CN116018997A - 高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法 - Google Patents
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Abstract
一种疏浚技术领域的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，包括以下步骤：(1)将磷污染浚后脱水底泥破碎制成底泥基料；(2)将控磷物料、煤渣、腐殖质、砂混合制成改良剂；(3)将浚后底泥基料与改良剂混合均匀形成改良绿化种植土；(4)将改良绿化种植土淋滤，确定土壤中磷溶出量及保留量，得到有效控磷改良绿化种植土；(5)将有效控磷改良绿化种植土直接作为盆栽绿化种植土或园林绿化种植土使用。本发明利用控磷物料实现了磷污染物的固定与缓释，避免了磷污染物二次释放的潜在风险，同时显著改善了浚后脱水底泥高碱性、板结、肥力不足的特性。改良绿化种植土满足CJ/T340‑2016《绿化种植土壤》技术要求，适合植物生长。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种疏浚技术领域的河湖流域疏浚底泥的规模资源化利用方法，特别是一种利用控磷物料实现了磷污染物的固定与缓释的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法。
背景技术
随着社会经济的迅速发展，大量的含磷营养盐污染物进入河湖水体，造成水体的富营养化。近年的中国环境公报中发布数据，在开展营养状态检测的107个重要的湖泊(水库)中，超过60％处于水体富营养化的状态。河湖底泥沉积物成为了氮磷营养盐的重要蓄积地，同时富含于河湖底泥的营养盐作为内源污染负荷通过再悬浮、生物转化作用将污染物释放于水体之中。因此，通过环保疏浚技术清除污染底泥是重要的水体内源污染治理手段。疏浚底泥含水率一般在90％以上，需要通过脱水干化处理后才能后续处置消纳。我国较常用的是机械脱水方法处理疏浚底泥，通过加药絮凝与调理过程改善底泥理化性质，使用板框压滤等设备降低含水率，现有技术水平可降低至40％～60％。
目前，浚后脱水底泥由于调理减量处理导致pH值高、板结，后续资源化利用困难，主要以外运填埋或地方为主，且存在污染物扩散和转移的风险，因此将浚后脱水底泥转化为绿化种植土，因地制宜和规模化利用是推动河湖水库疏浚底泥资源化的最佳方式之一。
调理过程会引入絮凝药剂使得浚后脱水底泥pH值偏高，经高压压滤过的泥饼呈现出致密、板结的特征，若作为绿化种植土会腐蚀植物，抑制植被生长，板结底泥孔隙率低往往导致土壤透水性、透气性差，致使土壤中好气微生物的活动受到抑制影响植物细胞的能量供应。特别的，针对高磷污染区域的疏浚底泥资源化利用为绿化种植土的过程中，过高的磷含量造成植物呼吸作用旺盛、过早成熟、抗病能力差等现象，此外泥土中过多的磷含量通过降雨淋滤作用会通过地表径流释放磷营养盐再次进入水体，成为面源污染源头。因此，针对磷污染大大超标、且又经疏浚减量处理后的高pH值浚后脱水底泥作改良，可以很好地实现减量底泥的资源化利用，而且相比其他资源化利用方式具有处理成本低、需求量大的特点，能够实现规模利用，具有重要的经济、社会和生态效益。目前还没有针对高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的研究。
发明内容
本发明针对浚后脱水底泥磷含量严重超标、碱性、板结、肥力贫瘠、质地不佳，难以资源化利用为绿化种植土的难题，提出了一种高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，通过选取含控磷物料、煤渣、腐殖质、砂的改良剂配制浚后底泥改良后作绿化种植土。涉及的方法实现了浚后脱水底泥的资源化利用，显著改善高磷污染浚后脱水底泥的高碱性、肥力差、板结性等特点，固持缓释有效磷，避免了磷污染因子再次释放于环境的风险，改良后的绿化种植土满足CJ/T340-2016《绿化种植土壤》通用要求和土壤肥力要求。
本发明是通过以下技术方案来实现的：高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，包括以下步骤：步骤一，将脱水干化后的磷污染浚后脱水底泥碾压破碎处理，用球磨机粉碎过2mm筛，即为底泥基料；步骤二，将控磷物料、煤渣、腐殖质、砂按照一定比列混合均匀制成改良剂；步骤三，将步骤一所得的底泥基料和步骤二所得的改良剂按照一定比列混合均匀，形成改良绿化种植土；步骤四，将步骤三所得绿化种植土模拟自然降雨环境淋滤，确定土壤中磷溶出量及保留量，得到有效控磷改良绿化种植土；步骤五，将步骤四所得有效控磷改良绿化种植土直接作为盆栽绿化种植土或园林绿化种植土使用。
进一步地，在本发明的步骤一中，浚后脱水底泥为水域内有效磷含量偏高，有机质和有效硫、有效钙、有效镁等营养盐含量不均衡的高磷污染底泥。
更进一步地，在本发明的步骤二中，控磷物料为沸石粉、粉煤灰的一种或多种，腐殖质为餐厨垃圾腐殖质、生物质腐殖质、污泥腐殖质中的一种或多种。
更进一步地，在本发明的步骤二中，不同改良剂材料按照质量比混合，其中控磷物料2.5％至5.0％，煤渣20％至30％，腐殖质30％至60％，砂10％至15％。
更进一步地，在本发明的步骤三中，改良剂的添加量为底泥基料质量的10％至30％，所得绿化种植土pH介于5.5至7.5。
更进一步地，在本发明的步骤四中，淋滤试验模拟自然降雨环境，参照改良种植应用城市大雨降雨量进行试验，经检测当淋滤液中磷溶出量≤10％总磷含量，且改良绿化土中磷保留量(有效磷(P))介于40至60mg/kg时，所得的绿化土为有效控磷绿化土，且对自然环境无潜在磷污染风险。
更进一步地，在本发明的步骤五中，所得的有效控磷改良绿化土有机质占比30至70g/kg,EC值为0.20至0.50mS/cm，土壤入渗率≥5mm/h，有效硫、有效钙、有效镁含量有效提升，均满足CJ/T340-2016《绿化种植土壤》技术要求。
在本发明中，浚后脱水底泥为水域内高磷污染底泥，有效磷含量偏高，有机质和有效硫、有效钙、有效镁等营养盐等含量不均衡，疏浚后经压滤脱水干化或其他减量处理，由于脱水处理过程中通常添加脱水药剂提高沉降性和可脱水性，处理后的底泥pH值≥8.0，含水率范围40％至60％，脱水底泥质地板结、不疏松。
本发明中涉及的浚后脱水底泥普遍为河湖流域磷污染底泥，疏浚后经调理脱水减量处理，土壤呈高碱性，EC值高，有机质和有效硫、有效钙、有效镁等营养盐等含量不均衡，因此需做出相应的改良后才可资源化利用为绿化种植土。在底泥基质中添加的控磷物料为沸石粉或粉煤灰的一种或多种，控磷物料实现了磷元素的固定与缓释，沸石粉和粉煤灰具有比表面积大，颗粒内部微孔结构发达，当控磷物料和土壤之间磷素浓度差很大时，吸附现象显著，有机磷和颗粒磷污染物被截留在沸石或粉煤灰中，当内外浓度差平衡时，吸附和解析处于动态平衡，在控磷的同时也实现了磷营养盐的缓释。同时，控磷物料孔隙内部富含的Al、Ca成分可以高效结合PO4 3-形成以Al-P、Ca-P的沉淀磷素形式，抑制磷污染物的通过雨水径流释放于自然环境。在疏浚底泥中引入煤渣和砂，可有效增加土壤的通透性，改善板结状态，增加土壤的透水透气性，在自然降雨状态下有效提高入渗量，降低地表含盐量和EC值，同时煤渣作为工业固体废物，富含S、Ca、Mg等植物必须的微量元素。添加腐殖质可有效增加底泥中外源有机碳的输入，增大耕层土壤肥力，腐殖质可被土壤微生物作为电子受体参与氧化还原反应，增强固碳能力，此外腐殖质在自然发酵过程中产生的胡敏酸(HA)、富里酸(HA)及其他有机酸可显著降低底泥的碱度。。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：
第一、本发明针对高磷污染浚后脱水底泥消纳处置难的现状，开辟改良作绿化种植土的资源化路径，改良后的绿化种植土满足CJ/T340-2016《绿化种植土壤》技术要求，具有大规模推广应用于园林绿化的技术条件，相比其他资源化方式，可实现浚后脱水/减量底泥的巨大消纳与资源化利用，大大降低了浚后底泥运输与填埋处置费用，节约用地，而且处置利用成本低，经济效益显著。
第二、本发明针对磷污染浚后脱水底泥资源化利用困难的难题，引入控磷物料，通过吸附和磷素沉淀作用，实现了改良绿化种植中磷的固定与缓释，不仅避免了磷污染因子二次释放的潜在风险，而且充分利用含量偏高的磷营养盐缓释，保障了绿化植物正常生长。
第三、本发明中所述改良剂以固废材料和腐殖质为主，不同固废材料通过协同作用有效改善了浚后底泥板结特性；腐殖质增加外源有机碳输入、调节肥力、降低碱性，改良剂成本低廉，改良效果好，适合多种绿化植物生长。
第四、本发明所述方法模拟了自然环境下降雨影响因素，具有现实参考意义，总体工艺简单，可推广性强，起到了良好的经济、社会和环境效益。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明实施例3中盆栽1中的生长情况示意图；
图3为本发明实施例3中盆栽2中的生长情况示意图；
图4为本发明实施例3中盆栽3中的生长情况示意图；
图5为本发明实施例3中三种盆栽的生物量对比图。
具体实施方式
结合附图和以下具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、物料、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
实施例1
步骤一：将某污染水域脱水干化后的高磷污染浚后脱水底泥经过碾压处理，用球磨机粉碎过2mm筛，制成底泥基料。
步骤二：配置改良剂，将控磷物料沸石粉、煤渣、餐厨垃圾腐殖质、砂按照一定比列混合均匀，其中不同材料的质量占比为：沸石粉2.5％，煤渣30％，餐厨垃圾腐殖质55％，砂12.5％。
步骤三：将步骤一所得的浚后底泥基料和步骤二所得的改良剂按混合均匀，改良剂的添加量为浚后底泥基料质量的30％，形成改良绿化种植土。
步骤四：将步骤三所得绿化种植土模拟自然降雨环境淋滤，参照当地大雨降雨量49.9ml/24h进行试验，确定土壤中磷溶出量及保留量，得到有效控磷改良绿化种植土。
步骤五：将步骤四所得改良绿化种植土可直接作为盆栽绿化种植土或园林绿化种植土使用。
此实施例所得改良绿化土的部分物理与化学指标检测结果如下表1所示。
实施例2
步骤一：将某污染水域疏浚、压滤脱水干化后的高磷污染底泥泥饼碾压，用球磨机粉碎过2mm筛，制成底泥基料。
步骤二：配置改良剂，将控磷物料沸石粉和粉煤灰的混合物、煤渣、生物质腐殖质、砂按照一定比列混合均匀，其中不同材料的质量占比为：沸石粉和粉煤灰的混合物5％，煤渣25％，餐厨垃圾腐殖质60％，砂10％。
步骤三：将步骤一所得的浚后底泥基料和步骤二所得的改良剂按混合均匀，改良剂的添加量为浚后底泥基料质量的25％，形成改良绿化种植土。
步骤四：将步骤三所得绿化种植土模拟自然降雨环境淋滤，参照大雨降雨量49.9ml/24h进行试验，确定土壤中磷溶出量及保留量，得到有效控磷改良绿化种植土。
步骤五：将步骤四所得改良绿化种植土可直接作为盆栽绿化种植土或园林绿化种植土使用。
此实施例所得改良绿化土的部分物理与化学指标检测结果如下表1所示。
表1实施例1和实施例2所得改良绿化土的部分物理与化学指标检测结果
实施例3
此实施例为绿化植物盆栽种植对比试验，其中，盆栽1种植土为未改良浚后底泥，盆栽2种植土为上述实施例(1)所得改良绿化种植土，盆栽3种植土为上述实施例(2)所得改良绿化种植土。
用长、宽、高分别为45*45*8cm的种草专用塑料盆，塑料盆底部铺上透水纺织材料，在三个框内分别装入盆栽1种植土、盆栽2种植土、盆栽3种植土，将土体铺平，土体高度设置为6cm。在每个塑料盆中播撒市售狗牙根种子2.5g，播种时，种子分别均匀播撒于相应的土壤表面，播种后用对应的种植土壤覆盖，播种后每天定量浇水。20天后狗牙根在不同盆栽中的生长情况及生物量如图2至图5所示。
由以上结果可知，本发明所述方法改善了浚后底泥不利于生长的不良性状，有效抑制了磷污染转移的风险，改良后的绿化种植土对比未改良底泥的土壤性状与肥力得到显著改善，更适合绿化植物生长。
以上对本发明的具体操作方式进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定操作方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将脱水干化后的磷污染浚后脱水底泥碾压破碎处理，用球磨机粉碎过2mm筛，即为底泥基料；
步骤二，将控磷物料、煤渣、腐殖质、砂按照一定比列混合均匀制成改良剂；
步骤三，将步骤一所得的底泥基料和步骤二所得的改良剂按照一定比列混合均匀，形成改良绿化种植土；
步骤四，将步骤三所得绿化种植土模拟自然降雨环境淋滤，确定土壤中磷溶出量及保留量，得到有效控磷改良绿化种植土；
步骤五，将步骤四所得有效控磷改良绿化种植土直接作为盆栽绿化种植土或园林绿化种植土使用。
2.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤一中，浚后脱水底泥为水域内有效磷含量偏高，有机质和有效硫、有效钙、有效镁等营养盐含量不均衡的高磷污染底泥。
3.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤二中，控磷物料为沸石粉、粉煤灰的一种或多种，腐殖质为餐厨垃圾腐殖质、生物质腐殖质、污泥腐殖质中的一种或多种。
4.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤二中，不同改良剂材料按照质量比混合，其中控磷物料2.5％至5.0％，煤渣20％至30％，腐殖质30％至60％，砂10％至15％。
5.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤三中，改良剂的添加量为底泥基料质量的10％至30％，所得绿化种植土pH介于5.5至7.5。
6.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤四中，淋滤试验模拟自然降雨环境，参照改良种植应用城市大雨降雨量进行试验，经检测当淋滤液中磷溶出量≤10％总磷含量，且改良绿化土中磷保留量(有效磷(P))介于40至60mg/kg时，所得的绿化土为有效控磷绿化土，且对自然环境无潜在磷污染风险。
7.根据权利要1所述的高磷污染浚后脱水底泥改良作绿化种植土的方法，其特征在于在所述步骤五中，所得的有效控磷改良绿化土有机质占比30至70g/kg,EC值为0.20至0.50mS/cm，土壤入渗率≥5mm/h，有效硫、有效钙、有效镁含量有效提升，均满足CJ/T340-2016《绿化种植土壤》技术要求。
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