CN1359876A - 污泥肥料及其制备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用城市污泥加入生石灰和粉煤灰制造的土壤肥料,它们的制备方法和应用,本发明是通过对城市污泥、生石灰、粉煤灰进行适当的配比、适时的堆制、搅拌和保温达到低成本,效果好的目的的。

Description

污泥肥料及其制备
本发明涉及利用城市脱水污泥和碱性物料如：生石灰和粉煤灰制作固体粒状肥料的技术。
污泥固形物中包含大量有机质及营养成分，一般有机质含量在50％以上，并富含氮，磷，钾和其他微量元素。而且污泥中的有机物能够改善土壤结构，水分性质及化学性质。这是污泥可以用来制作肥料的有益方面。但污泥不能直接用作肥料，因为污泥中有机质的不稳定性，重金属含量较高和病原菌的存在等因素。因此为了使污泥成为有机肥料，必须对其进行无害化处理。
采用在污泥中添加碱性材料，通过碱性材料混合后引起的pH和温度升高，可以杀死病原菌，固定部分水溶性重金属，降低重金属的植物可利用浓度，并达到污泥有机质的稳定。生石灰是一种用来稳定污泥中的有机质，消除臭味的常用碱性材料。生石灰对升高温度非常有效，并且提供一个碱性条件来消减污泥中的病原菌。粉煤灰是燃烧煤炭生成的灰渣物质，因为富含CaO和MgO而呈现碱性性质。添加粉煤灰作为污泥肥料材料，除可以辅助消减病原菌外，还可以改善污泥的物理性质，增强污泥的颗粒程度。加入泥土后，更可以改善土壤的物理形状，如疏松土质，降低容重，增强蓄水能力，提高土壤的保肥力和缓冲性，提供部分植物生长的微量元素。
已经公开的利用在城市污泥中的添加碱性材料，例如石灰，
Figure A0013588200041
灰或粉煤灰，达到污泥的稳定而制作肥料的几项专利如下：
美国专利4,028,130采用在污泥中添加石灰和粉煤灰的方法处理污泥。其中各组分的比例(干重)是：水分5-50％，1-15％生石灰，1-50％污泥固体，20-90％粉煤灰，0-60％土壤和1-10％的硫酸钙。
美国专利4,306,978采用石灰处理污泥，10-60％的干污泥和2-40％的石灰混合，温度可以达95-100度，pH也相应提高，从而杀灭病原菌。最后，用造粒机制成固体颗粒。
美国专利4,554,002，介绍一种处理污泥的方法，在污泥中添加水泥厂的
Figure A0013588200042
灰，减少污泥中病原菌，并使污泥干化。
Figure A0013588200043
灰和污泥混合物在常温下要腐热三天以上，才可以被加工成颗粒状肥料。
美国专利4,781,842和4,902,431也是采用污泥中添加石灰和
Figure A0013588200044
灰的方法，使pH提高到12以上，保持至少2小时，然后在通风条件下干化，但时间需要30天或更长，视温度变化而定.此方法需要大量土地面积，处理污泥。
美国专利5,252,116采用相似方法，将碱性材料 灰加入污泥中，使pH至少提高到11，但混合物在180℃条件下，杀减病原菌。然后再与粉煤灰或
Figure A0013588200046
灰混合，制成颗粒状，最后干化，使水分降低在15％以下。终产物还需要在常温下进一步腐热，增强物理强度。
美国专利5,277,826也是采用在污泥中添加石灰和粉煤灰的方法，生产符合美国PFRP标准的，类似土壤或半渗透性的土地覆盖物。制作过程要求包括，温度升高到70度以上，保持30分钟，pH提高到12以上，保持至少2小时。
美国专利5,135,664将污泥与碱性材料混合，提高污泥pH在12以上，温度在52-62度之间，并维持12小时以上。这样处理的污泥可以消除臭味，减少病原菌.终产物在二氧化碳气体中，进行中和，以降低pH，减少氨态氮的损失。
美国专利5,275,733和5,417,861将污泥与碱性材料，例如石灰，
Figure A0013588200051
灰或粉煤灰混合，稳定污泥中有机物，减少污泥臭味，增加固形物含量以便造粒，并且调节终产物pH在7-9.5之间，电导率在5-30mmhos范围内，接种有益微生物菌群，使产品施用在土壤中对微生物生态没有负面影响。
本发明也采用和上述美国专利中一样的污泥、生石灰、粉煤灰为基本材料，不同之处在于：1.污泥，石灰和粉煤灰的添加比例与其他专利不同。2.采用堆制发酵的方法，七日内能达到稳定状态，3.可直接用作肥料，绝不伤苗。4.在酸性土壤及缺硼的土壤中应用有良好的效果，可作为土壤的皂化调节剂和补充硼元素的肥料。5.改良土壤的效果显著，对植物生长有明显促进作用。本发明的目的是提供一种生物与化学相结合的技术，使污泥达到快速稳定，消除其病原菌的潜在危害，降低重金属的植物可利用浓度，制作一种养分供应全面，肥效稳定，不污染土壤的固体肥料。本发明的制造工艺简单实用，整个工艺依靠生石灰和粉煤灰调校污泥的pH到11-12，足以消除污泥中的病原菌。污泥与碱性材料混合后，进行堆制。堆料的温度可达60℃左右，在堆制过程中定期翻推，7-9天内有机质可达到稳定状态。利用造粒机制成粒状的污泥肥料，这种肥料可以直接施用作为基肥，毋需在土壤中发酵，施用后可直接移苗或播种，制造工艺流程图见图一。以下通过图表和数据说明本发明的特点：
图1：本发明肥料制作的工艺流程图2：本发明肥料堆制过程中的温度变化图3：本发明肥料产品图图4：施用本发明肥料对小青菜产量的影响图5：小青菜生长在本发明肥料混合的土壤上图6：施用本发明对花卉分叶数的影响图7：施用本发明肥料对花卉现蕾数的影响图8：施用本发明肥料对花卉株高的影响图9：百日红生长在本发明肥料与某牌子复合肥的状况对比图10：百日红生长在与本发明肥料混合的土壤中图11：田间施用本发明肥料对白菜生长的影响图12：施用本发明肥料对一串红生长量的效果对比图13：施用本发明肥料对一串红分叶数的影响表1：污泥肥料产品的理化指标表2：污泥肥料产品中病原菌数量表3：污泥肥料中微量元素含量表4：施用污泥肥料产品对土壤理化性质的影响表5：白菜组织中重金属浓度
在制备过程中污泥肥料制备中温度的变化情况：污泥，石灰和粉煤灰初混后进入堆制状态，可减少热量的散失，通常在堆制48小时后，升温到50-58℃左右，并维持1-2天(图2)，这一温度可以有效的杀灭病原微生物。本发明污泥肥料产品主要质量指标：本产品贮藏于干燥环境，无异味，方便贮运：呈圆粒状结构，有利于肥效平衡释放，供肥时间长，后效佳；粒度均匀便于施用(见图3)。本污泥肥料酸碱度为中性偏碱，适用范围广，尤以中性和酸性土壤上施用效果最佳(表1)。与一般市售有机复合肥料相比，电导率低，从而保证长期施用该产品也不致引起土壤常见的盐份累积问题，克服了使用化肥所造成的地力衰竭和土壤缓冲性减弱等一系列负面影响。此外，该产品中纯氮磷钾总和达4％，可提供充足的大量元素营养。
表1污泥肥料产品的理化指标
项目 产品
酸碱度 8.6
电导率(dS/m，1∶5) 5.51
有机质(％) 29
全氮(％) 2.4
全磷(％) 1.11
全钾(％) 0.5
碳酸盐(％) 4.42
污泥肥料的安全指标：农用污泥的其中一个重要安全指标是消除污泥所含的病原菌，本产品所含的碱性物料，能提高pH并产生热量，可以有效地在24小时内将污泥中的病原菌消除(见表2)。产品中检测不到沙门氏菌和大肠杆菌，可以安全使用，而剩余有的益土壤细菌群落亦处于一个适当的数量，有利于土壤养分的循环。
        表2污泥肥料产品中病原菌数量
污泥 产品
沙门氏菌(log细胞/克，干重) 4.15 0
大肠杆菌(log细胞/克，干重) 4.51 0
细菌总量(log细胞/克，干重) 8.1 6.3
            表3污泥肥料中微量元素含量
元素 产  品  浓  度(mg/kg) 美国EQ值*(mg/kg) 中国标准#(mg.kg) 背景浓度(mg/kg)
As  15.2  41  75  7
Cd  0.62  39  20  0.3
Co  10.3  -  -  9
Cr  89.5  1200  1000  54
Cu  38.3  1500  500  30
Hg  0.64  17  15  0.1
Mo  9.02  30-50  -  1.0
Pb  70.3  300  1000  17
Se  5.2  36  -  0.4
Zn  540  2800  1000  57
*EQ值为美国国家环保局规定的污泥肥料中微量元素允许含量#农用污泥中污染物控制标准值(GB4284-84)表3可见本产品中各种微量元素浓度均远远低于美国国家环保局的EQ值和国家1984年颁布的农用污泥中污染物控制标准值，完全满足污泥肥料产品开发行业标准。污泥肥料对土壤的改良效果：由表4可见，施用本污泥肥料后，土壤的理性化质得到了明显改善。土壤容重和比重明显降低，总孔隙度和饱和含水量显著增加，使土壤疏松，通气性和保水性增强。同时还明显提高了土壤的速效氮磷钾含量，改变了土壤的酸碱度。
    表4施用污泥肥料产品对土壤理化性质的影响
    指标     原土壤     改良后土壤
    pH     6.14     7.39
    EC(dS/m，1∶5)     0.1     1.78
    容重(g/cm3)     1.1     0.8
    比重(g/cm3)     2.5     2.1
    总孔隙度(％)     53     65
    饱和含水量(％)     33     43
    速效N(mg/kg)     24.2     24.5
    速效P(mg/kg)     61.3     75.3
    速效K(mg/kg)     46.4     78.5
施用本污泥肥料对植物生长的影响：图4表明，施用本产品后，小青茶的产量比对照(不施用任何肥料)提高1.5倍，比施用相同养分的某牌子复合肥处理，产量提高0.5倍，增产效果显著，可实现较好的经济效益。图5表明，在施用养份相同的情况下，一次性施入本产品比一次性施入相同养分的复合肥，和把相同养分的复合肥分三次施用，每次用量1/3的处理生长更好。表明本产品能缓慢释放养分供植物吸收，不会因一次施用量大而影响植物生长。图6-10表明，本污泥肥料对花卉生长和促进开花均有良好作用，施用本污泥肥料处理百日红的分櫱数比对照和相同养分的复合肥处理显著增加(图6)。现蕾数也增加5倍(图7)，可大幅度提早开花期和提早上市。另外，施用本污泥肥料，百日红的生长最优(图9)，有更好的观赏价值(图10)。污泥肥料使用后植物组织重金属含量：将白菜栽培在施用不同肥料的土壤中，生长六周后，进行白菜组织中重金属含量分析，结果见表5。使用本产品(4％和8％)的白菜中铜，锌和铅的含量与对照相比，显著降低。从使用效率的角度，建议在实际栽培中污泥肥料的施用比例为4％。
            表5白菜组织中重金属浓度
铜(mg/kg) 锌(mg/kg) 铅(mg/kg)
对照 28.5±1.1 5.8±0.5 0.891±0.05
某复合肥 14.2±0.3 40.5±4.2 0.811±0.07
产品4％ 13.25±1.0 4.25±1.5 0.751±0.05
产品8％ 14.6±0.2 3.56±1.2 0.745±0.11
产品16％ 19.45±0.3 2.58±0.5 1.05±0.21
污泥肥料使用在田间耕种效果：用市场上销售的某复合肥、某污泥和本产品做田间试验，市场上销售的复合肥和污泥肥的用量均按其推荐用量，本产品的用量为4％。试验结果表明，与对照和施用市场上销售的复合肥和污泥肥相比，施用本产品白菜增产20-30％(图11)，对花卉(一串红)的生长量(图12)和分叶数也有明显提高(图13)。
以下用具体实施例对本发明进行详细的描述。实施例：污泥肥料制备方法污泥肥料的制作过程分为初混、堆制和造粒三个阶段。1.初混：将60％重量的污泥与36％重量的粉煤灰混合均匀，然后拌入4％重量的生石灰，总重量共10吨，用大型搅拌机迅速搅拌均匀，混匀后的混合物pH应达到11-12，水分在30-40％。2.堆制：将上述混合物存放于阴凉的堆肥垛进行堆制，每天翻堆一次。堆制二至三天，温度升到58-60℃，堆制再进行6-7天便达到稳定。3.造粒：堆料装入造粒机，压制成为直径1cm左右的圆滑光亮的颗粒。

Claims (10)

1.一种肥料，其组成为：52-60％重量的污泥、36-44％重量的粉煤灰、2-4％重量的生石灰。
2.权利要求1的肥料，为圆滑光亮的颗粒。
3.权利要求1的肥料的制造方法，包括如下步骤：
A.将52-60％重量的污泥、36-44％重量的粉煤灰混合均匀，加入2-4％重量的生石灰搅拌均匀，
B.将上述混合物放于阴凉处堆制。
4.权利要求2的制备方法，其中堆制时间经过2-3天，温度达到58摄氏度。
5.权利要求2的制备方法，其中堆制时间7-9天达到稳定。
6.权利要求2的制备方法，其中堆制的肥料混合物要每天翻动。
7.权利要求1的肥料的使用方法，其特征在于：以2％-4％的比例向田间施用。
8.权利要求1的肥料的使用方法，其特征在于：施用于酸性土壤或缺硼的土壤中。
9.权利要求8的使用方法，其中缺硼的土壤中的总硼含量为830-850mg/kg，水溶性硼为20-23mg/kg。
10.权利要求2的肥料颗粒的制备方法，其特征在于：用造粒机压制而成。
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