CN110463397B - 一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法。所述方法包括待改良搬迁地土壤，相当于所述搬迁地土壤体积15%~25%的湿垃圾堆肥产品，相当于所述土壤体积5%~10%的生物质炭，相当于所述土壤体积1%~2%的腐植酸，相当于所述土壤体积0.1%~0.3%的β‑环糊精。其中湿垃圾堆肥产品是由废弃菜叶或瓜果皮或其混合物经好氧堆肥得到，生物质炭是由废弃菜叶或瓜果皮或其混合物经高温厌氧裂解得到。本发明原材料来源充足方便，不仅能为城市湿垃圾的资源化利用寻找一条新的途径，减少了资源浪费和环境污染，而且能快速促进搬迁地土壤团粒结构的形成和增加，并且对提升搬迁地土壤有机质和蓄水能力效果明显，对搬迁地土壤质量的快速恢复效果显著。

Description

一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法

技术领域

本发明涉及一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法。具体是利用城市湿垃圾经过发酵堆肥和高温厌氧灼烧形成不同产品，将团粒结构较差或受损的搬迁地土壤进行快速改良的方法，属于市容环保、城市生态环境、节能减排和土壤等领域。

背景技术

随着城市社会经济的快速发展，城市人居环境和生态环境质量得到了持续改善，城市功能开始转型，其工业区的功能逐步由生产型向生活服务型转变，原有高污染的化工区、高耗能的企业以及城中村等也逐步搬迁出城市中心区，其遗留的搬迁地土壤在一定程度上得到了治理，尤其是污染的土壤得到了工程修复，然而现有的土壤修复技术如稳定化/固化、土壤淋洗、土壤气相抽提、化学氧化或还原等技术虽对土壤污染的固定和去除效果明显，但与此同时，在修复过程中，往往会造成土壤质量的严重退化，如土壤生物活性的破坏、土壤营养物质的流失、土壤物理性质的恶化等，而且对土壤质量的破坏是不可逆的，尤其是对土壤的团粒结破坏严重，并阻碍了团粒结构的再次形成，加剧了土壤的板结，降低了土壤的通气性，同时阻碍了土壤的透水性和降低了土壤的持水能力。因此，经过工程修复的搬迁地土壤很难快速用于城市园林绿化。

另一方面城市垃圾每年以10％的速度增长，每年产生近1.5亿吨城市垃圾，累积堆存量已达70亿吨，而生活垃圾中湿垃圾占60％左右，其中以菜皮、瓜果皮等为主要组分的湿垃圾占有较高的比例，这些湿垃圾处置利用一直是世界各国头痛的一个大问题，城市湿垃圾的清运量也在逐年增加，填埋占据大量土地，焚烧热值低，浪费资源。随着国家对垃圾治理的重视，并出台了一系列政策大力推动实施垃圾分类，尤其是上海，于2019年7月1日正式开始实施《上海市生活垃圾管理条例》，从立法上规范垃圾分类，这从源头上为垃圾的资源化利用提供了便利，尤其是湿垃圾的资源化。湿垃圾含有大量有机质、氮、磷等营养成分，通过发酵处理或制作生物质炭后，可以用于土壤改良，不仅能减少城市垃圾处置压力，还能改善土壤结构，提升城市土壤质量。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种利用湿垃圾的应用方法，具体采用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将湿垃圾粉碎至粒径为小于5cm后，好氧堆肥发酵，得到湿垃圾堆肥产品；

(2)将湿垃圾粉碎至粒径为小于3cm后，高温厌氧灼烧，得到生物质炭；

(3)将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％～25％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积5％～10％的生物质炭，所述待改良的土壤体积1％～2％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.1％～0.3％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％之间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。

上述步骤(3)的优选方案为中所述的优选方案为将待改良的搬迁地土壤，添加20％的湿垃圾堆肥产品、10％的生物质炭、1.5％的腐植酸、0.2％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％培养3～4个月，即可得到改良的土壤。

本发明的另一所述的步骤(3)的改良搬迁地土壤的方法是将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％～20％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积5％～10％的生物质炭，所述待改良的土壤体积5％～8％的磷石膏，所述待改良的土壤体积1％～2％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.1％～0.3％的β-环糊精，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％-35％之间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。

本发明的另一所述步骤(3)的改良搬迁地土壤的方法的优选方案为：将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积8％的生物质炭，所述待改良的土壤体积7％的磷石膏，所述待改良的土壤体积1.5％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.2％的β-环糊精，并喷洒水，至改良土壤水分保持20％-35％间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。

采用本申请的磷石膏的组分，由于磷石膏较强的胶凝效果，使在堆肥的过程中，具有较强的吸附性及离子交换能力，调整了土壤的pH值，改善了土壤环境。

所述湿垃圾包括废弃菜叶、瓜果皮、餐厅的剩菜剩饭中的一种或多种形成的混合物。

所述湿垃圾堆肥产品的制备方法为：湿垃圾先由粉碎机粉碎至粒径小于5cm，并同时脱水至含水量＜60％；添加尿素调节C/N比至20～30，好氧发酵30～40天，即得到湿垃圾堆肥产品，其pH为6.2～8.3，EC值为0.5～2.9mS/cm，有机质为370～480g/kg。

本发明的另一湿垃圾堆肥产品的制备方法为：湿垃圾先由粉碎机粉碎至粒径小于5cm，并同时脱水至含水量50-60％；添加硫脲调节C/N比至15-18，好氧发酵30～40天，即得到湿垃圾堆肥产品，其pH为6.0～8.0，EC值为1.2～3.0mS/cm，有机质为420～520g/kg。

添加本申请所述的硫脲，在水分含量为50-60％时，经过好氧发酵至10天左右，温度持续升高，硫脲分解，分解的氮素就含硫成分促进湿垃圾在好氧条件下生长，提高有机质的含量。

所述生物质炭的制备方法为：将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干或晾晒至含水量小于15％，于400～500℃厌氧环境下灼烧2～3小时，冷却，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，即可得到生物质炭。

所述的生物质炭还可以为改性生物质炭，制备步骤是将生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.1-1，搅拌均匀后烘干，于550～650℃厌氧环境下灼烧1～2小时，冷却，即得到改性生物质炭。改性生物质炭中的硅、铁、铝在土壤环境下易形成硅酸、氧化铁、氧化铝胶体，其在湿润时起到粘结作用，将土壤中的微聚体或土粒粘结起来，形成水稳性和力稳性的结构体。

所述聚合硅酸铝铁为市售工业聚合硅酸铝铁，分子量为174，灰黑色粉状或淡黄色片状。

所述腐植酸为市售腐植酸，黑色粉末状颗粒；

所述β-环糊精为市售β-环糊精，分子量为1135，纯度高于99％的白色结晶粉末颗粒。

所述的待改良的搬迁地土壤的性质为：土壤水稳定性团聚体粒径0.25～10mm为(12.1±1.3)％，机械稳定性团聚体为(26.7±2.1)％，pH为9.4±0.1，EC值为(0.13±0.02)mS/cm，有机质为(8.2±0.5)g/kg。土壤团粒结构较差，pH较高，有机质含量低，难以满足植物正常生长。

所述的待改良的搬迁地土壤晾晒或风干至含水量小于20％，然后人工或机械破碎过筛至粒径不超过5cm。土壤含水量过高的话不利于破碎过筛，这样难以满足下一步的各种改良材料的混匀。

采样本申请的技术方案对搬迁地土壤进行改性后，土壤水稳定性团聚体达20％以上，机械稳定性团聚体达40％以上，pH稳定在7.0-8.5之间，EC值达0.32mS/cm以上，有机质含量达20g/kg以上。符合植物的正常生长指标。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1

一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：

(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量51％，添加尿素测定C/N比为28，好氧发酵38天，即得到湿垃圾堆肥产品。

(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为12％，于450℃厌氧环境下灼烧2.5小时，冷却，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。

(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积20％的湿垃圾堆肥产品、7％的生物质炭、1.5％的腐殖酸和0.2％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％之间，培养4个月，即可得到改良的土壤。采样测定改良后的土壤基本理化性质，其中土壤水稳定性团聚体为(23.3±2.6)％，机械稳定性团聚体为(41.9±3.3)％，pH为8.5±0.2，EC值为(0.32±0.02)mS/cm，有机质为(26.3±1.2)g/kg。

实施例2

一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：

(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量44％，添加尿素测定C/N比为26，好氧发酵40天，即得到湿垃圾堆肥产品。

(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为10％，于500℃厌氧环境下灼烧3小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于650℃厌氧环境下灼烧2小时，冷却，即得到改性生物质炭。

(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积25％的湿垃圾堆肥产品、10％的改性生物质炭、2％的腐殖酸和0.3％的β-环糊精，混合均匀后，得到改良的土壤。

实施例3

一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：

(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量50％，添加硫脲测定C/N比为15，好氧发酵38天，即得到湿垃圾堆肥产品。

(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为10％，于500℃厌氧环境下灼烧2.5小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于600℃厌氧环境下灼烧1.5小时，冷却，即得到改性生物质炭。

(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积15％的湿垃圾堆肥产品、8％的改性生物质炭，所述待改良的土壤体积7％的磷石膏，1.5％的腐殖酸和0.2％的β-环糊精，混合均匀，得到改良的土壤。

实施例4

一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：

(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量48％，添加硫脲测定C/N比为18，好氧发酵40天，即得到湿垃圾堆肥产品。

(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为12％，于500℃厌氧环境下灼烧3小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于650℃厌氧环境下灼烧2小时，冷却，即得到改性生物质炭。

(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积20％的湿垃圾堆肥产品、10％的改性生物质炭，土壤体积8％的磷石膏，1.2％的腐殖酸和0.25％的β-环糊精，混合均匀后，得到改良的土壤。

分别将已改良的搬迁地土壤(实施例2-4)和未改良的搬迁地土壤(对照组)装入7加仑的花盆中，并种植2年生白玉兰苗，每种处理分别种植10盆，并浇透水，后期喷洒水至土壤含水量保持在20％～35％之间，4个月时，测试花盆中的土壤和植物性质，结果表明改良的土壤性质和植物指标均明显优于未改良的土壤，详细数据如表1所示。

表1几种处理的土壤和植物监测数据

Claims (1)

1.一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量50%，添加硫脲测定 C/N 比为15，好氧发酵38天，即得到湿垃圾堆肥产品；

（2）将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为10%，于500℃厌氧环境下灼烧2.5 小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm 的颗粒，得到生物质炭，将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于600℃厌氧环境下灼烧1.5 小时，冷却，即得到改性生物质炭；

（3）将待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积15%的湿垃圾堆肥产品、8%的改性生物质炭，所述待改良的土壤体积 7%的磷石膏，1.5%的腐殖酸和 0.2%的 β-环糊精，混合均匀，得到改良的土壤。