CN113142015A - 一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括：向淤泥中加入有机物、磷矿石、尿素、磷酸氢二铵、磷酸二氢钾、生物炭和厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达50‑70℃，维持1‑2天；将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达50‑70℃时，维持3‑5天，再次翻堆；当发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土。本发明解决了淤泥和系列固体废弃物处理难题，将其回收利用，保护环境。添加的生物炭具有改良土壤，既可培肥土壤，又能够降低土壤重金属含量，并且生物炭可以吸附印染废水中的染料，可以防止废水对土壤造成污染。

Description

一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法
技术领域
本发明涉及一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，属于肥料制备技术领域。
背景技术
由于目前水泥混凝土消耗量较大，砂石需求量较大，由于砂石开采而产生的淤泥堆积量逐年增加。这些淤泥产量过大，许多淤泥处理场不得不将其露天堆放，没有及时处理的淤泥可能会对空气、地下水等造成二次污染。
根据调查发现，目前大量淤泥并未得到有效处理，甚至有很大一部分被直接丢弃在农田、河流等公共环境中，变成新的污染源。目前大量未处理的淤泥已成为污水处理厂的沉重负担，如何将产量巨大、成分复杂的淤泥进行妥善安全地处理，使其无害化、减量化、资源化，已成为现实的重大课题。
因此，本发明的技术方案充分利用这些淤泥来做成营养土，既能满足园林绿化对营养土的需求，也能解决对环境的污染。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向40-50份淤泥中加入15-20份有机物、10-15份磷矿石、2-10份尿素、2-10份磷酸氢二铵、2-10份磷酸二氢钾、2-10份生物炭和5-10份厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达50-70℃，维持1-2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达50-70℃时，维持3-5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土。
优选的是，所述有机物为作物秸秆、木屑、树叶和杂草中的一种或多种。
优选的是，所述生物炭的制备方法为：将生物质材料粉碎，过筛，将过筛后的生物质材料和儿茶素混合后加入水中，加压超声15～30min，随后移至高压反应釜中，在180～230℃的温度下反应3～5小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将碳微球和纳米二氧化钛加入超临界反应釜中，然后加入无水乙醇，密封后加热至225～245℃，在压力4～9MPa下处理20～25min，然后自然冷却，泄压，并在100～120℃的真空烘箱中干燥12h，将干燥后的产物加入碱性溶液中，超声30～60min；然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550～700℃，保温2～4h，冷却至室温，得到生物炭。
优选的是，所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖、木薯淀粉、木屑、秸秆中的任意一种；过筛的目数为100～200目。
优选的是，所述生物质材料与儿茶素的质量比为5～8:1；所述加压超声的压力为2～3.5MPa、频率为45～65KHz。
优选的是，所述纳米二氧化钛的用量为碳微球质量的5～8％；所述碳微球与无水乙醇的质量比为1:15～25。
优选的是，所述碱性溶液的制备方法为：按重量份，取氢氧化钾10～15份、尿素3～5份、硫脲1～3份加入80～100份水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35～40KHz。
优选的是，所述干燥后的产物与碱性溶液的质量比为1:20～50。
优选的是，厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1～2毫米的颗粒待用；将厨余垃圾和醋酸加入超临界二氧化碳反应器，通入二氧化碳，在温度为100℃～120℃、压力为12～15MPa的条件下反应1～2h，然后泄压，静置后得到预处理厨余垃圾；所述厨余垃圾与醋酸的质量比为10～25:1。
优选的是，步骤二和步骤三中的优选的温度为60-65℃。
其中本发明中采用的淤泥的成分如表1所示；
表1
SiO<sub>2</sub> CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SO<sub>3</sub> MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> Na<sub>2</sub>O
51.19 32.78 7.03 3.49 2.43 1.10 0.68 0.47 0.37
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> SrO BaO MnO ZrO<sub>2</sub> Cl ZnO Rb<sub>2</sub>O Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0.19 0.09 0.05 0.05 0.02 0.02 0.02 0.01 0.01
本发明至少包括以下有益效果：
(1)解决了淤泥和系列固体废弃物处理难题，将其回收利用，保护环境。
(2)添加的生物炭具有改良土壤，既可培肥土壤，又能够降低土壤重金属含量，并且生物炭可以吸附印染废水中的染料，可以防止废水对土壤造成污染；
(3)制备步骤简单，易于推广。
(4)不同植物需要的营养物质不太一样，可以通过调节磷石矿、秸秆和餐厨垃圾的用量来调节营养土的营养元素；比如生长过程需要很多磷元素的植物可以让磷石矿的比例增加，需要钾元素的植物可以让秸秆的比例增加；
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明实施例4制备的生物炭的SEM图；
图2为采用实施例3制备的有机营养土直接种植植物后的实物图；
图3为采用实施例4制备的有机营养土直接种植植物后的实物图；
图4为采用实施例5制备的有机营养土直接种植植物后的实物图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向40kg淤泥中加入20kg木屑、10kg磷矿石、5kg尿素、5kg磷酸氢二铵、5kg磷酸二氢钾、5kg生物炭和10kg厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达60℃，维持2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达60℃时，维持5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土，其相关指标如表2；
所述生物炭的制备方法为：将魔芋葡甘聚糖粉碎，过筛200目筛，将过筛后的100g魔芋葡甘聚糖加入5000g水中，加压超声30min，随后移至高压反应釜中，在180℃的温度下反应3小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将10g碳微球加入200g碱性溶液中，超声60min，然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550℃，保温2h，冷却至室温，得到生物碳；所述碱性溶液的制备方法为：取氢氧化钾10g、尿素3g、硫脲1g加入80g水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35KHz；所述加压超声的压力为2MPa、频率为45KHz；
所述厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1毫米的颗粒待用。
表2
Figure BDA0003033584730000041
Figure BDA0003033584730000051
实施例2：
一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向45kg淤泥中加入20kg木屑、10kg磷矿石、5kg尿素、5kg磷酸氢二铵、5kg磷酸二氢钾、5kg生物炭和5kg厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达60℃，维持2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达60℃时，维持5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土；其指标如表3；
所述生物炭的制备方法为：将魔芋葡甘聚糖粉碎，过筛200目筛，将过筛后的100g魔芋葡甘聚糖加入5000g水中，加压超声30min，随后移至高压反应釜中，在180℃的温度下反应3小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将10g碳微球加入200g碱性溶液中，超声60min，然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550℃，保温2h，冷却至室温，得到生物碳；所述碱性溶液的制备方法为：取氢氧化钾10g、尿素3g、硫脲1g加入80g水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35KHz；所述加压超声的压力为2MPa、频率为45KHz；
所述厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1毫米的颗粒待用。
表3
Figure BDA0003033584730000052
Figure BDA0003033584730000061
实施例3：
一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向45kg淤泥中加入15kg木屑、10kg磷矿石、5kg尿素、5kg磷酸氢二铵、5kg磷酸二氢钾、5kg生物炭和10kg厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达60℃，维持2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达60℃时，维持5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土；其指标如表4所示；
所述生物炭的制备方法为：将魔芋葡甘聚糖粉碎，过筛200目筛，将过筛后的100g魔芋葡甘聚糖加入5000g水中，加压超声30min，随后移至高压反应釜中，在180℃的温度下反应3小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将10g碳微球加入200g碱性溶液中，超声60min，然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550℃，保温2h，冷却至室温，得到生物碳；所述碱性溶液的制备方法为：取氢氧化钾10g、尿素3g、硫脲1g加入80g水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35KHz；所述加压超声的压力为2MPa、频率为45KHz；
所述厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1毫米的颗粒待用。
表4
Figure BDA0003033584730000071
实施例4：
一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向45kg淤泥中加入15kg木屑、10kg磷矿石、5kg尿素、5kg磷酸氢二铵、5kg磷酸二氢钾、5kg生物炭和10kg厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达60℃，维持2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达60℃时，维持5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土；其指标如表5所示；
所述生物炭的制备方法为：将魔芋葡甘聚糖粉碎，过200目筛，将过筛后的100g魔芋葡甘聚糖和20g儿茶素混合后加入5000g水中，加压超声30min，随后移至高压反应釜中，在180℃的温度下反应3小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将100g碳微球和5g纳米二氧化钛加入超临界反应釜中，然后加入1500g无水乙醇，密封后加热至225℃，在压力4MPa下处理20min，然后自然冷却，泄压，并在100℃的真空烘箱中干燥12h，将10g干燥后的产物加入200g碱性溶液中，超声60min；然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550℃，保温2h，冷却至室温，得到生物炭；所述碱性溶液的制备方法为：取氢氧化钾10g、尿素3g、硫脲1g加入80g水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35KHz；所述加压超声的压力为2MPa、频率为45KHz；
所述厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1毫米的颗粒待用。
表5
Figure BDA0003033584730000081
实施例5：
一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，包括以下步骤：
步骤一、向45kg淤泥中加入15kg木屑、10kg磷矿石、5kg尿素、5kg磷酸氢二铵、5kg磷酸二氢钾、5kg生物炭和10kg厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达60℃，维持2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达60℃时，维持5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土；其指标如表6所示；
所述生物炭的制备方法为：将魔芋葡甘聚糖粉碎，过200目筛，将过筛后的100g魔芋葡甘聚糖和20g儿茶素混合后加入5000g水中，加压超声30min，随后移至高压反应釜中，在180℃的温度下反应3小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将100g碳微球和5g纳米二氧化钛加入超临界反应釜中，然后加入1500g无水乙醇，密封后加热至225℃，在压力4MPa下处理20min，然后自然冷却，泄压，并在100℃的真空烘箱中干燥12h，将10g干燥后的产物加入200g碱性溶液中，超声60min；然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550℃，保温2h，冷却至室温，得到生物炭；所述碱性溶液的制备方法为：取氢氧化钾10g、尿素3g、硫脲1g加入80g水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35KHz；所述加压超声的压力为2MPa、频率为45KHz；
所述厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1毫米的颗粒待用；将1kg厨余垃圾颗粒和100g醋酸加入超临界二氧化碳反应器，通入二氧化碳，在温度为120℃、压力为12MPa的条件下反应1h，然后泄压，静置后得到预处理厨余垃圾；
表6
Figure BDA0003033584730000091
本发明实施例4或实施例5制备的生物炭相对于实施例1～3制备的生物炭在重金属吸附和有机废水吸附方面均有明显的优势，验证试验如下：
分别取上述实施例3和实施例4制备的生物炭20mg与100mL 60mg/L的铅离子溶液混合，调节pH为5，置于摇床振荡2h，转速为150rpm，温度为25℃；
分别取上述实施例3和实施例4制备的吸附材料20mg与100mL 60mg/L的镉离子溶液混合，调节pH为5，置于摇床振荡2h，转速为150rpm，吸附温度为25℃；
对两种离子的吸附效果如表6所示，重金属离子的去除率由以下公式(1)计算，
去除率＝(Co-Cm)/Co×100％ (1)
其中，Co为吸附前重金属离子的浓度，Cm为吸附后重金属离子的浓度；
表6
Figure BDA0003033584730000101
分别取上述实施例3和实施例4制备的生物炭50mg与100mL 100mg/L的亚甲基蓝溶液混合，调节pH为7，置于摇床振荡2h，转速为150rpm，温度为25℃；
分别取上述实施例3和实施例4制备的吸附材料50mg与100mL100mg/L的甲基橙溶液混合，调节pH为7，置于摇床振荡2h，转速为150rpm，吸附温度为25℃；
分别取上述实施例3和实施例4制备的吸附材料50mg与100mL100mg/L的曙红溶液混合，调节pH为7，置于摇床振荡2h，转速为150rpm，吸附温度为25℃；
对三种有机物的吸附效果如表7所示，有机物的去除率由以下公式(2)计算，
去除率＝(Ao-Am)/Ao×100％ (2)
其中，Ao为吸附前有机物溶液的吸光度，Am为吸附后有机物溶液的吸光度；
表7
Figure BDA0003033584730000111
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、向40-50份淤泥中加入15-20份有机物、10-15份磷矿石、2-10份尿素、2-10份磷酸氢二铵、2-10份磷酸二氢钾、2-10份生物炭和5-10份厨余垃圾，充分搅拌混合均匀，得淤泥混合土料；
步骤二、将淤泥混合土料利用混合堆式或槽式发酵，温度达50-70℃，维持1-2天；
步骤三，将混合土料翻堆，二次发酵，当原材料温度再次达50-70℃时，维持3-5天，再次翻堆；
步骤四，当步骤三的发酵产物的温度不再因发酵而升温，且达到自然温度时，即得到有机营养土。
2.如权利要求1所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述有机物为作物秸秆、木屑、树叶和杂草中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述生物炭的制备方法为：将生物质材料粉碎，过筛，将过筛后的生物质材料和儿茶素混合后加入水中，加压超声15～30min，随后移至高压反应釜中，在180～230℃的温度下反应3～5小时，冷却至室温，然后离心、洗涤、干燥得到碳微球；将碳微球和纳米二氧化钛加入超临界反应釜中，然后加入无水乙醇，密封后加热至225～245℃，在压力4～9MPa下处理20～25min，然后自然冷却，泄压，并在100～120℃的真空烘箱中干燥12h，将干燥后的产物加入碱性溶液中，超声30～60min；然后过滤，将过滤后的固体产物在氮气气氛下以10℃/min的速率升温至550～700℃，保温2～4h，冷却至室温，得到生物碳材料。
4.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述生物质材料为魔芋葡甘聚糖、木薯淀粉、木屑、秸秆中的任意一种；过筛的目数为100～200目。
5.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述生物质材料与儿茶素的质量比为5～8:1；所述加压超声的压力为2～3.5MPa、频率为45～65KHz；所述生物质材料与水的质量比为1:60～70。
6.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述纳米二氧化钛的用量为碳微球质量的5～8％；所述碳微球与无水乙醇的质量比为1:15～25。
7.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述碱性溶液的制备方法为：按重量份，取氢氧化钾10～15份、尿素3～5份、硫脲1～3份加入80～100份水中，搅拌溶解，得到碱性溶液；所述超声的频率35～40KHz。
8.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，所述干燥后的产物与碱性溶液的质量比为1:20～50。
9.如权利要求3所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，厨余垃圾在使用前进行预处理，其处理过程为：将厨余垃圾中的塑料、石块、烟头、废纸、电池、金属和木头杂质剔除，然后进行挤压，挤出多余水分后投入粉碎机，粉碎成1～2毫米的颗粒待用；将厨余垃圾和醋酸加入超临界二氧化碳反应器，通入二氧化碳，在温度为100℃～120℃、压力为12～15MPa的条件下反应1～2h，然后泄压，静置后得到预处理厨余垃圾；所述厨余垃圾与醋酸的质量比为10～25:1。
10.如权利要求1所述的天然砂石浆洗淤泥制备有机营养土的方法，其特征在于，步骤二和步骤三中的优选的温度为60-65℃。
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