本发明涉及一种污泥生物炭基的轻型长效屋顶绿化栽培基质及其制备方法。
背景技术：
城市建筑越来越强调建筑与自然环境的协调，需要将更多的绿色空间引入到建筑中。屋顶绿化是以建筑物的顶部平台为依托营造园林景观的空间绿化形式，在降低扬尘、净化空气、缓解城市热岛效应方面产生了显著作用，同时还增加了城市绿化面积，节约城市用地，丰富了城市绿色景观。因此，屋顶绿化已经成为人口密集城市的建筑趋势。屋顶绿化作为区别于地面绿化的园林形式，在栽培基质选择上有特殊要求。考虑到减轻屋顶载荷，屋顶绿化栽培基质需要轻质；从屋顶排水方面考虑，基质颗粒不能太小，不能堵塞排水管道。常规地面绿化栽培基质一般不具备上述两个方面的要求，因此，对于屋顶绿化栽培基质的研发成为亟待解决的技术难题。
城市生活污泥是城市生活污水的处理过程中的沉淀物，它的处理处置问题一直是困扰城市发展的难题。目前，将城市生活污泥通过低温热裂解技术炭化制备成生物炭，成为城市生活污泥资源化利用的重要方式之一。轻质的污泥生物炭具有成为屋顶绿化栽培基质的潜质，然而，污泥生物炭基屋顶绿化栽培基质的研究却鲜见报道。
有研究者以城市生活污泥为材料作为屋顶绿化栽培基质做过相关的探索。申请号为201410464951.4和201010272600.5的专利均以城市生活污泥为主要原料，通过好氧堆肥工艺制备屋顶绿化栽培基质材料。污泥堆肥发酵后的产品虽具有较高的肥力，但作为屋顶绿化基质，容重依然较高，且颗粒遇水松散，极易造成下水管道堵塞。另外，好氧堆肥工艺控制不好的话，污泥堆肥产品病原菌杀灭不彻底，会侵染植物，污泥堆肥产品还会散发臭味，容易招诱虫鸟。
城市生活污泥生物炭是通过低温热裂解技术将污泥炭化后的产物，不同于常见的炭黑和活性炭，是一种新型的环境材料。该材料具有容重小、杀菌彻底、无异味、疏松多孔特点，另外，由于具有较高比表面积，污泥生物炭可作为肥料的缓释载体，且自身有机碳含量较高，同时，具有良好的保水保肥效果，完全具有栽培基质所需要的“水、肥、气、热”特征，能够发挥不是土壤却胜似土壤的作用。将污泥生物炭作为屋顶绿化的栽培基质，开辟了城市生活污泥资源化利用的新途径，具有重要的社会和生态意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种污泥生物炭基的轻型长效屋顶绿化栽培基质及其制备方法，所述屋顶绿化栽培基质主要是以污泥生物炭为主要材料，辅助添加长效缓释复合肥、保水剂和珍珠岩制备得到的。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种污泥生物炭基的轻型长效屋顶绿化栽培基质，所述污泥生物炭是指在限氧或无氧条件下，通过低温热裂解技术，将城市生活污水处理厂的剩余污泥炭化制备的生物炭。
所述的污泥生物炭基的轻型长效屋顶绿化栽培基质是按一下方法制备得到的：
（1）城市生活污泥生物炭的制备：将城市生活污水处理厂的污泥自然干化，此时污泥的含水率在80-84%之间。然后将干化污泥置于大型马弗炉中，以10℃/min的升温速率加热至300℃，维持该温度4h，待生物炭冷却后粉碎过筛，制备得到平均直径约为3mm的污泥生物炭产品。
（2）栽培基质的配方：将步骤（1）所得污泥生物炭与长效缓释复合肥、保水剂、珍珠岩混匀，质量百分比分别如下：污泥生物炭82%，长效缓释复合肥1-2%，保水剂2-4%，珍珠岩12-15%。配方中的长效复合肥指组成产品的单一养分含量不低于4.0%，氮、磷、钾有效养分含量≥45%的市售复合肥。配方中的保水剂指的是丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物（聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵）。珍珠岩指的是市售园艺绿化用膨胀珍珠岩。
本发明所述的屋顶绿化栽培基质的理化性质为：干容重为0.42-0.51g/cm3，湿容重为0.79-0.87g/cm3，总孔隙度为62%-71%，ph值6.0-7.5。
本发明的优点是：
（1）容重轻。干容重为0.42-0.51g/cm3，湿容重为0.79-0.87g/cm3，是常见地面园林绿化基质的1/3-1/2左右，可显著减轻屋顶载荷。
（2）肥效长。污泥生物炭本身为肥料的缓释载体，配合以缓释复合肥，能够长时间满足屋顶绿化植物的营养需求。
（3）不易堵塞排水管道。基质各种材料均为颗粒状，主体材料污泥生物炭颗粒平均直径3mm，且具有一定机械强度，遇水不散，不易堵塞屋顶排水系统。
（4）保水保肥。基质总空隙度为62%-71%，具有较好的通气作用，有利于植物根系生长，加上保水剂的使用，同时可保水保肥。
（5）基质卫生。污泥生物炭无异味，不招诱虫鸟。污泥生物炭经高温炭化后，病原菌杀灭彻底，不会侵染屋顶绿化植物。
（6）适用范围广。通过调节除污泥生物炭之外配料的比例，基质适用于大多数屋顶绿化植物。另外，由于容重较轻，适用于各种屋顶绿化用途。
（7）成本合理。基质所用污泥为废弃材料，取材方便。其余材料成本都较低，基质整体价格合理，便于推广应用。
具体实施方式：
下面结合实施例，对本发明做进一步阐述，但本发明保护范围不限于此。
实施例1
将城市生活污水处理厂的污泥自然干化，然后将干化污泥置于大型马弗炉中，以10℃/min的升温速率加热至300℃，维持该温度4h，待生物炭冷却后粉碎过筛，制备得到平均直径约为3mm的污泥生物炭产品。在一个屋顶绿化工程中，依照重量百分比污泥生物炭82%，长效缓释复合肥2%，保水剂2%，珍珠岩14%配比，将所述原料混匀。在屋顶铺垫一层陶粒后，将混匀后的基质均匀铺撒与屋顶绿化种植区域内，铺垫厚度为30cm，将基质耙平压实后，种植屋顶绿色植物。
实施例2
将城市生活污水处理厂的污泥自然干化，然后将干化污泥置于大型马弗炉中，以10℃/min的升温速率加热至300℃，维持该温度4h，待生物炭冷却后粉碎过筛，制备得到平均直径约为3mm的污泥生物炭产品。在一个屋顶绿化工程中，依照重量百分比污泥生物炭82%，长效缓释复合肥1%，保水剂4%，珍珠岩13%配比，将所述原料混匀。在屋顶绿化盆钵容器中铺垫一层陶粒后，将混匀后的基质均匀铺撒在盆钵内，铺垫厚度为30cm，将基质耙平压实后，种植屋顶绿色植物。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。