CN107285940A - 利用制备的污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于制备的污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法，属于污泥处理及盐碱地治理技术领域，该方法以制备的污泥营养基质为基础，首先将污泥营养基质撒施于盐碱地表层，翻耕，整地，平行挖种植沟；然后将污泥营养基质、保水剂和经粉碎的植物废弃物进行混合均匀，得污泥客土；再将污泥客土施于种植沟沟底形成客土层，植物种子种于客土层，客土层上方覆无纺布，之后进行定期灌溉和常规管理。该方法解决盐碱地土壤优化和污泥处理的问题，将二者进行有机结合，在充分利用污泥废物解决环境问题的同时，为农林业生产提供有利条件。

Description

利用制备的污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法
技术领域
本发明涉及污泥处理及盐碱地治理技术领域，具体地，涉及一种利用制备的污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法。
背景技术
盐碱地土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长，各种盐碱土都是在一定的自然条件下形成的，其形成的实质主要是各种易溶性盐类在地面作水平方向与垂直方向的重新分配，从而使盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来。盐碱土的有机质含量少，土壤肥力低，理化性状差，对作物有害的阴、阳离子多，作物不易促苗。一般盐碱地的改良方法如下：(1)自然封育：虽然投入较少，但是耗时漫长；(2)物理方法改良：如灌溉排水、冲洗脱盐、松耕、压沙等，虽然应用广泛，但存在着用工量大、投入成本高、维持时间有限或受限于水资源紧张等一系列问题；(3)化学方法改良：利用一些酸性盐类物质来改良盐碱地的性质，促进植物根系生长，但是也存在较多的问题，首先是涉及到多个产业链，无法协调和实施；其次是造成改良盐碱地其他形式的污染加重，而且加入的酸性盐类的量多，操作危险；(4)生物改良方法：种植植物，尤其是盐生植物，改良效果较好，经济有效，但是需要考虑种植技术手段的先进性，即选择合适的种植植物才能达到较好的效果；(5)植物覆盖法：植物体覆盖所需求的生物量等特别大，在能源问题上很难解决。
污泥是对城市污水或工业废水的处理过程中所产生的固体沉淀物质，它是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。虽然其具有数量大且易腐化发臭等缺点，但是由于其内还含有大量的有机物，因此，人们倾向于将污泥进行处理、转化再利用，一方面减少了大量污泥排放产生的环境问题，另一方面还可利用其内的有效物质为人类的生产生活做出贡献。如何处理污泥，使之形成营养成分充足且均衡的基质用于改良盐碱地土壤以促进植物生长发育是一项重要的研究课题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用制备的污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法，用来解决盐碱地土壤优化和污泥处理的问题，并将二者进行有机结合，在充分利用污泥废物解决环境问题的同时，为农林业生产提供有利条件。
一种污泥营养基质的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取污水处理厂经一级处理的污泥，向污泥中加入其质量分数为2.5％-4.0％的柠檬酸钠、9％-11％的腐殖酸和1％-3％的氯化钾，搅拌均匀后静置1-2h，抽滤表层水分，再脱水至含水率为75％-80％，得预处理污泥；
步骤二、将预处理污泥置于55-60℃发酵槽中进行第一次发酵5-6d，得第一次发酵物料；
步骤三、将第一次发酵物料、污泥和高温堆肥发酵菌液以10:25:3的体积比进行混合，搅拌均匀后，80-85℃第二次发酵4-5d，得第二次发酵物料；
步骤四、将第二次发酵物料、草炭和常温堆肥发酵菌液以15:15:2的体积比进行混合，搅拌均匀后，35-38℃第三次发酵4-5d，得第三次发酵物料；
步骤五、将第三次发酵物料干燥、粉碎，过40目筛，得污泥营养基质。
进一步的，所述高温堆肥发酵菌液中包含质量比为1:2:2:1的高温放线菌、乳酸芽孢杆菌、湿热脂肪芽孢杆菌和酵母菌。
进一步的，所述常温堆肥发酵菌液中包含质量比为3:2:1的固氮根瘤菌、根霉菌和枯草芽孢杆菌。
本发明还保护一种上述方法制备的污泥营养基质。
另外，本发明还保护一种利用上述污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法，包括以下步骤：
步骤一、将污泥营养基质撒施于盐碱地表层，撒施高度为5-6cm，然后翻耕，翻耕深度为20-25cm，整地，平行挖种植沟，沟深10-15cm，相邻种植沟的间距为20-50cm；
步骤二、将污泥营养基质、保水剂和经粉碎的植物废弃物以10:1:5的体积比进行混合，搅拌均匀后得污泥客土；
步骤三、将污泥客土施于种植沟沟底形成客土层，客土层的高度为沟深的1/3-1/2，将植物种子种于客土层，客土层上方覆无纺布，之后进行定期灌溉和常规管理。
进一步的，所述植物废弃物为植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。
本发明的有益效果：
1、本发明污泥营养基质的制备方法中，向污泥中加入柠檬酸钠、腐殖酸和氯化钾进行调理，其中的柠檬酸钠能够促进有机物溶出，破坏胞外聚合物的网络结构，使得原来被束缚、隐藏于污泥基体中的酶得到释放，从而提高污泥水解效率和有机分子分解水平，加之一定量的腐殖酸，为污泥发酵准备条件，氯化钾一方面为提高污泥中的钾含量，为改良盐碱地土壤提供营养离子，另一方面在发酵过程中参与分子间的转化，提高转化效率。其次，发酵采用分级堆肥发酵，在不同温度条件下进行分级发酵，最大程度上发挥微生物的发酵特性，利用污泥中的成分进行充分发酵，进一步提高发酵效率，增加污泥营养基质的质量。将经无害化处理的污泥营养基质应用于盐碱地土壤中，缓和了盐碱地有机质不足、水分流失严重、酸碱失衡等问题，解决了盐碱土地植物种植类型有限、促苗率低的现象，实现了公益性转化；另外，盐碱地使用的污泥客土以制备的污泥营养基质为基础，该污泥营养基质不同于常规改良方法中使用的有机复合肥或酸性盐类物质，能在盐碱地上形成一种肥沃、耐冲刷的客土层，减少了基质中营养物质的流失，达到了变废为宝的效果，同时不会对环境造成二次污染，消除了食物链或水源污染的危害。
2、本发明所述利用污泥客土进行土壤优化的方法，一定程度上克服了盐碱荒地客土种植的技术难题，提高了种苗成活率，提升幼苗生长的土壤环境。在施用污泥客土的盐碱地上种植玉米，连施两年可将玉米种植提升至正常水平，在出苗率、株高和单株产量方面均有所提高，其中，出苗率可提高80％；株高上较对照增加40cm左右；空杆率有所下降，降低约50％；单株产量上有所提高，最高可提高30％。施用污泥客土后，盐碱地土壤肥力有所提高，有利于农作物种植。采用该种方法，可以扩大作物种植范围，提高土地利用率，节约资源，适合大规模推广使用。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
一种污泥营养基质的制备方法，包括以下步骤：
取污水处理厂经一级处理的污泥，向污泥中加入其质量分数为2.5％的柠檬酸钠、11％的腐殖酸和1％的氯化钾，搅拌均匀后静置1-2h，抽滤表层水分，再脱水至含水率为75％-80％，得预处理污泥；将预处理污泥置于60℃发酵槽中进行第一次发酵5d，得第一次发酵物料；将第一次发酵物料、污泥和高温堆肥发酵菌液以10:25:3的体积比进行混合，搅拌均匀后，85℃第二次发酵4d，得第二次发酵物料；将第二次发酵物料、草炭和常温堆肥发酵菌液以15:15:2的体积比进行混合，搅拌均匀后，38℃第三次发酵4d，得第三次发酵物料；将第三次发酵物料干燥、粉碎，过40目筛，得污泥营养基质。
其中，所述高温堆肥发酵菌液的制备：将高温放线菌、乳酸芽孢杆菌、湿热脂肪芽孢杆菌和酵母菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得四种菌液；将四种菌液以体积比为1:2:2:1的比例进行混合，制得高温堆肥发酵菌液。
所述常温堆肥发酵菌液的制备：将固氮根瘤菌、根霉菌和枯草芽孢杆菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得三种菌液；将三种菌液以体积比为3:2:1的比例进行混合，制得常温堆肥发酵菌液。
实施例2
一种污泥营养基质的制备方法，包括以下步骤：
取污水处理厂经一级处理的污泥，向污泥中加入其质量分数为3.0％的柠檬酸钠、10％的腐殖酸和2％的氯化钾，搅拌均匀后静置1-2h，抽滤表层水分，再脱水至含水率为75％-80％，得预处理污泥；将预处理污泥置于58℃发酵槽中进行第一次发酵5.5d，得第一次发酵物料；将第一次发酵物料、污泥和高温堆肥发酵菌液以10:25:3的体积比进行混合，搅拌均匀后，82℃第二次发酵4.5d，得第二次发酵物料；将第二次发酵物料、草炭和常温堆肥发酵菌液以15:15:2的体积比进行混合，搅拌均匀后，36℃第三次发酵4.5d，得第三次发酵物料；将第三次发酵物料干燥、粉碎，过40目筛，得污泥营养基质。
其中，所述高温堆肥发酵菌液的制备：将高温放线菌、乳酸芽孢杆菌、湿热脂肪芽孢杆菌和酵母菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得四种菌液；将四种菌液以体积比为1:2:2:1的比例进行混合，制得高温堆肥发酵菌液。
所述常温堆肥发酵菌液的制备：将固氮根瘤菌、根霉菌和枯草芽孢杆菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得三种菌液；将三种菌液以体积比为3:2:1的比例进行混合，制得常温堆肥发酵菌液。
实施例3
一种污泥营养基质的制备方法，包括以下步骤：
取污水处理厂经一级处理的污泥，向污泥中加入其质量分数为4.0％的柠檬酸钠、9％的腐殖酸和3％的氯化钾，搅拌均匀后静置1-2h，抽滤表层水分，再脱水至含水率为75％-80％，得预处理污泥；将预处理污泥置于55℃发酵槽中进行第一次发酵6d，得第一次发酵物料；将第一次发酵物料、污泥和高温堆肥发酵菌液以10:25:3的体积比进行混合，搅拌均匀后，80℃第二次发酵5d，得第二次发酵物料；将第二次发酵物料、草炭和常温堆肥发酵菌液以15:15:2的体积比进行混合，搅拌均匀后，35℃第三次发酵5d，得第三次发酵物料；将第三次发酵物料干燥、粉碎，过40目筛，得污泥营养基质。
其中，所述高温堆肥发酵菌液的制备：将高温放线菌、乳酸芽孢杆菌、湿热脂肪芽孢杆菌和酵母菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得四种菌液；将四种菌液以体积比为1:2:2:1的比例进行混合，制得高温堆肥发酵菌液。
所述常温堆肥发酵菌液的制备：将固氮根瘤菌、根霉菌和枯草芽孢杆菌分别在液体培养基上培养至对数期，测定OD600值，5000g、4℃离心15min，去上清，用生理盐水重悬菌体沉淀，调整至OD600＝4.0的相同浓度，得三种菌液；将三种菌液以体积比为3:2:1的比例进行混合，制得常温堆肥发酵菌液。
对实施例1-3制备的污泥营养基质的性能指标进行评价：
1、重金属指标
重金属全量测定：称取0.5-1g(精确至0.0001g)经105℃烘干的实施例1制备的污泥营养基质与聚四氟乙烯坩埚中，加5-7滴去离子水湿润，加10mL氢氟酸、5mL 1:1的高氯酸和硝酸混合液，加盖低温(低于100℃)消化1-1.5h，开盖升至中温(150℃左右)消化2-3h，继续升温(低于250℃)消化至高氯酸冒浓厚白烟，且内容物呈粘稠状，再加5mL氢氟酸、5mL 1:1的高氯酸和硝酸混合液，消化至基本不冒浓烟，趁热加入5mL 2mol/L盐酸加盖加热溶解残渣，并过滤至25mL容量瓶中，冷却、定容，测定Cu、Cr、Pb、Cd、As重金属含量。同时测定常规土壤中的重金属全量含量作为对照。结果如下表1所示。
有效态含量测定：称取5g(精确至0.0001g)实施例1制备的污泥营养基质放在100mL锥形瓶中，加入DTPA浸提剂25mL，在室温下放在水浴振荡器上，在180rpm/min条件下浸提2h，取悬液离心30min，过滤，滤液稀释成适当浓度后用ICP-OES测定Cu、Cr、Pb、Cd、As重金属含量。同时测定常规土壤中的重金属有效态含量作为对照。结果如下表1所示。
表1：污泥营养基质中的重金属含量表(n＝10)
由上表1可知，通过对本发明所述实施例1制备的污泥营养基质和对照的常规土壤中重金属含量的对比发现，本发明所述制备方法制备的污泥营养基质中的Cu、Cr、Pb、Cd、As重金属含量均符合GB15618-1995土壤环境质量标准，且其全量含量均低于常规土壤中相应的重金属全量含量，而有效态含量则均高于常规土壤中相应的重金属有效态含量。说明经本发明所述的制备方法，能有效阻止重金属作为难溶盐而沉淀，降低了污泥营养基质中重金属的积累，减少了污染和促进了种植作物的生长发育；另一方面，提高了重金属元素以水溶态和离子交换态在污泥营养基质的存在率，有效影响了基质中微生物的代谢活性以及作物的生长发育。
2、出苗率和作物生长状况平息
将实施例制备的污泥营养基质撒施于盐碱地表层，撒施高度为5-6cm，然后翻耕，翻耕深度为20-25cm，整地，平行挖种植沟，沟深10-15cm，相邻种植沟的间距为20-50cm；收集植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣，混合均匀后，粉碎、过40目筛，得植物废弃物；再将污泥营养基质、保水剂和植物废弃物以10:1:5的体积比进行混合，搅拌均匀后得污泥客土；将污泥客土施于种植沟沟底形成客土层，客土层的高度为沟深的1/3-1/2，将玉米种子种于客土层，合理密植，客土层上方覆无纺布，之后进行定期灌溉和常规管理。播种25天后统计出苗率。同时，在施用常规污泥有机肥和不施用任何基质的盐碱地上种植玉米分别作对照1和对照2。结果如下表2所示。
玉米播种前要精选种子。选留籽粒饱满、大小均匀、颜色鲜亮、发芽率高的种子，去除秕、烂、霉和小粒。将经过粒选的种子晒1～2天，并药剂拌种或包衣，包衣剂可选用20％福克悬浮剂或选用5.4％吡-戊玉米种衣剂以控制苗期灰飞虱、蚜虫、粗缩病或纹枯病等。
表2：盐碱地上施用污泥客土对玉米种植的影响
来源 出苗率(％) 株高(cm) 空杆率(％) 单珠产量(g)
实施例1 93.2 192 23.4 130.45
实施例2 87.5 197 16.7 124.28
实施例3 91.6 183 13.8 113.65
对照1 63.2 168 25.7 115.4
对照2 55.4 157 37.8 100.27
由上表2可知，在盐碱地上施用污泥客土后，种植玉米在出苗率、株高和单株产量方面均有所提高，其中，出苗率可提高80％；株高上较对照增加40cm左右；空杆率有所下降，降低约50％；单株产量上有所提高，最高可提高30％。施用污泥客土后，种植的玉米籽粒饱满，连施两年，产量上可达到正常水平。说明施用污泥客土后，盐碱地土壤肥力有所提高，有利于玉米种植。

Claims (6)

1.一种污泥营养基质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、取污水处理厂经一级处理的污泥，向污泥中加入其质量分数为2.5%-4.0%的柠檬酸钠、9%-11%的腐殖酸和1%-3%的氯化钾，搅拌均匀后静置1-2h，抽滤表层水分，再脱水至含水率为75%-80%，得预处理污泥；
步骤二、将预处理污泥置于55-60℃发酵槽中进行第一次发酵5-6d，得第一次发酵物料；
步骤三、将第一次发酵物料、污泥和高温堆肥发酵菌液以10:25:3的体积比进行混合，搅拌均匀后，80-85℃第二次发酵4-5d，得第二次发酵物料；
步骤四、将第二次发酵物料、草炭和常温堆肥发酵菌液以15:15:2的体积比进行混合，搅拌均匀后，35-38℃第三次发酵4-5d，得第三次发酵物料；
步骤五、将第三次发酵物料干燥、粉碎，过40目筛，得污泥营养基质。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述高温堆肥复合菌液中包含质量比为1:2:2:1的高温放线菌、乳酸芽孢杆菌、湿热脂肪芽孢杆菌和酵母菌。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述常温堆肥复合菌液中包含质量比为3:2:1的固氮根瘤菌、根霉菌和枯草芽孢杆菌。
4.一种如权利要求1-3任意一种所述方法制备的污泥营养基质。
5.一种基于权利要求4所述污泥营养基质改良盐碱地以种植植物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将污泥营养基质撒施于盐碱地表层，撒施高度为5-6cm，然后翻耕，翻耕深度为20-25cm，整地，平行挖种植沟，沟深10-15cm，相邻种植沟的间距为20-50cm；
步骤二、将污泥营养基质、保水剂和经粉碎的植物废弃物以10:1:5的体积比进行混合，搅拌均匀后得污泥客土；
步骤三、将污泥客土施于种植沟沟底形成客土层，客土层的高度为沟深的1/3-1/2，将植物种子种于客土层，客土层上方覆无纺布，之后进行定期灌溉和常规管理。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述植物废弃物为植物落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。
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