CN115141630A - 一种基于污泥的多用途土壤调理剂及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂及其制备方法，包括以下原料：城市污水厂脱水污泥、调节剂、螯合剂、复合微生物菌剂。本发明的土壤调理剂适用范围广泛，可有效螯合固化重金属且发酵过程大幅度降低臭气产生的浓度，即解决了污泥处置环节出路的问题，又实现了污泥的资源化利用。

Description

一种基于污泥的多用途土壤调理剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及土壤修复领域，具体涉及IPC分类号C02F3/34，更具体涉及一种基于污泥的多用途土壤调理剂及其制备方法。

背景技术

污泥是废水处理过程中产生的沉淀物质，含有混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及凝结的絮状物，是各种胶体、有机质吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合物质，状态由含水率决定。城市污水厂污泥的土地利用是普遍认可的一种资源化利用方式，欧美等发达国家城市污泥的农用率在70％左右，有的高达80％以上，而我国目前农用率还相当低，只有土地利用出路所提供的潜在价格空间可以覆盖污泥处理处置所需的大部分成本。我国的国情决定了最经济有效的污泥处置方法是高温兼氧发酵，污泥的兼氧发酵可杀灭病菌和寄生虫卵，使有机物转化为腐殖质，使污泥含水率降低达到减量的目的，使营养物质易于被植物吸收利用，促进植物生长，使土壤的理化及生物学性质得到改善。

通过传统菌群腐殖的污泥在发酵过程中会产生氨气、硫化氢和挥发性有机物(VOCs)，对周围环境和人体造成较大危害，需要配置除臭设施，运营成本增加；污泥腐殖时添加的重金属钝化剂常以吸附和络合作用为主，重金属的状态并不稳定，还存在再次释放的风险；此外，通过传统菌群腐殖的污泥所产生的土壤调理剂或改良剂虽适用于盐碱地的土壤改良或修复，但针对不同pH值的土壤并不具备很好的适用性。

中国专利CN108658405A公开了城市污泥处理净化工艺，通过对污泥预处理、污泥调节、污泥微生物复合菌剂处理虽然大幅度提高了各类污染物的降解率，但是该专利却没有对污泥中的重金属进行固化，且没有相关的数据表明能够对土壤起到很好的修复和改良作用。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本发明一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂，包括以下原料：城市污水厂脱水污泥、调节剂、螯合剂、复合微生物菌剂。

在一些实施方式中，所述调节剂的投加量为污泥重量的5％～15％。

优选地，所述调节剂的投加量为污泥重量的8％～12％。

在一些实施方式中，所述螯合剂的投加量为污泥重量的3％～12％。

在一些实施方式中，所述复合微生物菌剂为污泥重量的1-5‰。

在一些实施方式中，所述城市污水厂脱水污泥的含水率为55％～85％。

在一些实施方式中，所述的调节剂包括锯末、树叶、杂草、秸秆、花生壳、木屑、稻壳、树皮、蘑菇渣、餐厨垃圾中的一种或多种。

在一些实施方式中，所述螯合剂包括麦饭石、甲壳素、凹凸棒土中的一种或多种。

优选地，所述螯合剂包括麦饭石、甲壳素、凹凸棒土，且重量比为(1.2-2)：(1.5-4)：(1-2.5)。

更加优选地，所述螯合剂包括麦饭石、甲壳素、凹凸棒土，且重量比为1.8：3：2。

在一些实施方式中，所述螯合剂的含水率控制在40％～50％。

优选地，所述螯合剂的含水率控制在40-45％。

在一些实施方式中，所述复合微生物菌剂包括纳豆菌、光合菌、枯草芽孢菌、解磷菌、解钾菌、硝化菌、地衣芽孢菌、解淀粉芽孢、巨大芽孢菌、侧孢芽孢菌、固氮菌、放线菌、胶冻样芽孢菌组合而成的粉体菌剂。

本发明对所述复合微生物菌剂中各菌种的比例不做特殊限定。

本发明的第二方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂的制备方法，至少包括以下步骤：

S1：按配比称取各原料；

S2：将调理剂、螯合剂分别进行粉碎处理；

S3：将粉碎处理后的调理剂与城市污水厂脱泥充分搅拌，得到混合物A；

S4：将复合微生物菌剂与混合物A进行充分搅拌，得到混合物B；

S5：将混合物B转移至发酵槽内，在升温50～60℃前，每1～3天采用翻抛机一次；升温至50℃～60℃后，每天翻抛一次，并保持7～15天左右，总时长保持在20～25天；

S6：在腐熟20～25天后进行粉碎干燥，即得到所述土壤调理剂。

在一些实施方式中，所述步骤S2中调节剂的粒径控制在2～8mm，螯合剂的粒度控制在200-400目。

优选地，所述步骤S2中调节剂的粒径控制在3～5mm，螯合剂的粒度控制在300目。

现有技术中的一些污泥处理剂对于固化重金属的作用效果不明显，且具有较高的生物毒性，抑制了土壤中微生物的生长与繁殖，申请人通过大量的研究后发现在本体系中加入特定的螯合剂，尤其是螯合剂为麦饭石、甲壳素、凹凸棒土的混合物，且重量比为(1.2-2)：(1.5-4)：(1-2.5)时可以对污泥中的重金属离子具有极为优异的络合作用，有效遏制了重金属的释放，申请人认为可能的原因在于特定粒径的麦饭石、甲壳素、凹凸棒土通过各自独特的结构发挥出了优异的协同效应，共同作用不但对污泥中的重金属离子产生固化，降低了生物毒性，促进了土壤中微生物的生长和繁殖，而且还可以调节土壤的pH，同时本体系中甲壳素的加入还可以与复合微生物菌剂共同作用能够有效去除污泥中的有机物和变异物质，且在腐殖过程中不会产生臭气，很好地改善土壤的理化性质，保障生态安全。

本发明的第三方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂的应用，用于城市污水厂脱水污泥的资源化利用和土壤修复。

有益效果：

(1)本发明利用城市污水厂脱水污泥为原料，调节剂为辅料，解决了污泥处置环节的出路问题，实现污泥的资源化利用；

(2)本发明利用特定比例的麦饭石、甲壳素、凹凸棒土作为螯合剂，可有效螯合固化重金属，降低生物毒性，保障生态安全；同时麦饭石有效调节了土壤的pH，适用范围更为广泛；

(4)本发明利用的复合微生物菌剂实现了在污泥腐殖过程中不产生臭气的良好效果，使工作环境得以大大改善。

具体实施方式

实施例1

本实施例一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂：包括以下原料：

城市污水厂脱水污泥1500kg，含水率为78％；

调节剂150kg，含水率为45％；

所述调节剂包括锯末和稻壳，粒径为3-5mm；

螯合剂75kg，其中麦饭石、甲壳素和凹凸棒土的重量比为1.8：3：2，粒径均为300目；

复合微生物菌剂4.5kg；

所述复合微生物菌剂为纳豆菌、光合菌、枯草芽孢菌、解磷菌、解钾菌、硝化菌、地衣芽孢菌、解淀粉芽孢、巨大芽孢菌、侧孢芽孢菌、固氮菌、放线菌、胶冻样芽孢菌组合而成的粉体菌剂。

本实施例的另一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

将上述原料充分混合后转移至发酵槽，堆成1.5m高，堆体升温至55℃前每2天翻抛一次，升温至55℃后，每1天翻抛一次，堆体在55℃以上保持10天，总时长为23天；堆体自然腐殖23天即得到污泥发酵半成品，在腐熟23天后采用旋风干燥机进行粉碎干燥得到含水率30％～40％的土壤调理剂。

实施例2

本实施例一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂：包括以下原料：

城市污水厂脱水污泥1500kg，含水率为78％；

调节剂75kg，含水率为45％；

所述调节剂包括秸秆、花生壳和稻壳，粒径为3-5mm；

螯合剂45kg，其中麦饭石、甲壳素和凹凸棒土的重量比为1.2：1.5：1，粒径均为300目；

复合微生物菌剂1.5kg；

所述复合微生物菌剂为纳豆菌、光合菌、枯草芽孢菌、解磷菌、解钾菌、硝化菌、地衣芽孢菌、解淀粉芽孢、巨大芽孢菌、侧孢芽孢菌、固氮菌、放线菌、胶冻样芽孢菌组合而成的粉体菌剂。

本实施例的另一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

将上述原料充分混合后转移至发酵槽，堆成1.5m高，堆体升温至55℃前每2天翻抛一次，升温至55℃后，每1天翻抛一次，堆体在55℃以上保持10天，总时长为23天；堆体自然腐殖23天即得到污泥发酵半成品，在腐熟23天后采用旋风干燥机进行粉碎干燥得到含水率30％～40％的土壤调理剂。

实施例3

本实施例一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂：包括以下原料：

城市污水厂脱水污泥1500kg，含水率为78％；

调节剂225kg，含水率为45％；

所述调节剂包括秸秆、花生壳和稻壳，粒径为3-5mm；

螯合剂180kg，其中麦饭石、甲壳素和凹凸棒土的重量比为2：4：2.5，粒径均为300目；

复合微生物菌剂7.5kg；

所述复合微生物菌剂为纳豆菌、光合菌、枯草芽孢菌、解磷菌、解钾菌、硝化菌、地衣芽孢菌、解淀粉芽孢、巨大芽孢菌、侧孢芽孢菌、固氮菌、放线菌、胶冻样芽孢菌组合而成的粉体菌剂。

本实施例的另一方面提供了一种基于污泥的多用途土壤调理剂的制备方法，包括以下步骤：

将上述原料充分混合后转移至发酵槽，堆成1.5m高，堆体升温至55℃前每2天翻抛一次，升温至55℃后，每1天翻抛一次，堆体在55℃以上保持10天，总时长为23天；堆体自然腐殖23天即得到污泥发酵半成品，在腐熟23天后采用旋风干燥机进行粉碎干燥得到含水率30％～40％的土壤调理剂。

对比例1

本对比例提供了一种污泥传统发酵的方法制备土壤调理剂：城市污水厂脱水污泥1500kg，含水率为78％，锯末和稻壳150kg，含水率为45％，粒径3～5mm。

将原料充分混合后转移至发酵槽，堆成1.5m高，堆体升温至55℃前每2天翻抛一次，升温至55℃后，每1天翻抛一次，堆体在55℃以上保持5天，总时长为23天；堆体自然腐殖23天即得到对比污泥发酵半成品，在腐熟23天后采用旋风干燥机进行粉碎干燥得到含水率30％～40％的土壤调理剂。

性能测试

1.发酵过程中的臭气浓度

分别针对实施例1-3和对比例1发酵过程中产生的有关气体浓度进行实时监测，将结果记录在表1中。

表1

实施例编号	NH<sub>3</sub>(mg/m<sup>3</sup>)	H<sub>2</sub>S(mg/m<sup>3</sup>)	VOC<sub>s</sub>(mg/m<sup>3</sup>)
				实施例1	3.46	0.18	11.2
实施例2	3.57	0.23	12.4
				实施例3	3.29	0.16	10.9
对比例1	21.8	31.2	67.95

结论：从表1中的实时监测数据可以得知：与污泥传统的堆肥腐殖工艺相比，本发明的基于污泥的土壤调理剂在发酵过程中产生的臭气浓度低，大大改善了生产作业环境。

2.土壤调理性能

针对实施例1-3和对比例1提供的土壤调理剂进行相关指标检测和试验，并将结果记录在表2中。

表2

结论：从表2可以看出本发明的土壤调理剂调节土壤pH的效果较为明显，种子发芽率也得到提升。

3.重金属固化效果

针对经投加实施例1-3和对比例1提供的土壤调理剂的盐碱土壤进行浸出液重金属浸出浓度检测，并记录于表3。

表3

实施例编号	Hg(μg/L)	As(μg/L)	Cd(μg/L)	Pb(μg/L)	Cr(μg/L)
						实施例1	1.5	2.2	<0.05	45.3	<0.05
实施例2	2.3	1.6	<0.05	38.6	<0.05
						实施例3	2.5	2.4	<0.05	43.2	<0.05
对比例1	5.1	15.8	0.39	235	0.57

结论：从表3中可以得知本发明的基于污泥的土壤调理剂在螯合固化重金属效果明显，有效遏制了重金属的释放，大大降低了生物毒性，促进土壤微生物的生长繁殖。

Claims (10)

1.一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，包括以下原料：城市污水厂脱水污泥、调节剂、螯合剂、复合微生物菌剂。

2.根据权利要求1所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述调节剂的投加量为污泥重量的5％～15％。

3.根据权利要求1所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述螯合剂的投加量为污泥重量的3％～12％。

4.根据权利要求1所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂为污泥重量的1-5‰。

5.根据权利要求1所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述城市污水厂脱水污泥的含水率为55％～85％。

6.根据权利要求1所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述的调节剂包括锯末、树叶、杂草、秸秆、花生壳、木屑、稻壳、树皮、蘑菇渣、餐厨垃圾中的一种或多种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述螯合剂包括麦饭石、甲壳素、凹凸棒土中的一种或多种。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于污泥的多用途土壤调理剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂包括纳豆菌、光合菌、枯草芽孢菌、解磷菌、解钾菌、硝化菌、地衣芽孢菌、解淀粉芽孢、巨大芽孢菌、侧孢芽孢菌、固氮菌、放线菌、胶冻样芽孢菌组合而成的粉体菌剂。

9.一种根据权利要求1-7任一项所述的基于污泥的多用途土壤调理剂的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1：按配比称取各原料；

S2：将调理剂、螯合剂分别进行粉碎处理；

S3：将粉碎处理后的调理剂与城市污水厂脱泥充分搅拌，得到混合物A；

S4：将复合微生物菌剂与混合物A进行充分搅拌，得到混合物B；

S5：将混合物B转移至发酵槽内，在升温50～60℃前，每1～3天采用翻抛机一次；升温至50℃～60℃后，每天翻抛一次，并保持7～15天左右，总时长保持在20～25天；

S6：在腐熟20～25天后进行粉碎干燥，即得到所述土壤调理剂。

10.一种根据权利要求1-9任一项所述的基于污泥的多用途土壤调理剂的应用，其特征在于，用于城市污水厂脱水污泥的资源化利用和土壤修复。