CN102206110B - 一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥及其制备方法 - Google Patents
一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥。按照称取普通过磷酸钙，加入到水中溶解制得A液；称取硫酸镁，加入到水中溶解制得B液；称取硼酸，加入水中溶解，制得C液；称取硫酸亚铁，加入水溶解，制得D液；准备一个容器加水，再将生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；称取硝酸钾，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水，边加边搅拌均匀就制得。本发明提高了矿山废弃地土壤的肥力，苗木成活率、加速苗木生长，增加生长量，节约成本，提高经济效益。
Description
技术领域
本发明属于复合肥领域，具体涉及一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥。
技术背景
矿产资源的开发和利用.既对经济的发展起了巨大的推动作用，同时对地球环境产生了重大影响。矿产资源的开发、利用不可避免地要占用和破坏大量的土地并产生环境污染，由此造成原有生态环境的严重破坏并引发一系列难以避免的环境问题。矿区生态环境的修复就成为矿区开发、生产中一项必不可少的任务，是关系到矿区的生态安全和采矿业能否可持续发展的关键。对于山西这个煤矿大省级来说，长期的矿产资源开发给其造成和遗留了极大的生态环境问题；只有对这些生态环境进行修复，才能为其营造适宜的生态环境。
据不完全统计，我国因采矿损毁土地累计4万Km2。而且正以每年330～470km的速度递增；因采空或超采地下水引起地面沉降、塌陷、滑坡、地裂缝及泥石流等地质灾害达千余处；全国每年工业固体废弃物排放量中85％以上来自矿山开采，现有固体废矿渣积存高达60-70亿t，其中仅煤矸石就有34亿t，形成煤矸石山1500余座，占地5000hm2。这些都严重破坏了土地生态***，造成土地资源的损失，加剧了人地矛盾。因矿山占地而损失的耕地占到全国总耕地损失的49％，由于矿区土地的破坏数量如此显著，并有可能因风蚀、雨蚀造成大气、水系的进一步污染，所以，土地生态环境的修复理所当然成为其最关键和最核心的问题。目前矿业复垦及其生态恢复与重建已成为世界各国共同关注的课题，正日益受到人们的普遍重视。
现在我国矿山土地复垦率仅为10％，且复垦方法多属于防止水土流失、恢复简单植被的工程复垦，其存在的主要问题从技术层面讲，是困扰我国矿山废弃地复垦的核心问题是土壤问题.研究、开发简单易行，投资少、成活率高的土壤改良和重构技术以及大量的优质的肥料来源是当前我国矿区复垦工作急需解决的问题之一。研究表明城市污泥中含有丰富的有机物和N、P、K等营养元素及植物所必须的各种微量元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等能够改良土壤结构，增加土壤肥力，促进作物的生长。污泥的土地利用既是一种积极的，有效而安全的污泥处理方式，更是提高矿山土壤肥力的一个取之不尽的肥料来源。
2005年我国共有污水集中处理厂792座，设计能力5725万立方米/日，其中二级以上污水处理厂694座，设计处理能力4791万立方米/日(占总处理能力的83.7％)。由此每年排放的干污泥量大约为140万吨，而且还以每年大于10％的速率增加。根据相关的调查分析，目前我国污泥处理处置主要方法中，污泥农用约占44.8％、陆地填埋约占31％、其它处置约10.5％、没有处置约13.7％。而没有得到任何处置的污泥给环境带来的污染危害是巨大的，这部分污泥处于一种无序的、混乱状态，大量污泥随意堆放、填埋，造成地表水和地下水污染；尤其是污泥中的病原菌、重金属和有毒有害有机物对人类健康和生存环境存在潜在的威胁。而污水处理厂污泥处理只进行了减量化处理，并未达到稳定化，无害化和资源化。为了防止产生二次污染，尽快寻找一种妥善的污泥处理方式变得十分迫切。把污泥用于矿山修复既能解决污泥的处置问题，又能解决矿山修复土地的贫瘠、板结、持水性差的问题。同时，污泥中还有病原菌、寄生虫及其重金属等有毒有害物质，且常伴有恶臭。如何合理利用和处置生活污泥，变废为宝已成为当今生活污泥处置的研究热点。由于污泥中的重金属含量高还含有病原菌寄生虫，用于食物链的作物的施用具有不安全性，而用于矿山的修复种植绿化的树种、植被既脱离了食物链又节约了污泥处理的各种费用，还能解决矿山修复中肥源问题。
发明的内容
本发明的目的是针对现有的问题，而提供一种利用城市生活污泥变废弃物为资源，既能提高矿山废弃地土壤的肥力，提高苗木的成活率、加速苗木的生长，增加生长量，又能节约处置污泥的成本，提高经济效益，而且能加速生态环境治理的一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥及其制备方法。
本发明一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥，由下述重量份数的原料制成：
生活污泥180～220克、普通过磷酸钙0.15～0.2克、硝酸钾0.1～0.2克、硫酸镁0.15～0.2克、硫酸亚铁0.4～0.6克、硼酸0.025～0.035克。
本发明一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥的制备方法，包括以下步聚：
1)称取普通过磷酸钙0.15～0.2克，加入到40毫升水中溶解制得A液；
2)称取硫酸镁0.15～0.2克，加入到40毫升水中溶解制得B液；
3)称取硼酸0.025～0.035克，加入40毫升水中溶解，制得C液；
4)称取硫酸亚铁0.4～0.6克，加入40毫升水溶解，制得D液；
5)准备一个1升的容器，加入600毫升的水，再将180～220克的生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；
6)称取硝酸钾0.1～0.2克，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水到1升，边加边搅拌均匀就制得液态复合肥。
本发明中，生活污泥是污水处理过程中产生的物质，它以好氧微生物为主体，同时包括混入的泥沙，纤维、动植物残体等固体颗粒及其吸附的有机物、金属、病菌、虫卵等物质的综合体。它既含有植物生长发育所需的N、P、K及维持植物正常生长发育的各种微污泥量元素(如Ca、Mg、Cu、Zn、Fe等)和能改变土壤结构的有机质，有机质的含量为40％～70％，其含量高于普通农家肥，因此能够改良土壤结构，增加肥力，促进作物的生长同时也含有病原微生物，寄生虫(卵)。
硝酸钾主要提供钾素，是植物营养N、P、K之一。K对碳水化合物合成、转移、以及氮素代谢等有密切关系。K增加时，蛋白质合成增加，维管束、纤维组织发达，对胚的分化有促进作用。
普通过磷酸钙简称普钙，是用硫酸分解磷矿直接制得的磷肥。主要有用组分是磷酸二氢钙的水合物Ca(H2PO4)2·H2O和少量游离的磷酸，还含有无水硫酸钙组分。过磷酸钙含有效P2O514％～20％(其中80％～95％溶于水)，属于水溶性速效磷肥。灰色或灰白色粉料(或颗粒)，可直接作磷肥。也可作制复合肥料的配料。给植物提供钙，植物绝大部分钙作为构成细胞壁果胶质的结构成分。可以增强细胞之间的粘结作用，把细胞联结起来，钙是细胞***所必需的成分，钙能稳定生物膜结构，目前，普遍认为，膜外Ca2+与质膜上的磷脂和蛋白质中酸性基因结合成复合物，增强质膜的疏水性，使膜孔缩小，水的渗透量随之减少，这样既防止细胞内糖分、氨基酸等养分外渗，同时也能抑制阳离子如H+、NH4+、Al3+、Mn2+、Fe2+等离子被动进入细胞内，增强对它们的抵抗作用。
其中含有的钙能结合在钙调蛋白(简称CAM)上形成复合物，该复合物能活化动植物中许多酶，对细胞的代谢调节起重要作用。
硫酸镁(以MgSO4·7H2O提供)Mg、S和Ca Mg都是叶绿素的组成成分，又是激酶的活化剂；S是含S蛋白质的组成成分。镁是叶绿素的必需部分，是多种酶的活化剂；Mg参与碳水化合物的合成，参与脂肪和类脂的合成，参与蛋白质和核酸的合成。植株中镁是较易移动的元素，缺镁时，植株矮小，生长缓慢，先在叶脉间失绿，而叶片仍保持绿色，以后失绿部分逐步由淡绿色转变为黄色或白色，还会出现大小不一的褐色、***斑点、条纹，症状在老叶，特别是老叶叶尖先出现。
硫酸亚铁俗称黑矾，分子式为FeSO4，一种铁的二价硫酸盐，又名硫酸亚铁，含铁、硫等微量元素。硫酸亚铁(以FeSO47H2O形式存在)为绿色单斜或斜方结晶。易溶于水，不溶于醇。无臭。比重1.898。温度升至90℃时失去6个结晶水，300℃时失去全部结晶水，变为白色无水物。在潮湿空气中会吸潮，并被空气氧化成黄褐色或铁锈色。在干燥空气中能风化，表面变为白色粉末，再被空气氧化呈黄褐色或铁锈色。所含的铁容易被植物吸收，对叶绿素合成和光合作用有影响。铁虽不是叶绿素的组成部分，但它对叶绿素的形成却是必不可少的。铁是细胞色素b和f以及铁氧还蛋白的组成分。铁直接参与了植物光合作用的过程。铁是许多酶的成分和活化剂。
硼酸中的硼并不是植物体的组成物质，但它对植物的生理过程有特殊作用。
①硼在植物体内碳水化合物的运输起着重要作用；②硼会影响酚类化合物和木质素的生物合成；③影响花粉萌发和花粉管的生长，对于植物繁殖器官的发育具有重要作用；④硼还能够影响细胞***、分化和成熟；⑤硼参与植物生长素类激素的代谢⑥硼对光合作用也有影响。
1、技术指表
1)能有效提高矿山废弃地土壤肥力，持水能力，从而提高植物的生长量。
2)能提高栽植苗木的成活率30％以上。
2、经济指表
(1)直接减少了污泥的处置的费用，具国内污水厂调查每吨污泥的填埋费用为40元/吨。推广利用1公顷土地，植40000株苗木，可节约费用800万元。
(2)种植苗木40000株，按苗木每株1元计算，提高苗木的成活率，可节约成本1万元以上。
(3)避免了污泥的二次污染，加速植被恢复和环境治理的进程，社会效益难以估量。
试验论证说明
对比实验：
将苜蓿草、欧李、紫穗槐三种1年生的裸根苗在春季分别栽入装有以下试验和对照土壤的花盆中，每种处理100盆，用来实验的苗木均为同一批苗木，长势相近，使用同样方式管理。
实验组：在苗木定植好后，用本发明的液体肥浇透，表层再盖10CM厚的一层土。
对照组：为土壤全部采用矿区废弃地的土壤移植时，用水浇透。
表1：栽植苜蓿草60天后平均生长量指表描述
由表1可见，苜蓿草试验组土壤中生长又粗又高，枝繁叶茂而在对照组长势较差。表明苜蓿草在本发明的改良的土壤情况下生长量明显优于对照。
表2：栽植欧李、紫穗槐、柳树150天后成活率(％)(以发新芽，长新叶视为成活)
由表2可看出，在试验组的土壤中栽植欧李、紫穗槐、柳树的成活率明显高于对照。
表3：栽植欧李150天后平均生长量指表
由上表3可知，施用此肥后的欧李的生长量，不论从分枝量，地径、叶片的长大小都有明显的的增加效果。
由于矿山废弃地的土壤贫瘠，矿粒砂粒度小，易板结，煤矸石保水保肥的能力差，土壤的温度容易受空气的温度的影响，且易形成高温，而造成烧根、烧苗的现象，排土场矿泥颗粒粗，不易风化和粉粹，保水保肥能力差，可供苗木利用的营养贫乏。由表1和表2可以看出这种土壤状况严重的影响了苗木的移栽成活率，和苗木的汇常生长，造成移栽活低，生长量小的结果。在试验组，土壤中添加了的本发明的液体肥后，其中的化学肥料能够及时地供给植物生长和发育的营养，以及污泥在腐熟过程中的同化；而其中的污泥成份不仅增加了植物所需的N、P、K及大量的有机质和微量元素，同时也增强了土壤含养水份的能力。山西郭湄兰等人的盆栽和田间试验表明：施用污泥后，土壤中N、P、K、TOC等营养成分及田间持水量、CEC、团粒结构、土壤空隙度都相应增加，土壤结构得以明显改善。污泥富含有机活性物质，施用于含有大量煤矸石土壤中，不仅是氮源，更重要的是有机质库和微生物库。而其中含有的大量的微生物加速了土壤熟化和营养成分的活化，提高了土壤的温度和缓冲能力，土壤结构也得到了改善，为苗木的生长发育提供了有利的根际环境和营养，由表2表3的数字可看出试验组有效地提高了苗木的成活率，苗木的生长旺盛，生长量各项指表大增。李宝贵在野外用城市污泥对退化森林生态***对土壤的熟化进行研究，结果表明，在林地施用污泥促进树木的生长发育，增加树高和地径。另有研究表明，施用污泥种植后，煤矸石风化物的有机C、碱解N、全N均有不同程度的提高，且随污泥用量的加大而增高。施用污泥种植后，各处理CEC较种植前提高了3％～36％，CEC的提高标志着矸石保肥性能的提高。以上的研究结果都要证实了污泥施用，不仅能够提高土壤的有机营养矿物营养，增加土壤的保水保肥能力，更重要的是能通过其含有的大量的微生物的作用，提原有的土壤的保肥保水能力，从根本上改善土壤结构，起到了增效的作用。在重金属污染方面，本试验施用污泥后，检测苗木体内重金属含量的没有发现明显的变化，具调查资料显示，太原市的生活污泥重金属的含量除个别污水厂的Cu、Cr含量高外，一般没有超过国家农用控制标准，而且其中可被植物利用的水溶态、可溶态的重金属含量不高，应用合理不会造成对土壤和植物的结累。相对于其它城市而言，减少了一个污泥应用的制约条件。从而扩大了污泥的使用范围。污泥应用于矿山，因人少地广，空气干燥，有机物少，大大减少了病菌滋生的机会和对人群的污染。能够有效避免污泥的二次污染。
本发明的液态复合肥能够在施入的过程中使化学肥料均匀的分布在根系的周围，而多数的有机质施入后不直接与根接触，从而避免了由于化肥和污泥腐熟过程中发热和山上干旱而造成的烧苗烧根的现象，提高了苗木的成活率；污泥的施用起到保水、保肥的作用，随污泥的逐步腐熟原土壤的也加快了熟化，营养成份得到了活化，增加了土壤的肥力，优化了土壤的结构，使苗木能够保持旺盛的长势；定植时施肥和浇水一步位，减少了施肥的用工；解决了施用污泥堆肥时，因堆肥结块不易被植物利用的难题。
其结论为：
试验表明，通过施用本液态肥粉煤灰的资源化利用达到矿山废弃地土壤改良，从而提高矿山植被修复过程中植物种植的成活率，降低了种植的成本；能够提高植物的生长量；减少了污泥的处理处置费用；能够避免污泥的二次污染，加速植被的恢复和环境治理的进程，从而产生巨大的社会经济效益。
具体实施方式
实施例1：
按照重量份数称取：生活污泥180克、普通过磷酸钙0.15克、硝酸钾0.1克、硫酸镁0.15克、硫酸亚铁0.4克、硼酸0.025克。
具体制备方法，包括以下步聚：
1)称取普通过磷酸钙0.15克，加入到40毫升水中溶解制得A液；
2)称取硫酸镁0.15克，加入到40毫升水中溶解制得B液；
3)称取硼酸0.025克，加入40毫升水中溶解，制得C液；
4)称取硫酸亚铁0.4克，加入40毫升水溶解，制得D液；
5)准备一个1升的容器，加入600毫升的水，再将180克的生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；
6)称取硝酸钾0.1克，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水到1升，边加边搅拌均匀制得液态复合肥。
实施例2：
按照重量份数称取：生活污泥220克、普通过磷酸钙0.2克、硝酸钾0.2克、硫酸镁0.2克、硫酸亚铁0.6克、硼酸0.035克。
具体制备方法，包括以下步聚：
1)称取普通过磷酸钙0.2克，加入到40毫升水中溶解制得A液；
2)称取硫酸镁0.2克，加入到40毫升水中溶解制得B液；
3)称取硼酸0.035克，加入40毫升水中溶解，制得C液；
4)称取硫酸亚铁0.6克，加入40毫升水溶解，制得D液；
5)准备一个1升的容器，加入600毫升的水，再将220克的生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；
6)称取硝酸钾0.2克，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水到1升，边加边搅拌均匀制得液态复合肥。
实施例3：
按照重量份数称取：生活污泥200克、普通过磷酸钙0.18克、硝酸钾0.15克、硫酸镁0.18克、硫酸亚铁0.5克、硼酸0.030克。
具体制备方法，包括以下步聚：
1)称取普通过磷酸钙0.18克，加入到40毫升水中溶解制得A液；
2)称取硫酸镁0.18克，加入到40毫升水中溶解制得B液；
3)称取硼酸0.030克，加入40毫升水中溶解，制得C液；
4)称取硫酸亚铁0.5克，加入40毫升水溶解，制得D液；
5)准备一个1升的容器，加入600毫升的水，再将200克的生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；
6)称取硝酸钾0.15克，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水到1升，边加边搅拌均匀制得液态复合肥。
Claims (1)
1.一种利用城市生活污泥修复矿山废弃地的液态复合肥的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
1)称取普通过磷酸钙0.15～0.2克，加入到40毫升水中溶解制得A液；
2)称取硫酸镁0.15～0.2克，加入到40毫升水中溶解制得B液；
3)称取硼酸0.025～0.035克，加入40毫升水中溶解，制得C液；
4)称取硫酸亚铁0.4～0.6克，加入40毫升水溶解，制得D液；
5)准备一个1升的容器，加入600毫升的水，再将180～220克的生活污泥，边倒边搅拌加入到容器中，形成泥水混合物，制得E液；
6)称取硝酸钾0.1～0.2克，直接加入E液中，再把制得的A、B、C、D液分别加入到E液中，加水到1升，边加边搅拌均匀制得液态复合肥。
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