CN114868619B - 一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法与应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，包括以下步骤：(1)制备有机肥：将高氮磷有机废弃物进行厌氧消化反应，固液分离得到沼渣和沼液；其中，沼液经加药混凝沉淀后，上清液回流至鸟粪石提取池待用，沉淀物回流至厌氧消化；沼渣与污水处理厂的污泥干物料经高温好氧发酵后制备得到有机肥；(2)制备鸟粪石缓释凝胶：鸟粪石提取池沉淀后，将底部含有大颗粒鸟粪石的固液混合物通入反应釜，制备得到鸟粪石缓释凝胶；鸟粪石提取池上清液送入污水处理厂处理。缓释柱内注入鸟粪石缓释凝胶后立于树根四周，沼渣制备的有机肥包裹于树根周边，能够实现资源的循环利用，真正实现高氮磷有机废弃物处理减量化、无害化、资源化目标。
Description
技术领域
本发明属于有机固体废弃物处理与资源化技术领域，具体涉及到一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法与应用方法。
背景技术
乔木是指树身高大的树木，可依其高度而分为伟乔(31米以上)、大乔(21～30米)、中乔(11～20米)、小乔(6～10米)等四级。乔木种植都有最低土层厚度的要求，不同的乔木，其所需要的最低土层厚度也是不同的。小乔木生存的最小土层厚度为55-60厘米，浅根系乔木生存的最小土层厚度为90-100厘米，深根系乔木生存的最小土层厚度为125-150厘米，小灌木为25-35厘米，大灌木为45厘米。
乔木迅速生长的关键在于正确的施肥方法与选用适宜的肥料，改善土壤理化性质、提高土壤肥力、增加树木营养，是保证树木健康长寿的有力措施之一。有些乔木生长缓慢，树叶萎黄，并不一定都是病虫害的问题，很可能是“营养不良”。在乔木生长期间施肥，常使用速效肥料或经过腐熟的有机肥料，及时供应苗木不同生长期所需要的各种营养元素，以满足苗木生长需要。乔木基质用量大，因此，开发一种成本低、效果好、不破坏土壤结构并易于实施的乔木基质，实现厌氧消化产物消纳并资源化利用变得十分必要。
根据《中国城市建设统计年鉴》数据，截止到2019年底，城市污水排放量达554.65亿立方米，相较于2011年的403.7亿立方米，增长了37.39％。城市污水处理厂数量由2011年的1588座增加到2471座，污水处理厂处理能力由2011年的11303.4万立方米/日增加到17863.2万立方米/日，污水处理厂处理总量由2011年的315.2亿立方米增加到525.85亿立方米。同时，污水处理厂干污泥(按含水率80％计)产生量由2011年的650.04万吨增加到1102.72万吨，干污泥处理处置量由2011年的635.71万吨增加到1063.82万吨。2019年城镇污水处理厂COD削减量、BOD削减量分别达到1536.85万吨、675.11万吨。市政污泥的产量是巨大的。故将污泥变废为宝，同时经过处理后满足乔木基质要求，提出一种污泥出路迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的就是针对厌氧消化沼液、沼渣和污泥处理处置的迫切需求，提供一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养与应用方法，解决缓释施肥养护工作，大大节省人力物力，该方法可行性高，操作简便，可控度高、灵活度高，实现环保与经济效益的双赢，既能保证氮、磷的回收效率，又能保证鸟粪石大颗粒晶核的沉淀是本发明的技术难点。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，包括以下步骤：
(1)制备有机肥：将高氮磷有机废弃物进行厌氧消化反应，设备排渣，调节泥质pH，固液分离得到沼渣和沼液；
其中，沼液经加药混凝沉淀后，上清液回流至鸟粪石提取池待用，沉淀物回流至厌氧消化；沼渣与污水处理厂的污泥干物料经高温好氧发酵后制备得到有机肥；
(2)制备鸟粪石缓释凝胶：鸟粪石提取池沉淀后，将底部含有大颗粒鸟粪石的固液混合物通入反应釜，并加入单体、交联剂、引发剂进行反应，制备得到鸟粪石缓释凝胶；鸟粪石提取池上清液送入污水处理厂处理。
优选地，步骤(1)所述高氮磷有机废弃物包括污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾。
优选地，步骤(1)设备排渣后，调节泥质pH在6.8～7.5。
优选地，步骤(1)中鸟粪石提取池上清液中加入低分子聚丙烯酰胺，加入浓度为0.1-0.3mg/L。
优选地，步骤(2)鸟粪石提取池初始保持pH＝8-9.5，加入Mg、N、P并控制Mg:N:P比例在1.69:1.18～1.24:1，P的初始浓度不低于200mg/L。
优选地，步骤(2)按小时加入碱液保持鸟粪石提取池上清液pH≥8，搅拌条件为160r/min～300r/min，上清液送入污水处理厂处理产生的污泥进行好氧发酵后得到有机肥。
优选地，沉淀后，底部含有大颗粒鸟粪石的固液混合物不超过总体积的30％，加入单体、交联剂、引发剂后，反应温度为40-45℃，反应时间为3-5min。
优选地，步骤(2)中所述单体由质量比为80％的外加单体和20％的低分子聚丙烯酰胺溶液组成，
所述外加单体包括琼脂糖、甲基纤维素、透明质酸、明胶、壳聚糖、弹性蛋白样多肽或其他天然来源的聚合物中的一种或几种；
所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵的绿色引发剂中的一种或几种；
所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺双叔丁基过氧化二异丙基苯的绿色交联剂中的一种或几种。
制备得到的有机肥和鸟粪石缓释凝胶用于种植乔木，具体应用时，包括以下步骤：栽种时，在地面挖一个圆柱形基坑，十字分割后，将缓释柱对称固定在基坑四个方位，缓释柱内部加入鸟粪石缓释凝胶，缓释柱周边土壤填充有机肥，半年后移除缓释柱盖帽再次进行添加。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明将厌氧消化沼液、沼渣和污泥提取营养物质，减少环境影响的情况下，制备成可资源化利用的缓释肥，并通过混凝药剂和污泥本身添加PAM的特殊性，结合凝胶的制备，使鸟粪石缓释凝胶具有较强的pH敏感性，鸟粪石缓释凝胶不能直接溶解到水中，但可以溶解到弱酸中，例如植物根系分泌的弱酸，溶解后才能被植物吸收，通过本发明方法可以将鸟粪石缓释凝胶得到有效利用。
2、由于高温、搅拌速度，高pH等因素都会加速无定型磷酸钙(ACP)的结晶或其他结晶体产生，降低其溶解度，由此导致回收的鸟粪石纯度下降，所以寻求一个合适的温度，既能保证氮、磷的回收效率，又能保证鸟粪石大颗粒晶核的沉淀是本专利的技术难点。通过本发明特定温度、搅拌速度，高pH等因素，加速无定型磷酸钙(ACP)的结晶或其他结晶体产生，降低其溶解度，提高回收的鸟粪石的纯度。
附图说明
图1为厌氧消化产物制备乔木基质的方法流程图；
图2、3为乔木基质具体用于种植乔木的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养与应用方法，参照图1-3，具体步骤为：
猪粪进行高温厌氧消化反应，设备排渣后，调节泥质pH在7，固液分离得到沼渣和沼液。沼液经加药混凝(悬浮物浓度为1800mg/L)沉淀后，沼液上清液回流至鸟粪石提取池待用，沉淀物回流至厌氧消化步骤循环利用；沼渣与污水处理厂的污泥干物料经高温好氧发酵后制备有机肥。
鸟粪石提取池初始保持pH＝8.6，Mg:N:P比例为1.69:1.18:1，按小时加入碱液保持上清液pH＝8，搅拌条件为160r/min。沉淀30分钟后，取总体积30％的固液混合物，加入体积分数80％外加单体明胶和体积分数20％低分子聚丙烯酰胺溶液，引发剂为过硫酸钾，加入量0.6％，交联剂为NN-亚甲基双丙烯酰胺，加入量为0.5％，反应温度在43℃，反应时间约4min，得到鸟粪石缓释凝胶。
栽种时，在地面挖出一个圆柱形基坑，十字分割后，将缓释柱对称固定在基坑四个方位，内部加入鸟粪石缓释凝胶，周边土壤应用沼渣和污泥发酵后制作的有机肥填充。
实施例2
一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养与应用方法，参照图1-3，具体步骤为：
牛粪与污泥混合物(质量比3：1)进行高温厌氧消化反应，设备排渣后，调节泥质pH在7.5，固液分离得到沼渣和沼液。沼液经加药混凝(悬浮物浓度为1500mg/L)沉淀后，沼液上清液回流至鸟粪石提取池待用，沉淀物回流至厌氧消化步骤循环利用；沼渣与污水处理厂的污泥干物料经高温好氧发酵后制备有机肥。
鸟粪石提取池初始保持pH＝9，Mg:N:P比例为1.69:1.2:1，按小时加入碱液保持上清液pH＝9，搅拌条件为200r/min。沉淀30分钟后，取总体积30％的固液混合物，加入体积分数80％外加单体明胶和体积分数20％低分子聚丙烯酰胺溶液，引发剂为过硫酸氨，加入量0.5％，交联剂为NN-亚甲基双丙烯酰胺，加入量为0.4％，反应温度在45℃，反应时间约3min，得到鸟粪石缓释凝胶。
栽种时，在地面挖出一个圆柱形基坑，十字分割后，将缓释柱对称固定在基坑四个方位，内部加入鸟粪石缓释凝胶，周边土壤应用沼渣和污泥发酵后制作的有机肥填充。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备有机肥：将高氮磷有机废弃物进行厌氧消化反应，设备排渣，调节泥质pH，固液分离得到沼渣和沼液；
其中，沼液经加药混凝沉淀后，上清液回流至鸟粪石提取池待用，沉淀物回流至厌氧消化；沼渣与污水处理厂的污泥干物料经高温好氧发酵后制备得到有机肥；
（2）制备鸟粪石缓释凝胶：鸟粪石提取池沉淀后，将底部含有大颗粒鸟粪石的固液混合物通入反应釜，并加入单体、交联剂、引发剂进行反应，反应温度为40-45℃，反应时间为3-5min，制备得到鸟粪石缓释凝胶；鸟粪石提取池初始保持pH=8-9.5，加入Mg、N、P并控制Mg:N:P比例在1.69:1.18~1.24:1，P的初始浓度不低于200mg/L，鸟粪石提取池上清液送入污水处理厂处理，按小时加入碱液保持鸟粪石提取池上清液pH≥8，搅拌条件为160r/min~300r/min，上清液送入污水处理厂处理产生的污泥进行好氧发酵后得到有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，步骤（1）所述高氮磷有机废弃物包括污泥、畜禽粪便、餐厨垃圾。
3.根据权利要求1所述的一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，步骤（1）设备排渣后，调节泥质pH在6.8~7.5。
4.根据权利要求1所述的一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，步骤（1）中鸟粪石提取池上清液中加入低分子聚丙烯酰胺，加入浓度为0.1-0.3mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，沉淀后，底部含有大颗粒鸟粪石的固液混合物不超过总体积的30%。
6.根据权利要求5所述的一种厌氧消化产物制备乔木基质的培养方法，其特征在于，步骤（2）中所述单体由质量比为80%的外加单体和20%的低分子聚丙烯酰胺溶液组成，
所述外加单体包括琼脂糖、甲基纤维素、透明质酸、明胶、壳聚糖、弹性蛋白样多肽或其他天然来源的聚合物中的一种或几种；
所述引发剂包括过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵的绿色引发剂中的一种或几种；
所述交联剂包括N,N-亚甲基双丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺双叔丁基过氧化二异丙基苯的绿色交联剂中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的方法制备得到的乔木基质的应用，其特征在于，制备得到的有机肥和鸟粪石缓释凝胶用于种植乔木。
8.根据权利要求7所述的乔木基质的应用，其特征在于，包括以下步骤：
栽种时，在地面挖一个圆柱形基坑，十字分割后，将缓释柱对称固定在基坑四个方位，缓释柱内部加入鸟粪石缓释凝胶，缓释柱周边土壤填充有机肥，半年后移除缓释柱盖帽再次进行添加。
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