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一种污泥堆肥的土壤改良方法

阅读：1105发布：2021-01-12

IPRDB可以提供一种污泥堆肥的土壤改良方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种污泥堆肥的土壤改良方法：将重金属钝化剂和污泥堆肥混合制备堆肥混合物，并对该混合物进行风干，之后向风干的混合物中添加脱硫石膏粉、原土和生物炭制得改良土成品。重金属钝化剂、脱硫石膏粉和生物炭的添加，明显降低了活性态重金属的含量、降低了土壤的pH值、增强了土壤的盐分淋失、提高了土壤的持水能力、提高了土壤用于植物培养的发芽指数，该方法能够用于盐碱地改良、砂质土改良和矿山修复。，下面是一种污泥堆肥的土壤改良方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)配制堆肥混合物1：将重量比为2.5-7.5:100的重金属钝化剂和污泥堆肥进行混合，得到堆肥混合物1；

(2)风干堆肥混合物1：将步骤(1)得到的堆肥混合物1静置风干至含水量≤20％，得到风干的堆肥混合物1；

(3)配制堆肥混合物2：将步骤(2)中风干的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比为

20-8:1-2的比例混合，得到堆肥混合物2；

(4)配制混合土：将步骤(3)中得到的堆肥混合物2与原土按照体积比为1-5:5-30的比例进行混合，得到混合土；

(5)配制改良土成品：按照1-8％的体积百分比向步骤(4)得到的混合土中添加生物炭，得到改良土成品。

2.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(1)中，重金属钝化剂选自凹凸棒石、沸石、硅藻土、石灰、泥炭中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将步骤(1)得到的堆肥混合物1静置风干至含水量在5-20％之间。

4.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(3)中还包括，在加入脱硫石膏粉前，用筛网孔径为3-10mm的过滤筛将步骤(2)得到的风干的堆肥混合物1进行过筛，去除其中的砂石。

5.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将风干的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比为10-8:1-2的比例混合。

6.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将风干的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比8:1-2的比例混合。

7.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(4)中，将堆肥混合物2与原土按照体积比为1:5-10的比例进行混合。

8.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(4)中，向原土中添加堆肥混合物2的同时添加原土体积3-8％的水分。

9.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(5)中所用的生物炭为椰壳炭、秸秆炭或木质炭中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的一种污泥堆肥的土壤改良方法，其特征在于：所述步骤(5)中所添加生物炭的体积百分比为2.5-5.5％。

说明书全文

一种污泥堆肥的土壤改良方法

技术领域

[0001] 本发明属于固废资源化领域，具体涉及污泥利用技术领域，更具体的涉及污泥堆肥改良土壤的方法。

背景技术

[0002] 城市污泥是城市污水经过处理后产生的固体废弃物，伴随污水处理率的增加而迅速增加。城市污泥中通常含有各种微生物、重金属、合成有机物等大量的有毒有害物质，大量未经处理的污泥进入环境，会给水体和大气带来二次污染。与此同时，城市污泥中还含有植物生长发育所需的氮、磷、钾及维持植物正常生长发育的多种微量元素，又含有能改良土壤结构的有机质。目前我国污泥处理多采用焚烧、干化或卫生填埋等方法，这些方法不仅处理费用过高、污染环境，而且无法利用其中的有益成分。

[0003] 制造垃圾堆肥，它是一项资源综合利用技术，技资小，运行成本低，经济效益高，是目前国内、外受到广泛重视的处理技术，能够实现垃圾废弃物等无害化、资源化处理，现已成为世界各国拉动国民经济增长的重要举措之一。

[0004] 堆肥是当前污泥无害化和农肥化处理的重要途径之一。对污泥进行堆肥处理既能分解消除污泥中的部分有毒有害物质，又能保留污泥中对植物生长有利的组分，将污泥转化为有机肥。

[0005] 例如，中国专利公布CN105837383A公开了污泥和牛粪、秸秆粉、冬瓜皮、海芦笋、生石灰粉等混合堆肥的方法，其中，添加木酢液、甜菜粕和沸石分别作为催腐剂、调理剂和吸水材料。

[0006] 堆肥虽然能除去污泥中大部分有毒有害的物质，但是，污泥堆肥产品依旧存在一些不足，诸如，pH值偏高、重金属含量高、EC值偏高等。

[0007] 最适合植物生长的pH值一般在5.2到6.8之间，而腐熟堆肥产品的pH值一般在8到9之间。为了对污泥堆肥产品进行改进，大连市环境科学研究院在污泥堆肥的过程中添加了生物炭，通过对比实验发现：在堆肥的过程中，生物炭的加入可以促进微生物的代谢活动；可以提高堆肥产品的碳氮比和营养元素K的含量；可以降低钠离子的含量，缓解污泥堆肥产品对植物生长带来的不利；但是，这种在堆肥的过程中添加生物炭的方式，导致了C、N的流失，降低了蛋白质、多糖等组分的含量。

[0008] 为解决重金属残留的问题：中国专利公布CN102875205A在污泥堆肥的过程中加入凹凸棒石作为重金属固定剂，钝化固定污泥中的重金属铅、镉，从而降低了污泥堆肥产品潜在的生态毒性，实验数据显示，添加凹凸棒石能将不稳定形态的Cd减少62.5％，将不稳定形态的Cu降低59.1％。南京农业大学资源与环境学院以铁矿和硫粉为混合底物，通过接种嗜酸性硫杆菌复合菌株，对污泥中的重金属进行生物淋滤以除去污泥中的重金属Zn、Cu等，经过18天的淋滤，Zn和Cu的去除率分别达到85.2％和37.6％，该生物淋滤方法虽然可以有效去除污泥堆肥中的重金属，但是操作复杂，重金属去除不彻底。

[0009] 中国科学院地理科学与资源研究所指出污泥堆肥的EC值偏高，尤以Na+和Cl-浓度较高，对植物长势产生明显的盐害作用，导致植物生长受阻，继而该研究所采用纯净水淋洗的方法降低了堆肥产品中的EC值，但是该方法消耗大量纯净水，成本高，一方面并不能将EC值降低到理想值，另一方面以纯净水淋洗的方式有悖于绿色生态可持续农业的要求。

[0010] 由上述背景技术不难看出，虽然现有技术通过调节堆肥过程的具体操作或通过对堆肥产品的后期处理对堆肥产品进行了一定的改善，但仍存在成本过高、操作复杂、效果有限、不环保不绿色等问题。因此，开发一种对污泥堆肥产品进行进一步处理的低成本、高效率、操作简单的方法是解决本领域技术问题的一种有效途径。

发明内容

[0011] 本发明提供了一种有效、成本低、操作简单污泥堆肥的土壤改良方法，本方法通过对污泥堆肥进行进一步的处理，解决了污泥堆肥在施用时EC值、pH值偏高及重金属含量较高的问题。

[0012] 解释说明：

[0013] 在本发明中：

[0014] 1、“EC值”指电导率，用于表征可溶性盐浓度。

[0015] 2、本发明使用的污泥堆肥可以是市面出售的常规污泥堆肥产品，也可以是自行制备的污泥堆肥。

[0016] 3、“原土”指有待改善的地块中的土壤。

[0017] 为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0018] 本发明公开了一种污泥堆肥的土壤改良方法，所述方法包括以下步骤：

[0019] (1)配制堆肥混合物1：将重量比为2.5-7.5:100的重金属钝化剂和污泥堆肥进行混合，得到堆肥混合物1；

[0020] (2)风干堆肥混合物1：将步骤(1)得到的堆肥混合物1静置风干至含水量≤20％，得到风干的堆肥混合物1；

[0021] (3)配制堆肥混合物2：将步骤(2)中风干的堆肥混合物1

[0022] 与脱硫石膏粉按照体积比为20-8:1-2的比例混合，得到堆肥混合物2；

[0023] (4)配制混合土：将步骤(3)中得到的堆肥混合物2与原土按照体积比为1-5:5-30的比例进行混合，得到混合土；

[0024] (5)配制改良土成品：按照1-8％的体积百分比向步骤(4)得到的混合土中添加生物炭，得到改良土成品。

[0025] 进一步地，步骤(1)中的重金属钝化剂选自凹凸棒石、沸石、硅藻土、石灰、泥炭中的一种或多种。

[0026] 进一步地，在步骤(2)中，将步骤(1)得到的堆肥混合物1静置风干至含水量在5-20％之间，得到风干的堆肥混合物1。

[0027] 进一步地，在步骤(3)中还包括，在加入脱硫石膏粉前，用筛网孔径为3-10mm的过滤筛将步骤(2)得到的风干的堆肥混合物1进行过筛，去除其中的砂石。

[0028] 进一步地，在步骤(3)中，将风干的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比为10-8:1-2的比例混合。

[0029] 更进一步地，在步骤(3)中，将风干的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比8:1-2的比例混合。

[0030] 进一步地，在步骤(4)中，将堆肥混合物2与原土按照体积比为1:5-10的比例进行混合。

[0031] 进一步地，在步骤(4)中，向原土中添加堆肥混合物2的同时添加原土体积3-8％的水分。

[0032] 进一步地，在步骤(5)中所用的生物炭为本领域的常规生物炭，优选为椰壳炭、秸秆炭或木质炭中的一种或多种。

[0033] 进一步地，在步骤(5)中所添加生物炭的体积百分比优选为2.5-5.5％。

[0034] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0035] (1)本发明将现有的污泥堆肥与脱硫石膏粉、钝化剂、生物炭和原土按照一定的比例混合，经过上述方法改良处理后的污泥堆肥能够适用于多种绿化种植，如：盐碱地改良、砂质土改良及矿山修复等。

[0036] (2)本发明提供的改良方法得到的改良土可以用于包括乔木、灌木等在内的各种树种。

[0037] (3)本发明在堆肥中添加重金属固化剂，通过钝化固定堆肥中的重金属，使重金属转变为稳定的、无污染活性的组分。

[0038] (4)本发明将脱硫石膏粉掺入污泥堆肥中，不仅可以降低堆肥的pH值；还能促进盐分淋失，有效降低堆肥的EC值；更重要的是，在本发明预期之外的是：重金属钝化剂的种类、加入量以及生物炭的种类也会对脱硫石膏粉降低EC的功效产生影响。

[0039] (5)本发明在堆肥产品中添加生物炭可以增加土壤的孔隙度、降低土壤的容重、提高土壤的持水能力，进而改善土壤的结构；与此同时生物炭的加入也可以促进重金属钝化效果。

[0040] (6)与现有技术中采用大量纯净水淋洗来降低EC值的方式相比，本发明提供的改良方法明显更加低成本且低能耗的符合可持续农业的要求。从操作方式上看，本发明操作简单易于进行，操作成本低，而且本发明方法的操作弹性强应用范围广，可以根据不同的堆肥产品和不同的土壤品质，调节脱硫石膏粉、生物炭和重金属固化剂的加入量。

附图说明

[0041] 图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

[0042] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0043] 基础实施例

[0044] 一种污泥堆肥的土壤改良方法：

[0045] (1)配制堆肥混合物1：将重量比为2.5-7.5:100的重金属钝化剂和污泥堆肥进行混合，其中，重金属钝化剂为凹凸棒石、沸石、硅藻土、石灰、泥炭中的一种或多种，得到堆肥混合物1；

[0046] (2)风干堆肥混合物1：将步骤(1)得到的堆肥混合物1静置风干至含水量≤20％，得到风干的堆肥混合物1；

[0047] (3)配制堆肥混合物2：将步骤(2)中风干的堆肥混合物1

[0048] 用筛网孔径为5mm的过滤筛进行筛分，除去其中的砂石，将筛分后的堆肥混合物1与脱硫石膏粉按照体积比20-8:1-2的比例混合，得到堆肥混合物2；

[0049] (4)配制混合土：将步骤(3)中得到的堆肥混合物2与原土按照体积比为1-5:5-30的比例进行混合，混合的同时加入原土体积5％的水，进行3-5次人工翻堆形成混合土；

[0050] (5)配制改良土成品：按照1-8％的体积百分比向步骤(4)得到的混合土中添加生物炭，得到可以直接使用的改良土成品，选用的生物炭是秸秆炭、椰壳碳或木质炭中的一种或多种。

[0051] 步骤(1)-(5)的工艺流程如图1所示。

[0052] 实施例1-16

[0053] 实施例1-16为以基础实施例为依据，通过调整其中具体技术参数获得的实施例，具体如表1-5所示。

[0054] 对比例1

[0055] 直接将污泥堆肥和原土按照1:5的体积比进行混合，制备得到污泥堆肥土壤。

[0056] 对比例2

[0057] 无任何添加的原土。

[0058] 实验：

[0059] 通过下述实验方法测定实施例和对比例得到的改良土成品的pH值、EC值、重金属含量和对植物种子发芽率的影响。

[0060] 取土样，用去离子水按照重量体积比为10:1的水土比溶解,在室温条件下,于200r/min的条件下水平振荡提取2h后,滤纸过滤得到土壤提取液。用pH S-3C型pH计直接测定pH值；用DDS-11A型电导率仪测定电导率EC1；采用中华人民共和国农业行业标准NY/T-
890-2004中的二乙三胺五乙酸(DTPA)浸提法测定重金属离子Zn和Cu的浓度，将实施例1-16测得的重金属浓度分别和对比例1中测得的重金属浓度进行比较，得到实施例1-16中重金属钝化剂对重金属的钝化去除率。吸取6mL提取液添加到铺有滤纸的直径为9cm的培养皿内。每个培养皿接种20粒饱满的小青菜种子,放置在(20士l)℃培养箱中培养,第24h测定种子发芽指数，每个处理重复3次。在相同条件下，将6mL的提取液换成蒸馏水，再多设置一组植物发芽指数的对照实验。

[0061] 用去离子水对土样进行喷淋淋滤，喷淋时间为24小时。喷淋结束后，按照重量体积比为10:1的水土比溶解土壤,在室温条件下,于200r/min的条件下水平振荡提取lh后,滤纸过滤得到土壤提取液，用DDS-11A型电导率仪测定电导率EC2。将喷淋后土壤的EC2值和不喷淋的土壤的EC1值进行比较，得到土壤的盐分淋失率。

[0062] 相关计算方法如下：

[0063]

[0064]

[0065]

[0066] 上式中“未改良堆肥土壤中重金属浓度”指本发明中对比例1得到的污泥堆肥土壤中的重金属浓度。

[0067] 上式中“使用本发明方法改良的堆肥土壤中重金属浓度”指本发明实施例1-16中制备的改良土成品中重金属浓度。

[0068] 对比例1中堆肥直接和土壤混合的堆肥土壤的pH值为8.0，盐分淋失率为27％，发芽指数为90％；对比例2中，原土的pH值为7.5，盐分淋失率为10％，发芽指数为60％。

[0069] 表1和表2中实施例1-6的数据显示，使用本发明方式改良的堆肥土壤呈现中性、弱酸性，适合植物生长。只添加堆肥的对比例1中土壤的pH为8.0，而对比例2中原土的pH测定值为7.5，说明堆肥本身pH值偏高，添加堆肥后土壤的pH值也升高了，土壤整体偏碱不适合植物生长，经本发明提供的改良方法改良后的堆肥土壤(如实施例1-6)中添加了重金属钝化剂、脱硫石膏粉以及生物炭等，改良后的pH值明显小于未改良的污泥堆肥和土壤混合物(对比例1)的pH值。实施例1-6中盐分的淋失率均超过40％，高于未使用本发明方法改良的堆肥土壤的27％的淋失率也高于原土本身10％的淋失率，说明使用本发明的方法中脱硫石膏粉的加入有效提高了堆肥土壤的盐分淋失率，促进了盐分的淋失。实施例1-6中重金属锌的钝化去除率超过30％,重金属铜的去除率超过了15％,说明本发明的方法有效降去除了改良土中具有潜在危害性的重金属。进一步地，相比于对比例1和对比例2，本发明的方法还有效提高了堆肥土壤用于植物生长的发芽指数。

[0070] 表1

[0071]

[0072]

[0073] 表2

[0074]

[0075] 表3实施例7-9的数据显示重金属钝化剂的种类对堆肥土壤的盐分淋失率具有明显影响：在其他条件完全相同的情况下，以沸石作为重金属钝化剂的实施例7中盐分淋失率明显高于以泥炭、硅藻土作为重金属钝化剂的实施例8和实施例9中的盐分淋失率，沸石不仅能钝化堆肥土壤中的重金属，还能有效促进堆肥土壤的盐分淋失。

[0076] 表3

[0077]

[0078]

[0079] 表4实施例10-13的数据显示重金属钝化剂的添加量对堆肥土壤的盐分淋失率具有明显影响：重金属钝化剂与污泥堆肥的重量比由1：40经1:35变成1：30的过程中，堆肥土壤的盐分淋失率明显升高，当重金属钝化剂和污泥堆肥的重量比由1:30上升到3:40时，堆肥土壤的盐分淋失率由60％上升到63％。

[0080] 表4

[0081]

[0082] 表5实施例14-16的数据显示添加生物炭的种类对堆肥土壤的盐分淋失率具有明显影响：使用秸秆炭的实施例15中堆肥土壤盐分淋失率大于使用木质炭的实施例16中堆肥土壤的盐分淋失率，使用椰壳炭的实施例14中堆肥土壤的盐分淋失率最高，高达60％，所以椰壳炭的添加更有利于降低堆肥土壤的EC值，促进盐分淋失。

[0083] 表5

[0084]

标题	发布/更新时间	阅读量
土壤改良剂-专利编号CN106008052A	2020-05-12	271
土壤改良剂-专利编号CN1141328A	2020-05-12	979
土壤改良剂-专利编号CN1780701A	2020-05-11	208
土壤改良剂-专利编号CN108774095A	2020-05-11	583
土壤改良剂-专利编号CN106244149A	2020-05-11	551
土壤改良机-专利编号CN102318462A	2020-05-13	159
土壤改良剂-专利编号CN104202963A	2020-05-11	1096
土壤改良剂-专利编号CN103694028A	2020-05-12	357
土壤改良剂-专利编号CN103058793A	2020-05-13	621
土壤改良剂-专利编号CN102086398A	2020-05-13	505

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