市政污泥基生物炭改良营养土及其生产方法
阅读说明：本技术 市政污泥基生物炭改良营养土及其生产方法 (Municipal sludge-based biochar improved nutrient soil and production method thereof ) 是由 孙东晓 宋芊 董志强 刘学明 王轶喆 张吉琛 杨蒙岭 谭咏 于 2021-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种市政污泥基生物炭改良营养土及其生产方法,该方法依次包含如下步骤：将市政污泥风干后粉碎；将粉碎后的市政污泥进行辊压,形成片状颗粒,以便于后续的炭化；将制备的片状颗粒进行炭化,制备得到市政污泥基生物炭；将制备的市政污泥基生物炭与其他原料进行搅拌混合,得到营养土半成品；其中,其他原料包含膨润土、蛭石、凹凸棒、高岭石和水,质量配比为,市政污泥基生物炭∶膨润土∶蛭石∶凹凸棒∶高岭石∶水＝(5-25)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(10-20)；灭菌并干燥。本发明制备的营养土富含植物所需的多种营养元素,为植物生长提供基本的肥力；该营养土质地疏松,具有更大的比表面积,保肥保墒能力大。(The invention discloses municipal sludge-based biochar improved nutrient soil and a production method thereof, and the method sequentially comprises the following steps: drying and crushing municipal sludge; rolling the crushed municipal sludge to form flaky particles so as to facilitate subsequent carbonization; carbonizing the prepared flaky particles to prepare municipal sludge-based biochar; stirring and mixing the prepared municipal sludge-based biochar with other raw materials to obtain a semi-finished product of the nutrient soil; wherein the other raw materials comprise bentonite, vermiculite, attapulgite, kaolinite and water in a mass ratio of (5-25) municipal sludge-based biochar to bentonite to vermiculite to attapulgite to kaolinite to water to (5-20) to (10-20); sterilizing and drying. The nutrient soil prepared by the invention is rich in various nutrient elements required by plants, and provides basic fertility for plant growth; the nutrient soil has loose texture, larger specific surface area and large capacity of preserving fertilizer and moisture.)
技术领域
本发明涉及营养土领域，具体涉及一种市政污泥基生物炭改良营养土及其生产方法。
背景技术
市面上的营养土，多数为高岭石、凹凸棒以及各种复合肥料的简单混合，长时间使用后会产生板结，肥力下降等问题，使得植物不能充分地利用营养土中的养分，引起资源的浪费，甚至可能造成进一步的污染。因而，在盆景和幼苗的栽培过程中不能充分发挥营养土的优势，甚至使得植物因缺素而引起生理病变。
生物炭是指动植物遗体、动物粪便和污泥等，在缺氧条件下，经高温热解后得到的高炭产物。生物炭具有疏松多孔、比表面积大、含氧基团多、阳离子交换量大等优点。其中，市政污泥基生物炭的原料价格低廉且易于收集，同时又能减少污泥污染等问题，实现污泥资源化利用达到以废治废的效果，因而具有更加广阔的应用前景。城镇污水厂市政污泥是污水处理过程中产生的沉淀物质，既含有大量的微生物、有机质及丰富的营养物质，相对于工业污泥而言不含有重金属，更适合用来制备生物炭。目前，体现固废资源化利用的原料，尤其是市政污泥生物炭作为原料的营养土配方，鲜有报道，并且在如污泥生物炭的制备、配制该种类型的营养土等方面的问题，均需要探索与验证。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统营养土长时间使用后产生板结，肥力下降的问题，增加营养土的疏松度，延长营养土的寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了一种市政污泥基生物炭改良营养土的生产方法，该方法依次包含如下步骤：
S1，将市政污泥风干后粉碎；
S2，将粉碎后的市政污泥进行辊压，形成片状颗粒，以便于后续的炭化；
S3，将步骤S2制备的片状颗粒进行炭化，制备得到市政污泥基生物炭；
S4，将步骤S3制备的市政污泥基生物炭与其他原料进行搅拌混合，得到营养土半成品；其中，其他原料包含膨润土、蛭石、凹凸棒、高岭石和水，质量配比为，市政污泥基生物炭∶膨润土∶蛭石∶凹凸棒∶高岭石∶水＝(5-25)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(10-20)；
S5，灭菌并干燥。
较佳地，步骤S3中所述的炭化，温度设为300-500℃，时间为1-2h。
较佳地，步骤S4中所述的市政污泥基生物炭、膨润土、蛭石、凹凸棒和高岭石的颗粒度小于2mm。
较佳地，步骤S4中所述的其他原料还包含氮肥、磷肥、钾肥中的至少一种。
较佳地，步骤S5中所述的灭菌干燥的方法为，将所述营养土半成品置于灭菌炉中灭菌干燥，温度控制40-60℃，时间为0.5-2h，使含水量降到10％以内。
较佳地，在市政污泥基生物炭改良营养土的产量小于20kg时，步骤S5中所述的灭菌干燥的方法包含：
S5.1，将步骤S4中混合均匀的营养土半成品控制温度为100-200℃进行翻炒20-60min，消毒灭菌；
S5.2，对步骤S5.1消毒灭菌后的产物，加入一定量的水，再次混合均匀，然后进行低温干燥。
本发明还公开了一种用上述方法制备的市政污泥基生物炭改良营养土，所述的市政污泥基生物炭改良营养土结构疏松，形状不规则，表面粗糙。
本发明的技术效果包含：多种原料使得制备的营养土富含植物所需的多种营养元素，为植物生长提供基本的肥力；该营养土质地疏松，具有更大的比表面积，保肥保墒能力大；该营养土中微生物存活性高代谢能力提升；可用于固定温室气体和重金属等污染物，实现以废治废。
附图说明
图1为本发明的市政污泥基生物炭改良营养土的生产方法流程图；
图2为市政污泥基生物炭扫描电镜图；
图3为市政污泥基生物炭X射线能谱分析图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明公开了一种市政污泥基生物炭改良营养土的生产方法，如图1所示，其步骤包含：
S1，将市政污泥风干后粉碎；风干后，市政污泥中氮的含量为2-5％，磷的含量为1-3％；
S2，将粉碎后的污泥放入辊机中进行辊压，形成片状颗粒，以便于后续的炭化；
S3，将S2制备的片状颗粒放入炭化炉中进行炭化处理；较佳地，炭化温度设为300-500℃，炭化时间为1-2小时，制备得到市政污泥基生物炭；制备得到的市政污泥基生物炭如图2所示，所述的市政污泥基生物炭结构疏松，形状不规则，表面粗糙；对于市政污泥基生物炭进行X射线能谱分析，结果如图3所示，市政污泥基生物炭富含碳、氧等元素说明其具有丰富的表面含氧官能团，同时富含铁、硅、镁等植物所需元素；
S4，将S3制备的市政污泥基生物炭与其他原料进行搅拌混合，形成营养土；质量配比为，市政污泥基生物炭∶膨润土∶蛭石∶凹凸棒∶高岭石∶磷酸二铵∶硫酸钾∶水＝(5-25)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(5-20)∶(1-5)∶(1-2)∶(10-20)；其中，膨润土、蛭石、凹凸棒、高岭石均为营养土的主要成分，也作为作物生长的主要支撑物；磷酸二铵和硫酸钾作为补充料，用于弥补营养土的肥力；水用于维持湿度，便于湿法造粒；所述的市政污泥基生物炭、膨润土、蛭石、凹凸棒、高岭石颗粒度均小于2毫米，可以增加营养土的透气保水性；
S5，灭菌干燥，使含水量降到10％以下，冷却后进行包装。
以下结合具体实施例加以说明。
实施例1
本例用于生产1吨营养土。
S1，从市政污水处理厂取10吨含水率约为50-60％的污泥，风干20天后粉碎；
S2，将粉碎后的污泥放入到辊机中进行辊压，形成片状颗粒，厚度小于1厘米；
S3，将辊压后得到的片状颗粒输送到回转式炭化炉中进行炭化，温度控制在400℃左右，炭化时间设为1小时；
S4，从市场上购买其他配料，称取膨润土0.2吨、蛭石0.2吨、高岭石0.2吨、凹凸棒0.1吨、磷酸二铵0.02吨、硫酸钾0.01吨，将其与本例的S3中制备的市政污泥基生物炭(取0.25吨)、水0.1吨一起运输到搅拌机中进行搅拌混合，得到混合均匀的营养土半成品；
S5，将S4中混合均匀的营养土半成品，运送到灭菌炉中，进行低温灭菌和干燥，温度控制在50℃，运行时间为1小时，使得含水量降到10％以下，冷却后进行包装。
通过对污泥基生物炭改良营养土的理化性质测定发现，其土壤结构得到有效改善，土壤稳定性显著提升。其主要原因是污泥基生物炭具有疏松多孔的结构，这样使得营养土具有更好的保水、保湿、保肥的特性，还能改善土壤结构，使之更加疏松，不易板结，增强微生物活性的效果显著，同时生物炭较高的比表面积也使得其对氮磷钾等元素具有较好的缓释效果。
实施例2
本实施例用于水稻幼苗培养的市政污泥基生物炭改良营养土生产。
S1、S2同实施例1中的S1、S2；
S3，将辊压后得到的片状颗粒输送到回转式炭化炉中进行炭化，温度控制在500℃左右，炭化时间设为1小时；
S4，从市场上购买其他配料，称取膨润土0.15吨、蛭石0.15吨、高岭石0.15吨、凹凸棒0.20吨、磷酸二铵0.03吨、硫酸钾0.02吨、本例S3中制备的市政污泥基生物炭0.10吨、水0.2吨以及少量的硼酸和硫酸锰，一起运输到搅拌机中进行搅拌混合，得到混合均匀的营养土半成品；
S5同实施例1中的S5。
进行水稻幼苗的培养，应当注意各种营养元素的含量，尤其是微量元素。因此在针对水稻幼苗的营养土生产的过程中，加入了少量的硼酸和硫酸锰，有效地防止了水稻常见缺素症状的出现，保证了水稻幼苗的正常生长发育。
实施例3
本实施例用于花卉培养的市政污泥基生物炭改良营养土生产。本例中大约生产10千克营养土。
S1，从市政污水处理厂取100千克含水率约为50-60％的污泥，风干大约10天后粉碎，去除其中杂物，将风干的污泥放入搅拌机破碎混合；
S2、S3同实施例2中的S2、S3；
S4，从市场上购买其他配料，称取膨润土1千克、蛭石1千克、高岭石1.5千克、凹凸棒2千克将其与本例的S3中制备的市政污泥基生物炭(取2千克)一起运输到搅拌机中进行搅拌混合，得到混合均匀的营养土半成品；
S5.1，将S4中混合均匀的营养土半成品，放入大锅中进行翻炒，控制温度为150℃，翻炒半个小时，用于消毒灭菌；
S5.2，消毒灭菌后，加入0.3千克磷酸二铵、0.2千克硫酸钾和2千克水，再次放入搅拌器中混合均匀，最后进行低温干燥，包装成营养土成品。
进行花卉营养土的配制，应当充分考虑营养土的消毒灭菌，因此在生产的过程中，对半成品进行大锅干炒灭菌；其次，花卉营养土的pH对花卉生长有显著的影响，由于磷酸二铵的存在使得营养土成弱酸性，所以该方法适合培育中性和酸性花卉，例如，杜鹃、秋海棠、八仙花等；此外，室内花卉栽培，浇水次数明显增加，但施肥次数不足，因此提高生物炭的比例增强保肥缓释能力，降低膨润土和蛭石含量。
综上所述，市政污泥基生物炭改良营养土多样的原料使得该营养土富含植物所需的多种营养元素，为植物生长提供基本的肥力；生物炭、磷酸二铵和硫酸钾为植物提供必要的氮磷元素；营养土质地疏松，具有更大的比表面积，保肥保墒能力大；微生物存活率高、代谢能力提升；可以固定温室气体和重金属等污染物，实现以废治废。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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