污泥肥料及其制备

1.一种肥料，其组成为：52-60％重量的污泥、36-44％重量的粉煤灰、 2-4％重量的生石灰。
2.权利要求1的肥料，为圆滑光亮的颗粒。
3.权利要求1的肥料的制造方法，包括如下步骤：
A.将52-60％重量的污泥、36-44％重量的粉煤灰混合均匀，加入2-4％ 重量的生石灰搅拌均匀，B.将上述混合物放于阴凉处堆制。
4.权利要求3的制备方法，其中堆制时间经过2-3天，温度达到58 摄氏度。
5.权利要求3的制备方法，其中堆制时间7-9天达到稳定。
6.权利要求3的制备方法，其中堆制的肥料混合物要每天翻动。
7.权利要求3的制备方法，其特征在于：还包括用造粒机将肥料压 制成圆滑光亮的颗粒。
8.权利要求1的肥料的使用方法，其特征在于：以2％-4％的比例向 田间施用。
9.权利要求1的肥料的使用方法，其特征在于：施用于酸性土壤或 缺硼的土壤中。
10.权利要求9的使用方法，其中缺硼的土壤中的总硼含量为 830-850mg/kg，水溶性硼为20-23mg/kg。

本发明涉及利用城市脱水污泥和碱性物料如：生石灰和粉煤灰 制作固体粒状肥料的技术。\n污泥固形物中包含大量有机质及营养成分，一般有机质含量在 50％以上，并富含氮，磷，钾和其他微量元素。而且污泥中的有机 物能够改善土壤结构，水分性质及化学性质。这是污泥可以用来 制作肥料的有益方面。但污泥不能直接用作肥料，因为污泥中有 机质的不稳定性，重金属含量较高和病原菌的存在等因素。因此 为了使污泥成为有机肥料，必须对其进行无害化处理。\n采用在污泥中添加碱性材料，通过碱性材料混合后引起的pH 和温度升高，可以杀死病原菌，固定部分水溶性重金属，降低重 金属的植物可利用浓度，并达到污泥有机质的稳定。生石灰是一 种用来稳定污泥中的有机质，消除臭味的常用碱性材料。生石灰 对升高温度非常有效，并且提供一个碱性条件来消减污泥中的病 原菌。粉煤灰是燃烧煤炭生成的灰渣物质，因为富含CaO和MgO而呈现碱性性质。添加粉煤灰作为污泥肥料材料，除可以辅助消 减病原菌外，还可以改善污泥的物理性质，增强污泥的颗粒程度。 加入泥土后，更可以改善土壤的物理形状，如疏松土质，降低容 重，增强蓄水能力，提高土壤的保肥力和缓冲性，提供部分植物 生长的微量元素。\n已经公开的利用在城市污泥中的添加碱性材料，例如石灰， 灰或粉煤灰，达到污泥的稳定而制作肥料的几项专利如下：\n美国专利4,028,130采用在污泥中添加石灰和粉煤灰的方法处 理污泥。其中各组分的比例(干重)是：水分5-50％，1-15％生石 灰，1-50％污泥固体，20-90％粉煤灰，0-60％土壤和1-10％的硫酸钙。\n美国专利4,306,978采用石灰处理污泥，10-60％的干污泥和 2-40％的石灰混合，温度可以达95-100度，pH也相应提高，从 而杀灭病原菌。最后，用造粒机制成固体颗粒。\n美国专利4,554,002，介绍一种处理污泥的方法，在污泥中添 加水泥厂的 灰，减少污泥中病原菌，并使污泥干化。 和污泥 混合物在常温下要腐热三天以上，才可以被加工成颗粒状肥料。\n美国专利4,781,842和4,902,431也是采用污泥中添加石灰和 灰的方法，使pH提高到12以上，保持至少2小时，然后在通 风条件下干化，但时间需要：30天或更长，视温度变化而定。此方法 需要大量土地面积，处理污泥。\n美国专利5,252,116采用相似方法，将碱性材料 灰加入污泥 中，使pH至少提高到11，但混合物在180℃条件下，杀减病原菌。 然后再与粉煤灰或 灰混合，制成颗粒状，最后干化，使水分降 低在15％以下。终产物还需要在常温下进一步腐热，增强物理强度。\n美国专利5,277,826也是采用在污泥中添加石灰和粉煤灰的方 法，生产符合美国PFRP标准的，类似土壤或半渗透性的土地覆盖 物。制作过程要求包括，温度升高到70度以上，保持：30分钟，pH 提高到12以上，保持至少2小时。\n美国专利5,135,664将污泥与碱性材料混合，提高污泥pH在 12以上，温度在52-62度之间，并维持12小时以上。这样处理的 污泥可以消除臭味，减少病原菌.终产物在二氧化碳气体中，进行 中和，以降低pH，减少氨态氮的损失。\n美国专利5,275,733和5,417,861将污泥与碱性材料，例如石 灰， 灰或粉煤灰混合，稳定污泥中有机物，减少污泥臭味，增加 固形物含量以便造粒，并且调节终产物pH在7-9.5之间，电导 率在5-30mmhos范围内，接种有益微生物菌群，使产品施用在土 壤中对微生物生态没有负面影响。\n本发明也采用和上述美国专利中一样的污泥、生石灰、粉煤灰 为基本材料，不同之处在于：\n1.污泥，石灰和粉煤灰的添加比例与其他专利不同。\n2.采用堆制发酵的方法，七日内能达到稳定状态，\n3.可直接用作肥料，绝不伤苗。\n4.在酸性土壤及缺硼的土壤中应用有良好的效果，可作为土壤的 皂化调节剂和补充硼元素的肥料。\n5.改良土壤的效果显著，对植物生长有明显促进作用。\n本发明的目的是提供一种生物与化学相结合的技术，使污泥达到 快速稳定，消除其病原菌的潜在危害，降低重金属的植物可利用 浓度，制作一种养分供应全面，肥效稳定，不污染土壤的固体肥 料。\n本发明的制造工艺简单实用，整个工艺依靠生石灰和粉煤灰调校 污泥的pH到11-12，足以消除污泥中的病原菌。污泥与碱性材料 混合后，进行堆制。堆料的温度可达60℃左右，在堆制过程中定 期翻推，7-9天内有机质可达到稳定状态。利用造粒机制成粒状的 污泥肥料，这种肥料可以直接施用作为基肥，毋需在土壤中发酵， 施用后可直接移苗或播种，制造工艺流程图见图一。\n以下通过图表和数据说明本发明的特点：\n图1：本发明肥料制作的工艺流程\n图2：本发明肥料堆制过程中的温度变化\n图3：本发明肥料产品图\n图4：施用本发明肥料对小青菜产量的影响\n图5：小青菜生长在本发明肥料混合的土壤上\n图6：施用本发明对花卉分叶数的影响\n图7：施用本发明肥料对花卉现蕾数的影响\n图8：施用本发明肥料对花卉株高的影响\n图9：百日红生长在本发明肥料与某牌子复合肥的状况对比\n图10：百日红生长在与本发明肥料混合的土壤中\n图11：田间施用本发明肥料对白菜生长的影响\n图12：施用本发明肥料对一串红生长量的效果对比\n图13：施用本发明肥料对一串红分叶数的影响\n表1：污泥肥料产品的理化指标\n表2：污泥肥料产品中病原菌数量\n表3：污泥肥料中微量元素含量\n表4：施用污泥肥料产品对土壤理化性质的影响\n表5：白菜组织中重金属浓度\n在制备过程中污泥肥料制备中温度的变化情况：\n污泥，石灰和粉煤灰初混后进入堆制状态，可减少热量的散失， 通常在堆制48小时后，升温到50-58℃左右，并维持1-2天(图 2)，这一温度可以有效的杀灭病原微生物。\n本发明污泥肥料产品主要质量指标：\n本产品贮藏于干燥环境，无异味，方便贮运：呈圆粒状结构，有 利于肥效平衡释放，供肥时间长，后效佳；粒度均匀便于施用(见 图3)。\n本污泥肥料酸碱度为中性偏碱，适用范围广，尤以中性和酸性土 壤上施用效果最佳(表1)。与一般市售有机复合肥料相比，电导 率低，从而保证长期施用该产品也不致引起土壤常见的盐份累积 问题，克服了使用化肥所造成的地力衰竭和土壤缓冲性减弱等一 系列负面影响。此外，该产品中纯氮磷钾总和达4％，可提供充足 的大量元素营养。\n表1污泥肥料产品的理化指标 项目 产品 酸碱度 8.6 电导率(dS/m，1∶5) 5.51 有机质(％) 29 全氮(％) 2.4 全磷(％) 1.11 全钾(％) 0.5 碳酸盐(％) 4.42\n污泥肥料的安全指标：\n农用污泥的其中一个重要安全指标是消除污泥所含的病原菌，本 产品所含的碱性物料，能提高pH并产生热量，可以有效地在24 小时内将污泥中的病原菌消除(见表2)。产品中检测不到沙门氏 菌和大肠杆菌，可以安全使用，而剩余有的益土壤细菌群落亦处 于一个适当的数量，有利于土壤养分的循环。\n     表2污泥肥料产品中病原菌数量 污泥 产品 沙门氏菌(log细胞/克，干重) 4.15 0 大肠杆菌(log细胞/克，干重) 4.51  0 细菌总量(log细胞/克，干重) 8.1  6.3\n                       表3污泥肥料中微量元素含量    元素     产品浓度     (mg/kg)   美国EQ值*    (mg/kg)   中国标准#    (mg.kg)    背景浓度    (mg/kg)     As      15.2      41      75       7     Cd      0.62      39      20       0.3     Co      10.3      -      -       9     Cr      89.5      1200      1000       54     Cu      38.3      1500      500       30     Hg      0.64      17      15       0.1     Mo      9.02      30-50      -       1.0     Pb      70.3      300      1000       17     Se      5.2      36      -       0.4     Zn      540      2800      1000       57\n*EQ值为美国国家环保局规定的污泥肥料中微量元素允许含量\n#农用污泥中污染物控制标准值(GB4284-84)\n表3可见本产品中各种微量元素浓度均远远低于美国国家环保局 的EQ值和国家1984年颁布的农用污泥中污染物控制标准值，完 全满足污泥肥料产品开发行业标准。\n污泥肥料对土壤的改良效果：\n由表4可见，施用本污泥肥料后，土壤的理性化质得到了明显改 善。土壤容重和比重明显降低，总孔隙度和饱和含水量显著增加， 使土壤疏松，通气性和保水性增强。同时还明显提高了土壤的速 效氮磷钾含量，改变了土壤的酸碱度。\n    表4施用污泥肥料产品对土壤理化性质的影响     指标     原土壤     改良后土壤     pH     6.14     7.9     EC(dS/m，1∶5)     0.1     1.78     容重(g/cm3)     1.1     0.8     比重(g/cm3)     2.5     2.1     总孔隙度(％)     53     65     饱和含水量(％)     33     43     速效N(mg/kg)     24.2     24.5     速效P(mg/kg)     61.3     75.3     速效K(mg/kg)     46.4     78.5\n施用本污泥肥料对植物生长的影响：\n图4表明，施用本产品后，小青茶的产量比对照(不施用任何肥 料)提高1.5倍，比施用相同养分的某牌子复合肥处理，产量提 高0.5倍，增产效果显著，可实现较好的经济效益。\n图5表明，在施用养份相同的情况下，一次性施入本产品比一次 性施入相同养分的复合肥，和把相同养分的复合肥分三次施用， 每次用量1/3的处理生长更好。表明本产品能缓慢释放养分供植 物吸收，不会因一次施用量大而影响植物生长。\n图6-10表明，本污泥肥料对花卉生长和促进开花均有良好作用， 施用本污泥肥料处理百日红的分櫱数比对照和相同养分的复合肥 处理显著增加(图6)。现蕾数也增加5倍(图7)，可大幅度提早 开花期和提早上市。另外，施用本污泥肥料，百日红的生长最优 (图9)，有更好的观赏价值(图10)。\n污泥肥料使用后植物组织重金属含量：\n将白菜栽培在施用不同肥料的土壤中，生长六周后，进行白菜组 织中重金属含量分析，结果见表5。使用本产品(4％和8％)的白 菜中铜，锌和铅的含量与对照相比，显著降低。从使用效率的角 度，建议在实际栽培中污泥肥料的施用比例为4％。\n             表5白菜组织中重金属浓度 铜(mg/kg)  锌(mg/kg) 铅(mg/kg) 对照 28.5±1.1  5.8±0.5 0.891±0.05 某复合肥 14.2±0.3  40.5±4.2 0.811±0.07 产品4％ 13.25±1.0  4.25±1.5  0.751±0.05 产品8％ 14.6±0.2  3.56±1.2  0.745±0.11 产品16％ 19.45±0.3  2.58±0.5  1.05±0.21\n污泥肥料使用在田间耕种效果：\n用市场上销售的某复合肥、某污泥和本产品做田间试验，市场上 销售的复合肥和污泥肥的用量均按其推荐用量，本产品的用量为 4％。试验结果表明，与对照和施用市场上销售的复合肥和污泥肥 相比，施用本产品白菜增产20-30％(图11)，对花卉(一串红) 的生长量(图12)和分叶数也有明显提高(图13)。\n以下用具体实施例对本发明进行详细的描述。\n实施例：污泥肥料制备方法\n污泥肥料的制作过程分为初混、堆制和造粒三个阶段。\n1.初混：将60％重量的污泥与36％重量的粉煤灰混合均匀，然后拌 入4％重量的生石灰，总重量共10吨，用大型搅拌机迅速搅拌均 匀，混匀后的混合物pH应达到11-12，水分在30-40％。\n2.堆制：将上述混合物存放于阴凉的堆肥垛进行堆制，每天翻堆 一次。堆制二至三天，温度升到58-60℃，堆制再进行6-7天便 达到稳定。\n3.造粒：堆料装入造粒机，压制成为直径1cm左右的圆滑光亮的 颗粒。