CN115443878B - 含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质及其工艺系统 - Google Patents
含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质及其工艺系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质，包括热解残渣、城市污泥和营养土，且三者的干燥后体积比为1：(0.5‑2)：(0.5‑2)；营养土的理化指标为速效钾含量200‑400mg/Kg；营养土中含量较多的速效钾可以与污泥中富含的速效氮、速效磷共同支持香根草快速生长，并优化基质的土壤性质；同时提供了用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的系统，包括第一进料通道和第二进料通道；所述第二进料通道用于输送粘稠状的城市污泥；所述第一进料通道与第二进料通道连通，向城市污泥中连续混入热解残渣和营养土；种植基质中心富含水分促进香根草快速生长，借助水分浸润和毛细流动实现城市污泥与其它两种原料之间的元素转移。
Description
技术领域
本发明涉及含油污泥热解残渣处理领域，尤其涉及含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质及制备系统。
背景技术
含油污泥是混入了原油、各种成品油和渣油等重质油的污泥，一般产生于石油开采、炼制、储运及含油污水的处置过程。其成分复杂，主要含有石油、污泥和水等，一般含水率约40％～90％，含油率约10％～50％，固相颗粒细5％～46％，其pH介于6.4～7.5，含大量污油和可燃质，除此之外还含有大量污染物：a.以铜、铬、汞等重金属与重金属盐类为主的无机污染物；b.以多氯联苯、多环芳烃、酚类等为主的有机污染物；c.大量共生的病原菌、寄生虫等有害微生物；d.大量缓冲剂、絮凝剂、阻垢剂等水处理药剂；e.少量放射元素。
含油污泥的各项处理技术在应用过程中都有一定的局限性，而热解技术因其原油燃气回收率高、处理彻底、产生的污染物少，被认为是最有前景的含油污泥处理技术。然而含油污泥在热解过程会产生固体残渣，其含有少量重金属、石油烃等物质，直接排入环境中会造成环境污染，热解残渣的处理已成为制约油泥热解处理技术推广应用的主要瓶颈。
植物修复作为一种生态友好型的修复技术，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。香根草作为植物修复方案中常见的品种，对于基质的适应性强，适合作为探索油泥热解残渣生态化处理的研究对象。但单独的油泥热解残渣很难让植物成活，因此探索成活率高、基质环境综合改善效果好的基质配方就成了生态修复的技术重点。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质，通过将热解残渣与其它成分混合来起到促进香根草生长的效果、改善基质的土壤性质，实现热解废渣的生态化处理。
技术方案：为实现上述目的，本发明的含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质，包括热解残渣、城市污泥和营养土，且三者的干燥后体积比为1：(0.5-2)：(0.5-2)；所述营养土的理化指标为速效钾含量200-400mg/Kg。
进一步的，热解残渣、城市污泥和营养土的干燥后体积比为1：1：1。
进一步的，所述营养土的理化指标为PH5-6.5，有机碳含量15-25％。
进一步的，所述城市污泥的理化指标为速效氮含量2000-3500mg/Kg，速效磷含量1500-3000mg/Kg。
一种用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的系统，包括存储容器、第一进料通道和第二进料通道；所述第一进料通道用于输送热解残渣和营养土；所述第二进料通道用于输送粘稠状的城市污泥；所述第一进料通道的出口端与存储容器连通连接；所述第一进料通道与第二进料通道连通，向城市污泥中连续混入热解残渣和营养土；
所述第二进料通道上设置有送料装置；所述送料装置包括送料螺杆；所述送料螺杆运行在第二进料通道内，将原料转移到存储容器中；所述第二进料通道的内壁上设置有挤压件，挤压件与第一进料通道位于第二进料通道的同侧；所述挤压件位于送料螺杆末端和第一进料通道出口端之间；所述挤压件将输送经过的城市污泥条带表面挤压出内凹的槽形空间，槽形空间在经过第一进料通道时被热解残渣和营养土填充。
进一步的，所述送料装置还包括污泥中转室；所述污泥中转室连通设置在第二进料通道的进口一端，城市污泥穿过污泥中转室进入第二进料通道内；所述污泥中转室内部设置有筛选件；所述筛选件上设置有可供城市污泥穿过的分选通道；所述筛选件与发热元件相连，加热穿过分选通道的城市污泥提高其流动性。
进一步的，所述污泥中转室连通设置在所述第二进料通道的顶部；所述污泥中转室的上方升降设置有清淤件；所述清淤件包括单元杆；所述单元杆阵列分布，在下降过程中破碎筛选件上方的团块状污泥；所述单元杆与分选通道嵌插配合，在下降过程中疏通分选通道内部。
进一步的，所述筛选件上表面为中间下凹的弧形轮廓；所述分选通道集中分布在筛选件下凹中心处。
进一步的，所述挤压件与第一进料通道在第二进料通道的环向上设置有若干对。
进一步的，所述第二进料通道包括相互衔接的第一管体和第二管体，城市污泥依次穿过第一管体、第二管体后离开第二进料通道；所述送料螺杆的末端延伸进所述第二管体内部；所述第一管体的内径大于第二管体的内径，两者的内壁之间圆滑收缩过渡；所述送料装置还包括加热套管；所述加热套管套设在第二进料通道的外部。
有益效果：(1)本发明的含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质，包括热解残渣、城市污泥和营养土，且三者的干燥后体积比为1：(0.5-2)：(0.5-2)；营养土的理化指标为速效钾含量200-400mg/Kg；营养土中含量较多的速效钾可以与污泥中富含的速效氮、速效磷共同支持香根草快速生长，并优化基质的土壤性质，降低培养基质中的水溶性盐总量和总碱度，提高土壤活性酶，对重金属具有一定的富集、转运作用；(2)本发明的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的系统，包括存储容器、第一进料通道和第二进料通道；第一进料通道用于输送热解残渣和营养土；第二进料通道用于输送粘稠状的城市污泥；第一进料通道的出口端与存储容器连通连接；第一进料通道与第二进料通道连通，向城市污泥中连续混入热解残渣和营养土；第二进料通道的内壁上设置有挤压件，挤压件与第一进料通道位于第二进料通道的同侧；挤压件位于送料螺杆末端和第一进料通道出口端之间；挤压件将输送经过的城市污泥条带表面挤压出内凹的槽形空间，槽形空间在经过第一进料通道时被热解残渣和营养土填充；种植基质中心与根部接触的区域中因为富含水分，所以可以在载重前期免去单独浇水的步骤，且能够借助城市污泥所含水分的浸润和毛细流动实现城市污泥与其它两种原料之间的元素转移；(3)本发明的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的系统，送料装置还包括污泥中转室；污泥中转室连通设置在第二进料通道的进口一端，城市污泥穿过污泥中转室进入第二进料通道内；污泥中转室内部设置有筛选件；筛选件上设置有可供城市污泥穿过的分选通道；筛选件与发热元件相连，加热穿过分选通道的城市污泥提高其流动性；分选通道的作用在于确保加入的城市污泥中含有足够的水分，从而能够以粘稠状态在重力作用下自然穿过分选通道汇聚到第二进料通道内部；受发热元件加热而升温的筛选件可以进一步让与之接触的含水城市污泥流动性上升，其进料更加顺畅。
附图说明
图1为本发明的不同配比下香根草生长情况；
图2为本发明的香根草种植前后电导率变化趋势；
图3为本发明的香根草种植前后土壤水溶性盐总量变化趋势；
图4为本发明的香根草种植前后总碱度变化趋势；
图5为本发明的香根草种植前后蔗糖酶变化趋势；
图6为本发明的香根草种植前后脲酶变化趋势；
图7为本发明的香根草种植前后过氧化氢酶变化趋势；
图8为本发明的香根草地上、地下部分的重金属含量在培养基质总量中的占比；
图9为本发明的香根草种植基质工艺系统整体结构示意图；
图10为本发明的清淤件结构示意图；
图11为本发明的香根草种植基质工艺系统整体俯视图；
图12为本发明的香根草种植基质工艺系统整体侧剖图；
图13为本发明的污泥中转室内部结构细节图；
图14为本发明的第二进料通道出口端结构示意图；
图15为本发明的从第二进料通道排出的条带状基质形状示意图；
其中，图1内的1:0:0、0:1:0、0:0:1、1:1:1、1:1:2、1:2:1、2:1:1表示热解残渣、城市污泥和营养土的体积配比；图5-7中S-SC表示土壤蔗糖酶，S-UE表示土壤脲酶，S-CAT表示土壤过氧化氢酶；图15中A部分为城市污泥，B部分为热解残渣和营养土的混合物。
图中各附图标记为：
1、存储容器，2、送料装置，21、送料螺杆，3、第一进料通道，4、第二进料通道，401、挤压件，402、连接件，5、加水管，6、污泥中转室，61、清淤件，62、筛选件，63、分选通道，64、发热元件，601、单元杆，602、活动板，603、导柱，604、震动块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例一
含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质，包括热解残渣、城市污泥和营养土，且三者的干燥后体积比为1：(0.5-2)：(0.5-2)；所述营养土的理化指标为速效钾含量200-400mg/Kg；热解残渣、城市污泥和营养土的优选体积配比为1：1：1。所述营养土的理化指标为PH5-6.5，有机碳含量15-25％。所述城市污泥的理化指标为速效氮含量2000-3500mg/Kg，速效磷含量1500-3000mg/Kg。营养土中含量较多的速效钾可以与污泥中富含的速效氮、速效磷共同支持香根草快速生长。
以上理化指标要求总结自盆栽实验数据。该实验具体选用的原料及参数：供试热解残渣采自中国陕西省延安市吴起县铁边城油泥站，热解残渣的理化指标—pH 9.46，含油率2％，含水率0％，有机碳含量2％，速效氮341mg/kg，速效磷93mg/kg，速效钾401mg/kg；供试城市污泥采自西安碧源水务有限公司污水处理厂，城市污泥的理化指标—pH 6.59，含水率72.24％，有机碳含量33.19％，速效氮2766mg/kg，速效磷2015mg/kg，速效钾69mg/kg；供试营养土采自美乐棵Scotts Miracle-Gro公司出售的通用型有机培养土，营养土的理化指标—pH 5.98，有机碳含量16％，速效氮113mg/kg，速效磷69mg/kg，速效钾276mg/kg。热解残渣在混料前过20目筛，城市污泥在混料前晾晒破碎并过20目筛。供试香根草选用江西香根草种苗基地培养一年以上生长期草苗，以盆栽的形式进行不同配比基质下的对比实验。
实验设计：热解残渣、城市污泥与营养土以0:0:1、0:1:0、1:0:0、1:1:1、1:1:2、1:2:1、2:1:1的比例进行配比，混合均匀，每组设置三个平行组。选取一年以上生长期香根草苗，根部经水浸泡12h后种植在配比基质中，每盆6株，因香根草实验材料为一年以上生长期，故种植前需修剪统一茎长15cm，根长5cm。数据采集以10天为一周期，分别记录各个实验组香根草株高、分蘖等生长情况。培养时间为80天，然后对香根草进行收割，并对植物和土壤相关指标进行测定，实验过程在西安工业大学实验室进行，按照植物的生长习性给予以植物适当养护。
实验结果：
(1)生长株高
通过80d生长期生长情况如图1所示。香根草生长株高整体情况为：热解残渣：城市污泥：营养土配比下0:0:1＞1:1:1＞1:1:2＞2:1:1＞1:0:0＞1:2:1＞0:1:0。其中，0:0:1、1:1:1、1:1:2三组配比基质株高差异不显著，其余配比基质与营养土0:0:1生长株高具有显著差异。
(2)土壤理化性质
在种植香根草之后电导率、土壤水溶性盐总量和总碱度均有所下降，其变化趋势见图2-4。其中，电导率降解幅度最大的为1:0:0热解残渣配比基质，降幅达到71.82％，1:1:1配比基质降幅虽然不是最高但也达到61.13％。土壤水溶性盐总量中1:1:1配比基质种植香根草后降幅达到59.37％。种植香根草之后1:1:1配比基质总碱度的降幅为50％。通过种植发现，香根草对于盐碱土具有较好的适应型，并有利于盐碱土的改良，由此可见，香根草是可以作为热解残渣资源化利用的植物选择。
(3)土壤酶
在种植香根草后三种土壤酶含量均有所提高，其变化趋势见图5-7。综合说明，香根草对改善土壤酶活性具有积极作用。1:1:1配比基质中蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶均具有较好的改善作用；热解残渣参与或较多参与的1:0:0和2:1:1配比基质对于蔗糖酶与过氧化氢酶具有良好的改善效果，脲酶相对较差；城市污泥参与或较多参与的0:1:0和1:2:1配比基质仅对脲酶具有相对良好的改善作用，蔗糖酶与过氧化氢酶的作用相对较小。
(4)香根草富集系数、转运系数
采取生长状况良好的混合配比基质1:1:1香根草种植样本进行富集系数、转运系数的分析。香根草地上、地下部分占培养基质各重金属总量比例见图8。地上部分(茎叶)富集系数大小为：Ni＞Cr＞Zn＞Pb＞Cd＞Mn＞Cu，地下部分(根部)富集系数大小为：Cu＞Cd＞Zn＞Cr＞Ni＞Pb＞Mn。由此可见，香根草对于Cu、Zn、Cd、Cr、Ni的富集作用较高。转运系数大小为：Ni＞Cr＞Zn＞Mn＞Pb＞Cd＞Cu。
从上述的生长株高、土壤理化性质、土壤酶和香根草富集系数/转运系数四个生态净化评价角度可以看出，当热解残渣、城市污泥和营养土各体积占比为1：(0.5-2)：(0.5-2)时，其生态净化效果较为明显；当热解残渣、城市污泥和营养土各体积占比为1:1:1时，其生态净化的综合效果最优。
本发明通过具体的实验结果得出一种含油污泥热解残渣种植基质，基质以热解残渣、城市污泥和营养土组成，其优选的干燥后体积配比为1:1:1。由该基质种植培养的香根草在实验的80天中能够较好的生长，并且通过香根草种植过程中可以优化基质的土壤性质，降低培养基质中的水溶性盐总量和总碱度，提高土壤活性酶，对重金属具有一定的富集、转运作用。这为园林绿化、生态浮岛、矿山修复和城市绿化建设提供技术参考，既解决废渣处理问题又解决了社会生态绿化工程的要求。
实施例二
如图9-11所示，一种用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，包括存储容器1、第一进料通道3和第二进料通道4；第二进料通道4通过连接件402与配套的机台或固定式的存储容器1连接；所述第一进料通道3用于输送热解残渣和营养土；所述第二进料通道4用于输送粘稠状的城市污泥；所述第一进料通道4的出口端与存储容器1连通连接；所述第一进料通道3与第二进料通道4连通，向城市污泥中连续混入热解残渣和营养土；
出于运输环节便利性的考虑，基质的三种生产原料初始状态都是干燥粉碎后的形态；而为了能够使原料混合后达到直接可用于培育香根草，需要将其中的城市污泥加水恢复成粘稠的状态，粘稠状的城市污泥在第二进料通道4内部的输送过程中与来自第一进料通道3的热解残渣、营养土混合，最终产出的基质长段可以在存储容器1内切割成小段堆放，以类似于平菇种植的柱形基底的形态为香根草种植提供物料基础。该小段的柱状体种植基质中心与根部接触的区域中因为富含水分，所以可以在载重前期免去单独浇水的步骤，且能够借助城市污泥所含水分的浸润和毛细流动实现城市污泥与其它两种原料之间的元素转移；同时，该柱形结构的种植基质可以买入目标地域挖好的沟内；通过调节热解残渣和营养土的添加量，可以让三种原料达到目标配比；
如图12所示，所述第二进料通道4上设置有送料装置2；所述送料装置2包括送料螺杆21；所述送料螺杆21运行在第二进料通道4内，将原料转移到存储容器1中；所述第二进料通道4的内壁上设置有挤压件401，挤压件401与第一进料通道3位于第二进料通道4的同侧；所述挤压件401位于送料螺杆21末端和第一进料通道3出口端之间；所述挤压件401将输送经过的城市污泥条带表面挤压出内凹的槽形空间，槽形空间在经过第一进料通道3时被热解残渣和营养土填充。
螺杆21可以在旋转中持续推动城市污泥在第二进料通道4内移动；挤压件401作用在于，可以改变第二进料通道4内部的出料截面，从而在获得的长条基质段表面可以形成一个沿其长度方向的内凹设计的槽型空间，该槽型空间在经过第一进料通道3的出口端时，槽内被填充进热解残渣和营养土；考虑到单个槽型空间所提供的填充体积有限，可以在第二进料通道4的环向上设置多对挤压件401和第一进料通道3，最终得到的基质段结构如图15所示，图中A部分为含水的城市污泥，B部分为填充在槽型空间内的热解残渣和营养土；香根草的根部嵌插进中心的含水城市污泥中，在栽种初期迅速获得水分和大量速效氮、速效磷，提高成活率，随后根系依靠水分毛细流通的作用逐步吸收热解残渣和营养土中的各元素。
如图12-13所示，所述送料装置2还包括污泥中转室6；所述污泥中转室6连通设置在第二进料通道4的进口一端，城市污泥穿过污泥中转室6进入第二进料通道4内；所述污泥中转室6内部设置有筛选件62；所述筛选件62上设置有可供城市污泥穿过的分选通道63；所述筛选件62与发热元件64相连，加热穿过分选通道63的城市污泥提高其流动性。
分选通道63的开口较大，其作用在于确保加入的城市污泥中含有足够的水分，从而能够以粘稠状态在重力作用下自然穿过分选通道63汇聚到第二进料通道4内部；受发热元件64加热而升温的筛选件62可以进一步让与之接触的含水城市污泥流动性上升，其进料更加顺畅。
如图10和图12所示，所述污泥中转室6连通设置在所述第二进料通道4的顶部；所述污泥中转室6的上方升降设置有清淤件61；所述清淤件61包括单元杆601；所述单元杆601阵列分布，在下降过程中破碎筛选件62上方的团块状污泥；所述单元杆601与分选通道63嵌插配合，在下降过程中疏通分选通道63内部。
活动板602通过丝杠传动或伸缩电机驱动的方式升降嵌套在导柱603上，单元杆601安装在活动板602的底部，随着活动板602同步移动完成嵌插动作；震动块604的作用在于可以带动单元杆601同步震动，从而提升其破碎力度，减少表面粘黏运行更顺畅；当加入污泥中转室6内部的城市污泥含水量不足时，单元杆601可以利用嵌插动作将结团的污泥戳散，并推动其通过分选通道63，随后加水管会对刚进入第二进料通道4的污泥进行喷淋增湿，如此就可以对未充分打湿的城市污泥进行二次补水，确保了城市污泥进料流程的持续稳定。
所述筛选件62上表面为中间下凹的弧形轮廓；所述分选通道63集中分布在筛选件62下凹中心处。
中间下凹的轮廓能够引导上方的污泥聚拢，从而充分利用上分选通道63，也可以强化清淤件61的破碎防堵效果，让更多的污泥汇聚到单元杆601的嵌插路径上。
如图12所示，所述第二进料通道4包括相互衔接的第一管体41和第二管体42，城市污泥依次穿过第一管体41、第二管体42后离开第二进料通道4；所述送料螺杆21的末端延伸进所述第二管体42内部；所述第一管体41的内径大于第二管体42的内径，两者的内壁之间圆滑收缩过渡；所述送料装置2还包括加热套管22；所述加热套管22套设在第二进料通道4的外部。
加热套管22可以在城市污泥在第二输送通道4内部的输送全程中提升至保持充足流动性的目标温度，显著提升其流动性，让其出料更加均匀；第一管体41的内壁与送料螺杆21叶片边缘处留有一定间隔，第二管体42的内壁与送料螺杆21的叶片边缘处紧靠，以保证送料效果，减少内壁粘黏累积；通过第一管体41到第二管体42的收缩设计，能够在第二输送通道4的供料端达到一定的供应冗余，配合污泥中转室6的存储功能让污泥供应可以在生产中短时间暂停，提升设备运行的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：植基质包括热解残渣、城市污泥和营养土，且三者的干燥后体积比为1：（0.5-2）：（0.5-2）；所述营养土的理化指标为速效钾含量200-400mg/Kg；
植基质的工艺系统包括第一进料通道（3）和第二进料通道（4）；所述第一进料通道（3）用于输送热解残渣和营养土；所述第二进料通道（4）用于输送粘稠状的城市污泥；所述第一进料通道（3）与第二进料通道（4）连通，向城市污泥中连续混入热解残渣和营养土；
所述第二进料通道（4）上设置有送料装置（2）；所述送料装置（2）包括送料螺杆（21）；所述送料螺杆（21）运行在第二进料通道（4）内，将原料转移到存储容器（1）中；所述第二进料通道（4）的内壁上设置有挤压件（401），挤压件（401）与第一进料通道（3）位于第二进料通道（4）的同侧；所述挤压件（401）位于送料螺杆（21）末端和第一进料通道（3）出口端之间；所述挤压件（401）将输送经过的城市污泥条带表面挤压出内凹的槽形空间，槽形空间在经过第一进料通道（3）时被热解残渣和营养土填充。
2.根据权利要求1所述的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：所述送料装置（2）还包括污泥中转室（6）；所述污泥中转室（6）连通设置在第二进料通道（4）的进口一端，城市污泥穿过污泥中转室（6）进入第二进料通道（4）内；所述污泥中转室（6）内部设置有筛选件（62）；所述筛选件（62）上设置有可供城市污泥穿过的分选通道（63）；所述筛选件（62）与发热元件（64）相连，加热穿过分选通道（63）的城市污泥提高其流动性。
3.根据权利要求2所述的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：所述污泥中转室（6）连通设置在所述第二进料通道（4）的顶部；所述污泥中转室（6）的上方升降设置有清淤件（61）；所述清淤件（61）包括单元杆（601）；所述单元杆（601）在下降过程中破碎筛选件（62）上方的团块状污泥；所述单元杆（601）与分选通道（63）嵌插配合，在下降过程中疏通分选通道（63）内部。
4.根据权利要求3所述的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：所述筛选件（62）上表面为中间下凹的弧形轮廓；所述分选通道（63）集中分布在筛选件（62）下凹中心处。
5.根据权利要求4所述的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：所述挤压件（401）与第一进料通道（3）在第二进料通道（4）的环向上设置有若干对。
6.根据权利要求1所述的用于生产含油污泥热解残渣制备的香根草种植基质的工艺系统，其特征在于：所述第二进料通道（4）包括相互衔接的第一管体（41）和第二管体（42），城市污泥依次穿过第一管体（41）、第二管体（42）后离开第二进料通道（4）；所述送料螺杆（21）的末端延伸进所述第二管体（42）内部；所述第一管体（41）的内径大于第二管体（42）的内径，两者的内壁之间圆滑收缩过渡；所述送料装置（2）还包括加热套管（22）；所述加热套管（22）套设在第二进料通道（4）的外部。
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