CN113336498A - 一种市政污泥基人造种植土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种市政污泥基人造种植土及其制备方法，属于固体废弃物综合利用技术领域，可解决市政污泥容易引发环境污染又无法大规模资源化回收利用的问题，本发明以市政污水厂出厂市政污泥为主要原料，将水泥、无机胶凝剂和发泡剂以及水混合，搅拌均匀后得到混合物，将混合物放入恒温养护箱中养护后烘干破碎制粒，得到一种市政污泥基人造种植土。本发明与普通种植土对比，通气性能、保水性能、保温性能都更加优越，同时流失率也有所下降。本发明得到的市政污泥基人造种植土可用于矿区生态修复、人工湿地、绿化带等地方，既实现了市政污泥的减量化和无害化，同时也为市政污泥的资源化找到了一条途径。

Description

一种市政污泥基人造种植土及其制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用技术领域，具体涉及一种市政污泥基人造种植土及其制备方法。
背景技术
中国城市的扩张和城镇化速度的加快，导致污水处理厂的增多，也就意味着污水、污泥产量的大幅增长。污水处理目前技术已经较为成熟，但是市政污泥的处理处置一直没找到合适的方式方法。市政污泥产量大、含水率高且脱水困难，含重金属、有机污染物等多种有害物质，如果不进行处理会给环境造成重金属、有机有害物质的二次污染。传统的处置方式包括填埋、焚烧、直接土地利用、投海，都会带来二次污染的风险，长远看并非可取之道。
城市污泥园林绿化土（专利号CN109328977B）它向城市污泥中加入砻糠、菌种和菌糠混合均匀，发酵5~7天得到半成品，再加料发酵5~7天制得园林绿化土，耗时较长。城镇生活污泥有机营养土（专利号CN112035720A）它的制备过程涉及高温高压调理装置，能耗较大。生化污泥无害化营养土（专利号111393002A）它的污泥经过二次压榨，制得的营养土空间结构和保温性能无法保证。
发明内容
本发明针对市政污泥容易引发环境污染又无法大规模资源化回收利用的问题，提供一种市政污泥基人造种植土及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种市政污泥基人造种植土，包括如下质量比的组分：市政污泥：无机胶凝剂：发泡剂：水的比例为：90-98:2-10:0.01-0.09:0.1-0.5。
进一步地，所述市政污泥的含水率为60-90%。
进一步地，所述无机胶凝剂包括普通硅酸盐水泥或自胶凝粉体材料。
进一步地，所述自胶凝粉体材料包括如下质量比的组分：钢渣：粉煤灰：脱硫石膏的比例为15-25:60-70:5-15。
进一步地，所述发泡剂包括工业铝粉、动物蛋白型发泡剂或植物蛋白型发泡剂中的任意一种。
一种市政污泥基人造种植土的制备方法，包括如下步骤：
第一步，按比例称取各组分；
第二步，搅拌条件下，将市政污泥依次与无机胶凝材料、发泡剂和水混合均匀，得到混合物；
第三步，将混合物放入恒温箱中恒温养护；
第四步，养护完成后，烘干，使用破碎机破碎制粒，得到市政污泥基人造种植土。
第二步中所述搅拌速度为2400-2800r/min，搅拌时间为10-20min。
第三步中所述养护温度为30-70℃，养护时间为24-72h。
第四步中所述烘干温度为105℃，烘干时间为24-48h。
第四步中所述制粒的粒径为＜5mm。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种市政污泥基人造种植土的制备方法，该人造种植土，以市政污泥为原料，且市政污泥为湿重，含水率为90%。将市政污泥从污水处理厂取样回来后可直接进行试验，无繁琐的前处理步骤。市政污泥和少量的普通硅酸盐水泥、自胶凝粉体材料等无机胶凝剂在高速搅拌下充分混合可以起到固化市政污泥提升市政污泥的力学强度的作用、稳定污泥中重金属从而减少环境二次污染的作用、以及提供碱性环境便于后续发泡的三种作用。之后铝粉、动物蛋白型发泡剂、植物蛋白型发泡剂等发泡剂的其中一种和市政污泥与硅酸盐水泥的混合，在适宜的温度和碱性条件下，在内部产生大量气泡，在硅酸盐水泥的固化作用下发泡形成的大量孔隙被固化，经过一段时间适宜温度的养护可以提供市政污泥丰富的孔隙结构。养护完成后烘干可以大幅度降低市政污泥的体积，实现减量化，烘干后直接破碎制粒，
本发明可以按需求制成合适粒径的人造种植土。该方法操作简便、可以有效减小市政污泥体积实现减量化，可以稳固重金属的污染实现无害化，可以将市政污泥制备成人造种植土实现资源化利用。
本发明得到的市政污泥基人造种植土可用于矿区生态修复、人工湿地、绿化带等地方，既实现了市政污泥的减量化和无害化，同时也为市政污泥的资源化找到了一条途径。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
图2为本发明制备的人造种植土与天然黄土的对比图，其中，a为人造种植土，b为天然黄土。
图3为本发明的人造种植土与天然黄土以及市政污泥种植披碱草14天后的生长情况对比，其中，a为天然黄土，b为市政污泥，c和d为人造种植土。
具体实施方式
实施例1
一种市政污泥基人造种植土的制备方法：（1）将质量份数为96份的市政污泥与4份硅酸盐水泥在2400转高速搅拌下搅拌10分钟混合均匀，之后加入铝粉0.03份、水0.1份在2800转下5分钟迅速混匀，得到第一混合物；其中市政污泥重量为湿重，含水率为90%，硅酸盐水泥为市售P•O 42.5硅酸盐水泥购自山西卓越水泥有限公司，铝粉购自山西协和铝业有限公司，水为纯净水。（2）将第一混合物置于40℃恒温养护箱中养护24小时；（3）将养护完成后的第一混合物在105℃下烘干，烘干后使用破碎机破碎制粒，粒径为＜5mm，得到基于市政污泥的人造种植土。
实施例2
一种市政污泥基人造种植土的制备方法：（1）将质量份数为94份的市政污泥与6份硅酸盐水泥在2400转高速搅拌下搅拌10分钟混合均匀，之后加入铝粉0.05份、水0.2份在2800转下5分钟迅速混匀，得到第一混合物；其中市政污泥重量为湿重，含水率为90%，硅酸盐水泥为市售P•O 42.5硅酸盐水泥购自山西卓越水泥有限公司，铝粉购自山西协和铝业有限公司，水为纯净水。（2）将第一混合物置于50℃恒温养护箱中养护24小时；（3）将养护完成后的第一混合物在105℃下烘干，烘干后使用破碎机破碎制粒，粒径为＜5mm，得到基于市政污泥的人造种植土。
实施例3
一种市政污泥基人造种植土的制备方法：（1）将质量份数为98份的市政污泥与2份硅酸盐水泥在2400转高速搅拌下搅拌10分钟混合均匀，之后加入铝粉0.05份、水0.2份在2800转下5分钟迅速混匀，得到第一混合物；其中市政污泥重量为湿重，含水率为90%，硅酸盐水泥为市售P•O 42.5硅酸盐水泥购自山西卓越水泥有限公司，铝粉购自山西协和铝业有限公司，水为纯净水。（2）将第一混合物置于50℃恒温养护箱中养护24小时；（3）将养护完成后的第一混合物在105℃下烘干，烘干后使用破碎机破碎制粒，粒径为＜5mm，得到基于市政污泥的人造种植土。
实施例4
一种市政污泥基人造种植土的制备方法：（1）将质量份数为96份的市政污泥与4份硅酸盐水泥在2400转、高速搅拌下搅拌10分钟混合均匀，之后加入铝粉0.03份、水0.1份在2800转下5分钟迅速混匀，得到第一混合物；其中市政污泥重量为湿重，含水率为90%，硅酸盐水泥为市售P•O 42.5硅酸盐水泥购自山西卓越水泥有限公司，铝粉购自山西协和铝业有限公司，水为纯净水。（2）将第一混合物置于40℃恒温养护箱中养护48小时；（3）将养护完成后的第一混合物在105℃下烘干，烘干后使用破碎机破碎制粒，粒径为＜5mm，得到基于市政污泥的人造种植土。
实施例5
一种市政污泥基人造种植土的制备方法：（1）将质量份数为96份的市政污泥与4份自胶凝粉体材料在2400转高速搅拌下搅拌10分钟混合均匀，之后加入铝粉0.05份、水0.5份在2800转下5分钟迅速混匀，得到第一混合物；其中市政污泥重量为湿重，含水率为90%，自胶凝料为由粉煤灰粉、钢渣粉、脱硫石膏粉（相对应的wt.%比为65：20：15）制备而成的自胶凝粉体材料，铝粉购自山西协和铝业有限公司，水为纯净水。（2）将第一混合物置于50℃恒温养护箱中养护24小时；（3）将养护完成后的第一混合物在105℃下烘干，烘干后使用破碎机破碎制粒，粒径为＜5mm，得到基于市政污泥的人造种植土。
利用上述实施例制备得到的人造种植土进行披碱草的种植，每天加水一次，观察三周，观察披碱草生长情况，结果如表1所示。
表1实施例土壤情况及植物生长情况表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
结合上表记录可以看出，本发明制备的基于市政污泥的人造种植土性能稳定，可以应用在栽培植物上。
实施例情况已经被示出和描述了，但对本领域的相关技术人员而言，本发明不受上述实施例的限制，可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下做出变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明的范围由所述权利要求及等同物限定。

Claims (10)

1.一种市政污泥基人造种植土，其特征在于：包括如下质量比的组分：市政污泥：无机胶凝剂：发泡剂：水的比例为：90-98:2-10:0.01-0.09:0.1-0.5。
2.根据权利要求1所述的一种市政污泥基人造种植土，其特征在于：所述市政污泥的含水率为60-90%。
3.根据权利要求1所述的一种市政污泥基人造种植土，其特征在于：所述无机胶凝剂包括普通硅酸盐水泥或自胶凝粉体材料。
4.根据权利要求3所述的一种市政污泥基人造种植土，其特征在于：所述自胶凝粉体材料包括如下质量比的组分：钢渣：粉煤灰：脱硫石膏的比例为15-25:60-70:5-15。
5.根据权利要求1所述的一种市政污泥基人造种植土，其特征在于：所述发泡剂包括工业铝粉、动物蛋白型发泡剂或植物蛋白型发泡剂中的任意一种。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的市政污泥基人造种植土的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，按比例称取各组分；
第二步，搅拌条件下，将市政污泥依次与无机胶凝材料、发泡剂和水混合均匀，得到混合物；
第三步，将混合物放入恒温箱中恒温养护；
第四步，养护完成后，烘干，使用破碎机破碎制粒，得到市政污泥基人造种植土。
7.根据权利要求6所述的一种市政污泥基人造种植土的制备方法，其特征在于：第二步中所述搅拌速度为2400-2800r/min，搅拌时间为10-20min。
8.根据权利要求6所述的一种市政污泥基人造种植土的制备方法，其特征在于：第三步中所述养护温度为30-70℃，养护时间为24-72h。
9.根据权利要求6所述的一种市政污泥基人造种植土的制备方法，其特征在于：第四步中所述烘干温度为105℃，烘干时间为24-48h。
10.根据权利要求6所述的一种市政污泥基人造种植土的制备方法，其特征在于：第四步中所述制粒的粒径为＜5mm。
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