专利名称：一种利用造纸废水处理污泥改良酸性土壤的方法
酸性土壤是多处于高温多雨地区的矿质土，其土壤组分中的有机质和养分贫乏而矿物质含量高。由于频繁降雨造成土壤中碱性成分如铵、钾、钙、镁离子的淋失严重，不容易流动的铁、铝等酸性物质相对聚积，造成土壤呈酸性或强酸性反应。同时，积蓄的铁、铝等成分很容易与土壤组分特别是磷素结合成难溶解状态的磷酸铝、铁，因此导致磷素对植物的有效性降低，即产生对植物正常生长的负面影响与农业生产资料的严重浪费，同时造成生态环境的污染危害，成为农业经济持续健康发展的制约因素。
土壤的酸性主要影响土壤中各种化学反应和土壤微生物的活性。酸性环境使土壤中铁、铝、锰等元素具有很高的活化度，当pH小于5时，铝、铁和锰的溶解度可以加大到足以毒害某些植物生长的程度；降水造成钾、钙、镁等离子流失致使植物生长受害；因酸性抑制土壤生物活性而造成不良的土壤环境影响。
就pH而言，在6-7中性范围的土壤环境条件是最适宜作物生长的，磷对植物的生长发育发挥着重要的作用。一般条件下磷对植物生长发育的重要性仅次于氮的作用，在某种条件下磷具有与氮对植物的同等作用；缺磷不仅影响植物正常生长并妨碍植物对其他元素的吸收。因此，土壤中的氮、钾等对植物的生长发育作用就间接依赖于磷的供应。中性条件下土壤中磷的有效性达到最高，此时大多数植物从土壤中吸收磷的阻力最小。磷对植物的有效性主要取决于离子态磷的数量，离子态磷的数量又决定于土壤溶液的pH值。土壤pH对磷有效性的影响，在很大程度上被其中的各种离子所决定。在pH 6.5左右的土壤环境中以离子态存在的磷含量最高。换句话说，土壤中磷的有效性最大时的pH值是6-7之间。因此，创造适宜的土壤环境，对提高肥料利用率、促进植物对养分的有效吸收是提高作物产量与品质、降低施肥成本，提高农业经济效益、保护生态环境十分必要的举措.
各种废水处理产生相当数量的固体废弃物污泥，污泥处理已经成为制约各种废水处理技术与工程发展的重要制约因素，不加处置的堆放必将大量占用土地并造成二次环境污染危害。
本发明提供一种利用废水处理污泥改良酸性土壤的方法，具体是指利用处理碱法造纸制浆废液得到的固体废弃物—含有木质素的污泥(简称‘木质素污泥’)为材料中和土壤酸性，改良土壤环境，降低酸性土壤中毒害离子的活性，改变酸性土壤中交换性阳离子的组成，提高土壤吸收钙，钾，镁等阳离子的作用，增加阳离子的数量，从而改善土壤的酸性条件，增加土壤中的速效成分，提高土壤有效养分的含量和保温、保水性能，加强土壤中有益微生物的活性，促进土壤有机质的分解。既实现对酸性土壤改良的目的，促进植物生长发育，同时又为解决工业废水处理产生固体废弃物排放造成二次环境污染的问题提供技术支持，对促进制浆造纸废液处理、实现农业可持续发展，保护生态环境具有重要的实用价值。
本发明木质素污泥的合成过程为采用含硫煤燃烧产生的锅炉、高炉烟气酸析碱法造纸制浆黑液，使碱性黑液的pH值降至2-6，黑液中的木质素被析出，然后加入药剂及助凝剂混凝沉降，沉降后的黑液与中段废水一道进入混合槽，加入絮凝剂，并用石灰乳调节pH值，部分废水返回循环使用，其余进入三级沉淀池，与纸机白水混合，经絮凝沉降后的上清液泵到生化池爆气处理，脱色、脱除悬浮物，使CODcr、BOD、SS进一步降低，最终实现造纸废水达标排放。在沉降槽、混合槽、沉淀池中产生的沉降物即为木质素污泥，通过液固分离、干燥、粉碎至5目-100目粒度。
表1、表2列出木质素污泥的基本理化性质和主要元素组成。木质素污泥是一种具有较强碱性的材料，5倍水化法测定pH值13.89。其中含有的木质素具有改良土壤、刺激植物生长的作用。木质素污泥中含有丰富的有益于改良酸性土壤的钙元素和多种有益于植物生长的常量和微量元素及丰富的有机质。将其施用于酸性土壤，发挥调整土壤酸度、补充酸性土壤所缺乏的钙等多种植物生长需要的元素和有机质的功用，改善因长期施用化肥而形成的土壤板结状况，实现污泥的资源化利用。
表1木质素污泥理化性质项目水分％ pH值 有机质％ 木质素％ 灰分％结果2.4 13.8921.31.6 80.6表2木质素污泥主要元素组成与含量#NO. 元素名称 测试结果 NO. 元素名称 测试结果1Al0.79 9 P 0.062Ca20.80 10Cu22.43Fe0.59 11Mn98.74K 0.61 12Mo26.95Mg0.40 13Ba1306Na0.16 14Sr94.27Ti0.14 15V 44.88S 0.31 16Zn98.7#No.1-9数据单位为％，NO.10-16数据单位为mg/kg.
木质素污泥加入土壤后，对土壤酸度的改良效果明显。木质素污泥使用的细度、用量是影响土壤改良的主要因素，土壤pH值变化随土壤改良的时间而变化。木质素污泥改良酸性土壤的技术条件是原土壤pH值 ≤6使用细度5目-100目施用量 1‰-10‰土壤目标pH值6-7施用方式表施或混施下面结合实施例对本发明作进一步的描述实施例1取初始pH值4.86、有效磷含量12.1ppm、活性铝含量27.7ppm的土壤2500克，以土壤量1.25‰比例掺入木质素污泥3.125克，混合后放置10天测定土壤pH值6.29；有效磷含量12.79ppm，较原土壤提高了5.7％；活性铝含量22.3ppm，较原土壤降低19.4％。
实施例2取初始pH值4.86、有效磷含量12.1ppm、活性铝含量27.7ppm的土壤2000克，以土壤量2.50‰比例掺入木质素污泥5.0克，混合后放置10天测定土壤pH值6.74；有效磷含量14.22ppm，较原土壤提高了17.5％；活性铝含量15.3ppm，较原土壤降低44.8％。
实施例3取初始pH值4.86、有效磷含量12.1ppm、活性铝含量27.7ppm的土壤，以土壤量2.50‰比例掺入木质素污泥后盆栽玉米，4周后测定土壤pH值6.89，活性铝含量19.9ppm，较原土壤降低28.2％；玉米主根数、主根长、植株重分别较对照增加14.4％、25.6％、31.6％，侧根、毛细根数量均显著多于对照。
实施例4取初始pH值4.86、有效磷含量12.1ppm、活性铝含量27.7ppm的土壤，以土壤量2.50‰比例掺入木质素污泥后培育小麦，3周后测定土壤pH值6.84，活性铝含量22.2 mg/kg，较原土壤降低19.9％；小麦株体主根数、主根长较对照分别增加16.1％、25.1％，株重、株高较对照分别增加21.0％、8.1％，叶片数增加9.7％。8周后小麦株体中氮、磷含量分别较对照增加19.6％、5.5％。
权利要求
1.本发明是一种利用造纸废水处理产生的污泥改良酸性土壤的方法，涉及土壤改良与环境保护领域，具体是指利用处理碱法造纸制浆废液得到的固体废弃物——含有木质素的污泥为材料(以下简称为‘木质素污泥’)改良酸性土壤，抑制土壤中危害离子的活性，提高土壤中植物营养元素的有效性，促进植物生长发育，实现土壤改良、废弃物综合利用。具体内容包括
2.如权利要求1所述的木质素污泥是指处理碱法造纸制浆废液产生的固体废弃物。
3.如权利要求1所述的酸性土壤是指pH值为≤6的土壤。
4.如权利要求1所述的改良后土壤的pH值为6-7。
5.如权利要求1所述的木质素污泥的使用粒度为5目-100目。
6.如权利要求1所述的木质素污泥的施用量为耕层土壤量的1‰-10‰(土壤耕层指0cm-20cm深度)。
7.如权利要求1所述的木质素污泥施用的方式为表施或与土壤掺混施。
全文摘要
本发明提供一种利用废水处理污泥改良酸性土壤的方法，具体是指利用粒度5目－100目的处理碱法造纸制浆废液得到的固体废弃物—含有木质素的污泥为材料，以耕层(指0cm－20cm深度的土壤)土壤量的1‰－10‰，采取表施或与土壤掺混施的方式改良酸性土壤(指pH值≤6的土壤)，降低土壤酸度(目标pH值6－7)，抑制土壤中危害离子的活性，提高土壤中植物营养元素的有效性，改良土壤环境、促进植物生长发育，实现废弃物综合利用。
文档编号C09K17/14GK1563274SQ20041000877
公开日2005年1月12日 申请日期2004年3月18日 优先权日2004年3月18日
发明者何艳明, 穆环珍, 杨问波, 江渝, 黄衍初, 朱树文, 高健, 普家顺 申请人:中国科学院生态环境研究中心, 昆明冶金研究院