一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法

1.本发明涉及土壤改良领域，具体涉及一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法。

背景技术：

2.随着美丽乡村建设的推进，农村污水治理已取得显著的成效，但污水处理过后的衍生物——污泥也随之产生，这又这造成了农村的一些环境问题，甚至制约了农村的发展。污泥有以下影响：污泥中的微生物、重金属会严重污染水体和土壤；污泥比较容易腐败变质，在随意堆放的过程中会产生大量的恶臭气体。污泥成分复杂，若将它们不经处理排放到环境当中，会对生态环境造成巨大危害，同时这也是浪费营养资源。为了有效改善环境，必须要做到污泥的“减量化”、“稳定化”、“无害化”。随着人口增加，资源不断被消耗，使剩余污泥变废为宝成为当前的研究热点。
3.同样需要注意的是，碱性土壤导致作物产量锐减的问题也需要解决。土壤过碱对作物的生长有巨大危害，表现在以下四个方面：一是降低土壤养分的有效性。土壤的酸碱性显然会影响磷的有效性，在 ph值超过7.5的时候，磷酸和铁或钙、铝形成无定形效态，使有效性降低。在过碱性土壤中，钙、镁的溶解度会降低，同时有效性也降低。土壤的碱性也大大降低了硼、锰、铜等微量元素的有效性。二是不利于土壤的良好发育，土壤结构被破坏。土壤因为碱性强而含有较多的氢和钠，但钙缺少，难以形成良性的土壤结构，不利于作物生长。三是土壤微生物的活动受到限制。6.5～7.5之间是土壤微生物较适宜生存的ph范围。过碱，土壤微生物的活动被严重地抑制，从而影响氮素、磷以及其他养分的供应和转化。四是易产生各种有毒害的物质。碱性土壤中可溶盐分达一定数量后，会直接影响作物的发芽和正常生长。随着近年来科学技术的不断进步，污泥作为原料之一制备陶粒改良碱性土壤成为了解决问题的有效方法。

技术实现要素：

4.为此，本发明的目的在于提出一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法，解决现有碱性土壤难以处理，农村污泥堆积的问题。为此，本发明提供了一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法，该方法能有效改善土壤ph值，且其原料性质好，可实现农村污泥资源化利用，制备方法简便，适用于一定规模的碱性土地的改良。本发明具体的技术方案如下：
5.一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法，步骤如下：
6.1)将农村污泥进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥；
7.2)将步骤1)得到的干污泥和粘土、粉煤灰混合，得到粘土状物质；
8.3)将步骤2)得到的粘土状物质与改良添加剂混合，放入造粒机中造粒，得到柱状颗粒；
9.4)将步骤3)所得的柱状颗粒添加磷酸，放入马弗炉中升温，进行第一阶段的磷酸
活化，然后升温，进行第二阶段的焙烧，最后自然冷却，即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。
10.作为优选，所述的干污泥通过电压滤深度脱水处理系统进行处理。
11.作为优选，所述的处理系统中的电压滤机的工作压力为0～2mpa，工作时间为20min，电压为10～40v，电流为2～6a。
12.作为优选，所述的处理系统中的电压滤机的工作形式为三段式，具体为：0～4min为0mpa，4～6min为1mpa，6～20min为2mpa。
13.作为优选，所述的干污泥、粘土和粉煤灰混合的体积比为1:2:2～ 2.3。
14.作为优选，所述的改良添加剂的成分和重量分数组成为：草炭 45～50份、高粱秸秆10～15份、尿素15～20份、磷酸氢二钾7～10 份、乙酸5～10份、糠渣30～35份、硫磺30～35份、硫酸亚铁10～ 15份。
15.作为优选，所述的粘土状物质与改良添加剂混合比例为1:1.1～ 1.3。
16.作为优选，所述的柱状颗粒半径为3.4～3.8mm、长度为6.4～ 7.9mm。
17.作为优选，所述的第一阶段的磷酸活化步骤为：按照颗粒与浓磷酸比例为1:0.88～0.95混合,使用马弗炉在105～110℃温度下反应 35～45min，然后在马弗炉中以8～12℃/min的速率升温,在炉温升至 505～510℃时进行10～15min的磷酸活化。
18.作为优选，所述的第二阶段的焙烧步骤为：从505～510℃以5～ 10℃/min的速率逐渐升至950～1100℃，在950～1100℃焙烧35～40min。
19.本发明采用经车载式移动电压滤深度脱水处理系统脱水后的农村干污泥以及粘土、粉煤灰为原料，利用磷酸作为激发剂，使用高温焙烧的方法得到一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒。
附图说明
图1为本发明用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备工艺流程图；图2为本发明实施例1制备的用作改良碱性土壤的污泥陶粒的宏观照片以及不同倍率下的扫描电镜图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，下面的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.实施例1：
22.1)从浙江省杭州市钱塘新区江东村取部分农村污泥，通过电压滤深度脱水处理系统进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥；
23.2)将步骤1)得到的干污泥和粘土、粉煤灰以1:2:2混合，得到粘土状物质；
24.3)将步骤2)得到的粘土状物质与改良添加剂按1:1.1混合，放入造粒机中造粒，得到半径为3.4mm，长度为6.5mm的柱状颗粒；
25.4)将步骤3)所得的柱状颗粒添加浓磷酸，按照颗粒与浓磷酸比例为1:0.9混合，使用马弗炉在110℃温度下反应35min，然后在马弗炉中以9℃/min的速率升温,在炉温升至510℃时进行11min的磷酸活化。然后继续从510℃以10℃/min的速率逐渐升至1100℃，在1100℃焙烧35min，最后自然冷却，取出即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。
26.本发明实施例中，改良添加剂的成分和重量分数组成为：草炭 45份、高粱秸秆12份、尿素18份、磷酸氢二钾8份、乙酸8份、糠渣32份、硫磺32份、硫酸亚铁15份。改良添加剂可以减少土壤的养分流失、增大土壤孔隙度，易于富集微生物，促进改善土壤ph 值,而且添加剂中富含的铁离子易于替换出碱性土壤中的钠、钾离子，使盐分溶出，随浸出液流失，因而降低了碱性土壤中盐分含量，进而降低土壤ph值,有效缓解土壤碱度。而磷酸活化可以使材料表面形成大量的孔系结构,增强其污染物吸附能力。农村污泥中有机质、有机酸含量高，随磷酸活化过程可产生酸性物质，有利于进一步降低土壤 ph值。
27.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
28.实施例2：
29.1)从浙江省杭州市建德区桂花村取部分农村污泥，通过电压滤深度脱水处理系统进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥；
30.2)将步骤1)得到的干污泥和粘土、粉煤灰以1:2:2.1混合，得到粘土状物质；
31.3)将步骤2)得到的粘土状物质与改良添加剂按1:1.2混合，放入造粒机中造粒，得到半径为3.6mm，长度为6.7mm的柱状颗粒；
32.4)将步骤3)所得的柱状颗粒添加浓磷酸，按照颗粒与浓磷酸比例为1:0.92混合，使用马弗炉在110℃温度下反应37min，然后在马弗炉中以11℃/min的速率升温,在炉温升至510℃时进行10min的磷酸活化。然后继续从510℃以10℃/min的速率逐渐升至1100℃，在1100℃焙烧38min，最后自然冷却，取出即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。
33.本发明实施例中，改良添加剂的成分和重量分数组成为：草炭 44份、高粱秸秆13份、尿素12份、磷酸氢二钾7份、乙酸7份、糠渣30份、硫磺30份、硫酸亚铁13份。改良添加剂可以减少土壤的养分流失、增大土壤孔隙度，易于富集微生物，促进改善土壤ph 值,而且添加剂中富含的铁离子易于替换出碱性土壤中的钠、钾离子，使盐分溶出，随浸出液流失，因而降低了碱性土壤中盐分含量，进而降低土壤ph值,有效缓解土壤碱度。而磷酸活化可以使材料表面形成大量的孔系结构,增强其污染物吸附能力。农村污泥中有机质、有机酸含量高，随磷酸活化过程可产生酸性物质，有利于进一步降低土壤 ph值。
34.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
35.实施例3：
36.1)从浙江省杭州市萧山区东方村取部分农村污泥，通过电压滤深度脱水装置进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥；
37.2)将步骤1)得到的干污泥和粘土、粉煤灰以1:2:2.2混合，得到粘土状物质；
38.3)将步骤2)得到的粘土状物质与改良添加剂按1:1.3混合，放入造粒机中造粒，得到半径为3.8mm，长度为6.8mm的柱状颗粒；
39.4)将步骤3)所得的柱状颗粒添加浓磷酸，按照颗粒与浓磷酸比例为1:0.94混合，
使用马弗炉在110℃温度下反应35min，然后在马弗炉中以12℃/min的速率升温,在炉温升至510℃时进行10min的磷酸活化。然后继续从510℃以12℃/min的速率逐渐升至1100℃，在1100℃焙烧40min，最后自然冷却，取出即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。
40.本发明实施例中，改良添加剂的成分和重量分数组成为：草炭 44份、高粱秸秆13份、尿素12份、磷酸氢二钾7份、乙酸7份、糠渣30份、硫磺30份、硫酸亚铁13份。改良添加剂可以减少土壤的养分流失、增大土壤孔隙度，易于富集微生物，促进改善土壤ph 值,而且添加剂中富含的铁离子易于替换出碱性土壤中的钠、钾离子，使盐分溶出，随浸出液流失，因而降低了碱性土壤中盐分含量，进而降低土壤ph值,有效缓解土壤碱度。而磷酸活化可以使材料表面形成大量的孔系结构,增强其污染物吸附能力。农村污泥中有机质、有机酸含量高，随磷酸活化过程可产生酸性物质，有利于进一步降低土壤 ph值。
41.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。
42.效果数据分析：把各个样品投加到不同村庄(实例)的碱性土壤中一段时间，每次按5颗/m2隔10天检测一次ph(一颗大概7g)。显然，三个实例中污泥陶粒在前十天的改性速度更快，这可能是前期的官能团数量也较多导致官能团渗透速率较快，中后期因为官能团数量减少，改性速度也减慢了，而对照组(不投加污泥陶粒)的ph并没有发生显著变化。各个实例及空白对照组的ph如下:
43.组别10天20天30天对照组17.87.87.8实例16.56.36.1对照组27.77.77.7实例26.66.26.0对照组37.97.97.9实例36.76.56.2
44.污泥陶粒投加到土壤中，因其高温焙烧，陶粒表面有许多活性位点，上面堆积了很多的酸性官能团，它们会缓慢渗透酸性至土壤，直至把土壤的ph降低到适合作物生长。
45.使用方法：使用量是5颗/m2，大致的排布是以一平方米为一个小格，四个角上和中间位置各投加一颗。具体方案是先测一次土壤初始ph,再按排布投加陶粒后，每隔10天测一次ph,直到30天时，效果已经比较显著。污泥陶粒对碱性土壤的改性效果已经在上述实例中列表说明。

技术特征：

1.一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)将农村污泥进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥；2)将步骤1)得到的干污泥和粘土、粉煤灰混合，得到粘土状物质；3)将步骤2)得到的粘土状物质与改良添加剂混合，放入造粒机中造粒，得到柱状颗粒；4)将步骤3)所得的柱状颗粒添加磷酸，放入马弗炉中升温，进行第一阶段的磷酸活化，然后升温，进行第二阶段的焙烧，最后自然冷却，即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的干污泥通过电压滤深度脱水处理系统进行处理。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：处理系统中的电压滤机的工作压力为0～2mpa，工作时间为20min，电压为10～40v，电流为2～6a。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：处理系统中的电压滤机的工作形式为三段式，具体为：0～4min为0mpa，4～6min为1mpa，6～20min为2mpa。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的干污泥、粘土和粉煤灰混合的体积比为1:2:2～2.3。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：改良添加剂的成分和重量分数组成为：草炭45～50份、高粱秸秆10～15份、尿素15～20份、磷酸氢二钾7～10份、乙酸5～10份、糠渣30～35份、硫磺30～35份、硫酸亚铁10～15份。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：得到的粘土状物质与改良添加剂混合比例为1:1.1～1.38.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的柱状颗粒半径为3.4～3.8mm、长度为6.4～7.9mm。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的第一阶段的磷酸活化步骤为：按照颗粒与浓磷酸比例为1:0.88～0.95混合,使用马弗炉在105～110℃温度下反应35～45min，然后在马弗炉中以8～12℃/min的速率升温,在炉温升至505～510℃时进行10～15min的磷酸活化。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的第二阶段的焙烧步骤为：从505～510℃以5～10℃/min的速率逐渐升至950～1100℃，在950～1100℃焙烧35～40min。

技术总结

本发明公开了一种用作改良碱性土壤的污泥陶粒的制备方法，属于土壤改良领域。将农村污泥进行脱水处理，得到含水率38％～45％的干污泥，将得到的干污泥和粘土、粉煤灰混合，得到粘土状物质，与改良添加剂混合，放入造粒机中造粒，得到柱状颗粒，将所得的柱状颗粒添加磷酸，放入马弗炉中升温，进行第一阶段的磷酸活化，然后升温，进行第二阶段的焙烧，最后自然冷却，即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。即得用作改良碱性土壤的污泥陶粒。