一种以湖塘污泥为原料的复合基质及其制备方法与流程

本发明涉及湖塘污泥高价值利用，具体涉及一种以湖塘污泥为原料的复合基质及其制备方法。

背景技术：

1、我国湖塘污泥处理处置的目标是实现污泥的减量化、稳定化和无害化。湖塘污泥富含有机质，氮、磷、钾含量远高于农家肥，是较好的肥料原料。而腐熟湖塘污泥不仅将有机物转化为腐殖质，具有含水率低、结构疏松、比表面积大、容积小、无恶臭等优点，而且腐熟湖塘污泥内部重金属得到稳定化，不容易产生重金属再次释放，是植物栽培中的优良基质原料。

2、目前的污泥育苗基质主要有散体基质和压制成型基质块两类。其中散体基质育苗是将污泥经过一定处理后直接用于育苗，无压制成型过程，散体基质育苗需要育苗钵，存在塑料污染和脱苗困难的问题。而压制成型基质块育苗则是将处理后的污泥通过施加一定的压力压制成育苗基质块后直接用于育苗，但这类成型基质块成型效果不稳定，运输及育苗过程中易开散、破碎。

3、cn112970557a公开了一种成型菌渣基质块，该基质块将食用菌栽培后残余的菌渣与高分子有机塑料颗粒及粘连化学短纤维在高温100～300℃温度下充分搅拌再趁热通过模具压制成块，冷却定型后烘干或风干，得到成型菌渣基质块，但其只考虑了利用高温处理使有机塑料颗粒融化以及粘连化学短纤维使基质块容易成型，却忽略了高温加热、冷却定型后烘干耗费能量过多以及成型基质遇水易开散、吸水过多基质排水困难的问题。

4、cn113924885a公开了一种基于生物质利用的屋顶绿化栽培系统及其制备方法，该发明提供的屋顶绿化栽培系统由防护外壳、育苗层和种植层三部分组成，将具有复杂结构的传统屋顶绿化栽培系统简化为三层结构，实现了农业废弃物的增值化利用；但其忽略了防护外壳、育苗层和种植层三部分如何进行较好的嵌合，从而防止分离的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种以湖塘污泥为原料的复合基质及其制备方法，解决现有基质成型效果不佳的问题。

2、为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种以湖塘污泥为原料的复合基质，其特征在于：包括相互嵌合的有机基质块内芯和硬质外壳，有机基质块内芯为圆柱体且底部向内凹有凹槽，硬质外壳为顶部开口的圆柱形腔体，硬质外壳底部向上凸形成凸起，硬质外壳侧壁和底部设置有排水用的通孔，有机基质块内芯放置在硬质外壳内且凸起与凹槽卡接。

3、更进一步的技术方案是所述有机基质块内芯原料为湖塘污泥、磷石膏、秸秆水热炭、水稻秸秆、谷壳、黄原胶、海藻酸钠、秸秆水热液体，各原料用量为湖塘污泥60～70份、磷石膏2～5份、秸秆水热炭5～10份、水稻秸秆颗粒6～10份、谷壳颗粒6～10份、黄原胶1～4份、海藻酸钠1～4份、秸秆水热液体30～40份。

4、更进一步的技术方案是所述硬质外壳原料为腐熟湖塘污泥、磷石膏、水稻秸秆、谷壳、矿渣硅酸盐水泥、秸秆水热液体；各原料用量为湖塘污泥50～60份、磷石膏10～15份、水稻秸秆颗粒5～10份、谷壳颗粒5～10份、psa32.5矿渣硅酸盐水泥50～70份、秸秆水热液体40～60份。

5、更进一步的技术方案是所述秸秆水热液体制备方法为将秸秆和磷石膏按照质量分数比为5：1～8：1进行混合获得秸秆磷石膏混合物，再将秸秆磷石膏混合物与水按照固液比为1：6～1：10进行混合得到秸秆磷石膏水悬浊液并进行水热反应，水热温度为220～240℃，保温时间为5～20min，固液分离，液相为秸秆水热液体，固相为秸秆水热炭。

6、更进一步的技术方案是所述湖塘污泥为腐熟后湖塘污泥，经自然风干，含水率为30％～40％，以干基计的有机质含量为50％～60％。

7、更进一步的技术方案是所述硬质外壳底部设置有圆柱形角柱。

8、更进一步的技术方案是所述复合基质的制备方法包括如下步骤：

9、步骤(1)：将自然风干腐熟的湖塘污泥、磷石膏和秸秆水热炭粉碎过20目筛，获得湖塘污泥、磷石膏和秸秆水热炭原料；将水稻秸秆和谷壳粉碎过5目筛，获得水稻秸秆颗粒和谷壳颗粒；

10、步骤(2)：以所述步骤(1)所得的湖塘污泥为原料，添加磷石膏、秸秆水热炭、水稻秸秆和谷壳颗粒作为辅助成分，添加黄原胶和海藻酸钠作为粘结剂，最后添加秸秆水热液体作为营养液，全部搅拌混合均匀，获得第一混合浆料；

11、步骤(3)：将所述步骤(2)中的第一混合浆料进行压制成型，获得有机基质块内芯；

12、步骤(4)：以所述步骤(1)所得的湖塘污泥为原料，添加磷石膏、水稻秸秆颗粒和谷壳颗粒作为辅助成分，添加矿渣硅酸盐水泥作为粘结剂，添加秸秆水热液体作为营养液，全部搅拌混合均匀，获得第二混合浆料；

13、步骤(5)：将所述步骤(4)中得到的第二混合浆料倒入模具内完成浇铸，硬化后从模具中取出，得到硬质外壳，在20～30℃下硬化4～48h，硬质外壳抗压强度可达20～25mpa；

14、步骤(6)：将所述步骤(3)制备的有机基质块内芯放入所述步骤(5)制备的硬质外壳内，底部凸起与凹槽嵌合，完成组装，得到以湖塘污泥为原料的复合基质成品。

15、更进一步的技术方案是所述步骤(3)中成型压力为3～12kn，保压时间5～10min。

16、更进一步的技术方案是所述步骤(5)中所述硬质外壳，在室温下硬化两到三天，若进一步将温度升至30℃，则硬化时间缩短至四到八个小时，所得到的硬质外壳抗压强度可达20～25mpa，放置一个月后抗压强度可进一步达到40～45mpa；

17、更进一步的技术方案是所述步骤(6)中复合基质成品含水率在40％～60％，容重在0.93～1.18g/m3之间，腐殖酸含量在8％～13％之间，ph值在6.5～7.0之间，电导率ec值在0.96～1.08ms/cm之间，饱和吸水率为其原始重量的30％～45％之间。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、以湖塘污泥为原料，添加磷石膏、水稻秸秆颗粒和谷壳颗粒作为辅助成分，添加矿渣硅酸盐水泥作为粘结剂，添加秸秆水热液体作为营养液，浇铸成型得到硬质外壳，对内部的有机基质块内芯起到支撑定型作用。加入水泥和磷石膏，利用其凝胶功能使得硬质外壳迅速凝结且具备一定硬度，硬质外壳周围和底部开通孔以及底部的脚座，有利于非均质复合基质块排水透气，同时利于根部的发育和盘根，透过通孔盘根有利于使非均质复合基质块的硬质外壳、有机基质块内芯与幼苗植物成为一个整体，有利于幼苗和基质块一并进行移栽，减少移栽时幼苗的损伤，缩短或无缓苗期。

20、以湖塘污泥为原料，添加磷石膏、秸秆水热炭、水稻秸秆和谷壳颗粒作为辅助成分，添加黄原胶和海藻酸钠作为粘结剂，制备有机基质块内芯，通过压制一次成型。腐熟湖塘污泥中含有植物生长所需的有机物、腐植酸和养分成分；磷石膏中含有的硫、磷、镁等有效养分，富含的钙离子可以调节腐熟湖塘污泥酸碱度；秸秆水热炭有利于调控基质块的孔隙结构，提高透水性能；水稻秸秆和稻壳颗粒可以提供有机成分；黄原胶和海藻酸钠的加入起到粘结的作用，使基质成型效果更好；秸秆水热液体有利于增加有机碳、有机酸和营养因子。使得有机基质块内芯可以提供植物生长所需有机物和养分成分。

21、硬质外壳凸起与有机基质块内芯凹槽卡接，使得有机基质块内芯不易移位，与硬质外壳形成一个整体，便于其运输。同时使用时，有机基质块内芯吸水后膨胀，与硬质外壳形成更加完整稳定的块体，便于其使用。得到的复合基质块具备良好的基质块成型性能、优秀的透水性能，具备较高的强度、良好的抗震性和抗压性，能够满足各领域对优质植物栽培基质块的需求。