CN102757792B - 一种生活污泥制成的复合生态固沙剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种生活污泥制成的复合生态固沙剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于固沙技术领域，公开一种生活污泥制成的复合生态固沙剂及其制备方法与应用。制备方法包括以下步骤：将有机高分子与钠盐混合均匀，加入粉碎预处理后的生活污泥，干燥，得到混合物；使用固沙剂前，将混合物与耐干旱藻类混合均匀，即得生活污泥制成的复合生态固沙剂。所述有机高分子为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯或淀粉；钠盐为硅酸钠、铝酸钠或羧甲基纤维素钠。将所得固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面至其厚度为0.5~5厘米，然后保持固沙剂湿润，施水20~30天即可。本发明将生活污泥资源化处理，所得固沙剂集化学固沙功能和生物固沙功能于一体，能实现快速固沙，随后进行藻类结皮，使沙层具有较强的抗风蚀和水蚀能力，达到良好的固沙效果。

Description

一种生活污泥制成的复合生态固沙剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于固沙技术领域，涉及一种固沙剂，特别涉及一种生活污泥制成的复合生态固沙剂及其制备方法与应用。
背景技术
固定流沙的方法有三种，即机械固沙、化学固沙和植物固沙。机械固沙如设置沙障、草方格等，特点见效快，但投入较大，不适合大范围使用；化学固沙，在沙面形成一种不透性的薄膜，进而起到沙面固定的作用，特点是见效快，便于机械化作业，但投入大；植物固沙：主要是在沙漠的边缘或腹地种植防护林或者在沙面上进行植物结皮，降低沙漠的风速，防止沙漠起沙，进而达到固沙的目的，植物防风固沙具有成本低、效果好。
国内外防沙治沙研究结果表明，在各项防治技术措施中，以植物治沙应用最为普遍。利用植物治理流沙，最重要的问题是如何使植物在流沙上成活和保存。众所周知，许多植物必须是在沙障的保护下，才能在流动沙丘上生长。但对于自然条件恶劣，遭受流沙侵害严重而需要局部迅速固沙的地方，植物固沙在短时期内难以起到作用，甚至被风沙吹蚀殆尽。
污泥既是污染物又是一种资源，而大量的污泥是我国急需解决的环境问题，现有的污水处理厂的污泥通常是进行填埋、焚烧处理，这几种处理方法不仅占用土地，投入大，也会污染环境，将污泥的处置与资源化利用相结合是污泥处理的最佳出路。污水处理厂尤其是生活污水厂的污泥含有丰富的有机质、氮、磷、钾，是良好的有机质肥源，非常适合作为植物的肥料，如果将污泥与固沙剂结合在一起，不仅可以减少因污泥造成的环境污染，减少环境压力，还可以制造出具有高附加值的固沙剂产品，并且对植物生长具有很大的促进作用，可强化固沙效果。
发明内容
为解决现有技术存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种生活污泥制成的复合生态固沙剂。
本发明的另一目的是提供上述固沙剂的制备方法。
本发明的目的还在于提供上述固沙剂的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种生活污泥制成的复合生态固沙剂，是由有机高分子、钠盐、生活污泥与耐干旱藻类混合后制备得到，其中，所述有机高分子为聚丙烯酸、聚丙烯酸酯和淀粉中的一种以上，其中聚丙烯酸与聚丙烯酸酯的分子量等参数不影响所制备的固沙剂性能，一般商用产品都适用于本发明，聚丙烯酸的分子量优选2000~5000，聚丙烯酸酯的分子量优选10000~50000；所述钠盐为硅酸钠、铝酸钠和羧甲基纤维素钠中的一种以上。
所述有机高分子与钠盐的质量比为1：10～1：1；所述有机高分子与钠盐的质量之和与生活污泥的质量比为1:100~1:500；所述有机高分子与钠盐及生活污泥的质量之和与耐干旱藻类的质量比为100:1~10000:1。
为了更好地实现本发明，所述生活污泥的含水率为50%~60%，该污泥来自城市生活污水厂的活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物的聚集体，在本技术领域中是组成相对固定的物质。
所述耐干旱藻类为蓝藻或绿藻；所述蓝藻选用地木耳、席藻和鱼腥藻中的一种以上，所述绿藻选用小球藻。
上述生活污泥制成的复合生态固沙剂的制备方法，具体包括以下步骤：将有机高分子与钠盐混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将生活污泥粉碎，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥混和均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与耐干旱藻类混合均匀，即得生活污泥制成的复合生态固沙剂。
所述有机高分子与钠盐的质量比为1：10～1：1；所述固体化学药剂与生活污泥的质量比为1:100~1:500；所述混合物与耐干旱藻类的质量比为100:1~10000:1。
所述将生活污泥粉碎是粉碎至颗粒直径为0.1~2毫米；所述干燥的条件是在在95~110℃干燥8~24h。
上述固沙剂可应用于固沙，应用方法是将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，至厚度为0.5~5厘米；然后保持固沙剂湿润，施水量均为1~5L/m2，前10~15天每天一次，后10~15天隔天施水一次即可，20~30天后停止浇水即可。
本发明的原理是：本发明通过节能环保，安全可靠地将污泥资源化处理，制成的固沙剂集化学固沙功能和生物固沙功能于一体，将植物固沙和化学固沙两者的优点相结合，能短时间内达到固沙，随后进行藻类结皮，使沙层表面在物理、化学及生物学特征上均明显不同于松散的沙土，具有较强的抗风蚀和水蚀能力，同时，藻类结皮可以增加土壤的氮和碳含量，促进矿物质的矿化过程，利于物质的循环和流动，为干旱荒漠地区植被演替提供重要基础，加速土壤的演替过程，达到良好的固沙效果。
相对现有技术，本发明具有如下的优点及有益效果：
（1）本发明为水质净化厂和污水处理厂的污泥提供一条出路，使污泥得到资源化利用，大大减少环境污染，本发明制备固沙剂的主要原料为生活污泥，其生产将消耗大量污泥，使污泥变废为宝，减少对环境的污染。
（2）本发明的固沙剂具有吸水保水性能好，作用持久的特点。固沙剂中采用的有机高分子和硅酸盐类物质具有较强的吸水保水性能；使用这种固沙剂能在短时间内进行固沙，经过一段时间后，固沙剂表面进行生物结皮，使得固沙效果更持久、有效，为干旱荒漠地区植被演替提供重要基础。
（3）使用本发明的固沙剂可以促进沙面的生物结皮，并显著提高藻类的存活率，其中生活污泥含有丰富的有机质、氮、磷、钾等元素，为藻类提供充足的养分，为其存活或生长提供有利条件。
（4）本发明具有成本低，生态环保等特点。本发明制备方法中采用的主要原材料为生活污泥，生活污泥作为污水厂的垃圾，成本较低，因此固沙剂的成本低；所制备固沙剂的原料生活污泥可在藻类结皮过程中被吸收降解，不污染环境，具有生态环保的特点。
附图说明
图1为施用本发明的固沙剂前后的沙层断面变化图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
将质量比为1:10的聚丙烯酸（生产厂家为广州市传淇化工有限公司，分子量为2000-5000）与硅酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为50%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂的活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为0.1~0.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:100的质量比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与地木耳藻种混合均匀，混合物与地木耳藻种的质量比为100:1，然后于95℃干燥8小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成0.5-1厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为1L/m2，前15天每天一次，后15天隔天施水一次，30天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为2mm，此时停止施水，施用固沙剂前后的沙层断面变化图见图1，可见使用固沙剂后，沙层表面在物理、化学及生物学特征上均明显不同于松散的沙土。经过3个月的自然生长后，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为10mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例2
将质量比为1:5的聚丙烯酸（生产厂家为广州市传淇化工有限公司，分子量为2000-5000）与铝酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为55%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1-1.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:200的比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与席藻藻种混合均匀，混合物与席藻藻种的质量比为5000:1，然后于105℃干燥12小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成2-3厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为3L/m2，前10天每天一次，后10天隔天施水一次，20天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为0.8mm，此时停止施水，经过4个月的自然生长后，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为12mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例3
将质量比为1:1的聚丙烯酸（生产厂家为广州市传淇化工有限公司，分子量为2000-5000）与羧甲基纤维素钠混合搅拌均匀，将得到固体化学药剂；将含水率为60%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1.5-2毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:500的比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与小球藻藻种混合均匀，混合物与小球藻藻种的质量比为10000:1，然后于110℃干燥24小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成4-5厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为5L/m2，前15天每天一次，后15天隔天施水一次，30天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为1.5mm，此时停止施水，经过4个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为15mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例4
将质量比为1:10的聚丙烯酸酯（生产厂家为北京奥格润科技有限公司，分子量为10000-50000）与硅酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为50%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为0.1-0.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:100的比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与鱼腥藻藻种混合均匀，混合物与鱼腥藻藻种的质量比为100:1，然后于95℃干燥8小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成0.5-1厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为1L/m2，前10天每天一次，后10天隔天施水一次，20天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为0.8mm，此时停止施水，经过5个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为10mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例5
将质量比为1:5的聚丙烯酸酯（生产厂家为北京奥格润科技有限公司，分子量为10000-50000）与铝酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为55%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1-1.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:250的质量比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与地木耳藻种混合均匀，混合物与地木耳藻种的质量比为6000:1，然后于105℃干燥12小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成2-3厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为3L/m2，前12天每天一次，后12天隔天施水一次，24天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为1mm，此时停止施水，经过3个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为12mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例6
将质量比为1:1的聚丙烯酸酯（生产厂家为北京奥格润科技有限公司，分子量为10000-50000）与羧甲基纤维素钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为60%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1.5-2毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:500的比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与席藻藻种混合均匀，混合物与席藻藻种的质量比为10000:1，然后于110℃干燥24小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成4-5厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为5L/m2，前15天每天一次，后15天隔天施水一次，30天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为1.5mm，此时停止施水，经过4个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为15mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例7
将质量比为1:10的淀粉（生产厂家为佛山市顺德区高峰淀粉化学有限公司）与硅酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为50%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为0.1~0.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:100的质量比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与小球藻藻种混合均匀，混合物与小球藻藻种的质量比为100:1，然后于95℃干燥8小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成0.5-1厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为1L/m2，前10天每天一次，后10天隔天施水一次，20天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为0.8mm，此时停止施水，经过6个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为10mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例8
将质量比为1:5的淀粉（生产厂家为佛山市顺德区高峰淀粉化学有限公司）与铝酸钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为55%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物及其所吸附的有机物，以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1~1.5毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:250的质量比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与鱼腥藻藻种混合均匀，混合物与鱼腥藻藻种的质量比为5000:1，然后于105℃干燥12小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成2-3厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为3L/m2，前12天每天一次，后12天隔天施水一次，24天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为1mm，此时停止施水，再经过3个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为12mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
实施例9
将质量比为1:1的淀粉（生产厂家为佛山市顺德区高峰淀粉化学有限公司）与羧甲基纤维素钠混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将含水率为60%的生活污泥（该污泥来源于城市生活污水厂活性污泥法产生的生化剩余污泥，主要成分为污水中的微生物、及其所吸附的有机物以及微生物代谢活动产物所形成的聚集体）进行机械粉碎，使其颗粒直径为1.5~2毫米，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥按照1:500的质量比例混合均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与与地木耳藻种混合均匀，混合物与地木耳藻种的质量比为10000:1，然后于110℃干燥24小时，得到生活污泥制成的复合生态固沙剂。
将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，形成4-5厘米厚层，铺洒固沙剂后，保持固沙剂湿润，每天施水量为5L/m2，前15天每天一次，后15天隔天施水一次，30天后固沙剂表面已经有藻类结皮层，厚度大约为2mm，此时停止施水，再经过6个月的自然生长，沙层表面具有较强的防风固沙能力，土壤平均硬度指数为15mm，有利于植物生长发育；在9级风力的作用下，风吹1.5小时，仍然能保持表面基本完好，无风蚀现象。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生活污泥制成的复合生态固沙剂，其特征在于：所述复合生态固沙剂由有机高分子、钠盐、生活污泥与耐干旱藻类混合制备得到；所述有机高分子为聚丙烯酸酯；所述钠盐为铝酸钠和羧甲基纤维素钠中的一种以上；所述耐干旱藻类为蓝藻或绿藻；所述蓝藻为地木耳、席藻和鱼腥藻中的一种以上；所述绿藻为小球藻；
所述有机高分子与钠盐的质量比为1：1～1：10；所述有机高分子与钠盐的质量之和与生活污泥的质量比为1:100～1:500；所述有机高分子与钠盐及生活污泥的质量之和与耐干旱藻类的质量比为100:1～10000:1。
2.根据权利要求1所述的生活污泥制成的复合生态固沙剂，其特征在于：所述聚丙烯酸酯的分子量为10000～50000。
3.根据权利要求1所述的生活污泥制成的复合生态固沙剂，其特征在于：所述生活污泥的含水率为50％～60％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的生活污泥制成的复合生态固沙剂的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：将有机高分子与钠盐混合搅拌均匀，得到固体化学药剂；将生活污泥粉碎，得到预处理后的生活污泥；将固体化学试剂与预处理后的生活污泥混和均匀，干燥，得到混合物，保存；使用固沙剂前，将混合物与耐干旱藻类混合均匀，即得生活污泥制成的复合生态固沙剂。
5.根据权利要求4所述的生活污泥制成的复合生态固沙剂的制备方法，其特征在于：所述将生活污泥粉碎是粉碎至颗粒直径为0.1～2毫米；所述干燥的条件是在95～110℃干燥8～24h。
6.根据权利要求1所述的生活污泥制成的复合生态固沙剂在固沙中的应用，其特征在于：所述应用是将固沙剂均匀铺洒于沙漠沙面，至固沙剂厚度为0.5～5厘米，然后保持固沙剂湿润，施水量均为1～5L/m2，前10～15天每天一次，后10～15天隔天施水一次即可，20～30天后停止浇水即可。
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