CN109526674A - 一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭35重量份～50重量份；农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；蛭石5重量份～20重量份；保水剂0.5重量份～3重量份；缓释肥0.1重量份～0.6重量份。本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质以污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化；更重要的是，该污泥基生物炭垂直绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，肥力持久且轻质。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重不超过520kg/m3，且具有较好促进垂直绿化植物成活、生长的效果。

Description

一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及其制备方法
技术领域
本发明涉及城市绿化技术领域，尤其涉及一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及其制备方法。
背景技术
随着城市建设的极速扩展，土地越来越少，而垂直绿化可拓展城市绿化空间，缓解城市化进程中绿地面积不足、“热岛效应”、城市雨水径流、建筑能耗等问题，因此其对于城市发展具有积极作用；同时垂直绿化还提高了城市绿量、覆盖率，增强了绿化的立体效果，具有广阔的发展前景，越来越受到大众的关注。但是，垂直绿化的植物生长环境和空间与地面完全不同，考虑载体的承重以及植物的养护成本和难度，生长基质需要有较好的稳固性、较小的密度、较好的保水保肥能力及良好的透水透气性。
目前，国内外垂直绿化基质主要以自然土壤、天然矿物、工业或农业有机废弃物等原料中的两种或者几种组合，但普遍存在易风化、肥力持续时间短的技术问题；并且，上述垂直绿化基质虽然也有一定的疏松透气性和排水性，但基础密度还是比较大；此外，某些原料较难获得，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及其制备方法和应用，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质稳定性好、肥力持久且轻质，同时原料易得、成本低。
本发明提供了一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭35重量份～50重量份；
农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；
蛭石5重量份～20重量份；
保水剂0.5重量份～3重量份；
缓释肥0.1重量份～0.6重量份。
优选的，所述污泥基生物炭由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成；
所述热解炭化的温度为400℃～600℃。
优选的，所述农林废弃物腐熟料由质量比为(30～39)：(20～29)：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成。
优选的，所述蛭石的粒径为1.5mm～2.5mm，容重为150kg/m3～180kg/m3。
优选的，所述保水剂为高分子吸水性树脂；所述保水剂的吸水率为400％～600％。
优选的，所述缓释肥的养分的质量分数为30％～40％，水溶性磷占有效磷的质量分数为50％～60％。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合后研磨，得到混合料；
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
优选的，步骤a)中所述研磨的粒径要求为小于300目。
优选的，步骤b)中所述混合的方式为搅拌；所述搅拌的转速为50r/min～70r/min，时间为40min～50min。
本发明提供了一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭35重量份～50重量份；农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；蛭石5重量份～20重量份；保水剂0.5重量份～3重量份；缓释肥0.1重量份～0.6重量份。与现有技术相比，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质以污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化；更重要的是，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，肥力持久且轻质。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重不超过520kg/m3，且具有较好促进垂直绿化植物成活、生长的效果。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭35重量份～50重量份；
农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；
蛭石5重量份～20重量份；
保水剂0.5重量份～3重量份；
缓释肥0.1重量份～0.6重量份。
在本发明中，所述污泥基生物炭优选由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成。本发明对所述生活污泥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的城市污泥即可。在本发明中，所述生活污泥的含水率优选为70％～90％，更优选为80％。
在本发明中，所述反稀释的目的是将生活污泥的含水率调整至90％～99％，优选为95％。
在本发明中，所述脱水的目的是将上述含水率较高的泥浆脱水至含水率为50％～60％，优选为55％，得到污泥泥饼。本发明对所述脱水的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的脱水***即可。
在本发明中，所述热干化处理的目的是将上述污泥泥饼的含水率降至25％～35％，优选为30％。本发明对所述热干化处理的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥干化机即可；所述污泥泥饼通过输送设备至该污泥干化机。
在本发明中，所述热解炭化的温度优选为400℃～600℃，更优选为500℃。本发明对所述热解炭化的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥炭化***即可；热干化处理后的污泥泥饼通过输送设备至该污泥炭化***。在本发明中，所述热解炭化的过程在无氧条件下进行。
在本发明中，所述热解炭化借助玻璃体的致密结晶结构形成稳定的固溶体，因此所述污泥基生物炭性质很稳定，有害物质不会溢出污染环境，环境风险低。在本发明中，所述污泥基生物炭富含碳元素，疏松多孔、容重小，透气保水保肥能力强，并且原料易得、成本低。在本发明中，所述污泥基生物炭垂直绿化轻型基质包括35重量份～50重量份的污泥基生物炭，优选为40重量份～45重量份。
在本发明中，所述农林废弃物腐熟料优选由质量比为(30～39)：(20～29)：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成，更优选由质量比为35：(20～29)：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成，最优选由质量比为35：25：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成。本发明对所述园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣的来源没有特殊限制。本发明对所述腐熟的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的疏松堆积法、紧密堆积法或疏松紧密交叉堆积法均可。在本发明中，所述污泥基生物炭垂直绿化轻型基质包括20重量份～35重量份的农林废弃物腐熟料，优选为26重量份～30重量份。
本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质以污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化。
在本发明中，所述蛭石的粒径优选为1.5mm～2.5mm，更优选2mm；所述蛭石的容重优选为150kg/m3～180kg/m3，更优选为160kg/m3。在本发明中，所述蛭石具有透气保水性；本发明对所述蛭石的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售的园艺专用蛭石即可。在本发明中，所述污泥基生物炭垂直绿化轻型基质包括5重量份～20重量份的蛭石，优选为10重量份～16重量份。
在本发明中，所述保水剂优选为高分子吸水性树脂；本发明对所述保水剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述保水剂的吸水率优选为400％～600％，更优选为500％。在本发明中，所述污泥基生物炭垂直绿化轻型基质包括0.5重量份～3重量份的保水剂，优选为1重量份～2重量份。
在本发明中，所述缓释肥的养分的质量分数优选为30％～40％，更优选为35％；所述缓释肥的水溶性磷占有效磷的质量分数优选为50％～60％，更优选为55％。在本发明中，所述缓释肥的养分具体为氮磷(P2O5)钾(K2O)；本发明采用上述缓释肥，具有调节养分平衡的作用。本发明对所述缓释肥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述污泥基生物炭垂直绿化轻型基质包括0.1重量份～0.6重量份的缓释肥，优选为0.2重量份～0.4重量份。
本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，肥力持久且轻质。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合后研磨，得到混合料；
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
本发明首先将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合后研磨，得到混合料。在本发明中，所述污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述研磨的粒径要求优选为小于300目，更优选为小于200目。本发明对所述研磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的研磨机即可。
得到所述混合料后，本发明将得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。在本发明中，所述蛭石、保水剂和缓释肥与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述混合的方式优选为搅拌，目的是使各原料混合均匀。在本发明中，所述搅拌的转速优选为50r/min～70r/min，更优选为60r/min；所述搅拌的时间优选为40min～50min，更优选为45min。
本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
本发明提供了一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭35重量份～50重量份；农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；蛭石5重量份～20重量份；保水剂0.5重量份～3重量份；缓释肥0.1重量份～0.6重量份。与现有技术相比，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质以污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化；更重要的是，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，肥力持久且轻质。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重不超过520kg/m3，且具有较好促进垂直绿化植物成活、生长的效果。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品；其中，所用的污泥基生物炭为含水率为80％生活污泥，通过反稀释将污泥含水率调至95％，再通过脱水***将含水率95％的泥浆脱水至含水率55％的污泥泥饼，该污泥泥饼通过输送设备送往污泥干化机进行热干化处理，使污泥泥饼含水率降至30％，然后通过输送设备进入污泥炭化***，在无氧条件下，温度为500℃条件下发生热解炭化，形成的产物；所用的农林废弃物腐熟料由质量比为35：25：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成；所用的蛭石为园艺专用蛭石，粒径规格为2mm，容重为160kg/m3；所用的保水剂为高分子吸水性树脂，吸水率为500％；所用的缓释肥的养分(N+P2O5+K2O)的质量分数为35.0％，水溶性磷占有效磷的质量分数为55.0％；所用的泥炭土为市售，粒径规格为2mm，有机质含量为68％，腐殖酸含量为26％，氮磷钾含量为6％，吸水率为80％；所用的腐叶土为市售，粒径规格为2mm，有机质含量为72％，腐殖酸含量为32％，氮磷钾含量为8％，吸水率为80％。
实施例1
(1)原料配比：污泥基生物炭35kg，农林废弃物腐熟料20kg，蛭石20kg，保水剂3kg，缓释肥0.6kg。
(2)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥在60r/min转速下机械搅拌45min至混合均匀，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例1提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重为486kg/m3。
实施例2
(1)原料配比：污泥基生物炭40kg，农林废弃物腐熟料26kg，蛭石16kg，保水剂2kg，缓释肥0.4kg。
(2)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥在60r/min转速下机械搅拌45min至混合均匀，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例2提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重为495kg/m3。
实施例3
(1)原料配比：污泥基生物炭45kg，农林废弃物腐熟料30kg，蛭石10kg，保水剂1kg，缓释肥0.2kg。
(2)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥在60r/min转速下机械搅拌45min至混合均匀，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例3提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的容重为511kg/m3。
对比例1
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(75kg)的泥炭土代替步骤(2)得到的混合料，得到垂直绿化基质。
经测算，对比例1提供的垂直绿化基质的容重为740kg/m3。
对比例2
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(75kg)的腐叶土代替步骤(2)得到的混合料，得到垂直绿化基质。
经测算，对比例2提供的垂直绿化基质的容重为380kg/m3。
对比例3
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(75kg)的污泥基生物炭代替步骤(2)得到的混合料，得到垂直绿化基质。
经测算，对比例3提供的垂直绿化基质的容重为650kg/m3。
将本发明实施例1～3提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及对比例1～3提供的垂直绿化基质用于墙面布袋式垂直绿化试验：设置6个处理组，每个处理组填充等体积布袋的相应基质，然后种植统一规格、生长健壮、无病虫害的红掌(高为12cm)，白蝴蝶(高为14cm)，鸟巢蕨(高为15cm)，每个处理组每种植物各种植100棵幼苗，然后浇水养护；待90天后，测定不同处理组植物的平均高度增长量及成活率。试验结果参见表1所示。
表1本发明实施例1～3提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质及对比例1～3提供的垂直绿化基质用于墙面布袋式垂直绿化试验的结果数据
从表1可以看出，采用本发明实施例1～3提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的植物高度和成活率相对于对比例1～3提供的垂直绿化基质更高，其中最高成活率达到98％。说明本发明实施例1～3提供的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质有较好促进垂直绿化植物成活、生长的效果。
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭35重量份～50重量份；
农林废弃物腐熟料20重量份～35重量份；
蛭石5重量份～20重量份；
保水剂0.5重量份～3重量份；
缓释肥0.1重量份～0.6重量份。
2.根据权利要求1所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，其特征在于，所述污泥基生物炭由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成；
所述热解炭化的温度为400℃～600℃。
3.根据权利要求1所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，其特征在于，所述农林废弃物腐熟料由质量比为(30～39)：(20～29)：40的园林植物废弃物、农作物秸秆和蘑菇渣腐熟而成。
4.根据权利要求1所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，其特征在于，所述蛭石的粒径为1.5mm～2.5mm，容重为150kg/m3～180kg/m3。
5.根据权利要求1所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，其特征在于，所述保水剂为高分子吸水性树脂；所述保水剂的吸水率为400％～600％。
6.根据权利要求1所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质，其特征在于，所述缓释肥的养分的质量分数为30％～40％，水溶性磷占有效磷的质量分数为50％～60％。
7.一种权利要求1～6任一项所述的污泥基生物炭垂直绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和农林废弃物腐熟料混合后研磨，得到混合料；
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭垂直绿化轻型基质。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述研磨的粒径要求为小于300目。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述混合的方式为搅拌；所述搅拌的转速为50r/min～70r/min，时间为40min～50min。
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