CN116062961A - 一种污泥生物炭营养基质及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污泥生物炭营养基质及其制备方法与应用，属于固体废弃物资源化利用技术领域。本发明所述污泥生物炭营养基质的制备方法，包括如下步骤：(1)将市政污泥风干后粉碎筛分，并烘干至恒重；(2)将步骤(1)得到的污泥在氮气氛围、380‑420℃下热解4小时，随炉冷却至室温得到污泥生物炭；(3)将污泥生物炭在水中浸提后振荡处理，然后离心取上清液，最后过滤得到污泥生物炭营养基质。本发明利用热解和浸渍提取的方式实现污泥的有效资源化利用，解决污泥利用率低，降低污泥对植物的毒性，而且所述污泥生物炭营养基质对植物幼苗的生长具有促进作用。
Description
技术领域
本发明属于固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种污泥生物炭营养基质及其制备方法与应用。
背景技术
污泥是城市污水处理过程中不可避免的副产物。这种非均相混合物，富含有机质、N、P、K等营养元素。在农业领域，经过处理后的污泥，在提升土壤肥力方面发挥了显著作用。关于污泥资源化利用较为成熟的方式主要有污泥堆肥化和污泥经过简单的灭菌、脱水处理后，可以直接施用于农田，来改良土壤或提高土壤肥力。但存在的问题是可能会对土壤生态造成二次破坏，且前处理较为粗糙，污泥中依旧存在多种污染物和重金属对植物产生毒性，限制了其在农业方面的广泛利用。
因此，当前的研究迫切需要寻找一种能够有效处理污泥的方法。目前污泥的热解被认为是最有前途的处理方法之一，其独特的优势体现在热解过程中不仅可以减少污泥体积、消灭污泥中的病原体，还能生成气、生物油和生物炭。此外，热解制备的生物炭也有很多用途，如作为土壤调节剂、吸附剂及建筑材料等。因此，对污泥生物炭的深入研究将有利于评估热解对污泥处理、处置方法及实现废物资源化的可行性，对环境保护尤为重要。而且近年来，生物炭作为一种新型的土壤改良剂被越来越多地应用于土壤改良中。目前多数研究主要关注于生物炭在提高土壤营养元素(如N、P、K、Mg等)及土壤有机质含量，改善土壤保水、保肥及通气性，调节土壤pH值、CEC等方面的优势。
因此，基于污泥有效资源化利用的研究较少，且通过污泥生物炭理化性质分析，发现污泥生物炭具备作为绿化植物的基质的潜力。污泥生物炭作为绿化植物基质，可大幅度提高污泥利用率。在将污泥生物炭作为绿化植物的基质的过程中，从根本上改变了污泥的利用方式，其对植物的作用方式发生了转变。污泥生物炭中营养元素、矿物质和溶解性有机碳能够为绿化植物提供必要的营养物质。因此，污泥生物炭要比污泥在滋养土壤和促进植物生长方面有着更大的潜在效益。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明提供一种污泥生物炭营养基质及其制备方法与应用。本发明利用热解和浸渍提取的方式实现污泥的有效资源化利用，解决污泥利用率低，对植物毒害大的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种污泥生物炭营养基质的制备方法，包括如下步骤：
(1)将市政污泥风干后粉碎筛分，并烘干至恒重。
(2)将步骤(1)得到的污泥在氮气氛围、380-420℃下热解4小时，随炉冷却至室温得到污泥生物炭。
(3)将污泥生物炭在水中浸提后在转速为120rpm振荡处理2小时，然后离心取上清液，最后过滤得到污泥生物炭营养基质。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(2)中热解的升温速率为10-20℃/min。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(3)中，污泥生物炭与水的比值为1g：20mL。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤(3)中，振荡处理的转速为120rpm，时间为2小时；离心的转速为2500rpm，时间为10min；过滤为0.45μm滤膜过滤。
本发明还要求保护所述污泥生物炭营养基质的制备方法制备的污泥生物炭营养基质。
本发明还要求保护所述污泥生物炭营养基质在植物栽培中的应用，具体包括：将植物种子用0.2-0.4％高锰酸钾溶液浸种10-30分钟，每一个培养皿中放入50粒植物种子，将其放在用去离子水润湿的滤纸上，再投加污泥生物炭营养基质，最后向培养皿中加入40ml水，每组设置3个平行，将培养皿盖上，在25-28℃黑暗中培养7d。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明利用热解和浸渍提取的方式实现污泥的有效资源化利用，解决污泥利用率低，降低污泥对植物的毒性。
(2)本发明所述污泥生物炭营养基质对植物幼苗的生长具有促进作用。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例和对比例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例所述污泥生物炭营养基质的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将市政污泥风干后粉碎筛分，并烘干至恒重；筛分的筛孔为100目。
(2)将步骤(1)得到的污泥在氮气氛围、以15℃/min的升温速率在420℃下热解4小时，随炉冷却至室温得到污泥生物炭。
(3)将污泥生物炭在水中浸提后在振荡器中以120rpm振荡处理2小时，然后2500rpm离心10分钟取上清液，将上清液通过真空泵抽滤装置过0.45μm滤膜得到污泥生物炭营养基质；污泥生物炭的量分别为1t/ha、2t/ha、5t/ha、10t/ha、20t/ha。
所述污泥生物炭营养基质用于植物栽培，具体包括：
将黑麦草种子用0.2-0.4％高锰酸钾溶液浸种30分钟，每一个培养皿中放入50粒种子，将其放在用去离子水润湿的滤纸上，再分别投加上述得到的一系列污泥生物炭营养基质，最后向培养皿中加入40ml水，每组设置3个平行，将培养皿盖上，在25-28℃黑暗中培养7d，测定相关指标，如表1所示。
表1污泥生物炭营养基质栽培7天黑麦草幼苗生长状况
从表1中可知，污泥生物炭营养基质相比于空白对照组，黑麦草根长、茎长和萌发率均显著增加，表明污泥生物炭营养基质能够促进黑麦草种子的萌发生长。
对比例1
本对比例所述污泥生物炭的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将市政污泥风干后粉碎筛分，并烘干至恒重；筛分的筛孔为100目。
(2)将步骤(1)得到的污泥在氮气氛围、以15℃/min的升温速率在420℃下热解4小时，随炉冷却至室温得到污泥生物炭。
所述污泥生物炭用于植物栽培，具体包括：
将黑麦草种子用0.2-0.4％高锰酸钾溶液浸种30分钟，每一个培养皿中放入50粒种子，将其放在用去离子水润湿的滤纸上，再分别投加上述得到的一系列污泥生物炭，最后向培养皿中加入40ml水，每组设置3个平行，将培养皿盖上，在25-28℃黑暗中培养7d，测定相关指标，如表1所示。污泥生物炭的量分别为1t/ha、2t/ha、5t/ha、10t/ha、20t/ha。
表2污泥生物炭栽培基质7天黑麦草幼苗生长状况
从表2中可知，污泥生物炭相比于空白对照组对黑麦草根长都有显著影响。污泥生物炭在较低的投加量下(1和2t/ha)对根长生长有一定促进作用；而在高投加量下(10和20t/ha)可以看出与空白对照组相比有显著的抑制作用。
根据表1和表2的结果可知，本发明所述污泥生物炭营养基质无论在低添加量和高添加量的情况下均能够促进黑麦草幼苗的生长。但是污泥生物炭在较低投加量下会对黑麦草幼苗有促进作用，而在高投加量下对黑麦草幼苗有抑制作用，说明污泥生物炭营养基质相比于污泥生物炭来说，能够降低污泥对植物的毒性，促进植物的生长。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种污泥生物炭营养基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将市政污泥风干后粉碎筛分，并烘干至恒重；
(2)将步骤(1)得到的污泥在氮气氛围、380-420℃下热解4小时，随炉冷却至室温得到污泥生物炭；
(3)将污泥生物炭在水中浸提后在转速为120rpm振荡处理2小时，然后离心取上清液，最后过滤得到污泥生物炭营养基质。
2.如权利要求1所述污泥生物炭营养基质的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，污泥生物炭与水的比值为1g：20mL。
3.如权利要求1所述污泥生物炭营养基质的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，离心的转速为2500rpm，时间为10min；过滤为0.45μm滤膜过滤。
4.如权利要求1所述污泥生物炭营养基质的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热解的升温速率为10-20℃/min。
5.权利要求1-4任一项所述污泥生物炭营养基质的制备方法制备的污泥生物炭营养基质。
6.权利要求5所述所述污泥生物炭营养基质在植物栽培中的应用，其特征在于，具体包括：将植物种子用0.2-0.4％高锰酸钾溶液浸种10-30分钟，每一个培养皿中放入50粒植物种子，将其放在用去离子水润湿的滤纸上，再投加污泥生物炭营养基质，最后向培养皿中加入40ml水，每组设置3个平行，将培养皿盖上，在25-28℃黑暗中培养7d。
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