CN114451252B - 农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,具体包括秸秆堆肥腐熟、抗水性白云石球粒制备、砂石骨料脱水污泥重金属处理、优质种植土配制四大步骤。本发明所提供的方法可实现两大废弃物资源化、无害化的综合利用,所配制的优质种植土肥力高、通透性好、固液气三相结构合理,适宜植物生长发育。
Description
技术领域
本发明属于土壤学技术领域,具体涉及农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法。
背景技术
据统计,我国年产各类农作物秸秆超过6亿吨,数量如此巨大,如直接废弃则将占据大量土地,如焚烧虽可减量,但将严重污染大气。然而,农作物秸秆有机碳含量高,腐熟后作为有机肥还田的利用潜力却极其广阔。
砂石骨料脱水污泥是砂石骨料生产系统产生的沉积物,遍布水电、交通、能源、市政等工程建设领域,产量大、分布广。作为建筑业废弃物,砂石骨料脱水污泥有两大特点:其一,体积安定性极差、颗粒间粘结性弱,遇水成浆易肆溢,干则成粉易飞扬,严重危及人居环境;其二,有机质缺乏、渗透性低、固液气三相结构欠合理,较多地域的产出物甚至富含若干种重金属,不适宜直接作为农田或园林用土。
随着人们生活水平的提高与城镇化的推进,生态环保的呼声日益高涨,土地资源亦日趋紧张。如将农业废弃物秸秆与建筑业废弃物砂石骨料脱水污泥有机结合,可有效解决我国大部分地区缺乏种植土的窘境。
发明内容
鉴于背景技术所述的,农业废弃物秸秆与建筑业废弃物砂石骨料脱水污泥产量大、分布广、常规方式处置难的现状,本发明提供一种以农业废弃物秸秆、建筑业废弃物砂石骨料脱水污泥为主料,经科学处理且适当添加其他辅料的方式,配制出适宜植物生长发育的优质种植土。
为了实现上述的技术特征,本发明的目的是这样实现的:农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,包括以下步骤:
步骤1:秸秆堆肥腐熟;
步骤2:抗水性白云石球粒制备;
步骤3:砂石骨料脱水污泥重金属处理;
步骤4:优质种植土配制。
所述步骤1的具体操作步骤为:
步骤1.1:取农业废弃物秸秆A1,风干、粉碎至长度≤8mm,得到秸秆短纤维A2;
步骤1.2:将秸秆短纤维A2送至堆肥箱,添加干质量比6%~8%的高效复合菌剂,同时添加适量氮肥、草石灰、清洁水,调节混合物的碳氮比为25:1~35:1、pH值为7.0~7.8、含水率为15%~20%,将混合物拌制、湿润均匀后进行有氧堆肥腐熟;
步骤1.3:堆肥过程中,每2d~3d翻动堆体1次,20d~25d时得到秸秆腐熟产物A3;
步骤1.4:取部分秸秆腐熟产物A3,干燥处理后筛分,取长度>5mm的筛分物作为秸秆腐殖质A4。
所述步骤2的具体操作步骤为:
步骤2.1:取天然白云石B1,水洗、风干、机械破碎至粒径≤3mm,得到天然白云石颗粒B2;
步骤2.2:将天然白云石颗粒B2置于烘焙箱内,控制温度为1000±10℃,烘焙7h~8h,得到轻烧白云石颗粒B3;
步骤2.3:在轻烧白云石颗粒B3中添加干质量比3%~5% 的钢渣,混合均匀、研磨、过200目细筛筛分,取筛下物为白云石粉B4;
步骤2.4:将白云石粉B4、粘结剂、CMC孔剂按干质量比70~80:10~12:5~6混合均匀,而后通过造粒机将其成型为粒径为5mm~8mm的实心球,得到白云石球粒B5;
步骤2.5:将白云石球粒B5放入烧结炉中进行控温限氧烧结9h,自然冷却后取出,得到抗水性白云石球粒B6。
所述步骤3的具体操作步骤为:
步骤3.1:取砂石骨料脱水污泥C1,依次加入干质量比5%~7%的抗水性白云石球粒B6及10%~15%的秸秆腐殖质A4,混合均匀、密封静置5d~7d,得到泥状污泥C2;
步骤3.2:将泥状污泥C2脱水干化,而后细微破碎,使污泥、抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质分离,再筛分、剔除抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质,得到干化污泥粉C3。
所述步骤4的具体操作步骤为:
步骤4.1:将秸秆腐熟产物A3、干化污泥粉C3按干质量比40~60:80~100混合均匀,得到初始种植土D1;
步骤4.2:将初始种植土D1野外自然堆置,在大气、日照、降雨、蒸发、动物、微生物等自然界营力作用下,历经3年左右的时间,便可形成肥力高、通透性好、固液气三相结构合理的优质种植土D2。
步骤1中所述的农业废弃物秸秆的主要成分为木质素、纤维素和半纤维素,堆肥腐熟后能够得到有机肥;高效复合菌剂由<40目的纤维素酶、木聚糠酶和黄孢原毛平革菌组合而成,能够高效分解含有纤维素、半纤维素、木质素的有机物料,用于加快秸秆的腐熟。
步骤2中所述的钢渣是指富含铁、铝的转炉钢渣,作用在于作为烧结剂,以制备体积密度大、抗水化性好的烧结白云石熟料;粘结剂是指天然高分子化合物,作用在于提高烧结物的强度;CMC孔剂是指高分子聚合物羧甲基纤维素造孔剂,作用在于产生众多微小孔洞,以便于充分烧结及后续的重金属吸附;控温限氧烧结指以N2作为保护气体,先控温1300℃烧结3h,接着控温1500℃烧结3h,而后控温1700℃烧结3h。
步骤3中所述的砂石骨料脱水污泥为砂石骨料生产系统产生的废弃物,主要成分为二氧化硅,粒径<0.75mm颗粒的体积占比>90%,且富含若干种重金属;密封静置5d~7d的目的在于利用抗水性白云石球粒及秸秆腐殖质的高吸附性吸附重金属。
粘结剂采用水溶性酚醛树脂。
本发明有如下有益效果:
1、本发明将秸秆和砂石骨料脱水污泥有机结合,科学处理而配制优质种植土,解决了两大废弃物产量大、分布广、常规方式处置难的现状,其资源化、无害化利用的新思路符合党中央着力推进绿色、循环、低碳发展的基本国策。
2、本发明制备的抗水性白云石球粒及秸秆腐殖质吸附性强,利用其吸附砂石骨料脱水污泥中的重金属,可确保终端种植土对环境无二次污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
一、原材料准备:
砂石骨料脱水污泥:主要成分为二氧化硅,粒径<0.75mm颗粒体积占比>90%,较多地域的产出物富含若干种重金属。
秸秆:农业废弃物,主要成分为木质素、纤维素和半纤维素,野外收集。
高效复合菌剂:<40目的纤维素酶、木聚糠酶和黄孢原毛平革菌组合而成。
氮肥:市场采购成品。
草石灰:市场采购或自加工。
天然白云石:一种天然矿石,市场采购或野外收集。
钢渣:富含铁、铝的转炉钢渣。
粘结剂:天然高分子化合物。
CMC孔剂:高分子聚合物羧甲基纤维素造孔剂。
二、具体配制实施案例:
实施案例1
农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法:
步骤一,秸秆堆肥腐熟:1)取农业废弃物秸秆A1,风干、粉碎至长度≤8mm,得到秸秆短纤维A2;2)将秸秆短纤维A2送至堆肥箱,添加干质量比6%的高效复合菌剂,同时添加适量氮肥、草石灰、清洁水,调节混合物的碳氮比为25:1、pH值为7.0~7.8、含水率为15%~20%,将混合物拌制、湿润均匀后进行有氧堆肥腐熟;3)堆肥过程中,每2d~3d翻动堆体1次,20d~25d时得到秸秆腐熟产物A3;4)取部分秸秆腐熟产物A3,干燥处理后筛分,取长度>5mm的筛分物作为秸秆腐殖质A4。
步骤二,抗水性白云石球粒制备:1)取天然白云石B1,水洗、风干、机械破碎至粒径≤3mm,得到天然白云石颗粒B2;2)将天然白云石颗粒B2置于烘焙箱内,控制温度为1000±10℃,烘焙7h~8h,得到轻烧白云石颗粒B3;3)在轻烧白云石颗粒B3中添加干质量比3%的钢渣,混合均匀、研磨、过200目细筛筛分,取筛下物为白云石粉B4;4)将白云石粉B4、粘结剂、CMC孔剂按干质量比70:10:5混合均匀,而后通过造粒机将其成型为粒径为5mm~8mm的实心球,得到白云石球粒B5;5)将白云石球粒B5放入烧结炉中进行控温限氧烧结9h,自然冷却后取出,得到抗水性白云石球粒B6。
步骤三,砂石骨料脱水污泥重金属处理:1)取砂石骨料脱水污泥C1,依次加入干质量比5%的抗水性白云石球粒B6及10%的秸秆腐殖质A4,混合均匀、密封静置5d~7d,得到泥状污泥C2;2)将泥状污泥C2脱水干化,而后细微破碎,使污泥、抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质分离,再筛分、剔除抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质,得到干化污泥粉C3。
步骤四,优质种植土配制:1)将秸秆腐熟产物A3、干化污泥粉C3按干质量比40:80混合均匀,得到初始种植土D1;2)将初始种植土D1野外自然堆置,在大气、日照、降雨、蒸发、动物、微生物等自然界营力作用下,历经3年左右的时间,便可形成肥力高、通透性好、固液气三相结构合理的优质种植土D2。
实施案例2:
农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法:
步骤一,秸秆堆肥腐熟:1)取农业废弃物秸秆A1,风干、粉碎至长度≤8mm,得到秸秆短纤维A2;2)将秸秆短纤维A2送至堆肥箱,添加干质量比7%的高效复合菌剂,同时添加适量氮肥、草石灰、清洁水,调节混合物的碳氮比为30:1、pH值为7.0~7.8、含水率为15%~20%,将混合物拌制、湿润均匀后进行有氧堆肥腐熟;3)堆肥过程中,每2d~3d翻动堆体1次,20d~25d时得到秸秆腐熟产物A3;4)取部分秸秆腐熟产物A3,干燥处理后筛分,取长度>5mm的筛分物作为秸秆腐殖质A4。
步骤二,抗水性白云石球粒制备:1)取天然白云石B1,水洗、风干、机械破碎至粒径≤3mm,得到天然白云石颗粒B2;2)将天然白云石颗粒B2置于烘焙箱内,控制温度为1000±10℃,烘焙7h~8h,得到轻烧白云石颗粒B3;3)在轻烧白云石颗粒B3中添加干质量比4% 的钢渣,混合均匀、研磨、过200目细筛筛分,取筛下物为白云石粉B4;4)将白云石粉B4、粘结剂、CMC孔剂按干质量比75:11:5.5混合均匀,而后通过造粒机将其成型为粒径为5mm~8mm的实心球,得到白云石球粒B5;5)将白云石球粒B5放入烧结炉中进行控温限氧烧结9h,自然冷却后取出,得到抗水性白云石球粒B6。
步骤三,砂石骨料脱水污泥重金属处理:1)取砂石骨料脱水污泥C1,依次加入干质量比6%的抗水性白云石球粒B6及12.5%的秸秆腐殖质A4,混合均匀、密封静置5d~7d,得到泥状污泥C2;2)将泥状污泥C2脱水干化,而后细微破碎,使污泥、抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质分离,再筛分、剔除抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质,得到干化污泥粉C3。
步骤四,优质种植土配制:1)将秸秆腐熟产物A3、干化污泥粉C3按干质量比50:90混合均匀,得到初始种植土D1;2)将初始种植土D1野外自然堆置,在大气、日照、降雨、蒸发、动物、微生物等自然界营力作用下,历经3年左右的时间,便可形成肥力高、通透性好、固液气三相结构合理的优质种植土D2。
实施案例3:
步骤一,秸秆堆肥腐熟:1)取农业废弃物秸秆A1,风干、粉碎至长度≤8mm,得到秸秆短纤维A2;2)将秸秆短纤维A2送至堆肥箱,添加干质量比8%的高效复合菌剂,同时添加适量氮肥、草石灰、清洁水,调节混合物的碳氮比为35:1、pH值为7.0~7.8、含水率为15%~20%,将混合物拌制、湿润均匀后进行有氧堆肥腐熟;3)堆肥过程中,每2d~3d翻动堆体1次,20d~25d时得到秸秆腐熟产物A3;4)取部分秸秆腐熟产物A3,干燥处理后筛分,取长度>5mm的筛分物作为秸秆腐殖质A4。
步骤二,抗水性白云石球粒制备:1)取天然白云石B1,水洗、风干、机械破碎至粒径≤3mm,得到天然白云石颗粒B2;2)将天然白云石颗粒B2置于烘焙箱内,控制温度为1000±10℃,烘焙7h~8h,得到轻烧白云石颗粒B3;3)在轻烧白云石颗粒B3中添加干质量比5% 的钢渣,混合均匀、研磨、过200目细筛筛分,取筛下物为白云石粉B4;4)将白云石粉B4、粘结剂、CMC孔剂按干质量比80:12:6混合均匀,而后通过造粒机将其成型为粒径为5mm~8mm的实心球,得到白云石球粒B5;5)将白云石球粒B5放入烧结炉中进行控温限氧烧结9h,自然冷却后取出,得到抗水性白云石球粒B6。
步骤三,砂石骨料脱水污泥重金属处理:1)取砂石骨料脱水污泥C1,依次加入干质量比7%的抗水性白云石球粒B6及15%的秸秆腐殖质A4,混合均匀、密封静置5d~7d,得到泥状污泥C2;2)将泥状污泥C2脱水干化,而后细微破碎,使污泥、抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质分离,再筛分、剔除抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质,得到干化污泥粉C3。
步骤四,优质种植土配制:1)将秸秆腐熟产物A3、干化污泥粉C3按干质量比60:100混合均匀,得到初始种植土D1;2)将初始种植土D1野外自然堆置,在大气、日照、降雨、蒸发、动物、微生物等自然界营力作用下,历经3年左右的时间,便可形成肥力高、通透性好、固液气三相结构合理的优质种植土D2。
三、所述种植土的施用:
对待修复土壤表面直接追加厚度为20~30cm的优质种植土D2,即可营造出适宜植被生长的土壤环境。追加种植土时,根据现场情况对土地进行适量修整。
各实施案例对种植土的实施效果:
本发明提供的农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法中,秸秆堆肥腐熟产物改善建筑业废弃物砂石骨料脱水污泥的土壤团粒结构和理化性状,提高土壤肥力,增加土壤团聚体和通透性。废弃资源钢渣处理白云石后得到体积密度大、抗水化性好的白云石球粒,秸秆腐殖质吸附砂石骨料脱水污泥中的重金属,可确保终端种植土对环境无二次污染。
Claims (5)
1.农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:秸秆堆肥腐熟;
步骤2:抗水性白云石球粒制备;
步骤3:砂石骨料脱水污泥重金属处理;
步骤4:优质种植土配制;
所述步骤1的具体操作步骤为:
步骤1.1:取农业废弃物秸秆A1,风干、粉碎至长度≤8mm,得到秸秆短纤维A2;
步骤1.2:将秸秆短纤维A2送至堆肥箱,添加干质量比6%~8%的高效复合菌剂,同时添加适量氮肥、草石灰、清洁水,调节混合物的碳氮比为25:1~35:1、pH值为7.0~7.8、含水率为15%~20%,将混合物拌制、湿润均匀后进行有氧堆肥腐熟;
步骤1.3:堆肥过程中,每2d~3d翻动堆体1次,20d~25d时得到秸秆腐熟产物A3;
步骤1.4:取部分秸秆腐熟产物A3,干燥处理后筛分,取长度>5mm的筛分物作为秸秆腐殖质A4;
所述步骤2的具体操作步骤为:
步骤2.1:取天然白云石B1,水洗、风干、机械破碎至粒径≤3mm,得到天然白云石颗粒B2;
步骤2.2:将天然白云石颗粒B2置于烘焙箱内,控制温度为1000±10℃,烘焙7h~8h,得到轻烧白云石颗粒B3;
步骤2.3:在轻烧白云石颗粒B3中添加干质量比3%~5% 的钢渣,混合均匀、研磨、过200目细筛筛分,取筛下物为白云石粉B4;
步骤2.4:将白云石粉B4、粘结剂、CMC孔剂按干质量比70~80:10~12:5~6混合均匀,而后通过造粒机将其成型为粒径为5mm~8mm的实心球,得到白云石球粒B5;
步骤2.5:将白云石球粒B5放入烧结炉中进行控温限氧烧结9h,自然冷却后取出,得到抗水性白云石球粒B6;
所述步骤3的具体操作步骤为:
步骤3.1:取砂石骨料脱水污泥C1,依次加入干质量比5%~7%的抗水性白云石球粒B6及10%~15%的秸秆腐殖质A4,混合均匀、密封静置5d~7d,得到泥状污泥C2;
步骤3.2:将泥状污泥C2脱水干化,而后细微破碎,使污泥、抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质分离,再筛分、剔除抗水性白云石球粒、秸秆腐殖质,得到干化污泥粉C3;
所述步骤4的具体操作步骤为:
步骤4.1:将秸秆腐熟产物A3、干化污泥粉C3按干质量比40~60:80~100混合均匀,得到初始种植土D1;
步骤4.2:将初始种植土D1野外自然堆置,在大气、日照、降雨、蒸发、动物、微生物自然界营力作用下,历经3年左右的时间,形成肥力高、通透性好、固液气三相结构合理的优质种植土D2。
2.根据权利要求1所述农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,其特征在于,步骤1中所述的农业废弃物秸秆的主要成分为木质素、纤维素和半纤维素,堆肥腐熟后能够得到有机肥;高效复合菌剂由<40目的纤维素酶、木聚糠酶和黄孢原毛平革菌组合而成,能够高效分解含有纤维素、半纤维素、木质素的有机物料,用于加快秸秆的腐熟。
3.根据权利要求1所述农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,其特征在于,步骤2中所述的钢渣是指富含铁、铝的转炉钢渣,作用在于作为烧结剂,以制备体积密度大、抗水化性好的烧结白云石熟料;粘结剂是指天然高分子化合物,作用在于提高烧结物的强度;CMC孔剂是指高分子聚合物羧甲基纤维素造孔剂,作用在于产生众多微小孔洞,以便于充分烧结及后续的重金属吸附;控温限氧烧结指以N2作为保护气体,先控温1300℃烧结3h,接着控温1500℃烧结3h,而后控温1700℃烧结3h。
4.根据权利要求1所述农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,其特征在于,步骤3中所述的砂石骨料脱水污泥为砂石骨料生产系统产生的废弃物,主要成分为二氧化硅,粒径<0.75mm颗粒的体积占比>90%,且富含若干种重金属;密封静置5d~7d的目的在于利用抗水性白云石球粒及秸秆腐殖质的高吸附性吸附重金属。
5.根据权利要求3所述农作物秸秆协同砂石骨料脱水污泥土壤化的方法,其特征在于,粘结剂采用水溶性酚醛树脂。
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