一种用于裸露坡面植被建植储水供肥的功能性材料

摘要

本发明提供了一种用于裸露坡面植被建植储水供肥的功能性材料，即将污水处理厂的初沉污泥置于高温、密闭、绝热环境中，加入生石灰、粉煤灰、黏土等与污泥穿透式混合及水化反应，最终获得一种浆状污泥，将有效态重金属转化成难溶化合物及有机聚合态等稳定形式，降低了病原菌含量，杀灭了寄生虫卵，不会对环境造成污染；利用其含水量高、储水保水能力强、养分含量高、粘性高，易于附着等性能，用于裸露坡面植被建植，可起到良好的储水、保水和供肥作用，有效地解决了现有裸露坡面植被建植工艺出现的一系列问题。利用该材料进行植被建植，施工方便，效果好，应用前景广阔；同时，为众多污水厂提供了一条节能减排新路。

权利要求

1.一种采用储水供肥的功能性材料进行裸露坡面植被建植的方法，其特征在于，对污水厂初沉污泥进行加工处理，获得一种具有储水保肥功能的浆状污泥并应用于裸露坡面植被建植，步骤包括：步骤1：对收集来的初沉污泥置入密闭、绝热的反应釜，测定并调整pH值至10以上，将生石灰、粉煤灰、黏土按1:(3～5):(2～3)的体积比配制成复配药剂加入到反应釜内的初沉污泥中，初沉污泥与复配药剂的体积比为100：(5～15)，与污泥穿透式混合，在温度

60～80℃、压力200～500kpa下进行水化反应1～3h；

步骤2：批次抽检经上述步骤加工处理后的污泥，检测指标包括pH值、水分、全氮、全磷、全钾、致病菌含量、寄生虫卵及有效态重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量，其中：pH值、全氮、全磷、全钾只作标定指标，不作为限定指标；致病菌含量＜10col/g/TS，寄生虫卵全杀灭；重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量要求达到国家《农用污染中污染物控制标准》GB4284-84中的规定，满足上述指标规定则视为合格品并进行灌装，标注批次、日期、含量，若抽检结果中有其中任何一项指标未达标，则重复步骤1的操作，直到合格为止；

步骤3：根据施工要求，将经过加工处理后的浆状污泥喷射到裸露坡面上或铺填到植生基材层中，形成一层污泥储水保肥层，具体做法是：先清理坡面的危岩碎石，整理坡面，有降坡条件的进一步降低坡度，再根据坡面条件选择不同的施工方法：(1)当坡比≤1:2时，采用直喷方式，先喷浆状污泥储水保肥层5cm，再覆种植土15～

20cm，然后直接撒播植物种子或栽植植被；

(2)当坡比在1:2至1:1之间时，先铺挂固定三维网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层

5cm，再液压喷种植生；

(3)当坡比在1:1至1:0.75之间时，先铺挂固定椰网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层

3～5cm，再喷混植生8～10cm；

(4)当坡比在1:0.75至1:0.25之间时，先铺挂固定镀锌铁网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层3～5cm，再喷混植生8～10cm；

(5)当坡比＞1:0.25时，采用V型槽培土方式植生，先向V型槽内培土至三分之二深度处，然后铺填浆状污泥储水保肥层3～5cm，再培土至槽满，撒播或种植植物。

2.根据权利要求1所述的一种采用储水供肥的功能性材料进行裸露坡面植被建植的方法，其特征在于，步骤1所述的调整pH至10以上，调碱材料是生石灰、NaOH中的任何一种。

3.根据权利要求1所述的一种采用储水供肥的功能性材料进行裸露坡面植被建植的方法，其特征在于，根据工程实施地环境的酸碱度情况，分别制备施用于酸性土壤和碱性土壤的浆状污泥储水保肥功能性材料；施用于酸性土壤的材料重金属最高允许含量执行《农用污泥中污染物控制标准》GB4284-84对于酸性土壤所做的规定，施用于碱性土壤的材料重金属最高允许含量执行该标准对于碱性土壤所做的规定。

4.根据权利要求1所述的一种采用储水供肥的功能性材料进行裸露坡面植被建植的方法，其特征在于，步骤3所述的坡面植生施工过程中，在喷浆状污泥储水保肥层时，沿坡面纵向每1～1.5m设一条宽10～15cm、厚6～8cm的污泥阻隔层。

说明书

一种用于裸露坡面植被建植储水供肥的功能性材料

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于裸露坡面植被建植储水供肥的功能性材料，更具体地说，涉及一种对污水处理厂初沉污泥进行加工处理而获得一种浆状污泥并用作裸露坡面植被建植储水供肥的功能性材料。

背景技术

[0002] 随着我国经济的快速发展和城市化进程的推进，大规模城乡建设遗留下了大量的道路边坡、废弃采石场、地产边坡等裸露坡面，并且每年增量巨大，严重破坏了城乡生态景观，亦引起水土流失，地质灾害等一系列问题。

[0003] 对于裸露坡面的治理，过去人们大量采用单纯的工程防护，如浆砌石、喷锚防护等。这些工程措施不仅未能从根本上控制水土流失和防止滑坡、边坡失稳等问题，还在一定程度上破坏了原有的植被。现常用的裸露坡面植被建植技术，如客土喷播、厚层基材、喷播植生、人工种草护坡技术、平铺草皮护坡技术、液压喷播植草护坡技术、土工网植草护坡技术、蜂巢式网格植草护坡技术等，都存在客土基材抗冲刷能力弱，固定附着难，雨季施工易冲刷滑落的共性难题。由于坡面植生基材的固定附着出现问题，难以为植物长期提供持续均衡的肥力，导致绿化施工后植被退化严重，时常出现“一年绿，二年黄，三年枯，四年秃”的现象。

[0004] 这个问题从植生工艺上很难根本解决，从材料的粘着力及保水供肥能力入手，调制一种既具有良好粘着固附性能及适宜于植物生长的质地，又有平稳均衡、持续耐久的肥力供应能力的基质材料不失为一种解决上述难题的办法。在这种基质材料的调配中，保水供肥材料的选择是关键。

[0005] 虽前述常用植生工艺的基质中都加入了保水剂和氮肥、磷肥、钾肥、中微量元素肥料等，但通常，所配基材保水效果及其在岩面上的固定附着性能差，质地亦不好，并因此影响到供肥能力。其根源就在于缺少保水功能强大的物质，达不到在短时期内高强度吸水并能长期储水保水的要求。

[0006] 本发明提供一种对污水处理厂初沉污泥进行加工处理而获得的浆状污泥作为裸露坡面植被建植储水保肥功能性材料的制备及使用方法。污水处理厂的初沉污泥水分含量高，呈黏胶状液态，粘性强，矿质养分及有机质含量高，是极佳的裸露岩面植被建植储水供肥材料。但在通常情况下，初沉污泥含有较高的有效态重金属及容易腐化发臭等，限制了其在更大的环境范围内使用。本专利通过物理、化学方式处理后，有效地解除了这些限制因素，为初沉污泥用作裸露坡面植被建植储水保肥功能性材料提供了基础。

[0007] 本发明技术的大范围推广，不但对裸露坡面生态治理与防护起到积极推动作用，亦将在污泥治理与综合利用方面开辟一条新路，为众多污水处理厂提供节能减排新技术。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于，提供一种对污水处理厂初沉污泥进行加工处理而获得的浆状污泥作为裸露坡面植被建植储水保肥功能性材料的制备及使用方法。

[0009] 为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

[0010] 步骤1：对收集来的初沉污泥置入密闭、绝热的反应釜，测定并调整pH值至10以上。将生石灰、粉煤灰、黏土按1:(3～5):(2～3)的体积比配制成复配药剂加入到反应釜内的初沉污泥中，初沉污泥与复配药剂的体积比为100：(5～15)，与污泥穿透式混合，在温度60～80℃、压力200～500kpa下进行水化反应1～3h。

[0011] 这样做的理由是，通过水化反应，可以使初沉污泥中有效态的重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As由活性离子态转变为不溶于水的氢氧化物，成为钝化不可给态，并在高温高压下杀死可能含有的病虫卵及致病菌；污泥中有机高分子物质的活性基团还可以与部分游离的重金属离子进行络合或螯合反应，变成有机高分子聚合物，成为稳定的不可给态。同时，经过这样处理后，提高了污泥的粘结性，使其具有良好的坡面固定附着性能及保水供肥能力；无臭味，便于储存、运输及施用。

[0012] 步骤2：批次抽检经上述步骤加工处理后的污泥，检测指标包括pH值、水分、全氮、全磷、全钾、致病菌含量、寄生虫卵及有效态重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量，其中：pH值、全氮、全磷、全钾只作标定指标，不作为限定指标；致病菌含量＜10col/g/TS，寄生虫卵全杀灭；重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量要求达到国家《农用污染中污染物控制标准》(GB4284-84)中的规定，满足上述指标规定则视为合格品并进行灌装，标注批次、日期、含量等，若抽检结果中有其中任何一项指标未达标，则重复步骤1的操作，直到合格为止。

[0013] 这样做的好处是，严格控制浆状污泥有效态重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量，以确保施到环境中后，不会对环境造成二次污染。《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)对上述指标的规定见表-1。

[0014] 表-1农用污泥中污染物控制标准值(单位：mg/kg)

[0015]

[0016] 步骤3：根据施工要求，将经过加工处理后的浆状污泥喷射到裸露坡面上或铺填到植生基材层中，形成一层污泥储水保肥层，具体做法是：先清理坡面的危岩碎石，整理坡面，有降坡条件的可进一步降低坡度，再根据坡面条件选择不同的施工方法：

[0017] (1)当坡比≤1:2时，采用直喷方式，先喷浆状污泥储水保肥层5cm，再覆种植土15～20cm，然后直接撒播植物种子或栽植植被。

[0018] (2)当坡比在1:2至1:1(含1)之间时，先铺挂固定三维网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层5cm，再液压喷种植生。

[0019] (3)当坡比在1:1至1:0.75(含0.75)之间时，先铺挂固定椰网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层3～5cm，再喷混植生8～10cm。

[0020] (4)当坡比在1:0.75至1:0.25之间(含0.25)时，先铺挂固定镀锌铁网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层3～5cm，再喷混植生8～10cm。

[0021] (5)当坡比＞1:0.25时，采用V型槽培土方式植生，先向V型槽内培土至三分之二深度处，然后铺填浆状污泥储水保肥层3～5cm，再培土至槽满，撒播或种植植物。

[0022] 经过上述施工步骤，可确保在任何坡面状况下，都有连续的全覆盖的浆状污泥储水保肥层。这种储水保肥层对于坡面植生具有重要的意义：(1)经过处理所得的浆状污泥，含有丰富的石灰质、氮、磷和有机腐殖质，本身能起到良好的保肥、供肥作用，可以补充客土植生基材中养分供应的不足；(2)经处理后的浆状污泥，游离态重金属离子基本被转化成稳定的化合物或有机聚合态，不造成环境污染；(3)加工处理后的浆状污泥本身具有活性水，呈黏胶状液体存在，在坡面与基质层间平铺一层，起到供水、储水、保肥的作用，既有利于植株生长，又解决了裸露山体和道路边坡植物生长水分易流失的技术难题。

[0023] 本发明较好的方案可以是：步骤1所述的调整pH至10以上，调碱材料可以是生石灰、NaOH中的任何一种。这样做的好处是，材料易得，成本低廉，操作便捷。

[0024] 本发明较好的方案也可以是：根据工程实施地环境的酸碱度情况，分别制备施用于酸性土壤和碱性土壤的浆状污泥储水保肥功能性材料；施用于酸性土壤的材料重金属最高允许含量执行《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)对于酸性土壤所做的规定，施用于碱性土壤的材料重金属最高允许含量执行该标准对于碱性土壤所做的规定。这样做的理由是，施用目标明确，专项生产，严格管理，确保产品施用过程中不会对环境造成危害。

[0025] 本发明较好的方案还可以是：步骤3所述的坡面植生施工过程中，在喷浆状污泥储水保肥层时，沿坡面纵向每1～1.5m设一条宽10～15cm、厚6～8cm的污泥阻隔层。这样做的有益效果是：浆状污泥储水保肥层设在植生层下面，当遇降雨或浇水时，植物未吸收的水会流至污泥层，由于污泥呈黏胶状液体态，此时的污泥层则相当于隔水膜，水分不易透过污泥下渗到岩石面，起到储水的作用；同时，以一定间距设置的污泥阻隔层，呈带状分布，使污泥储水保肥层在边坡上呈汤勺状，起到所储水分不向坡底径流的效果。

[0026] 本发明以污水处理厂的初沉淀污泥为原料，将其处理加工为一种用于裸露坡面植被建植储水保肥的功能性材料，具有以下优点：

[0027] (1)废物循环利用，节约资源。

[0028] (2)污泥经处理后，游离的重金属离子被转化成以不溶化合物和有机聚合态存在的稳定结构，消除了对环境的污染。

[0029] (3)病原菌、寄生虫卵等微生物活性完全丧失，不会对环境造成危害。

[0030] (4)找到了一种新型的具有储水、供水、保肥作用的边坡功能性材料，能有效解决现有裸露坡面植被建植与生态防护技术中植被旱季缺水，雨季积水的技术难题，且施工方便。

[0031] (5)在污泥治理与综合利用方面开辟了一条新路，为众多污水厂提供一种节能减排新技术。

附图说明

[0032] 图1是本发明的工艺流程示意图。

[0033] 实施方式

[0034] 下面结合具体的实施例对本发明进行更详细的说明，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例。

[0035] 产品加工实施例1-1

[0036] 对收集自A城市生活污水处理厂的初沉污泥进行加工，计划用于南方某酸性环境下裸露坡面植被的建植试验。

[0037] 将初沉污泥置入反应釜，经测定pH为7.2～7.5，加生石灰调pH至10以上，将生石灰、粉煤灰、黏土按、1：3.5：2.5的体积比配制成复配药剂加入到反应釜内的初沉污泥中，初沉污泥与复配药剂的体积比为100：10，反应釜内温度控制在70～72℃之间，压力450kpa，穿透式混合，彻底、大面积的进行水化反应1.5小时。

[0038] 抽检经上述步骤加工处理后的污泥，检测指标包括pH值、水分、全氮、全磷、全钾、致病菌含量、寄生虫卵及有效态重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量。其中：pH值11.2、水分含量80％、全N含量25mg/kg、全磷(以P2O5计)5.5mg/kg、全钾2.0mg/kg；致病菌含量<10col/g/TS，寄生虫卵高温下已全部杀灭；重金属Pb含量290mg/kg、Cd含量4.5mg/kg、Hg含量4.8mg/kg、Cr含量560mg/kg、Ni含量35mg/kg、Cu含量240.5mg/kg、Zn含量
450mg/kg、As含量57mg/kg，达到《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)中对上述重金属指标含量的要求。对浆状污泥进行灌装，标注批次、日期、含量等。

[0039] 产品加工实例1-2

[0040] 对收集自B城市工业污水厂的初沉污泥进行加工，计划用于北方某碱性环境下裸露坡面的植被建植试验。

[0041] 将初沉污泥置入反应釜，经测定pH为7.4～7.8，加入体积百分比20％的NaOH饱和溶液调节污泥pH至10以上。将生石灰、粉煤灰、黏土按1：4：2.5的体积比配制成复配药剂加入到反应釜内的初沉污泥中，初沉污泥与复配药剂的体积比为100：15，与污泥穿透式混合，在温度75～77℃、压力400kpa下进行水化反应2h。

[0042] 抽检经上述步骤加工处理后的污泥，检测指标包括pH值、水分、全氮、全磷、全钾、致病菌含量、寄生虫卵及有效态重金属Pb、Cd、Hg、Cr、Ni、Cu、Zn、As的含量。其中：pH 12、水分含量75％、全N含量35mg/kg、全磷(以P2O5计)7.0mg/kg、全钾2.4mg/kg；致病菌含量<10col/g/TS，寄生虫卵高温下已全部杀灭；重金属Pb含量920mg/kg、Cd含量18.5mg/kg、Hg含量12mg/kg、Cr含量850mg/kg、Ni含量175mg/kg、Cu含量420mg/kg、Zn含量960mg/kg、As含量63mg/kg，达到《农用污泥中污染物控制标准》(GB4284-84)中对上述重金属指标含量的规定值。对浆状污泥进行灌装，标注批次、日期、含量等。

[0043] 产品应用实例2-1

[0044] 产品加工实施例1-1所述测试样品首次在南方酸性环境下的某高速创伤裸露坡2
面的植被建植中进行试验。供测试的裸露坡面总面积3600m，属于中风化岩质坡面或土夹石坡面，先清理坡面的危岩碎石，整理坡面，然后根据坡面状况采用如下施工方法：

[0045] (1)部分区域属坡比≤1:2的土夹石坡，面积800m2，采用直喷方式，先喷浆状污泥储水保肥层5cm，再覆种植土20cm，然后直接撒播植物种子或栽植植被；设空白对照处理。

[0046] (2)部分区域属坡比在1:2至1:1(含1)之间的土夹石缓坡，面积1000m2，先铺挂固定三维网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层5cm，再液压喷种植生；设空白对照处理。

[0047] (3)部分区域属坡比在1:1至1:0.75(含0.75)之间的中风化岩质坡，面积800m2，先铺挂固定椰网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层4cm，再喷混植生10cm；设空白对照处理。

[0048] (4)部分区域属坡比在1:0.75至1:0.25(含0.25)之间的中风化岩质坡，面积2
1000m，先铺挂固定镀锌铁网作底网，后喷浆状污泥储水保肥层3cm，再喷混植生8cm；设空白对照处理。

[0049] 在喷浆状污泥储水保肥层时，沿坡面纵向每1.5m设一个条12cm宽、厚8cm的污泥阻隔层。

[0050] 定期观察植物种子发芽、出苗、长势状况，记录、考察相应指标，结果显示，浇水、施肥次数减少1/3，植物长势良好，各项指标均较未喷浆状污泥储水保肥层的对照早8-10天，并有更好的覆盖率，储水、保水、供肥效果非常明显。

[0051] 产品应用实例2-2

[0052] 产品加工实例1-2所述测试样品首次在北方某碱性环境下的裸露采石场坡面植2
被建植中进行试验。供试的裸露坡面总面积3000m，属于弱风化岩质坡面，坡比＞1:0.25，部分区域属于垂直陡坡或倒坡，采用V型槽培土方式植生。

[0053] 施工时，先清理坡面的危岩碎石，整理坡面，再设排栅架，浇筑V型槽。

[0054] 植生时，先向V型槽内培土至三分之二深度处，然后铺填浆状污泥储水保肥层4cm，再培土至槽满，撒播或种植植物；设空白对照处理。

[0055] 定期观察植物种子发芽、出苗、长势状况，记录、考察相应指标。结果显示，浇水、施肥次数减少1/2以上，植物长势良好，各项指标均较未喷浆状污泥储水保肥层的对照早15～20天，并有更好的覆盖率，储水、保水、供肥效果非常明显。