本发明属于污泥处理和农用肥料
技术领域：
，具体涉及一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法。
背景技术：
：污泥是对城市污水或工业废水的处理过程中所产生的固体沉淀物质，它是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成的极其复杂的非均质体。污泥的主要特性是含水率高(可高达99％以上)，有机物含量高，容易腐化发臭，并且颗粒较细，比重较小，呈胶状液态，是一种介于液体和固体之间的浓稠物。虽然其具有数量大且易腐化发臭等缺点，但是由于其内还含有大量的有机物，因此，人们倾向于将污泥进行处理、转化再利用，一方面减少了大量污泥排放产生的环境问题，另一方面还可利用其内的有效物质为人类的生产生活做出贡献。一般污泥处理需要经过以下几个方面：1、稳定化：通过处理使容易腐化变臭的污泥稳定化，最终处置后不再产生污泥的进一步降解，从而避免产生二次污染；2、无害化：使有毒有害物质得到妥善处理或利用，达到污泥的无害化与卫生化，如去除重金属或灭菌等；3、资源化：在处理污泥的同时达到变废为利、综合利用、保护环境的目的，如产生沼气等。植物废弃物在生产生活中也较为常见，如秋天天气渐冷时，用于绿化保护城市的树木开始脱妆，落叶随处可见，为了市容市貌，常用的做法是将其进行焚烧，然而焚烧会造成不可估量的环境问题，为了达到利用效率较大化，人们致力于将污泥与植物废弃物混合用作肥料的研究，虽然市面上有各种各样的污泥基质，但是处理工艺各异，性质并不稳定，而且，有的污泥基质只注重制备方法上的改进，制备的污泥基质适用性差，在用作农作物种植肥料或花卉苗木生长肥料上的使用目标不明确，看似适用范围广，实则无论用作那种肥料，优势都不突出，在生产使用上如同鸡肋。技术实现要素：针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，以污泥和植物废弃物为原料，充分利用其中的营养成分，经技术改造后用于为花卉苗木生长提供养料，节约资源，减少环境污染。一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，包括以下步骤：步骤一、取初沉池污泥，加入其质量分数为1％-2％的氯化钙和质量分数为2.5％-3.5％的聚乙烯亚胺，10-20rpm/min旋转搅拌，静置20-30min，得改性污泥；将改性污泥离心脱水至含水率为70％-75％，再于50-60rpm/min条件下搅拌3-5h，搅拌过程中采用热风机进行鼓风，鼓风速率为5-8m/s，干燥至含水率30-40％，然后破碎，过20目筛，得前处理污泥；步骤二、将植物废弃物粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1：1的体积比进行混合，得混合物；将混合物平铺于36-42℃的温室内，每平铺5cm高度时于上表面均匀喷洒150-200ml/m2的复合菌液，直至平铺高度为20-25cm，发酵3～5d，发酵期间混合物底层曝气，曝气量为80-95m3/h，每隔5-8h翻铺一次，发酵完毕得发酵物；步骤三、调整发酵物的ph为7.0-7.4，低温干燥至含水率为25-35％，破碎，过40目筛，与保水剂以10～15:1的体积比混合均匀，得初肥；步骤四、向初肥中加入固氮菌肥，使固氮菌肥的含量为10-25g/kg，混合均匀后得污泥基质。进一步的，所述植物废弃物为树木枝干、落叶、农作物秸秆、药渣、酒渣、蘑菇渣或糠醛渣中的至少一种。进一步的，所述复合菌液是将好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌分别培养至对数期后，离心，去上清，用生理盐水悬浮菌体沉淀并调至相同的密度，得四种菌液；然后按照一定的体积比将四种菌液混合后制得。更进一步的，所述复合菌液中好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌菌液的混合体积比为10～13：6～9：5～10：12～15。进一步的，步骤二发酵过程中，开始时曝气温度为36-45℃，持续10-15h；再将曝气温度升至50-53℃，持续12-18h后，将曝气温度回降至36-45℃至发酵结束。进一步的，步骤四所述固氮菌肥是将固氮菌株培养至od660nm＝1.0-1.5时，将菌液接种到经干燥、粉碎、灭菌的泥炭中，接种量为80-100ml/kg，混合均匀后制得。有益效果：1、本发明所述制备方法中首先向初沉池污泥中加入氯化钙和聚乙烯亚胺，氯化钙加入后可以一定程度上抑制污泥中细菌和真菌的生长，减少臭味，抑制膨胀，稳定污泥，同时，有利于形成菌胶团，提高污泥的沉降性能；聚乙烯亚胺分子上含有二硫代羧基，能以配位键和共价键的形式与污泥内的金属离子进行鳌合反应，生成稳定的具有交联网状结构的鳌合体，因为高分子上还会带一定量的负电基团，他们之间存在着静电斥力，且作用力较强，因此相对稳定，不易絮凝沉淀，钙离子能够压缩双电层、加速絮凝，形成的絮凝体轻于污泥分子，可通过离心作用随水分去除，进而降低污泥中的重金属离子浓度，使得制备的污泥基质中各重金属及六六六或滴滴娣的含量极低，均在限值范围内，避免了对环境造成二次污染，提高污泥的质量，确保作物稳步生产。2、本发明所述制备方法中将植物废弃物与污泥进行混合，植物废弃物能够增加污泥肥料的颗粒间隙、促进呼吸，使污泥肥料的营养多样化，且能够有效吸附异味或残余臭气。另外，植物废弃物中富含纤维素和多种天然营养成分，在堆肥过程中，有利于微生物发酵，提高分解效率，促进有机质转化，有机物含量为30％左右，较市售同类产品，腐熟程度显著提高，同时总氮、总磷含量较高，较市售同类产品含量提高了2倍以上，该方法将植物废弃物充分利用，既可解决政府和社会的难题，而且可资源再生、变废为宝。3、本发明制备的污泥基质，由于其内所含的营养物质充足且均衡，在作为肥料施用中，有利于植物生长和改善土壤品质，为花卉苗木生长栽培提供了条件，尤其对于基于污泥基质栽培的牡丹，在主干增高、叶柄长、花朵直径和成花率方面均有明显提高，而且在花质和生根状况上有明显改善。本发明利用对肆意投放会对环境产生危害的污泥和植物废弃物为原料，采用本发明方法进行转型和再利用，不仅保护了环境，还为牡丹等花卉苗木生产增益提供了强有力的保障。具体实施方式下面通过具体的实施例对本发明做进一步的解释说明。实施例1一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，包括以下步骤：取含水率为95％以上的初沉池污泥，加入其质量分数为1％的氯化钙和质量分数为2.5％的聚乙烯亚胺，10-20rpm/min旋转搅拌，静置20min，离心脱水至含水率为70％-75％，再于50-60rpm/min条件下搅拌3h，搅拌过程中采用热风机进行鼓风，鼓风速率为5-8m/s，鼓风温度为45℃；搅拌结束后干燥至含水率30-40％，破碎，过20目筛，得前处理污泥；将植物废弃物，即树木枝干和落叶混合后粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1：1的体积比进行混合，得混合物；将混合物平铺于36℃的温室内，每平铺5cm高度时于上表面均匀喷洒复合菌液，直至平铺高度为20-25cm，发酵3d，发酵期间混合物底层曝气，曝气量为80m3/h，曝气温度适时调控，调控原则为：开始时曝气温度为36℃，持续10h，曝气温度升至50℃，持续12h后，将曝气温度回降至36℃至发酵结束。发酵过程中每隔5-8h翻铺一次，发酵完毕得发酵物。调整发酵物的ph为7.0-7.4，低温干燥至含水率为25-35％，破碎，过40目筛，与保水剂以10:1的体积比混合均匀，得初肥。向初肥中加入固氮菌肥，使固氮菌肥的含量为10g/kg，混合均匀，得污泥基质。其中，所述复合菌液的配制：将好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌分别培养至对数期，离心，去上清，用生理盐水悬浮菌体沉淀，得四种菌液；然后按照体积比为10：8：10：12的比例将四种菌液进行混合，得复合菌液。所述固氮菌肥的制备：将泥炭干燥、粉碎，过100目筛，调ph至6.5-7.0，然后高压蒸汽灭菌，无菌干燥后接种培养至od660nm＝1.0时的圆褐固氮菌，接种量为80ml/kg，混合均匀后制得。实施例2一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，包括以下步骤：取含水率为95％以上的初沉池污泥，向初沉池污泥中加入其质量分数为2％的氯化钙和质量分数为3％的聚乙烯亚胺，10-20rpm/min旋转搅拌，静置23min，离心脱水至含水率为70％-75％，再于50-60rpm/min条件下搅拌3.5h，搅拌过程中采用热风机进行鼓风，鼓风速率为5-8m/s，鼓风温度为47℃；搅拌结束后干燥至含水率30-40％，破碎，过20目筛，得前处理污泥；将植物废弃物，即树木枝干和落叶混合后粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1：1的体积比进行混合，得混合物；将混合物平铺于38℃的温室内，每平铺5cm于表面均匀喷洒复合菌液，直至平铺高度为20-25cm，发酵4d，发酵期间混合物底层曝气，曝气量为85m3/h，曝气温度适时调控，调控原则为：开始时曝气温度为38℃持续12后将曝气温度升至51℃，再持续14h后，将曝气温度回降至38℃至发酵结束。发酵过程中每隔5-8h翻铺一次，发酵完毕得发酵物。调整发酵物的ph为7.0-7.4，低温干燥至含水率为25-35％，破碎，过40目筛，与保水剂以12:1的体积比混合均匀，得初肥。向初肥中加入固氮菌肥，使固氮菌肥的含量为15g/kg，混合均匀，得污泥基质。其中，所述复合菌液的配制：将好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌分别培养至对数期，离心，去上清，用生理盐水悬浮菌体沉淀并调整至相同的细胞密度，得四种菌液；然后按照菌液体积比为11：9：9：13的比例将四种菌液进行混合，得复合菌液。所述固氮菌肥的制备：将泥炭干燥、粉碎，过100目筛，调ph至6.5-7.0，然后高压蒸汽灭菌，无菌干燥后接种培养至od660nm＝1.2时的圆褐固氮菌，接种量为90ml/kg，混合均匀后制得。实施例3一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，包括以下步骤：取含水率为95％以上的初沉池污泥，向初沉池污泥中加入其质量分数为1.5％的氯化钙和质量分数为3.5％的聚乙烯亚胺，10-20rpm/min旋转搅拌，静置25min，离心脱水至含水率为70％-75％，再于50-60rpm/min条件下搅拌4h，搅拌过程中采用热风机进行鼓风，鼓风速率为5-8m/s，鼓风温度为50℃；搅拌结束后干燥至含水率30-40％，破碎，过20目筛，得前处理污泥；将植物废弃物，即树木枝干和落叶混合后粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1：1的体积比进行混合，得混合物；将混合物平铺于40℃的温室内，每平铺5cm于表面均匀喷洒复合菌液，直至平铺高度为20-25cm，发酵5d，发酵期间混合物底层曝气，曝气量为90m3/h，曝气温度适时调控，调控原则为：开始时曝气温度为42℃持续14h后曝气温度升至52℃，再持续16h后，将曝气温度回降至42℃至发酵结束。发酵过程中每隔5-8h翻铺一次，发酵完毕得发酵物。调整发酵物的ph为7.0-7.4，低温干燥至含水率为25-35％，破碎，过40目筛，与保水剂以14:1的体积比混合均匀，得初肥。向初肥中加入固氮菌肥，使固氮菌肥的含量为20g/kg，混合均匀，得污泥基质。其中，所述复合菌液的配制：将好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌分别培养至对数期，离心、去上清，用生理盐水悬浮并调整至相同的细胞密度，得四种菌液；然后按照菌液体积比为12：7：7：14的比例将四种菌液进行混合，得复合菌液。所述固氮菌肥的制备：将泥炭干燥、粉碎，过100目筛，调ph至6.5-7.0，然后高压蒸汽灭菌，无菌干燥后接种培养至od660nm＝1.4时的圆褐固氮菌，接种量为100ml/kg，混合均匀后制得。实施例4一种基于植物废弃物制备适于花卉苗木的污泥基质的方法，包括以下步骤：取含水率为95％以上的初沉池污泥，向初沉池污泥中加入其质量分数为1.8％的氯化钙和质量分数为2.8％的聚乙烯亚胺，10-20rpm/min旋转搅拌，静置30min，离心脱水至含水率为70％-75％，再于50-60rpm/min条件下搅拌5h，搅拌过程中采用热风机进行鼓风，鼓风速率为5-8m/s，鼓风温度为50℃；搅拌结束后干燥至含水率30-40％，破碎，过20目筛，得前处理污泥；将植物废弃物，即树木枝干和落叶混合后粉碎成5-8mm后与前处理污泥以1：1的体积比进行混合，得混合物；将混合物平铺于42℃的温室内，每平铺5cm于表面均匀喷洒复合菌液，直至平铺高度为20-25cm，发酵4.5d，发酵期间混合物底层曝气，曝气量为95m3/h，曝气温度适时调控，调控原则为：开始时曝气温度为45℃，持续15h后将曝气温度升至53℃，再持续18h后，将曝气温度回降至45℃至发酵结束。发酵过程中每隔5-8h翻铺一次，发酵完毕得发酵物。调整发酵物的ph为7.0-7.4，低温干燥至含水率为25-35％，破碎，过40目筛，与保水剂以15∶1的体积比混合均匀，得初肥。向初肥中加入固氮菌肥，使固氮菌肥的含量为25g/kg，混合均匀，得污泥基质。其中，所述复合菌液的配制：将好氧氨氧化菌、硝化菌、枯草芽孢杆菌和酿酒酵母菌分别培养至对数期，离心、去上清，用生理盐水悬浮并调整至相同的细胞密度，得四种菌液；然后按照菌液体积比为13∶6∶5∶15的比例将四种菌液进行混合，得复合菌液。所述固氮菌肥的制备：将泥炭干燥、粉碎，过100目筛，调ph至6.5-7.0，然后高压蒸汽灭菌，无菌干燥后接种培养至od660nm＝1.5时的圆褐固氮菌，接种量为95ml/kg，混合均匀后制得。对实施例1-4制备的污泥基质的性能指标进行评价：1、重金属指标对同一实施例制备的污泥基质取5个批次的样品，每一批次取污泥基质2-3kg，干燥磨碎后过100目尼龙筛，利用微波消解系统处理污泥样品。采用盐酸-过氧化氢消解，消解完成后，消解液中的cd用石墨炉-原子吸收光谱仪测定，cu、pb、zn、ni、和cr用火焰-原子吸收光谱法测定，as、hg用氢化物发生-原子荧光光谱法测定。结果如下表1所示。试验所用试剂均为高级纯，同步用国家标准物质中心的质控样进行质量控制。表1：各污泥基质中的重金属含量表重金属(mg/kg)实施例1实施例2实施例3实施例4cd0.180.210.340.42cu46365241pb69537668zn12796115124ni29263537cr10287121115as13111417hg0.150.100.240.19六六六0.430.380.290.35滴滴娣0.440.480.390.35注：所述每种重金属的含量为每种样品五个批次的平均值；所测每种样品五个批次的重金属含量均p＞0.05。由上表1可知，采用本发明方法制备的污泥基质中各重金属、六六六或滴滴娣的含量均较低，其含量远低于中国农用污泥重金属含量标准中对各种重金属的含量限值规定；而且所测重金属含量5个批次间差异性不明显，说明制备污泥基质中重金属含量较为稳定。不会对环境造成二次污染，同时有机肥质量较高，为保障农业生产创造了条件。2、有机物含量有机物含量是污泥中固体物质在550-600℃高温下焚烧时以气体形式溢出的那部分固体量，又称挥发性固体物质。有机物含量是污泥最重要的化学性质，同时决定了污泥的热值和可消化性。在堆肥过程中，易分解有机质可能被微生物作为能源而最终消失，其含量可以作为判断堆肥腐熟度的参考指标。测定方法：取定量污泥，4500r/min离心10min，将离心后的固体部分完全转移到坩埚内，放入烘箱在105℃下恒重后称量，得污泥固体量，再放入马弗炉内，在600℃下灼烧至恒重后取出，放入干燥器中，冷却后称重，前后称量的差值即为有机物含量。同时，对市售污泥基质作以上相同处理，作为对照。3、总氮、总磷含量污泥中的氮、磷量是污泥特性的一个重要指标，是污泥资源化，特别是堆肥农用的最主要指标。测定方法：精密称取经烘干并研磨后的污泥样品0.15g置于镍坩埚中，用95％的乙醇稍湿润，加2g固体氢氧化钠置于坩埚底部铺平，将坩埚置于马弗炉中，升温至720℃保持20min，待温度降至室温后取出坩埚，用热水脱埚，收集液冷却后过滤，取10ml滤液于50ml比色管中，用无氨水稀释至25ml，加碱性过硫酸钾溶液10ml，塞进管口，将比色管置于高压蒸汽消毒器中120℃消解30min，冷却后取出。用无氨水将比色管中的消解液稀释至50ml；取25ml于另一比色管中，加入10倍稀释的浓盐酸1ml，摇匀，用紫外分光光度计测定220nm和275nm波长处的吸光度值，根据绘制的标准曲线，计算总氮量；取另外25ml的消解液于另一比色管中，加入抗坏血酸溶液1ml，摇匀，30s后，再加入2ml钼酸铵溶液，摇匀，15min后在700nm处测定吸光度值，根据绘制的标准曲线计算含磷量。同时，对市售污泥基质作以上相同处理，作为对照。4、脱水性能取改性污泥，于0.27mpa下压滤4h，测定滤饼的含固率。表2：相关指标评价来源有机物含量(％)总氮(％)总磷(％)含固率(％)实施例130.64.232.2539.8实施例231.74.571.9845.2实施例329.84.862.3442.5实施例427.44.652.3640.8对照55.92.191.21-由上表2可知，采用本发明方法制备的污泥基质，其有机物含量明显低于市售污泥，说明本发明方法制备的污泥基质，在堆肥过程中，通过微生物的作用，将有机质分解形成肥料，腐熟程度较高。同时，氮、磷含量也有明显提高，不仅有利于植物栽培，而且可以增加土壤的有机质含量，改善土壤的理化性质。含固率说明采用本发明方法进行预处理，使得污泥的脱水性能改善，这为制备高质的污泥基质提供了条件。利用实施例1-4制备的污泥基质培养牡丹苗木使用方法：每种污泥基质用量为12kg/m2，在距离苗木10-20cm处开沟，将污泥基质施入沟中，回土覆盖。牡丹苗木选用1、3或10年生苗木，牡丹品种选用洛阳红。同时，用不施用污泥基质的常规地培牡丹苗木作空白对照。至次年牡丹开花，对苗木的主干增高、叶柄长、花朵直径和成花率、花质和生根方面作评价，结果如下表3所示。表3：污泥基质对牡丹苗木生长的影响由上表3可知，采用本发明制备的污泥基质培养牡丹，在主干增高、叶柄长度、花朵直径和成花率方面相较常规培养方式均有所提高，这种提高不以牡丹苗的苗龄为转移，即无论采用1年生、3年生还是10年生的牡丹苗，这种提高均只存在。另外，还对栽培牡丹的花质和生根情况作了直观评价，采用本发明制备的污泥基质和常规地培相比，在花质上，花色更鲜艳、纯正，花型较好；在生根情况方面，采用本发明制备的污泥基质培养的牡丹多为须根，根系更为庞大，生长协调。当前第1页12