CN107821087A

CN107821087A - 一种用污泥改良沙性土的方法及改良沙性土

Info

Publication number: CN107821087A
Application number: CN201710944002.XA
Authority: CN
Inventors: 马德刚; 崔春月; 林森; 蔡觅
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2017-09-30
Filing date: 2017-09-30
Publication date: 2018-03-23
Anticipated expiration: 2037-09-30
Also published as: CN107821087B

Abstract

本发明涉及一种用污泥改良沙性土的方法，包括以下步骤：1)对种植土进行筛分，确定每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量；2)分别对污泥和沙性土进行筛分，所述筛分的粒径范围与种植土筛分的粒径范围一致；3)将每一粒径范围的污泥和沙性土颗粒以质量比为3：(7～27)比例进行组合形成不同粒径范围的组合土；4)按照步骤1)种植土中每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量将步骤3)中所述的组合土混合得到混合土；5)将混合土进行干湿循环，获得改良沙性土。本发明所述的方法获得的改良沙性土的种植性能优良，与种植土十分接近，并且各项指标均符合园林土壤种植的标准。

Description

一种用污泥改良沙性土的方法及改良沙性土

技术领域

本发明涉及污泥应用技术领域，具体涉及一种用污泥改良沙性土的方法及改良沙性土。。

背景技术

近年来，随着环保意识的增强，我国的污水处理事业迅猛发展，处理技术水平已接近发达国家。众所周知，污水处理过程中会产生大量污泥，目前污泥的处理处置方法主要包括填埋、焚烧、土地利用以及综合利用(建材利用)等。污泥的填埋处理会占用大量的土地，花费大量运输费用，污泥填埋后会渗出严重污染的液体，污染地下水源；污泥的焚烧投资大，成本高，管理复杂，并且易产生二氧化硫、二噁英等有毒有害气体，这些气体会污染空气，可能造成二次污染。目前，土地利用是公认的最佳污泥处置方式。由于城市污泥中含有一定量的有机质、氮、磷、钾、锌、锰等作物生长所需的元素，所以可以将污泥作为肥料，同时由于污泥中含有大量的有机物质，可以将其作为土壤改良剂，提高土壤肥力。因此污泥土地利用不但可以使污泥中的营养成分得到有效利用，而且该方式费用低，需要量也很大，还可以促使土壤熟化，是目前各国普遍推崇的污泥处置方法。

我国作为受沙漠化危害最大的国家之一，沙漠化土地主要分布于包括内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海、西藏、陕西、山西、河北、吉林、辽宁、黑龙江等部分地区在内的北方干旱半干旱地区和部分半湿润地区,尤以贺兰山以东的半干旱区分布更为集中。沙漠化土地中的土壤多为沙性土，沙性土是一种肥力较低的土壤，其土壤颗粒间孔隙大，小孔隙少，毛细管作用弱，土质疏松，透水透气性好，但保水保肥能力差。沙性土有机质和各种养分含量均较低，土壤中的有机质分解快、积累少，养分易淋失，致使各种养分都较贫乏。

目前也有采用污泥对于土壤进行改良的复配方案，然而现有的复配方案仅仅注重污泥与待改良土壤的质量配比或改良后土壤的某一特性，例如2015年发表在《环境化学》上的《熟污泥改性黄土对Pb²⁺的吸附解吸特征》，研究了熟污泥质量配比0％、1％、2％、4％、6％、8％、10％、15％、20％、30％的土壤样品对Pb²⁺的吸附解吸特征。然而，改良后的沙土的众多物理化学性质例如土壤容重、土壤总孔隙度、最大含水率等性质仍然不够理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用污泥改良沙性土的方法，该方法可快速促进土壤团聚体的形成，从而提高改良沙土的理化性质。

本发明提供了一种用污泥改良沙性土的方法，包括以下步骤：1)对种植土进行4～6个连续粒径范围的筛分，获得不同粒径范围的土壤颗粒，并称重确定每一粒径范围土壤颗粒占土壤总量的质量百分含量；2)分别对污泥和沙性土进行筛分，所述筛分的粒径范围与种植土筛分的粒径范围一致；3)将每一粒径范围的污泥和沙性土颗粒以质量比为3：(7～27)比例进行组合形成不同粒径范围的组合土；4)按照步骤1)获得的不同粒径范围土壤颗粒的质量百分比将步骤3)中所述的不同粒径范围的组合土混合得到混合土；5)将所述步骤4)得到的混合土进行循环干湿处理，获得改良沙性土；所述单次干湿处理过程包括：将所述混合土与水混合后依次加压搅拌和烘干；其中步骤1)与步骤2)和步骤3)之间无时间顺序的限定。

优选的，步骤1)中对种植土进行5个粒径范围的筛分。

优选的，所述5个粒径范围为：(0，0.15mm)、[0.15mm，0.3)、[0.3mm，0.6mm)、[0.6mm，1.25mm)和[1.25mm，2.5mm)。

优选的，步骤5)中所述干湿循环的次数为2～4次。

优选的，步骤5)中所述与水混合步骤后混合土的含水率为15％～30％。

优选的，步骤5)中所述加压搅拌的压强为0.3～0.5MPa.

优选的，步骤5)中所述加压搅拌的转速为240～280r/min。

优选的，步骤5)中所述烘干的温度为100～110℃。

优选的，步骤5)中所述烘干的时间为10～14h。

本发明还提供了一种通过上述方法获得的改良沙性土，所述改良沙性土中污泥和沙性土的质量比为3：(7～27)；所述改良沙性土中不同粒径范围的土壤颗粒所占改良沙性土的质量百分比与种植土一致；所述改良沙性土的理化指标如下：pH值，7～8；EC，900～1000μs/cm；有机质含量3～4％；水解性氮含量300～350mg/kg；有效磷含量120～180mg/kg；速效钾含量1000～1100mg/kg；土壤容重1.1～1.5g/cm³；土壤总孔隙度50～55％；毛管孔隙度30～33％；最大含水率25～30％；水稳性大团聚体百分比85～90％；分形维数2～3。

本发明的有益效果：本发明所述的方法从土壤颗粒粒径方面入手，确定不同粒径范围污泥和沙性土的比例，并且经过循环干湿处理，人为加速土壤团聚体结构的形成，大大缩短了土壤团聚体的形成时间，增大土壤的团聚体水稳性，改善土壤的理化性质。本发明所述的方法获得的改良沙性土的种植性能优良，与种植土十分接近，并且pH值，EC，有机质含量，水解性氮含量，土壤容重，土壤总孔隙度，最大含水率，水稳性大团聚体百分比，和分形维数等指标均符合园林土壤种植的标准；本发明所述方法在改良沙性土的同时实现了污泥的资源化处置，使我国污泥得到了有效地利用。

附图说明

图1为本发明实施例1中污泥改良沙性土制备的工艺流程示意图；

图2为本发明实施例4中改良沙性土种植的苜蓿叶片的叶绿素含量；

图3为实施例4中改良沙性土种植的苜蓿与对照的茎叶对比图；

图4为实施例4中改良沙性土种植的苜蓿与对照的根系对比图。

具体实施方式

本发明提供了一种用污泥改良沙性土的方法，包括以下步骤：1)对种植土进行4～6个粒径范围的筛分，并称重确定每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量；2)分别对污泥和沙性土进行筛分，所述筛分的粒径范围与种植土筛分的粒径范围一致；3)将每一粒径范围的污泥和沙性土颗粒以质量比为3：(7～27)比例进行组合形成不同粒径范围的组合土；4)按照步骤1)种植土中每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量将步骤3)中所述的组合土混合得到混合土；5)将混合土进行干湿循环，获得改良沙性土；所述干湿循环过程包括向混合土中加水、加压搅拌和烘干。

在本发明中，所述种植土为各项理化指标均符合种植作物的种植土，本发明对所述种植土的来源没有限定，在本发明具体实施例中所述的种植土为天津市武清区的种植土。

本发明首先对种植土进行不同粒径范围的筛分，并称重确定每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量。在本发明中所述不同粒径范围为4～6个，优选的为5个；在本发明中具体的5个粒径范围优选的为：(0，0.15mm)、[0.15mm，0.3)、[0.3mm，0.6mm)、[0.6mm，1.25mm)和[1.25mm，2.5mm)。

本发明对种植土筛分的方法没有特殊限定，采用本领域常规的筛分方法即可。具体的在本发明实施过程中，优选的采用标准筛对确定质量的种植土进行筛分；在本发明中，所述标准筛的筛孔大小优选的分别为0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.25mm、2.5mm。本发明在完成确定质量的种植土筛分后，称量筛分后获得的每一粒径范围的土壤颗粒的质量，然后计算得到每一粒径范围土壤颗粒占种植土总量的质量百分含量。

本发明所述的方法还包括对污泥和沙性土进行筛分，所述筛分的粒径范围与种植土筛分的粒径范围一致，在此不再赘述。本发明在完成污泥和沙性土筛分后，获得不同粒径范围的污泥和沙性土颗粒。优选的获得粒径范围如下的污泥和沙性土颗粒：(0，0.15mm)、[0.15mm，0.3)、[0.3mm，0.6mm)、[0.6mm，1.25mm)和[1.25mm，2.5mm)。

本发明在完成污泥和沙性土筛分后，将每一粒径范围的污泥和沙性土颗粒分别进行组合形成不同粒径范围的组合土；每一粒径范围内污泥和沙性土混合的质量比为3：(7～27)，优选的为3：(9～18)，更优选的为1:9或2:8或3:7。

本发明在获得不同粒径范围的组合土后，根据种植土中每一粒径范围土壤颗粒的质量百分含量将获得的组合土混合得到混合土。即确保混合土中每一粒径范围土壤颗粒的含量与种植土相同。例如种植土中粒径<0.15mm的土壤颗粒的质量百分含量为A；0.15≤粒径<0.3mm，土壤颗粒的质量百分含量为A为B，0.3≤粒径<0.6mm，土壤颗粒的质量百分含量为C，0.6≤粒径<1.25mm，土壤颗粒的质量百分含量为D，1.25≤粒径<2.5mm，土壤颗粒的质量百分含量为E，本发明在进行组合土混合时，将不同粒径范围的组合土按照粒径范围(粒径<0.15mm)：(0.15≤粒径<0.3mm)：(0.3≤粒径<0.6mm)：(0.6≤粒径<1.25mm)：(1.25≤粒径<2.5mm)为A：B：C：D：E的质量混合，以确保混合后的混合土中每一粒径范围的质量百分含量与种植土相同。

本发明在获得混合土后，将所述混合土进行循环干湿处理，获得改良沙性土。在本发明中所述循环干湿处理的次数为2～4次，优选的为3次。在本发明中所述干湿处理过程为加水-加压搅拌-烘干三个步骤循环进行。在本发明中每次干湿处理过程包括向混合土中加水、加压搅拌和烘干。在本发明中，所述向混合土中加水采用本领域常规的加水方法即可，本发明对所加的水没有特殊限定，采用本领域常见的水即可，具体的可为蒸馏水、自来水或灌溉水。本发明在加水步骤后优选的将水和混合土混匀，所述混匀的方法优选的为搅拌，本发明对所述搅拌的方式、转速和时间均无特殊限定，能够实现混匀即可。

本发明中所述加水步骤的加水量以加水混匀后的混合土的含水率为15％～30％为宜，优选的为20～25％。

本发明在加水后，对加水混匀后的混合土进行加压搅拌，所述加压搅拌的压强优选为0.3～0.5MPa，更优选的为0.4MPa；所述加压搅拌的转速优选为240～280r/min，更优选的为260r/min。所述加压搅拌的时间优选的为10～20minh；更优选的为15min；在本发明中所述加压搅拌优选的采用机械搅拌机进行。

本发明在加压搅拌后，对加压搅拌后的混合土进行烘干，所述烘干的温度优选的为100～110℃，更优选的为105℃；所述烘干的时间优选的为10～14h，更优选的为12h。本发明对所述烘干的方法无特殊限定，采用本领域常规的烘干方法即可，具体的在本发明实施过程中采用烘箱进行。

在本发明还提供了一种按照所述方法制备获得的改良沙性土，所述改良沙性土中污泥和沙性土的质量比为3：(7～27)；所述改良沙性土中不同粒径范围的土壤颗粒所占改良沙性土的质量百分比与种植土一致；所述改良沙性土的理化指标如下：pH值，7～8；EC，900～1000μs/cm；有机质含量3～4％；水解性氮含量300～350mg/kg；有效磷含量120～180mg/kg；速效钾含量1000～1100mg/kg；土壤容重1.1～1.5g/cm³；土壤总孔隙度50～55％；毛管孔隙度30～33％；最大含水率25～30％；水稳性大团聚体百分比85～90％；分形维数2～3。

本发明所述的用污泥改良沙性土的方法的具体实施工艺流程如图1所示，筛分种植土获得不同粒径范围土壤颗粒的重量配比，筛分污泥和沙性土；然后按照种植土的不同粒径颗粒配比将污泥和沙性土不同粒径颗粒混合，进行循环干湿处理3次获得改良沙性土。

下面结合具体实施例对本发明所述的用污泥改良沙性土的方法和由该方法制备获得的沙性土做进一步详细的介绍，本发明的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

以制备1000g的改良沙性土为例，进行具体的说明，所述方法步骤的示意图如图1所示。

取5份300g的天津武清区的土壤作为种植土壤进行颗粒级配的筛分，测得土壤的级配分布如表1所示。

表1天津市武清区种植土筛分结果

按照质量比污泥：沙性土为1:9的比例，分别计算改良沙性土的级配比例，1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量如表2所示。

表2实施例1中1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量

将烘干的污泥和沙性土按照上面的粒径范围和计算含量，进行混合得到混合土，向混合土中加入250ml的蒸馏水，进行拌混，搅拌均匀后混合土的含水率为26％；然后加入机械搅拌机进行0.4MPa，260r/min机械加压搅拌1h，加压过程结束后将土放入105℃的烘箱中，烘干12h；加水——搅拌——烘干，如此往复完成3次干湿循环，得到可用于园林绿化种植的改良沙性土。

其中土壤含水率的测定采用烘干法，测定方法如下：①具盖容器和盖子于105±5℃下烘干1h，稍冷，盖好盖子，然后置于干燥器中至少冷却45min，测定带盖容器的质量m₀，精确至0.01g

②用样品勺取10-15g土壤样品，转移至已称重的具盖容器重，盖上容器盖，测定总质量m₁，精确至0.01g。

③取下容器盖，将容器及试样一并放入烘箱中，在105±5℃下烘干至恒重，同时烘干容器盖。盖上容器盖，置于干燥器中至少冷却45min，取出后立即测定带盖容器和烘干土壤的总质量m₂，精确至0.01g。

结果计算及表示：

土壤含水率：

式中：

ω_H2O----土壤样品中的水分含量，％；

m₀----带盖容器的质量，g；

m₁----带盖容器及土壤试样的总质量，g；

m₂----带盖容器及烘干土壤的总质量，g。

每个样品设2个平行样，测定结果精确至0.01％。

表3列出了改良沙性土与参照土的检测指标，以及各指标的标准。

表3改良沙性土与参照土的检测指标及各指标的标准

根据检测结果可知，本实施例所述方法方法得到的改良沙性土各指标与参照种植土十分接近，并且均符合园林土壤种植的标准。

实施例2

以制备1000g的改良沙性土为例，进行具体的说明：

种植土的来源和筛分结果与实施例1相同，按照质量比污泥：沙性土为2:8的比例，分别计算改良沙性土的级配比例，1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量如表4所示。

表4实施例2中1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量

将烘干的污泥和沙性土按照上面的粒径范围和计算含量，进行混合得到混合土，向混合土中加入250ml的自来水，进行拌混，搅拌均匀后混合土的含水率为20％，所述土壤含水率的测定方法与实施例1相同；然后加入机械搅拌机进行0.35MPa，270r/min机械加压搅拌1h，加压过程结束后将土放入105℃的烘箱中，烘干12h；加水——搅拌——烘干，如此往复完成3次干湿循环，得到可用于园林绿化种植的改良沙性土。

实施例3

以制备1000g的改良沙性土为例，进行具体的说明：

种植土的来源和筛分结果与实施例1相同，按照质量比污泥：沙性土为3:7的比例，分别计算改良沙性土的级配比例，1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量如表5所示。

表5实施例3中1000g改良沙性土中污泥和沙性土的添加量

将烘干的污泥和沙性土按照上面的粒径范围和计算含量，进行混合得到混合土，向混合土中加入220ml的自来水，进行拌混，搅拌均匀后混合土的含水率为17％，所述土壤含水率的测定方法与实施例1相同；然后加入机械搅拌机进行0.35MPa，270r/min机械加压搅拌2h，加压过程结束后将土放入105℃的烘箱中，烘干12h；加水——搅拌——烘干，如此往复完成3次干湿循环，得到可用于园林绿化种植的改良沙性土。

实施例4

为了进一步验证本发明所述方法的可行性进行了种植实验，以实施例1和实施例2中制备得到的改良沙性土为种植土，种植苜蓿，对其进行为期一个月的观察。并对植物叶片中的叶绿素含量进行了测定，测定结果如附图2所示，其中参照土壤的叶片中叶绿素含量最多，其次是实施例1(污泥：沙性土＝1:9)叶片中的叶绿素含量高于实施例2(污泥：沙性土＝2:8)叶片中叶绿素的含量，实施例1的复配土种植出来的植物具有更好的光合作用。，可见实施例1中所述的改良沙性土种植的苜蓿叶片的叶绿素含量比参照土和沙性土都高，说明污泥的适量添加能够明显提高叶片中的叶绿素含量。

实施例1和实施例2中所述改良沙性土与参照图种植苜蓿的茎干和根系的照片图图3和图4所示，其中从左到右依次是沙性土、参照土、实施例1复配土、实施例2复配土。实施例1所述方法得到的改良沙性土种植的苜蓿的茎干长度更长，根系更繁茂；结果表明，实施例1所述的制备方法得到的改良沙性土种植的植物的径长和根长生长最为茂盛，与参照土壤相比，改良沙性土更适于植物的生长，同时表明改良沙性土中污泥的适量添加能够明显提高叶片中的叶绿素含量，促进叶片对氮的吸收，提高植物的生长质量。

由上述实施例可知，本发明所述的用污泥改良沙性土的方法，从土壤的颗粒级配、团粒结构的形成角度出发，通过施加一定的压力促进团聚体的形成，人为加速土壤团聚体结构的形成，大大缩短了土壤团聚体的形成时间。本发明所述的方法获得的改良沙性土的种植性能优良，与种植土十分接近，并且各项指标均符合园林土壤种植的标准；本发明所述方法在改良沙性土的同时实现了污泥的资源化处置，使我国污泥得到了有效地利用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用污泥改良沙性土的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对种植土进行4～6个连续粒径范围的筛分，获得不同粒径范围的土壤颗粒，称重得到每一粒径范围的土壤颗粒占种植土总量的质量百分含量；

2)分别对污泥和沙性土进行筛分，所述筛分的粒径范围与种植土筛分的粒径范围一致；

3)根据所述步骤2)的筛分结果，将每一粒径范围的污泥和沙性土颗粒以质量比为3：(7～27)比例分别进行混合，得到不同粒径范围的组合土；

4)按照步骤1)获得的不同粒径范围土壤颗粒的质量百分比，将步骤3)中所述的不同粒径范围的组合土混合得到混合土；

5)将所述步骤4)得到的混合土进行循环干湿处理，获得改良沙性土；所述单次干湿处理过程包括：将所述混合土与水混合后依次加压搅拌和烘干；

其中步骤1)与步骤2)和步骤3)之间无时间顺序的限定。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中对种植土进行5个粒径范围的筛分。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述5个粒径范围为：(0，0.15mm)、[0.15mm，0.3)、[0.3mm，0.6mm)、[0.6mm，1.25mm)和[1.25mm，2.5mm)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述循环干湿处理的循环次数为2～4次。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述与水混合步骤后混合土的含水率为15％～30％。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述加压搅拌的压强为0.3～0.5MPa.

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述加压搅拌的转速为240～280r/min。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述烘干的温度为100～110℃。

9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，步骤5)中所述烘干的时间为10～14h。

10.一种根据权利要求1～9任意一项所述方法获得的改良沙性土，包括质量比为3：(7～27)的污泥和沙性土；所述改良沙性土中不同粒径范围的土壤颗粒所占改良沙性土的质量百分比与种植土一致；所述改良沙性土的理化指标如下：pH值，7～8；EC，900～1000μs/cm；有机质含量3～4％；水解性氮含量300～350mg/kg；有效磷含量120～180mg/kg；速效钾含量1000～1100mg/kg；土壤容重1.1～1.5g/cm³；土壤总孔隙度50～55％；毛管孔隙度30～33％；最大含水率25～30％；水稳性大团聚体百分比85～90％；分形维数2～3。