、黑麦草、美国四季青和小青菜均已发芽生根，其中小青菜的生长速度最快，由于观测时间短，种植植物的后续生长情况以及改良海淤泥的肥力指标和质地等仍待持续观察，但试验初步证明了海相淤泥改良后用于种植土的可行性。
实施例2
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)3份，砂粒5份，生物炭0.5份，有机肥8份，脱硫石膏0.5份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表3所示。稻壳(和/或秸秆)含量的增加海相淤泥透水、透气性和有机质含量的增加。表3数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.50，EC值降低0.56，有机质含量增加61.44。
表3
Figure BDA0002597075460000081
实施例3
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)1份，砂粒8份，生物炭1份，有机肥10份，脱硫石膏1份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表4所示。表4数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.53，EC值降低0.91，有机质含量增加72.44。
表4
Figure BDA0002597075460000082
实施例4
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)1份，砂粒10份，生物炭1.5份，有机肥8份，脱硫石膏0.5份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表5所示。表5数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.51，EC值降低0.48，有机质含量增加48.44。
表5
Figure BDA0002597075460000091
施例5
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)1份，砂粒8份，生物炭2份，有机肥8份，脱硫石膏1份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表6所示。表6数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.50，EC值降低0.45，有机质含量增加55.44。
表6
Figure BDA0002597075460000092
实施例6
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)1份，砂粒8份，生物炭2份，有机肥12份，脱硫石膏1份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表7所示。表7数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.50，EC值降低0.44，有机质含量增加73.44。
表7
Figure BDA0002597075460000093
Figure BDA0002597075460000101
实施例7
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：稻壳(和/或秸秆)2份，砂粒10份，生物炭1份，有机肥10份，脱硫石膏2份；按与实施例1相同的处理海相淤泥的步骤，土壤养护28天后，测定的指标如表8所示。表8数据和表1数据相比，改良后海相淤泥的盐碱度降低25.51，EC值降低0.41，有机质含量增加72.44。
表8
Figure BDA0002597075460000102
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种海相淤泥改良后用于种植土的工艺，其特征在于，包括
步骤一，种植土配方
以原始来料海相淤泥为基料给出配方：
原始来料海相淤泥为基料，其质量份数为1份；
其它组分相对于海相淤泥的质量份数分别为：0.5～3份稻壳(和/或秸秆)、5～10份砂粒、0.5～2份生物炭、8～12份有机肥、0.5～2份脱硫石膏；
步骤二，基于步骤一的海相淤泥配方，工艺步骤如下：
S1：降低海相淤泥含水率；
通过自然蒸发、机械翻土方式，先将原始来料海相淤泥含水率控制50％以下；
S2、破碎海相淤泥颗粒
先将海相淤泥粒径破碎，最大粒径控制5cm以下；
S3、添加稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏
根据步骤一中种植土配方中稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏相对于海相淤泥的质量份数和原始来料的海相淤泥量，称量所需添加的稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏质量，通过多次翻耕的方式进行添加；
S4、降低海相淤泥EC值
进行间歇式喷洒清水,降低海相淤泥EC值，使之控制在0.15～0.89ms/cm；
S5、添加生物炭和有机肥
通过翻耕的方式添加生物炭和有机肥增加海相淤泥有机质，添加生物炭和有机肥应在S4步骤之后，防止造成肥力的流失；具体如下：
步骤一中种植土配方中生物炭和有机肥相对于海相淤泥的质量份数和原始来料的海相淤泥量，称量生物炭和有机肥，并将需添加的生物炭和有机肥分成两堆；将第一堆混合物均匀洒在地表，对土壤(S3步骤后的土壤)进行翻耕，耕地深度控制在40-50cm；第一次翻耕结束后，将第二堆混合物再次均匀洒在地表，对土壤再次翻耕，耕地深度控制在20-40cm；通过两次施肥并且翻耕，使地表以下50cm的范围内都和肥料进行混合，且表层20～40cm土壤有机质含量更高，提高表层土壤的肥沃程度。
2.如权利要求1所述的一种改良海相淤泥用于种植土的工艺，其特征在于：
所述海相淤泥为通过开挖方式取自港口、海岸淤泥沉积区域；初始海相淤泥有机质含量低于12g/kg，EC值大于0.89ms/cm，无重金属，盐碱度大于1.0g/kg，初始含水率大于50％。
3.如权利要求1所述的一种改良海相淤泥用于种植土的工艺，其特征在于：
所述稻壳(和/或秸秆)为干燥状态，长度不大于10cm，优先选用水稻和麦子秸秆；
所述砂粒的粒径不大于2cm；
所述生物炭选用誉中奥公司生产的生物炭(土壤调理剂)，用于改良海相淤泥孔隙结构，并辅助增加海相淤泥有机质；
所述脱硫石膏为元亨公司生产的yh-tlsg型号脱硫石膏，用于降低海相淤泥的碱性；
所述有机肥为迎东公司生产的发酵有机肥，有机质含量>45％；
所述S3，其特征在于，将所需添加的材料分成三堆，每翻耕一次添加1堆混合物材料，有助于提高稻壳(和/或秸秆)、砂粒、脱硫石膏与海相淤泥拌和的均匀性。
4.如权利要求1所述的一种改良海相淤泥用于种植土的工艺，其特征在于：
所述S4，具体如下：通过水管每隔半个小时喷洒一次，每次喷洒直至表层土壤饱和后停止(即喷洒水出现汇流现象后停止喷洒)；总的喷洒次数应不少于10次(室内试验研究结果表明，喷洒10次后土壤EC值已降至标准要求)；考虑到海淤泥质土在喷洒过程中酸性离子的流失会导致土壤PH升高，在最后一次喷洒采用农用3％硫酸亚铁溶液进行喷洒，以降低喷洒后淤泥的PH。
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