申请日2018.12.07
公开(公告)日2019.02.12
IPC分类号A01G24/25; A01G24/20; A01G24/15; A01G24/12; A01G24/10
摘要
本发明提供了一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭40重量份～60重量份;沼渣10重量份～20重量份;蛭石5重量份～15重量份;椰糠1重量份～5重量份;保水剂0.5重量份～4重量份;缓释肥0.2重量份～0.6重量份。本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质以污泥基生物炭和沼渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化;更重要的是，该污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，且保水保肥能力强。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重不超过650kg/m3，且具有较好促进屋顶绿化植物成活、生长的效果。
权利要求书
1.一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭40重量份～60重量份;
沼渣10重量份～20重量份;
蛭石5重量份～15重量份;
椰糠1重量份～5重量份;
保水剂0.5重量份～4重量份;
缓释肥0.2重量份～0.6重量份。
2.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述污泥基生物炭由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成;
所述热解炭化的温度为400℃～600℃。
3.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述沼渣的有机质为45wt%～55wt%，腐殖酸为15wt%～25wt%，全氮为4wt%～8wt%，全磷为4wt%～5wt%，全钾为1wt%～3wt%，pH值为6～7，水分含量为25wt%～35wt%。
4.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述蛭石的粒径为1.5mm～2.5mm，容重为150kg/m3～180kg/m3。
5.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述椰糠的粒径为0.5mm～1.5mm，吸水率为200%～400%。
6.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述保水剂为高分子吸水性树脂;所述保水剂的吸水率为400%～600%。
7.根据权利要求1所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，其特征在于，所述缓释肥的养分的质量分数为30%～40%，水溶性磷占有效磷的质量分数为50%～60%。
8.一种权利要求1～7任一项所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和沼渣混合后研磨，得到混合料;
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中所述研磨的粒径要求为小于300目。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中所述混合的方式为搅拌;所述搅拌的转速为70r/min～80r/min，时间为50min～60min。
说明书
一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质及其制备方法
技术领域
本发明涉及城市绿化技术领域，尤其涉及一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质及其制备方法。
背景技术
屋顶绿化近年来发展迅速，不仅是节约土地、开拓城市空间的有效办法，也具有节能减排、滞尘防霾、滞留雨水、降低噪音、美化景观、治理大气污染等作用。随着环境保护的呼吁声越来越高，屋顶绿化开始成了近几年的环保新风向，越来越多的城市出台相关政策推动了屋顶绿化项目的推广。
现代普及型的屋顶绿化研究的重点是如何降低对楼顶承重的压力、养护成本和养护难度;因此将屋顶绿化最大限度地普及，其中轻型绿化是一个重要的发展趋势，其中无土轻型基质是一个重要的研究方向。无土轻型基质是利用环境中的废弃物进行合理配比而成，具有原料易得、重量轻、无病虫害寄、成本低等特点。无土轻型基质的诞生必将加速我国城市立体绿化的进程，在创建花园式城市的过程中发挥重要作用。
但是，现有技术中的无土轻型基质还存在稳定性较差，养分不平衡，保水保肥能力一般的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质及其制备方法，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质稳定性好、养分平衡且保水保肥能力强。
本发明提供了一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭40重量份～60重量份;
沼渣10重量份～20重量份;
蛭石5重量份～15重量份;
椰糠1重量份～5重量份;
保水剂0.5重量份～4重量份;
缓释肥0.2重量份～0.6重量份。
优选的，所述污泥基生物炭由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成;
所述热解炭化的温度为400℃～600℃。
优选的，所述沼渣的有机质为45wt%～55wt%，腐殖酸为15wt%～25wt%，全氮为4wt%～8wt%，全磷为4wt%～5wt%，全钾为1wt%～3wt%，pH值为6～7，水分含量为25wt%～35wt%。
优选的，所述蛭石的粒径为1.5mm～2.5mm，容重为150kg/m3～180kg/m3。
优选的，所述椰糠的粒径为0.5mm～1.5mm，吸水率为200%～400%。
优选的，所述保水剂为高分子吸水性树脂;所述保水剂的吸水率为400%～600%。
优选的，所述缓释肥的养分的质量分数为30%～40%，水溶性磷占有效磷的质量分数为50%～60%。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和沼渣混合后研磨，得到混合料;
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
优选的，步骤a)中所述研磨的粒径要求为小于300目。
优选的，步骤b)中所述混合的方式为搅拌;所述搅拌的转速为70r/min～80r/min，时间为50min～60min。
本发明提供了一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭40重量份～60重量份;沼渣10重量份～20重量份;蛭石5重量份～15重量份;椰糠1重量份～5重量份;保水剂0.5重量份～4重量份;缓释肥0.2重量份～0.6重量份。与现有技术相比，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质以污泥基生物炭和沼渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化;更重要的是，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，且保水保肥能力强。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重不超过650kg/m3，且具有较好促进屋顶绿化植物成活、生长的效果。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明提供了一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：
污泥基生物炭40重量份～60重量份;
沼渣10重量份～20重量份;
蛭石5重量份～15重量份;
椰糠1重量份～5重量份;
保水剂0.5重量份～4重量份;
缓释肥0.2重量份～0.6重量份。
在本发明中，所述污泥基生物炭优选由生活污泥依次经反稀释、脱水、热干化处理和热解炭化制备而成。本发明对所述生活污泥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的城市污泥即可。在本发明中，所述生活污泥的含水率优选为70%～90%，更优选为80%。
在本发明中，所述反稀释的目的是将生活污泥的含水率调整至90%～99%，优选为95%。
在本发明中，所述脱水的目的是将上述含水率较高的泥浆脱水至含水率为50%～60%，优选为55%，得到污泥泥饼。本发明对所述脱水的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的脱水系统即可。
在本发明中，所述热干化处理的目的是将上述污泥泥饼的含水率降至25%～35%，优选为30%。本发明对所述热干化处理的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥干化机即可;所述污泥泥饼通过输送设备至该污泥干化机。
在本发明中，所述热解炭化的温度优选为400℃～600℃，更优选为500℃。本发明对所述热解炭化的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的污泥炭化系统即可;热干化处理后的污泥泥饼通过输送设备至该污泥炭化系统。在本发明中，所述热解炭化的过程在无氧条件下进行。
在本发明中，所述热解炭化借助玻璃体的致密结晶结构形成稳定的固溶体，因此所述污泥基生物炭性质很稳定，有害物质不会溢出污染环境，环境风险低。在本发明中，所述污泥基生物炭富含碳元素，疏松多孔、容重小，透气保水保肥能力强，并且原料易得、成本低。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括40重量份～60重量份的污泥基生物炭，优选为45重量份～55重量份。
在本发明中，所述沼渣的有机质优选为45wt%～55wt%，更优选为50wt%;所述沼渣的腐殖酸优选为15wt%～25wt%，更优选为20wt%;所述沼渣的全氮优选为4wt%～8wt%，更优选为6wt%;所述沼渣的全磷优选为4wt%～5wt%，更优选为4.5wt%;所述沼渣的全钾优选为1wt%～3wt%，更优选为2wt%;所述沼渣的pH值优选为6～7，更优选为5.6;所述沼渣的水分含量优选为25wt%～35wt%，更优选为30wt%。本发明对所述沼渣的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的餐厨垃圾厌氧发酵制沼气后的沼渣;同时，沼渣出池后，应先在储粪池中堆沤15天再施用，以保证满足上述物化性质参数。在本发明中，所述沼渣的电导率优选为180μs/cm～250μs/cm，更优选为200μs/cm。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括10重量份～20重量份的沼渣，优选为14重量份～18重量份。
本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质以污泥基生物炭和沼渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化。
在本发明中，所述蛭石的粒径优选为1.5mm～2.5mm，更优选2mm;所述蛭石的容重优选为150kg/m3～180kg/m3，更优选为160kg/m3。在本发明中，所述蛭石具有透气保水性;本发明对所述蛭石的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售的园艺专用蛭石即可。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括5重量份～15重量份的蛭石，优选为8重量份～12重量份。
在本发明中，所述椰糠的粒径优选为0.5mm～1.5mm，更优选为1mm;所述椰糠的吸水率优选为200%～400%，更优选为300%。在本发明中，所述椰糠具有透气保水性;本发明对所述椰糠的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括1重量份～5重量份的椰糠，优选为2重量份～3重量份。
在本发明中，所述保水剂优选为高分子吸水性树脂;本发明对所述保水剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述保水剂的吸水率优选为400%～600%，更优选为500%。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括0.5重量份～4重量份的保水剂，优选为1重量份～3重量份。
在本发明中，所述缓释肥的养分的质量分数优选为30%～40%，更优选为35%;所述缓释肥的水溶性磷占有效磷的质量分数优选为50%～60%，更优选为55%。在本发明中，所述缓释肥的养分具体为氮磷(P2O5)钾(K2O);本发明采用上述缓释肥，具有调节养分平衡的作用。本发明对所述缓释肥的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质包括0.2重量份～0.6重量份的缓释肥，优选为0.3重量份～0.5重量份。
本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，且保水保肥能力强。
在本发明中，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的使用方法优选具体为：
将所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质均匀铺设在屋顶绿化植物种植区域内，耙平压实，然后种植相应的屋顶绿化植物，浇水即可。
在本发明中，根据所种植物的不同，所述污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质铺设的厚度优选为10cm～30cm。
本发明还提供了一种上述技术方案所述的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的制备方法，包括以下步骤：
a)将污泥基生物炭和沼渣混合后研磨，得到混合料;
b)将步骤a)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
本发明首先将污泥基生物炭和沼渣混合后研磨，得到混合料。在本发明中，所述污泥基生物炭和沼渣与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述研磨的粒径要求优选为小于300目，更优选为小于200目。本发明对所述研磨的设备没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的研磨机即可。
得到所述混合料后，本发明将得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥混合，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。在本发明中，所述蛭石、椰糠、保水剂和缓释肥与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述混合的方式优选为搅拌，目的是使各原料混合均匀。在本发明中，所述搅拌的转速优选为70r/min～80r/min，更优选为75r/min;所述搅拌的时间优选为50min～60min，更优选为55min。
本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
本发明提供了一种污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质，由包括以下组分的原料制备而成：污泥基生物炭40重量份～60重量份;沼渣10重量份～20重量份;蛭石5重量份～15重量份;椰糠1重量份～5重量份;保水剂0.5重量份～4重量份;缓释肥0.2重量份～0.6重量份。与现有技术相比，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质以污泥基生物炭和沼渣为主要原料，原料易得、价格低廉，成本低、无污染，并且实现了污泥基生物炭的资源化;更重要的是，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质采用特定含量组分，实现较好的相互作用，产品稳定性好，养分平衡，且保水保肥能力强。实验结果表明，本发明提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重不超过650kg/m3，且具有较好促进屋顶绿化植物成活、生长的效果。
此外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件温和，且原料易得、生产成本低，利于推广应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述。本发明以下实施例所用的原料均为市售商品;其中，所用的污泥基生物炭为含水率为80%生活污泥，通过反稀释将污泥含水率调至95%，再通过脱水系统将含水率95%的泥浆脱水至含水率55%的污泥泥饼，该污泥泥饼通过输送设备送往污泥干化机进行热干化处理，使污泥泥饼含水率降至30%，然后通过输送设备进入污泥炭化系统，在无氧条件下，温度为500℃条件下发生热解炭化，形成的产物;所用的沼渣为餐厨垃圾厌氧发酵制沼气后的沼渣，沼渣出池后，应先在储粪池中堆沤15天再施用，沼渣堆沤后的主要理化性质参数如下：有机质为50wt%、腐殖酸为20wt%、全氮为6.0wt%、全磷为4.50wt%、全钾为2.0wt%、pH值为6.5，电导率为200μs/cm，水分含量为30wt%;所用的蛭石为园艺专用蛭石，粒径规格为2mm，容重为160kg/m3;所用的椰糠为印度进口，粒径规格为1mm，吸水率为300%;所用的保水剂为高分子吸水性树脂，吸水率为500%;所用的缓释肥的养分(N+P2O5+K2O)的质量分数为35.0%，水溶性磷占有效磷的质量分数为55.0%;所用的泥炭土为市售，粒径规格为3mm，有机质含量为65%，腐殖酸含量为24%，氮磷钾含量为5%，吸水率为80%;所用的腐叶土为市售，粒径规格为3mm，有机质含量为70%，腐殖酸含量为30%，氮磷钾含量为6%，吸水率为80%。
实施例1
(1)原料配比：污泥基生物炭45kg，沼渣14kg，蛭石12kg，椰糠3kg，保水剂3kg，缓释肥0.5kg。
(2)将污泥基生物炭和沼渣混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥在75r/min转速下机械搅拌55min至混合均匀，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例1提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重为540kg/m3。
实施例2
(1)原料配比：污泥基生物炭50kg，沼渣16kg，蛭石10kg，椰糠3kg，保水剂2kg，缓释肥0.4kg。
(2)将污泥基生物炭和沼渣混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥在75r/min转速下机械搅拌55min至混合均匀，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例2提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重为550kg/m3。
实施例3
(1)原料配比：污泥基生物炭55kg，沼渣18kg，蛭石8kg，椰糠2kg，保水剂1kg，缓释肥0.3kg。
(2)将污泥基生物炭和沼渣混合均匀，通过研磨机研磨至粒径小于200目，得到混合料。
(3)将步骤(2)得到的混合料与蛭石、椰糠、保水剂、缓释肥在75r/min转速下机械搅拌55min至混合均匀，得到污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质。
经测算，本发明实施例3提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质的容重为640kg/m3。
对比例1
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(73kg)的泥炭土代替步骤(2)得到的混合料，得到屋顶绿化基质。
经测算，对比例1提供的屋顶绿化基质的容重为740kg/m3。
对比例2
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(73kg)的腐叶土代替步骤(2)得到的混合料，得到屋顶绿化基质。
经测算，对比例2提供的屋顶绿化基质的容重为350kg/m3。
对比例3
采用实施例3提供的制备方法，区别在于：采用同质量(73kg)的污泥基生物炭代替步骤(2)得到的混合料，得到屋顶绿化基质。
经测算，对比例3提供的屋顶绿化基质的容重为650kg/m3。
将本发明实施例1～3提供的污泥基生物炭屋顶绿化轻型基质及对比例1～3提供的屋顶绿化基质用于屋顶绿化试验：设置6个处理组，每个处理组铺设厚度为20cm的相应基质，将基质耙平压实后，种植统一规格、生长健壮、无病虫害的八宝景天(高为10cm)，肾蕨(高为20cm)，白鹤芋(高为10cm)，每个处理组每种植物各种植100棵幼苗，然后浇水养护;待90天后，测定不同处理组植物的平均高度增长量及成活率。