一种含有发酵污泥的底层喷播基材及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种含有发酵污泥的底层喷播基材，以及它的制备方法。所述含有发酵污泥的底层喷播基材，包括以下成分：发酵污泥，有机物，壤土，土壤保水剂和粘合剂。本发明含有发酵污泥的底层喷播基材，既能改善土壤的结构，又可提高土壤肥力、土壤的持水能力和离子交换能力，从而营造植物适生的土壤环境，具有良好的透气性及持水性，并且富含大量有机质，为植物的快速生长提供了良好的环境和养分；同时使用发酵污泥替代传统的泥炭，使污泥变废为宝，提高了污泥的资源化开发利用，降低了生态修复工程成本，创造巨大的环境效益和社会效益，也为企业创造了客观的经济效益，促进了循环经济的发展。
【专利说明】一种含有发酵污泥的底层喷播基材及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及边坡生态治理中的喷播基材领域，具体地，涉及一种含有发酵污泥的底层喷播基材，以及它的制备方法。
【背景技术】 [0002]目前，边坡生态治理的主要办法是采用客土喷播技术进行植被重建和恢复，即利用专用喷播设备将配制好的专用基材均匀地喷射在裸露的坡面上，形成一层既有疏松透气又具有一定强度和肥力的人工种植层。通过采用两层喷射的工艺，首先喷射基材底层，然后喷射植物种子层。传统的喷播基材是以泥炭、农业固体废弃物(农作物秸杆、稻壳、木屑等)、保水剂、粘合剂以及壤土等为主要成分，其中泥炭占喷播基材重量的20~30%(固化物)。东北是泥炭的主要产地，泥炭本身的价格不高，可含水率较高，使得物流成本高涨，从而造成泥炭的使用成本较闻。以北点为例，泥炭的售价每吨闻达600兀左右(不含运费)，而华中地区泥炭的售价每吨高达1000元左右(不含运费)，因此，寻求一种物美价廉的替代品或最大限度地减少泥炭的使用量，就成为降低工程成本的重要途径。
[0003]城市污泥是城市污水处理厂在污水净化处理过程中产生的沉积物，是由有机残片、细菌菌体、无机颗粒及胶体等组成的极其复杂的非均质体。随着我国城市化进程的加快以及城市水处理量的提高，污泥的产生量正在逐年增长。2010年北京市产污泥总量为3800t/d (含水率为80%)，预计2015年污泥产量达5000t/d。目前，只有不足50%的污泥进行了堆肥和建材利用等处置和资源化利用，其余污泥只是进行了简单的临时堆置，缺乏有效的最终出路。根据北京市2015年污泥最终处置规划，用于土地修复将是重点发展方向。
[0004]城市污泥含有较高的有机质和矿质营养(其中有机质平均值为384g/kg，氮磷平均值分别为27.0g/kg和14.3g/kg)，甚至高于一般的农家肥(猪厩肥干物质中平均含氮20.9g/kg,含磷8.96g/kg ;牛願肥中平均含氮16.7g/kg,含磷4.30g/kg)。也就是说,污泥总体是一种富含有机质(C/N较低，一般低于10)、高氮、高磷而低钾的有机肥，pH为中性或偏酸性，其养分含量高于一般的禽畜粪便，矿化速度也比农家肥迅速。
[0005]现有技术中，虽然有类似文献《城镇污泥喷播基材及其在园林绿化中的应用》公开了可以利用城市污泥进行生物干化处理生产喷播绿北基材，但在使用功能方面，并没有公开专门制备成底层喷播基材；并且，因选材不同，制备成和本申请完全不同的喷播基材。
[0006]因此，若能将城市污泥，尤其是发酵后的污泥利用起来，作为喷播基材的原料，进行边坡生态治理，对于改善土壤结构，提高土壤肥力等，将会有巨大的优势和应用前景。
【发明内容】
[0007]为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是提供一种含有发酵污泥的底层喷播
基材O
[0008]本发明的另一目的是提供所述含有发酵污泥的底层喷播基材的制备方法。
[0009]本发明提供的含有发酵污泥的底层喷播基材，包括以下成分:发酵污泥，有机物，壤土，土壤保水剂和粘合剂。
[0010]其中，所述发酵污泥，有机物和壤土的体积份数为:0 <发酵污泥< 25份，有机物10份，65份<壤土< 90份。
[0011]进一步地，所述发酵污泥和壤土的体积份数分别优选10~35份和55~80份。
[0012]进一步地，所述发酵污泥和壤土的体积份数分别优选10~25份和65~80份。
[0013]更进一步地，所述发酵污泥和壤土的体积份数分别最优选25份和65份。
[0014]本发明提供的含有发酵污泥的底层喷播基材，还包括微生物菌剂。
[0015]其中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量以所述发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，每单位体积的所述混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的重量份数为:土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份。
[0016]本发明提供的含有发酵污泥的底层喷播基材，最优选地，包括以下成分:体积份数的发酵污泥25份，有机物10份和壤土 65份；每单位体积的发酵污泥、壤土和有机物的混合物中，重量份数的土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份。
[0017]其中，所述的有机物选自农作物秸杆、农作物果壳和木材加工的废弃物中的一种或几种。
[0018]进一步地，所述农作物果壳为花生或稻谷等。
[0019]进一步地,所述木材加工的废弃物为锯木屑或刨花等。
[0020]优选地，所述的有机物选自秸杆、花生、稻谷、锯木屑和刨花中的一种或几种。
[0021]本发明中，所述的发酵污泥是城市污水处理厂的脱水污泥采用高温好氧堆肥的方法，经过好氧微生物的发酵分解并转化为稳定性较高的类腐殖质。外观呈褐色，疏松、分散、细颗粒状，含水率< 30.0%，泥质达到《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)相关规定和控制标准。发酵污泥含有丰富的有机质、氮、磷和适量的其他营养物质，养分形态更有利于植物吸收，具有较高的肥力及农用价值；并消除了臭味，杀死大部分病原菌和寄生虫(卵)，达到无害化目的。同时，发酵污泥肥力远远高于泥炭，且具有较强的粘性、吸水性和塑性，适宜与壤土、有机物等混合制备成喷播基材、尤其是底层喷播基材，从而最大限度地替代泥炭，在裸露边坡、尤其是裸露边坡客生态修复过程中，科学合理使用不仅能够有效增加土壤肥力，促进作物生长，同时能够改良土壤结构、防治水土流失，具有重要的环境、生态、社会和经济效益。
[0022]本发明中，所述有机物中可以含有大量的碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等多种营养元素，同时可以富含纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质，是一种可以资源化利用的固体废弃物资源。另外，有机物可以改善土壤物理性质，提高土壤的保蓄性和缓冲性，同时上述有机物的使用还可以保护农村生态环境、促进农业的生态化发展。只要有机物能够达到上述作用，都可以采用。
[0023]本发明中，所述壤土指土壤颗粒组成中黏粒、粉粒、砂粒含量适中的土壤。质地介于黏土和砂土之间，兼有黏土和砂土的优点，通气透水、保水保温性能都较好，是较理想的种植土壤。普遍意义的壤土都可以采用。 [0024]本发明中，所述土壤保水剂是一种人工合成的具有超强吸水保水和释放能力的高分子聚合物，称SAP，主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体，型号为法国爱森MP3500KM。它具有电离性基团羧基结构的高吸水性有机分子，分子间为交联聚合而成的网络状结构，含有强亲水性基团，通过其分子内外侧电解质离子浓度所产生的渗透压，对水有强烈的缔合作用；环境水多时吸收、水少时释放，如此吸水、释水反复循环，能够长时间保持三维立体结构，从而长期向植物供水；同时可使土壤形成团粒多孔结构、松软透气，既保证植物需求，又可增加粘土的通透性和沙土的持水力。其他具有上述功能的土壤保水剂也可以采用，效果以本申请采用的为优。
[0025]本发明中，所述粘合剂是一种由高分子聚丙烯酰胺(PAM)聚合而成的一种水溶性有机类土壤调理剂(又名胶粉、保土剂、土壤保墒剂、水土保持剂、土壤团粒剂等)，属于人工合成的高分子长链聚合物，型号为法国爱森的A30。它具有较强的沉降和絮凝土壤粒子的特性，可促使土壤形成良好的团粒结构，构成抗冲刷、防渗漏的载体；主要用于绿化喷播、植树造林工程，具有减少因地表径流造成的土壤流失、提高土壤渗透力、保土保肥、缓解和调节土壤水分蒸发等作用。其他具有上述功能的土壤保水剂也可以采用，效果以本申请采用的为优。 [0026]本发明中，所述微生物菌剂是北京惠民达科技发展中心研究和开发的高科技新产品，是一种具有多元作用的生物制剂，它能改善土壤微生物菌群、抑制土壤病原菌繁殖，可有效预防作物的根腐、立枯等病害；活化土壤有机与无机养份，提高肥效率，促进作物循环、长效吸收利用；同时改善土壤团粒结构，消除板结，提高保水保肥能力，抗旱、抗逆、抗寒、抗倒伏。只要微生物菌剂能够达到上述作用，都可以采用。
[0027]本发明提供的所述含有发酵污泥的底层喷播基材的制备方法，包括:将上述任意一项的发酵污泥、有机物和壤土混合均匀，并加入上述任意一项的土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂后再次混合均匀。
[0028]其中，发酵污泥、有机物和壤土在常温的条件下混合，所述常温具体为20~25°C。
[0029]本发明提供的制备方法，在上述制备方法前，还包括:需剔除壤土中的石块、树根等杂物。
[0030]本发明提供的制备方法，在上述制备方法前，还包括:将壤土进行过筛处理，筛子孔径为1.0~2.0cm,优选为1.5cm。
[0031]本发明提供的利用发酵污泥制备底层喷播基材，具有如下优点:
[0032]I)选用的污泥和有机物来源较广，实现了固废的资源化利用，提高了污泥和有机物的利用率，避免了单独堆存或焚烧处理污泥和有机物对周围环境具有污染的问题，使其可变废为宝；
[0033]2)使用发酵污泥替代传统的泥炭，降低了生态修复工程成本；
[0034]3)通过合理搭配，尤其是起到协同作用的合理配比将所选定发酵污泥、有机物、壤土等混合制成喷播基材，有效地调节土壤有机氮、磷、钾、有机质含量，改善了土壤结构，营造了良好的植物生长环境；
[0035]4) 土壤保水剂和粘合剂的添加不仅完善了喷播基材的结构，还能达到保墒的作用。
[0036]使用本发明由发酵污泥、有机物、壤土、土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂混合配制的，尤其是按照不同的配比混合配制的底层喷播基材，既能改善土壤的结构，又可提高土壤肥力、土壤的持水能力和离子交换能力，从而营造植物适生的土壤环境，具有良好的透气性及持水性，并且富含大量有机质，为植物的快速生长提供了良好的环境和养分；同时使用发酵污泥替代传统的泥炭，使污泥变废为宝，提高了污泥的资源化开发利用，降低了生态修复工程成本，创造巨大的环境效益和社会效益，也为企业创造了客观的经济效益，促进了循环经济的发展。
【具体实施方式】
[0037]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
[0038]若未特别指明，本发明中未提及的操作均为本领域的常规操作，如搅拌的转速等。
[0039]本发明中所使用的物料均为可以从市场上购买得到的常规物料。[0040]本发明中，体积的单位可以是立方米、立方千米等，重量的单位可以是克、千克等，视具体的生产情况而定。每单位体积的发酵污泥、壤土和有机物的混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量根据合理的比例确定。
[0041 ] 本发明的发酵污泥来自北京城市排水集团庞各庄污泥处置厂。
[0042]实施例1
[0043]一种制备底层喷播基材的方法的方法，包括:
[0044]( I)剔除壤土中的石块、树根等杂物；
[0045](2)将壤土进行过筛处理，筛子孔径为L 5cm ;
[0046](3)将过筛后的壤土按照发酵污泥10份，有机物(秸杆、花生、稻谷、锯木屑和刨花)10份，壤土 80份的体积份数(单位均为m3)在常温(20°C )下混合均匀，土壤保水剂(SAP)、粘合剂(PAM)和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物三者的混合物的体积计算，按土壤保水剂150g/m3、粘合剂100g/m3以及微生物菌剂45g/m3的重量，将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌,混合均匀。
[0047]实施例2
[0048]一种制备底层喷播基材的方法的方法，包括:
[0049]( I)剔除壤土中的石块、树根等杂物；
[0050](2)将壤土进行过筛处理，筛子孔径为L 5cm ;
[0051](3)将过筛后的壤土按照发酵污泥25份，有机物(秸杆、稻谷、锯木屑和刨花)10份，壤土 65份的体积份数(单位均为m3)在常温(22°C)下混合均匀，土壤保水剂(SAP)、粘合剂(PAM)和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物三者的混合物的体积计算，按土壤保水剂150g/m3、粘合剂100g/m3以及微生物菌剂45g/m3的重量，将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌,混合均匀。
[0052]实施例3
[0053]一种制备底层喷播基材的方法的方法，包括:
[0054]( I)剔除壤土中的石块、树根等杂物；
[0055](2)将壤土进行过筛处理，筛子孔径为L 5cm ;
[0056](3)将过筛后的壤土按照发酵污泥30份，有机物(秸杆、花生、稻谷和刨花)10份，壤土 65份的体积份数(单位均为m3)在常温(25°C)下混合均匀，土壤保水剂(SAP)、粘合剂(PAM)和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物三者的混合物的体积计算，按土壤保水剂150g/m3、粘合剂100g/m3以及微生物菌剂45g/m3的重量，将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌，混合均匀。
[0057]实施例4
[0058]—种制备底层喷播基材的方法的方法，包括:
[0059]( I)剔除壤土中的石块、树根等杂物；
[0060](2)将壤土进行过筛处理，筛子孔径为L 5cm ;
[0061](3)将过筛后的壤土按照发酵污泥35份，有机物(秸杆、花生、锯木屑和刨花)10份，壤土 55份的体积份数(单位均为m3)在常温(20°C)下混合均匀，土壤保水剂(SAP)、粘合剂(PAM)和微生物菌剂的施用量以发酵污泥、壤土和有机物三者的混合物的体积计算，按土壤保水剂150g/m3、粘合剂100g/m3以及微生物菌剂45g/m3的重量，将土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂加入后再次搅拌,混合均匀。
[0062]实验例
[0063]试验设计:采用根箱实验的方法，分别进行基材种子发芽试验、养分条件及对植物生长影响的对比试验，筛选出最佳的配比方案。
[0064]混配实验设5个处理组方:
[0065]组方A(同实施例1)，发酵污泥10份，有机物10份，壤土 80份，土壤保水剂150g/m3,粘合剂100g/m3,微生物菌剂45g/m3 ；
[0066]组方B (同实施例2)，发酵污泥25份，有机物10份，壤土 65份，土壤保水剂150g/m3,粘合剂100g/m3,微生物菌剂45g/m3 ；
[0067]组方C(同实施例3)，发酵污泥30份，有机物10份，壤土 65份，土壤保水剂150g/m3,粘合剂100g/m3,微生物菌剂45g/m3 ；
[0068]组方D(同实施例4)，发酵污泥35份，有机物10份，壤土 55份，土壤保水剂150g/m3,粘合剂100g/m3,微生物菌剂45g/m3 ；
[0069]对照CK (不添加发酵污泥，即组分为有机质10份，壤土 90份，土壤保水剂150g/m3,粘合齐Li 100g/m3,微生物菌剂 45g/m3))。
[0070]根箱尺寸为50X50X50 (长X宽X高)，将混合均匀的基材置于根箱中，表层覆盖壤土 3cm，每处理设3次重复，随机排列，试验时间为2011年4月~2012年5月，分别在上述处理的根箱播种优良牧草紫花苜蓿种子，每个根箱播种量为2g/m2。在生长季，每月中旬灌水一次。
[0071](I)不同处理组方对苜蓿种子发芽的影响
[0072]如表1所示，不同的处理组方对种子发芽呈现出不同的效果，发酵污泥添加量不超过25%(包括25%)时，苜蓿种子发芽率和发芽指数均高于对照CK，说明适当浓度的发酵污泥还对其发芽率存在促进作用。因此，发酵污泥添加量不超过25%时，混配基材的毒性小，最适合于植物的种子萌发；发酵污泥对种子发芽有一定的毒性作用，不是越多越好，但按照本申请的实施，对基材土体的结构是有利的。
[0073]表1:不同处理组方对苜蓿种子发芽的影响
[0074]
【权利要求】
1.一种含有发酵污泥的底层喷播基材，包括以下成分:发酵污泥，有机物，壤土，土壤保水剂和粘合剂。
2.根据权利要求1所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，发酵污泥，有机物和壤土的体积份数为:0 <发酵污泥< 25份，有机物10份，65份<壤土< 90份。
3.根据权利要求2所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，发酵污泥和壤土的体积份数分别为10~35份和55~80份。
4.根据权利要求2所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，发酵污泥和壤土的体积份数分别为10~25份和65~80份；发酵污泥和壤土的体积分数分别优选25份和65份。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，该底层喷播基材还包括微生物菌剂。
6.根据权利要求5所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的施用量以所述发酵污泥、壤土和有机物的混合物的体积计算，每单位体积的所述混合物中，土壤保水剂，粘合剂和微生物菌剂的重量份数为:土壤保水剂150份，粘合剂100份和微生物菌剂45份。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，所述的有机物选自农作物秸杆、农作物果壳和木材加工的废弃物中的一种或几种。
8.根据权利要求1~7任意一项所述的含有发酵污泥的底层喷播基材，其特征在于，所述土壤保水剂主要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰胺共聚体；所述粘合剂由高分子聚丙烯酰胺聚合而成。
9.权利要求5~8任意一项所述的含有发酵污泥的底层喷播基材的制备方法，包括:将权利要求1~8任意一项所述的发酵污泥、有机物和壤土混合均匀，并加入权利要求5~8任意一项所述的土壤保水剂、粘合剂和微生物菌剂后再次混合均匀。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，发酵污泥、有机物和壤土在20~.25 °C的条件下混合。
【文档编号】C05G3/00GK103739344SQ201310598280
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】王琼, 吴亮亮, 周连碧, 张华
申请人:北京矿冶研究总院