CN106831189A - 城市生活污泥园林绿化专用营养基质及其处理方法 - Google Patents

城市生活污泥园林绿化专用营养基质及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质及其处理方法，其包括主料和辅料,主料为污泥，辅料为菇渣、麦壳、草炭、蛭石‑珍珠岩、沙子。上述基质中按体积分数包括：污泥50%~58%，菇渣23%~50%，草炭0~21%，蛭石‑珍珠岩0%~5%。本发明提供的一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质及其处理方法，是一种减容、减量、稳定以及无害化处理后城市生活污泥的处置方式，其成本低廉、效果优异、园林绿化苗木移栽存活率高、具有广阔的市场前景。

Description

城市生活污泥园林绿化专用营养基质及其处理方法
技术领域
本发明涉及城市生活污泥处理技术领域，具体涉及一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质。
背景技术
城镇污水处理厂产生的污泥是一种组分复杂的混合物：含水率高（75%-99%），有机物含量高，易腐烂，有强烈的臭味，其固体成分主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体及絮凝所用药剂等组成。污泥中含有具有潜在利用价值的有机质、氮（N)、磷（P)、钾（K)和各种微量元素，但同时含有寄生虫卵、病原微生物和铜、锌、铬、汞等重金属以及盐类、多氯联苯、二噁英、放射性核素等难降解的有毒有害物质，如不加以妥善处理，任意排放，将会造成二次污染。
随着我国城镇污水处理率的不断提高，城镇污水处理厂污泥产量也急剧增加。随着城镇化水平和污水处理量的增加，预计污泥量将很快突破3000万t。据不完全统计，目前全国城镇污水处理厂污泥只有小部分进行卫生填埋、土地利用、焚烧和建材利用等，而大部分未进行规范化的处理处置，使污水处理设施的环境效益大大降低。随着经济的发展，人口的膨胀，可填埋的场地日益减少；焚烧成本居高不下，大气污染严重；建材利用还存在技术不够成熟或者消纳量太小等缺点；我国作为一个人口众多发展中国家，又是一个农林业大国，污水厂污泥的土地利用（不包括农用）将是一个主要的发展方向。
由于污泥农用会与人类的食物链***，通常提到污泥土地利用便是污泥农用和重金属污染，所以在一定程度上限制了污泥其它方式的土地利用，我们应将污泥农用和其它形式的土地利用区别对待，对于污泥土地利用（不包括农用）国家更多地是鼓励使用，积极推广林业、绿化、土壤改良等方式的污泥土地利用。一方面污泥中的营养成分和微量元素可促进树木生长；另一方面由于污泥林地绿化施用不会进入食物链，不会对人类健康造成危害。尤其是污泥施用于森林，林场等非人口密集地区，可以较为安全，而且林地、荒山等面积都较大，相对环境容量也较大，可吸纳大量的污泥，林木本身也可利用污泥中氮、磷等加速生长。这些方式的土地利用相对污泥农用来说，对人类的直接风险性较小，可以消纳大量的城市生活污泥。
因此，需要重点关注经减容、减量、稳定以及无害化处理后的污泥的最终消纳方法，涉及的污泥土地利用是指经处理后的污泥或污泥产品应用于园林、绿地、土壤修复及改良等，不包括污泥农用。污泥土地利用投资少、能耗低、运行费用低，其中有机物可转化为土壤改良剂的有效成分，符合可持续发展战略，因此被认为是有发展潜力的一种污泥处置方式。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质，作为一种减容、减量、稳定以及无害化处理后城市生活污泥的处置方式。
本发明首先提供一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其包括主料和辅料,主料为污泥，辅料为菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子。
本发明的基质进一步设置为，上述基质中按体积分数包括：污泥50%~58%，菇渣23%~50%，草炭0~21%，蛭石-珍珠岩0%~5%、沙子5%~20%。
本发明的基质进一步设置为，上述污泥为污水处理厂的脱水污泥，其含水率为15-25%。
本发明的基质进一步设置为，上述污泥为含水率为57%，菇渣28%，草炭10%，蛭石-珍珠岩2.5%、沙子6.7%。
本发明的基质进一步设置为，上述基质的PH值为6.87~7.44。
本发明的基质进一步设置为，上述基质的总孔隙度≥60%。
本发明的基质进一步设置为，上述基质中持水孔隙度≥50%。
本发明的基质进一步设置为，上述基质的通气孔隙度≥10%。
本发明的第二目的在于提供一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质的处理方法，具体步骤如下：
（1）材料准备，准备菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子；
（2）污泥脱水；对污泥进行脱水处理，保证含水率在15-25%；
（3）混料；污泥和菇渣、麦壳、草炭机械粉碎搅拌混料;
（4）发酵；
（5）加入养殖废料，包括养殖残渣、蛆粪；
（6）加入蛭石-珍珠岩、沙子；
（7）二次发酵；
（8）加入蚯蚓卵、梯度释放型复合活菌胶囊、缓释肥料胶囊；
（9）装包。
本发明的处理方法进一步设置为，所述步骤（7）中具体包括以下步骤：
第一步，添加为胶囊化农药组合物，搅拌均匀，同时实施密闭无氧发酵2-5天；
第二步，搅拌并敞开5-15天；
第三步，加入补充菌剂、和补充营养物质，搅拌均匀，实施二次加温有氧发酵；
第四步，搅拌并敞开2-6天；
第五步，通过发芽测试检测农药残留，达标则进入步骤八，不达标则重复第三步至第五步；所述农药组合物为二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵，所述二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵的重量比为50∶20：15∶30。
本发明的处理方法进一步设置为，所述步骤（8）中具体包括如下：
第一步，制备蚯蚓卵胶囊；先准备蚯蚓卵，之后将蚯蚓卵胶囊化，将多个蚯蚓卵利用淀粉外膜包裹在内并制得蚯蚓卵胶囊，然后在低温环境下活性批量保存；
第二步，制备梯度释放型复合活菌胶囊；所述活菌胶囊包括内设有微生物菌剂的微型胶囊，多个所述微型胶囊灌装在第一胶囊壳中构成第一胶囊，多个所述第一胶囊和多个微型胶囊灌装在第二胶囊壳中构成第二胶囊；所述微生物菌剂是由固氮菌、枯草芽孢杆菌、苏云金杆菌、乳杆菌和JT微生物菌种组成的复合菌种。
第三步，制备缓释肥料胶囊；
根据植物的发芽期、出根期、幼苗期、成苗期、生长期不同的肥料和配比需求，设置不同肥料配比得复合肥料并制成缓释肥料胶囊，所述缓释肥料胶囊由外至内依次包括发芽期胶囊壳、发芽期复合肥料、出根期胶囊壳、出根期复合肥料、幼苗期胶囊壳、幼苗期复合肥料、成苗期胶囊壳、生苗期复合肥料、生长期胶囊壳、生长期复合肥料；
第四步，将第七步制得的污泥粉碎，并将第一步至第三步中制备的胶囊，按比例混入粉碎后的污泥中；
第五步，所述沙子为烧结玻璃化炭泥颗粒，将重金属污染严重的污泥经过高温烧结制得半固态玻璃化炭泥颗粒，形成固化重金属的半固态玻璃化颗粒，再将炭泥颗粒与第四步中制得的混合污泥混合并搅拌均匀。
本发明具有下述有益效果：
1.本发明提供的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其营养效果好，能够广泛应用于园林绿化。
2.为城市生活污泥的减容、减量、稳定以及无害化处理提供了一种新的处理方法和配方，具有广阔的市场前景。
3.本发明的各种原料均是可以容易得到的废弃物和普通物质，成本低廉，整体运行成本较低。
4.综合利用养殖废弃物、菇类养殖废弃物、提高了整体资源回收利用水平，降低了成本，减少了二次污染。
5.通过二次发酵并在发酵后的营养基质中培育蚯蚓，大大增加了作为园林绿化用时候的苗木移栽适应性更好，苗木存活率更高。
说明书附图
图1 不同配方基质的种子发芽指数。
图2麦壳含量与种子发芽指数的相关性分析。
图3为本发明的蚯蚓卵胶囊的结构示意图。
图4为本发明的复合活菌胶囊构示意图。
图5为本发明的缓释肥料胶囊结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其包括主料和辅料,主料为污泥，辅料为菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子。
基质中按体积分数包括：污泥50%~58%，菇渣23%~50%，草炭0~21%，蛭石-珍珠岩0%~5%、沙子5%~20%。
污泥为污水处理厂的脱水污泥，其含水率为15-25%。
污泥为含水率为57%，菇渣28%，草炭10%，蛭石-珍珠岩2.5%、沙子6.7%。
基质的PH值为6.87~7.44。
基质的总孔隙度≥60%。
基质中持水孔隙度≥50%。
基质的通气孔隙度≥10%。
实施例2
一种城市生活污泥园林绿化专用营养基质的处理方法，具体步骤如下：
（1）材料准备，准备菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子；
（2）污泥脱水；对污泥进行脱水处理，保证含水率在15-25%；
（3）混料；污泥和菇渣、麦壳、草炭机械粉碎搅拌混料。
（4）发酵；
（5）加入养殖废料，包括养殖残渣、蛆粪；
（6）加入蛭石-珍珠岩、沙子；
（7）二次发酵；
（8）加入蚯蚓卵、梯度释放型复合活菌胶囊、缓释肥料胶囊；
（9）装包。
所述步骤（7）中具体包括以下步骤：
第一步，添加为胶囊化农药组合物，搅拌均匀，同时实施密闭无氧发酵2-5天；
第二步，搅拌并敞开5-15天；
第三步，加入补充菌剂、和补充营养物质，搅拌均匀，实施二次加温有氧发酵；
第四步，搅拌并敞开2-6天；
第五步，通过发芽测试检测农药残留，达标则进入步骤八，不达标则重复第三步至第五步；所述农药组合物为二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵，所述二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵的重量比为50∶20：15∶30。
所述步骤（8）中具体包括如下：
第一步，制备蚯蚓卵胶囊；先准备蚯蚓卵，之后将蚯蚓卵胶囊化，将多个蚯蚓卵2利用淀粉外膜1包裹在内并制得蚯蚓卵胶囊，然后在低温环境下活性批量保存；
第二步，制备梯度释放型复合活菌胶囊；所述活菌胶囊包括内设有微生物菌剂的微型胶囊3，包括微生物菌剂32和可降解膜31，多个所述微型胶囊3灌装在第一胶囊壳4中构成第一胶囊，多个所述第一胶囊和多个微型胶囊3灌装在第二胶囊壳5中构成第二胶囊；所述微生物菌剂是由固氮菌、枯草芽孢杆菌、苏云金杆菌、乳杆菌和JT微生物菌种组成的复合菌种。
第三步，制备缓释肥料胶囊；
根据植物的发芽期、出根期、幼苗期、成苗期、生长期不同的肥料和配比需求，设置不同肥料配比得复合肥料并制成缓释肥料胶囊，所述缓释肥料胶囊由外至内依次包括发芽期胶囊壳61、发芽期复合肥料62、出根期胶囊壳63、出根期复合肥料64、幼苗期胶囊壳65、幼苗期复合肥料66、成苗期胶囊壳67、生苗期复合肥料68、生长期胶囊壳69、生长期复合肥料70；
第四步，将第七步制得的污泥粉碎，并将第一步至第三步中制备的三种胶囊，按比例混入粉碎后的污泥中；
第五步，所述沙子为烧结玻璃化炭泥颗粒，将重金属污染严重的污泥经过高温烧结制得半固态玻璃化炭泥颗粒，形成固化重金属的半固态玻璃化颗粒，再将炭泥颗粒与第四步中制得的混合污泥混合并搅拌均匀。
实施例4
结合实施例1-3 本发明即可以采用经过基质直接使用的方式，也可以采用基质经过发酵处理后在进行苗木移栽。在本实施例中，对基质的性能参数的检测和实验使用基质直接使用的方式。
研究材料与方法
4.1 试验材料
供试试验主要材料脱水污泥由杭州国泰环保科技股份有限公司提供。根据双方沟通，基质配方研发的需求，按照“废弃物资源化利用”的原则，首选低成本的农业生产废弃物，结合污泥物理性状，综合考虑第一阶段试验选取有机质含量较高的菇渣，麦壳，草炭用于调节污泥配方基质的有机质含量，选取用于蛭石+珍珠岩，砂子调节污泥配方基质的物理结构和性质，开展机械复混配方设计试验。菇渣，麦壳采用农科院园艺所食用菌课题组，草炭为市售东北草炭，蛭石+珍珠岩，砂子均为市售常规材料，试验采用的原材料的基本理化性质见表4-1。
表4-1 供试试验材料的基本性质
4.2 试验设计
基质配方研发试验设计，采用混料设计中的极端顶点设计。考虑的基质生产和实际应用的需求，将基质配方的添加辅材种类控制的三种以下，将同类辅材分别添加，试验共设计基质配方30个，配方中的各标号X1，X2，X3-1，X3-2，X4-1和X4-2分别代表污泥、菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩（体积比1：1）和沙子的体积分数。具体试验设计方案如表4-2所示。
表4-2 污泥混合基质配方试验设计表
注：X1，X2，X3-1，X3-2，X4-1和X4-2分别代表污泥、菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩（体积比1：1）和沙子的体积分数。
测试参数和方法
4.3.1物理性状指标：容重、孔隙度、含水率；
污泥及污泥配方基质的容重和孔隙度指标测试，采用蔬菜育苗基质（NY/T 2118-2012）标准中的环刀重量法，含水率测定采用 城市污水处理厂污泥检验方法（CJ/T 221-2005）标准中的重量法，具体见下表。试验测试中每个测定样品设置五个重复。
化学性状指标：有机质、pH、总N、速效NPK、EC；
污泥及污泥配方基质的pH、速效NPK采用 城市污水处理厂污泥检验方法（CJ/T 221-2005）标准中的相关方法，EC值得测定采用蔬菜育苗基质（NY/T 2118-2012）标准中的电导法，有机质和总氮采用元素分析仪测定，具体见下表。试验测试中每个测定样品设置三个重复。每组试验设置3个标准品和3个空白样。
生物参数：种子发芽指数
污泥及污泥配方基质的种子发芽指数测定采用城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质（GB/T 23486-2009） 标准中的种子发芽指数测试方法测定，每个样品设置五个重复，同时用去离子水做空白对照，设置五个重复。
安全指标：重金属含量.
污泥及污泥配方基质中的重金属的测定采用 城市污水处理厂污泥检验方法（CJ/T 221-2005）标准中的相关方法，具体见下表，验测试中每个测定样品设置三个重复。每组试 验设置3个标准品和3个空白样
项目 监测分析方法 采用标准
总镉 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总铅 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总铬 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总镍 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总锌 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总铜 微波高压消解后电感耦合等离子体发射光谱法 CJ/T 221-2005
总砷 常压消解后原子荧光法 CJ/T 221-2005
总汞 常压消解后原子荧光法 CJ/T 221-2005
五研究结果分析与基质配方综合评价
基质是植物生长的载体，具有支持锚定作物、养分供应、保水、保肥等作用，而基质的这些作用都与基质的理化性质密切相关。适宜的植物生长，要求基质应具有四个方面的特征：（1）保证气体交换；（2）为植物提供支撑；（3）供给水分；（4）供给养分。这些特征由基质本身的物理、化学性质决定。针对这四方面的特征需要，试验确定了基质的容重、孔隙度、含水量、pH值、EC值、有机质、NPK、重金属指标以及种子发芽指数等10余项指标的测定。对基质中常用于评判基质生长条件的理化性质的测试结果进行了汇总和分析，并对污泥基质配方进行了综合评价，初步确定了最佳的污泥基质配方。
物理性状分析
5.1.1 容重
容重是基质的基本物理性质，反映了基质的疏松、紧实程度，直接影响着基质的蓄水和通气性，并间接影响基质的肥力和后续植物的生长状况。容重太大，则基质过于紧实，通气透水性差，不利于植物生长；容重过小，则基质疏松，通气性好，有利于根系伸展，但不易于固定根系，植株易发生倒伏。一般基质容重在0.1~0.8g cm-3范围内较佳。本试验中，不同处理之间容重的差异显著（P<0.01）。其中，配方2容重最小，为0.37 g m-3，对应配方为：污泥50%，麦壳50%，在较佳的容重范围内；配方5容重最大为1.19 g m-3，不利于植物生长，其对应的配方为：污泥50%，沙子50%。Pearson相关性分析结果显示，基质容重与麦壳含量呈显著负相关（R=-0.689，P=0.019），与沙子的含量呈显著正相关（R=0.848，P=0.001），而与污泥、菇渣、草炭和蛭石-珍珠岩的含量均未呈现显著的相关性（P>0.05），这可能与各基质配方的有机质含量有一定关系，一般而言有机质含量越高，其容重则越低，这也与试验测得的基质配方的有机质结果相吻合。综上结果表明基质中麦壳和沙子的配方比例是影响基质容重的重要因子，为制得具有较佳容重的基质，应适当增加麦壳的含量，而减少沙子的比例。
孔隙度
基质孔隙度主要涉及总孔隙度、持水孔隙和通气孔隙等。总孔隙度反映了基质的孔隙状况，总孔隙度越大，基质容纳的空气和水越多，有利于根系生长，但是根锚定植物的效果越差。持水孔隙度指饱和土壤排除重力水后保持在土壤中的水分所占的空隙，其保持的水分也称田间持水量，是土壤保水能力或供水能力的度量。通气空隙指饱和土壤重力排水停止后的土壤空隙，是土壤排水的通道，也为植物根系延伸提供有利条件。
总孔隙度
总孔隙度为通气孔隙度与持水孔隙度之和。一般而言，土壤容重较低，其总孔隙度则往往较大。由表5-1可知，配方2的总孔隙度最大为70%左右，而配方5的总孔隙度最小仅为43%，这也与容重的测定结果吻合。大部分污泥配方基质的总孔隙度均在60%以上，在本次配方配置试验中应作为优先选择落在这部分区间的配方。
持水孔隙度
由表5-1可知，持水孔隙度超过50%的处理都是污泥含量较高而沙子含量较低的配方，统计结果分析也表明，基质持水孔隙度与沙子含量呈显著负相关（R=-0.763，P=0.006），而与污泥含量表现为正相关关系（R=0.201，P=0.287）。其中持水孔隙度最大的为配方3，超过57%，持水孔隙度最小的为配方5，只有35%左右，持水孔隙度在本次配方配置试验中应优先选择大于50%的配方。
通气孔隙度
由表5-1可知，不同配方的基质，其通气孔隙度存在明显的差异。其中，配方2的通气孔隙度最大，为23.98%，而配方24的空气孔隙度最低，仅为5.98%，对应配方为污泥80%，菇渣6.7%，麦壳6.7%，沙子6.7%。Pearson相关性分析结果显示基质通气孔隙度与菇渣（R=0.478，P=0.045）、麦壳（R=0.699，P=0.017）的含量呈显著正相关，而与污泥、草炭、蛭石-珍珠岩和沙子的比例均呈现负相关关系。通气孔隙度在本次配方配置试验中应优先选择大于10%的配方。菇渣和麦壳类的基质配置辅料，应该是可以优先考虑的辅料，而沙子应该不宜用于本次脱水污泥的配方基质的配置。
表5-1 不同配方基质的物理性质
5.2 化学性状分析
5.2.1 pH值
基质pH值是基质溶液中氢离子活度的负对数，不同基质中pH值大小各不相同。基质中pH值主要是受基质材料组成以及后期水、肥管理的影响。基质中pH一般要求其保持相对稳定，在使用初期会发生波动，但波动幅度不宜过大，否则会影响基质中养分的有效性和植物生长发育。在植物生长期间，如果微量元素供应得当，植物可以在一定pH范围内保持正常生长。《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GBT23486-2009）中对于污泥园林绿化利用时的pH要求：酸性土壤，污泥pH需在6.5~8.5；对于中性和碱性土壤，其pH则需在5.5~7.8。试验中不同处理的基质pH，变化范围在6.87~7.44，符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GBT23486-2009）标准中的要求。
电导率（EC）
基质电导率EC值反映基质中可溶性盐含量的高低，它直接影响营养液的平衡。为避免污泥园林绿化利用时对植物造成损害，一般要求污泥施用到绿地后，针对盐分敏感地植物根系，其周围土壤的EC值宜小于1 mS cm-1。污泥本身的EC值较高（5.18 mS cm-1），直接施用于土壤后，不利于植物的生长，是污泥基质化利用的限制因子之一。对基质电导率（EC）的测定结果显示，配方2的电导率最高，达到19.61 mS cm-1，这有可能是由于麦壳与污泥等体积混合过程中，发生了某些化学、生物反应，增加了其中可溶性盐的含量。除外，其他配方基质的电导率在2.13~5.17 mS cm-1范围，相较于污泥本身，其EC值均得到了一定程度的降低，表明适当的辅料添加可有效降低污泥直接施用于土壤对植物生长造成的不良影响。但总体上大部分配方基质的EC值下降的不是很明显，这可能需要考虑源头工艺参数调整降低污泥原料的EC值。通常认为基质中氯离子的含量过高会对植物生长产生明显抑制作用，因此，后续可以考虑，测定氯离子浓度，明确电导的贡献值有多少来源于氯离子，并开展种植试验进行验证。
有机质和营养成分
试验中不同处理的配方基质，其有机质含量存在明显差异，这主要是由于基质配方原料的有机质含量有较大差异引起。由表5-2可知，有机质含量较高的配方组，其菇渣或/和麦壳的含量均较高，如配方1（菇渣含量50%）和配方2（麦壳含量50%），而有机质含量较低的配方组，则其沙子的含量较高，如配方5和配方10，有机质含量分别为2.93%和6.49%，其配方分别为污泥50%、沙子50%；污泥80%、沙子20%。Pearson相关性分析结果显示，基质的有机质含量与菇渣、麦壳和草炭的含量表现为正相关关系，其中与菇渣（R=0.666，P=0.003）和麦壳（R=0.722，P=0.012）为显著正相关；而与污泥、蛭石-珍珠岩和沙子呈现为负相关关系，其中与沙子为显著负相关（R=-0.901，P<0.001），表明在基质选配时，菇渣、麦壳和沙子的比重改变，将很大程度上影响基质有机质含量的改变，进而会影响基质的容重和孔隙度等物理性质。添加辅料后，各配方的有机质含量仍与《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GBT23486-2009）中有机物含量要超过25%存在一定的差距，这可能与污泥本身的有机质含量偏低，仅为10.94%有关，后续配方中可能需要考虑适当增加一定量有机肥来提高整个配方的有机质含量。
氮、磷、钾是植物生长必需的营养组分。不同配方的基质中，总氮含量较高的组出现在配方组12、13、15、17、19、21、23、25、27和29，其总氮含量在11350~12820 mg kg-1，这些配方组的特点主要是均具有一定比例的污泥、蛭石-珍珠岩和另外任一组分。相较而言，配方4的总氮含量最低，仅为1920 mg kg-1，其配方为污泥50%，蛭石-珍珠岩50%，相关性分析结果表明配方中总氮含量与蛭石-珍珠岩体积比呈显著负相关（R=-0.751，P=0.008）。速效钾的测定结果显示，其含量较高的组分别出现在配方组1、11、12、13、19和21，其速效钾含量在72.50~203.50 mg kg-1，这些配方组菇渣含量均相对较高，为16.7%~50%；而含量较低的包括配方组5和配方组10，有效钾分别为13.75和15.85 mg kg-1，其配方分别是污泥50%、沙子50%和污泥80%，沙子20%。由此表明，基质中菇渣含量越高，沙子含量越低，则基质的速效钾含量越高。相关性分析结果也表明，基质速效钾含量与菇渣含量呈显著正相关（R=0.833，P<0.001），而与其它配方原料含量为负相关关系。
表5-2 不同配方基质的化学性质
注：限值参考《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GBT23486-2009）。
重金属含量
污泥中的重金属超标是限制其资源化的一个重要因素，园林绿化利用是解决该弊端的一个重要途径。参照2009年园林绿化用泥质的环境评价标准，本试验中所采用的初始污泥样品以及各配方基质的重金属含量均未超标（表5-3），可安全用于园林绿化。其中各处理中，Cu、Zn、Cr和Ni的最高含量分别为51.20、4.90、134.93和27.95 mg kg-1，主要集中在处理9（污泥80%，蛭石-珍珠岩20%）和处理3（污泥50%，草炭50%）。由于只适合珍珠岩可以有效增加基质的孔隙度，但是含有一定量的重金属，后续配置基质配方时不宜添加过多该组分。
表5-3 不同配方基质中重金属的含量
注：限值参考《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GBT23486-2009）。
生物参数
种子发芽指数是目前国内外科研工作中常用的表征肥料或有机废物及有机废物本身或经一定处理后的生物学毒性的重要指标，也是一个极为重要的用于衡量堆肥腐熟度的参数，是本研究用于判断脱水污泥机械复混基质是否可以资源化利用的首要依据。在本研究中若某个复混基质配方经测定发现其种子发芽指数过低,则直接判定该配方不宜采用。《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》(GB/T23486-2009)中明确规定了用于园林绿化的新鲜污泥及经过处理的污泥需要满足植物种子发芽指数大于70%的要求。本研究不同处理组基质的种子发芽指数测定结果如图5-1所示。结果显示，除配方组2，4，7，8，9，15和25的种子发芽指数低于70%外，其他配方组均符合相应标准。其中，配方30，29和11种子发芽指数最高，102.1~119.6，对应的基质分别为污泥65%，菇渣11.7%，草炭11.7%，沙子11.7%0；污泥65%，菇渣11.7%，草炭11.7%，珍珠岩-蛭石11.7%；污泥65%，菇渣17.5%，麦壳17.5%。Pearson相关性分析结果显示，麦壳含量与种子发芽指数间存在显著负相关关系（R=-0.733，P=0.010）(图1)。表明，基质配方中麦壳含量不宜较高。
试验以纯水为对照（种子发芽指数为1)，在种子发芽初期，水分为种子发芽率的主要决定因素。而种子根系生长时长较短，不存在较大差异，因而有毒有害物质含量相对较低的处理组与对照组的种子发芽指数相近。若延长培养时间，在发芽种子总数趋于稳定不变（即种子发芽率不变）的情况下，种子根系长度成为种子发芽指数的决定因素。复混污泥配方基质中养分含量比对照中的高，可能造成处理组的种子根系长度比对照的更长，因此计算时会得到种子发芽指数>100%的结果。总体上来看，除配方组2外，其他所有配方组均可达到要求。说明从发芽指数上来看，说明脱水污泥的生物毒性不高，一定程度上已基本实现了污泥的稳定化和无害化，适宜做基质利用。而配方组2可能是由于电导率过高（约为19.61）对种子的生长产生了负面影响所致，按规定不宜进行基质化利用。
综合评价
本报告在对基质配方进行综合评价过程中，对评价指标的选取原则主要基于以下考虑：1）施用后对土壤的物理和化学性质有重要影响；2）施用后对作物生长有重要影响。介于本试验中测得的所有重金属含量均在安全范围之类，因此，基质的重金属含量指标不纳入复混基质配方的评价范围。基于此，本报告最终选取的复混基质配方评价指标包括：1）物理指标有电导率、容重、通气孔隙度、持水孔隙度和总孔隙度；2）化学指标为有机质、总氮和速效钾含量；3）生物指标为种子发芽指数。
基质配方综合评价采用模糊综合评判法。其中，若某一指标与综合评判结果为正相关，则采用正隶属函数进行定量转换，如公式5-1所示；若某一指标与综合评判结果为负相关，则采用反隶属函数进行定量转换，如公式3-2所示。
U (X i ) = (X i -X min )/X max -X min （3-1）
U (Xi) = 1- (X i -X min )/X max -X min （3-2）
式中，U (X i ) 为隶属函数值；X i 为某指标的测定值；X max 和X min 分别指某一指标内的最大值与最小值。
采用以上评价指标与方法，得到不同处理的基质配方性状的隶属度结果，如表5-4所示。结果表明，配方12和19的综合隶属度最高，为0.73，而配方5的综合隶属度最低，仅为0.23，表明配方12和19的综合性状最佳，最有利于进行园林绿化回用；而配方5的综合性状最差，其可利用性最低。综合隶属度在0.70以上的处理，按隶属度从高到低的排列为：配方12 >配方19 >配方21。其配方分别是污泥65%，菇渣17.5%，草炭17.5%；污泥50%，菇渣16.7%，麦壳16.7%，蛭石-珍珠岩16.7%；污泥50%，菇渣16.7%，草炭16.7%，蛭石-珍珠岩16.7%。
而综合隶属度小于等于0.40的处理组为：配方5 < 配方10 < 配方7 < 配方2。这些配方中，除含一定比例的污泥外，其他配方则仅是不同比例的沙子或/和麦壳。
综合以上分析和综合评价结果可知，菇渣的加入可有效改善污泥通气孔隙度，显著提高其有机质和营养组分速效钾的含量，同时对电导率和重金属等不存在明显影响，可作为主要的基质配方原料。尽管麦壳的加入可显著提高有机质含量，同时降低容重，增加通气孔隙度和总孔隙度，但对污泥电导率、营养组分及种子发芽率的负面影响较大。沙子的加入则会显著降低基质的综合性能，不宜作为配方原料。基于此，选择污泥、菇渣、草炭和蛭石-珍珠岩为基质原料的不同处理，进行深入分析。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：其包括主料和辅料,主料为污泥，辅料为菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子。
2.根据权利要求1所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述基质中按体积分数包括：污泥50%~58%，菇渣23%~50%，草炭0~21%，蛭石-珍珠岩0%~5%、沙子5%~20%。
3.根据权利要求1或2所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述污泥为污水处理厂的脱水污泥，其含水率为15-25%。
4.根据权利要求2所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述污泥为含水率为57%，菇渣28%，草炭10%，蛭石-珍珠岩2.5%、沙子6.7%。
5.根据权利要求1所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述基质的PH值为6.87~7.44。
6.据权利要求1所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述基质的总孔隙度≥60%。
7.据权利要求1所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质，其特征在于：所述基质中持水孔隙度≥50%；所述基质的通气孔隙度≥10%。
8.城市生活污泥园林绿化专用营养基质的处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
材料准备，准备菇渣、麦壳、草炭、蛭石-珍珠岩、沙子；
污泥脱水；对污泥进行脱水处理，保证含水率在15-25%；
混料；污泥和菇渣、麦壳、草炭机械粉碎搅拌混料；
发酵；
加入养殖废料，包括养殖残渣、蛆粪；
加入蛭石-珍珠岩、沙子；
二次发酵；
加入蚯蚓卵、梯度释放型复合活菌胶囊、缓释肥料胶囊；
装包。
9.根据权利要求8所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质的处理方法，其特征在于，
所述步骤7中具体包括以下步骤：
第一步，添加为胶囊化农药组合物，搅拌均匀，同时实施密闭无氧发酵2-5天；
第二步，搅拌并敞开5-15天；
第三步，加入补充菌剂、和补充营养物质，搅拌均匀，实施二次加温有氧发酵；
第四步，搅拌并敞开2-6天；
第五步，通过发芽测试检测农药残留，达标则进入步骤八，不达标则重复第三步至第五步；所述农药组合物为二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵，所述二甲基二硫、异硫氰酸烯丙酯、异菌脲、噁霉灵的重量比为50∶20：15∶30。
10.根据权利要求8所述的城市生活污泥园林绿化专用营养基质的处理方法，其特征在于，
所述步骤8中具体包括如下：
第一步，制备蚯蚓卵胶囊；先准备蚯蚓卵，之后将蚯蚓卵胶囊化，将多个蚯蚓卵利用淀粉外膜包裹在内并制得蚯蚓卵胶囊，然后在低温环境下活性批量保存；
第二步，制备梯度释放型复合活菌胶囊；所述活菌胶囊包括内设有微生物菌剂的微型胶囊，多个所述微型胶囊灌装在第一胶囊壳中构成第一胶囊，多个所述第一胶囊和多个微型胶囊灌装在第二胶囊壳中构成第二胶囊；所述微生物菌剂是由固氮菌、枯草芽孢杆菌、苏云金杆菌、乳杆菌和JT微生物菌种组成的复合菌种；
第三步，制备缓释肥料胶囊；
根据植物的发芽期、出根期、幼苗期、成苗期、生长期不同的肥料和配比需求，设置不同肥料配比得复合肥料并制成缓释肥料胶囊，所述缓释肥料胶囊由外至内依次包括发芽期胶囊壳、发芽期复合肥料、出根期胶囊壳、出根期复合肥料、幼苗期胶囊壳、幼苗期复合肥料、成苗期胶囊壳、生苗期复合肥料、生长期胶囊壳、生长期复合肥料；
第四步，将第七步制得的污泥粉碎，并将第一步至第三步中制备的胶囊，按比例混入粉碎后的污泥中；
第五步，所述沙子为烧结玻璃化炭泥颗粒，将重金属污染严重的污泥经过高温烧结制得半固态玻璃化炭泥颗粒，形成固化重金属的半固态玻璃化颗粒，再将炭泥颗粒与第四步中制得的混合污泥混合并搅拌均匀。
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