[发明专利]一种基于污泥脱水泥饼的污泥热解炭缓释硅肥制备方法

说明书

本发明属于污泥资源化利用领域，公开了一种基于污泥脱水泥饼的污泥热解炭缓释硅肥制备方法，该方法是以污泥为原料，先使用碱性污泥调理剂对污泥进行调理，脱水得到脱水泥饼；将脱水泥饼在850～1100℃进行热解，使污泥中的Si转化为包括铝硅酸盐和硅酸盐至少一种在内的有效硅，得到污泥热解炭缓释硅肥。本发明通过对方法的整体流程工艺、关键的热处理温度条件等进行改进，使污泥中的Si活化转化成铝硅酸盐和硅酸盐，便于被植物吸收，能够有效克服我国污泥中Si植物可利用性低、土地利用过程中存在环境风险的问题，为污泥处理提供了一种新的途径。并且由于有效硅与污泥多孔生物炭的有效结合，可以减缓雨水冲刷作用下Si溶出的速率。

技术领域

本发明属于污泥资源化利用领域，更具体地，涉及一种基于污泥脱水泥饼的污泥热解炭缓释硅肥制备方法。

背景技术

所谓污泥，即在城市生活和工业污水处理中，不同处理过程产生的各类沉淀物、漂浮物等的统称。污泥因含有较高的有机质，其中较高的N、P含量能有效地在短期内提升土壤肥力，同时减少化肥的投加，因此污泥土地利用受到人们广泛关注，如专利CN 101962302 A中将污泥制备成N、P、K复合有机肥。但我国市政污泥与发达国家相比，由于污水收集及处理设施存在一定差距和化粪池的广泛应用使污水厂进水COD偏低，最终造成剩余污泥中的有机物、N和P含量偏低，而泥沙(SiO₂)含量偏高。根据文献数据显示(具体可参见Wang Min-Jian.Land application of sewage sludge in china.Science of the TotalEnvironment,1997,197(1):149-160.)，我国市政污泥中N、P含量平均值分别为2.53％和1.05％，而西方国家如英国其污泥中N、P含量平均值分别为2.80％和1.60％。因此，我国污泥直接作为氮肥和磷肥进行土壤改良的应用效果不如预期的好，常常需要外加氮源和磷源保证其肥效，如CN201110024846.5中往污泥中添加含磷酸根和铵离子物质。

硅是植物体组成的重要营养元素，被国际土壤界列为继N、P、K之后的第四大元素。作为一种中量营养元素，硅已被证明可以增强植物的抗病性、水分利用效率和光合作用，并修复植物的营养失衡。植物根系吸收土壤中水溶性的硅并通过蒸腾作用输送到其他植物部位，通过在细胞间隙和角质层下积累扩大聚合形成一个屏障，防止病原体攻击，同时硅能增加作物茎秆的机械强度，有效的提高作物抗倒伏能力，有利于密植。随着人们施肥水平的提高，研究发现大量化肥的施入必须要有硅肥的配合，“氮磷钾+硅”的科学平衡施肥，才能达到优质高产的效果。目前我国缺硅土壤占总耕地面积的50～80％以上，以水稻为例，我国常年种植水稻的面积达3300多万公顷，缺硅土壤占50％以上。如果全部施用硅肥，按增产10％计，仅此一项每年应可增产100万吨稻谷，故推广硅肥的生产与应用具有非常明显的社会和经济效益。目前常见的硅肥主要分为水溶性硅肥和枸溶性硅肥两类。水溶性硅肥是指溶于水可以被植物直接吸收的硅肥，农作物对其吸收利用率较高，为化学试剂合成，生产工艺较复杂，成本较高，如专利CN201310207032.4。枸溶性硅肥是指不溶于水而溶于酸后可以被植物吸收的硅肥，常见的多为炼钢厂的废钢渣、粉煤灰、矿石经煅烧工艺等加工而成，如专利CN201610619266.3，但溶解过于缓慢，施用量较大且有重金属环境风险。

结合我国市政污泥低有机物含量、高SiO₂含量的特点，污泥具有作为制备硅肥的潜力。但自然条件下土壤中植物唯一可吸收利用的硅形态为单硅酸(H₄SiO₄)，污泥中的SiO₂不能直接被植物吸收。且污泥中含有重金属、各种病原体及有毒致癌污染物。故污泥中含有的污染物的环境风险也是限制污泥土地利用的主要原因。目前尚未有利用污泥中硅元素制备缓释硅肥的报道。

综上，如果能通过一定方法，将污泥中SiO₂转化为植物可利用的有效硅，实现Si元素的长时间释放，使其作为土壤改良剂，实现污泥资源化处置的同时对缺硅土壤进行改良是一个前景广阔的研究方向。

发明内容