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一种疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的方法与流程

花匠小妙招
2024-12-17 16:22

本发明涉及一种疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的方法，利用绿化植物废弃物制品和调节料改良疏浚淤泥配制绿化种植土壤，属于固体废物的处理技术领域。

背景技术：

疏浚是用于提高航道通航、水利防洪、湖库库容和改善水环境的重要方法，疏浚土的处理处置主要是采取废弃或倾倒于工程附近水域的方式进行的。近年来，随着人类对环境标准的要求日益提高，防止和减少疏浚活动对水域及陆域的污染已成为疏浚工程所必须考虑的一个重要问题。由于疏浚淤泥产量巨大，不但造成疏浚工程造价大幅增加，而且因缺少弃置场地导致工程实施困难。淤泥本身是一种资源，且持续产生，如何变废为宝进行资源化利用，是目前亟待解决的问题。

将疏浚淤泥进行绿化种植土壤的资源化利用，现有技术方案的实现路径主要包括：

(1)掺加方案，把淤泥掺入理化性质有缺陷的土壤，用来改良土壤的机械组成和养分含量，如采用搬粘掺砂、引洪漫淤的方法改良砂质农用地土壤、掺淤培肥改良绿化带土壤等；

(2)固化方案，通过在淤泥中加入一定量的外掺剂，消耗部分水分生成固化土，经粉碎后从而改变(善)淤泥的理化性质，形成植生土壤；

(3)堆肥方案，把淤泥作为原料之一，与其他有机、无机物料混合后堆肥，制成堆肥产品。

经检索发现：

cn108834460a公开了淤泥利用方法和应用，将污染物指标符合规范要求的淤泥先进行无害化处理，其步骤为，将淤泥堆放在绿化带土壤上进行平整干化，然后向淤泥喷洒淤泥发酵菌剂稀释液，再进行翻耕和休耕熟化，熟化后的土壤用于园林绿化种植，其中，淤泥平整厚度为10～20cm，平整后的淤泥自然风干至含水率25～40％，土壤翻耕的方式为旋耕，旋耕深度30～40cm，旋耕次数至少3次，第1次和第2次旋耕时淤泥的含水率控制在30～40％，第3次旋耕时淤泥的含水率控制在20％以下，优选第2次和第3次旋耕间隔期间喷洒淤泥发酵菌剂稀释液，优选旋耕混合时淤泥与土壤的体积比为1:(1～5)，休耕熟化时间为2～3个月。该技术方案实际上是利用淤泥中的养分来改善绿化带用土，针对实施例中的淤泥取得了好的效果，然而，不同水体环境中的淤泥营养成分差别较大，以有机质含量为例，低的小于1％，高的接近20％，过低很难能作为营养来源来使用，过高可能超过规范标准，需要限制使用，此外，该实施方案通过实施例对安全指标、养分指标进行了具体的阐述，但对理化指标没有予以说明，实际上，由于淤泥以较高的比例掺入绿化带土壤，可能会改变绿化带土壤的机械组成，导致质地、土壤入渗率、ec值发生变化，从而影响土壤的植生性能，因此，当泥质改变时，该技术方案如进行应用，还需要对技术方案进行完善。

cn110002701a公开了一种疏浚底泥土壤化处理方法，疏浚淤泥通过絮凝沉淀获得沉淀污泥，同时加入硫化物脱除重金属，然后沉淀污泥经过生物代谢获得腐殖污泥，接着在腐殖淤泥加入固化剂进行脱水干燥得到干燥污泥，最再对干燥污泥进行破碎后加入稻杆和玉米杆，最后通过工业微波进行杀菌后得到可种植土壤，其特征指标包括密度(土壤容重)为1.12g/cm3～1.11g/cm3，孔隙度为53％～54％，经过试种油菜、青菜和黑麦草，均长势良好。然而，按照该技术方案所阐述的方法生产的土壤，只是表述能够实现密度、孔隙度两项特征指标，对土壤类别、质量标准、以及土壤安全、理化、养分指标并没有表述，导致很难被正式应用。

cn109258393a公开了一种以淤泥固化制备的种植土及其应用，cn101805104a的中国发明专利申请，公开了一种疏浚底泥的土壤化处理方法，cn110526551a公开了一种淤泥脱水固化剂及资源化利用方法，这3种技术方案都属于采用淤泥固化的方法制备种植土，其制备的土壤适合植物生长。然而，该类技术方案制备土壤的方法，没有明确的土壤类别和质量目标，并且土壤安全、理化、养分指标没有表达完整，限制了方案的进一步应用。

cn108911807a公开了一种河道淤泥分类处理的方法，cn109160860a公开了一种城镇餐余垃圾、农林废弃物与河道淤泥和市政污泥联合资源化利用方法，cn109197524a公开了一种高碱性河湖淤泥制备的园林培植土及其制备方法与应用，这3种技术方案属于堆肥方案，即把淤泥作为原料之一，与其他有机、无机物料混合后堆肥，制成堆肥产品。使用该类技术方案制成的堆肥产品与土壤制品还有所区别，属于淤泥资源化利用的其他利用方式。

发明人发现现有技术在实施本方案过程中还存在不足之处：

(1)利用现有技术方案改良淤泥生产的种植土壤，没有明确的土壤质地类型和土壤质量标准，或者提出了土壤质量标准但具体指标不完整，属于非标准种植土壤，导致在实际应用过程中遇到种种困难；

(2)现有技术方案对淤泥的改良或再利用，其实施步骤强调了对部分土壤技术指标的实现、及所生产的种植土壤能够满足试种植物生长的需要，对技术指标之间的相互影响却鲜有考虑，如土壤机械组成、有机质含量、土壤密度、土壤入渗率之间的相互影响、相互制约，再如，淤泥中添加有机、无机材料成土后对ec值的影响。由于缺乏系统性的流程设计，当淤泥性状、植生环境发生改变时，现有技术方案对成土质量和植生效果就很难直接应对。

因此，亟待研制出一种系统性、普适性的淤泥改良配制绿化种植土壤的技术方案，通过系统性的制土流程控制，实现成土质量的精准控制。

技术实现要素：

本发明的目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的方法，即主要利用绿化植物废弃物制品和调节料改良疏浚淤泥配制绿化种植土壤，通过系统性的配制流程控制，实现成土质量的精准控制，制备符合中国城镇建设行业标准《绿化种植土壤》(cj/t340—2016)的用于一般绿化种植的土壤，实现疏浚淤泥和绿化植物废弃物的资源化利用。

本发明为实现其技术目的采取的技术方案如下：

一种疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的方法，包括：

从疏浚淤泥来料中筛选出淤泥原料，并测定理化性质；

筛选绿化植物废弃物，将其分类粉碎后制成绿化植物废弃物制品，测定绿化植物废弃物制品的理化性质；

基于目标配制土壤的机械组成配制调节料，并测定调节料的理化性质；所述调节料为不同粒级含量的砂粒、粉砂粒、粘粒的组成砂土材料；

基于目标配制土壤的指标需求，配制绿化植物废弃物制品掺量；

将绿化植物废弃物制品、调节料掺入淤泥原料，进行混合干化和粉碎作业，制成目标配制土壤毛料。

进一步的，所述疏浚淤泥来料为水体疏浚淤泥，包括江河、湖泊、沿海、水库、沟渠等水体；将疏浚淤泥来料筛分处理去除固体垃圾，再进行浓缩或脱水处理，获取处理料，基于控制指标筛选出满足要求的处理作为淤泥原料。

所述控制指标检测内容包括ph、含盐量、重金属控制指标和其他污染控制指标。

进一步的，所述测定的理化性质包括ph、含盐量、含水率、机械组成和有机质。

进一步的，所述筛选绿化植物废弃物的方式为，将绿化植物废弃物来料剔除非植物材料和污染植物材料，分离病虫害废弃物，将剩余的健康废弃物分类分拣粉碎后制成的废弃物碎屑。

所述绿化植物废弃物包括绿化植物生长过程中自然更新产生的枯枝落叶废弃物或绿化养护过程中产生的乔灌木修剪物(间伐物)、草坪修剪物、花园和花坛内废弃草花以及杂草等植物性废弃材料，以及因工程建设或抗灾防病需要伐木产生的废弃林木、树根等废弃物。

进一步的，所述筛选绿化植物废弃物的方式为，将绿化植物废弃物来料剔除非植物材料和污染植物材料，分离病虫害废弃物，其他健康废弃物分类分拣，各类废弃物分类粉碎后制成小于规定粒径的废弃物碎屑。

优选地，对病虫害废弃物之外的其他健康废弃物分类分拣，可按照树根树干、枝叶、草花分类划分，并对应制成不同废弃物碎屑。

进一步的，所述绿化植物废弃物制品包括堆肥产品和淤泥干化膨胀剂。废弃物碎屑可以经堆肥处理制成堆肥产品，符合条件的可作为淤泥干化膨胀剂使用。所述堆肥产品为利用微生物对有机物质进行分解腐熟而形成的物料；包括绿化用有机基质、有机肥料和初级发酵废弃物碎屑。

优选地，所述堆肥采用好氧堆肥工艺，利用堆积时所产生的高温来杀死废弃物碎屑中的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的。

优选地，所述绿化用有机基质应符合《绿化用有机基质》(ly/t1970—2011)或《绿化用有机基质》(gb/t33891—2017)标准，所述有机肥料符合《有机肥料》(ny/t496—2010)标准，所述初级发酵废弃物碎屑为堆肥的初期阶段，以有机物中易分解的有机组分被微生物分解为特征的发酵过程，并利用堆积时所产生的高温来杀死原材料中所带来的病菌、虫卵和杂草种子，达到无害化的目的，持续时间一般为7～15d。

优选地，所述绿化废弃物制品组成也可以包括辅料和接种菌剂。

利用废弃物碎屑制作堆肥时，一般应加入辅料和接种菌剂，使堆肥原料符合制作要求，堆肥原料中严禁混入有毒、有害、危险及其他严重污染环境的物质。所述辅料为堆肥调整ph、c/n、c/p的有机和/或无机调节料，如畜禽粪便、市政污泥、糟渣、尿素、p肥、k肥等；所述接种菌剂能不同程度加快堆肥腐熟的进程和提高堆肥效果，目前应用的接种剂主要为微生物菌剂、商业添加剂、有效自然材料。

进一步的，所述基于目标配制土壤的机械组成配制调节料为：分别测定淤泥原料、调节料的砂、粉砂、粘土比例，按照目标配制土壤的砂、粉砂、粘土比例，确定调节料的掺量。

具体的，调节料掺量计算方式包括以下步骤：

第一步，根据目标配制土壤质地设定要求，设定一个适当的目标配制土壤机械组成，即砂粒、粉砂粒、粘粒粒级占比；

第二步，计算目标配制土壤机械组成与淤泥原料机械组成中的砂粒、粉砂粒、粘粒的粒级含量差值，然后根据粒级含量差值选择适合的调节料类型并测定其机械组成；

第三步，以“第二步”计算的粒径含量差值为目标，根据不同调节料机械组成的砂粒、粉砂粒、粘粒的粒级含量，进行配合比计算，选择合适的调节料及其对应的配合比，该配合比相对淤泥原料的比例数量即为调节料掺量；

所述调节料配合比计算公式为：

(t砂-c1砂)βt1+(t砂-c2砂)βt2+...+(t砂-ci砂)βti＝m砂-t砂

(t粉-c1粉)βt1+(t粉-c2粉)βt2+...+(t粉-ci粉)βti＝m粉-t粉

(t粘-c粘)βt1+(t粘-c2粘)βt2+...+(t粘-ci粘)βti＝m粘-t粘

式中，式中，βti为第i种调节料的掺量；ci为第i种调节料中各机械组成的掺量，t为目标配制土壤中各机械组成的含量，m为目标配制土壤中各机械组成的含量。各计算参数意义具体见下表1：

表1计算参数对照表

解方程，调节料掺量

本发明的算法经实验针对常用调节料均适用，如果经计算没有精确解，可以更换调节料；或基于计算情况，对调节料进行处理，改变其机械组成，如：调节料砂粒含量高，则通过筛分的方法，降低砂粒含量；如果粘粒含量过低，则参加粘土粉。

进一步的，所述目标配制土壤基本参数包括主控指标和选择指标，所述主控指标为《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)中“4.2.1表1”中ph、含盐量、有机质、质地、入渗率5项主控指标，所述选择指标包括有机质、入渗率2项主控指标的更高或具体要求，以及密度等潜在障碍因子技术要求。所述“更高或具体要求”指，例如《绿化种植土壤》规范中，有机质的要求是12～80g/kg，入渗率的要求是大于等于5mm/h，而实际应用中指标会比规范高，或根据实际情况需要制定具体的指标，例如，有机质要求大于30g/kg，入渗率要求在某个区间，比如30～350mm/h。

进一步的，基于目标配制土壤的指标需求配制绿化植物废弃物制品掺量的方式为：基于淤泥原料理化性质、绿化植物废弃物制品的理化性质、调节料的理化性质确定各自该指标数值区间，基于调节料的掺量、目标配制土壤的指标数值区间确定绿化植物废弃物制品的掺量区间。

进一步的，所述混合干化和粉碎作业包括，混合后闷料并晾晒一段时间，重复3～5次，以提高土壤孔隙率、进一步混合均匀和降低含水率，干化土壤粉碎后的土壤粒径要求小于2cm。

进一步的，还包括，对目标配制土壤毛料进行理化性质检测，检测结果满足要求即为符合设定目标配制土壤要求的一般绿化种植土壤，不满足要求的，在主控指标和选择指标范围内，通过适当掺加绿植废弃物制品、调节料或辅料调整相应指标参数，使之满足一般绿化种植土壤的设计技术指标要求。

本发明的有益效果为：

本发明基于疏浚淤泥和绿化植物废弃物制品基本参数的检测，通过对目标配制土壤基本参数的分解，按照科学、合理的配制流程控制，协调各技术指标之间的相互影响与相互制约，实现对疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的精准设计，解决了疏浚淤泥改良配制绿化种植土壤的设计难题，具有一定的系统性和普适性，不仅可以实际解决部分疏浚淤泥和绿化植物废弃物的处置问题，还能实际解决绿化种植土壤的需求问题，具有现实的环境效益、经济效益和社会效益。

本发明的方法还可应用于建筑泥浆、矿渣等废弃物的土壤化再利用领域，具有广阔的推广应用前景。

附图说明

图1是为本发明方法流程图。

图2是密度-掺量关系曲线；图中，ρ基为淤泥基料密度；ρ上为目标配制土壤“密度”设计值上限值，ρ下为目标配制土壤“密度”设计值下限值；ρgw为绿化植物废弃物制品密度；βgwd上是按目标配制土壤“密度”设计值计算得出的绿化植物废弃物制品的计算掺量上限值，βgwd下是按目标配制土壤“密度”设计值计算得出的绿化植物废弃物制品的计算掺量下限值。

图3是密度-入渗率关系曲线。

图4是密度-掺量关系曲线；其中k基为淤泥基料入渗率，mm/h；k上为目标配制土壤“入渗率”设计值上限值，mm/h；k下为目标配制土壤“入渗率”设计值下限值，mm/h；ρ基为淤泥基料密度，mg/m3；ρk上为对应目标配制土壤“入渗率”设计值下限值的计算密度上限值，mg/m3；ρk下为对应目标配制土壤“入渗率”设计值上限值的计算密度下限值，mg/m3；ρgw为绿化植物废弃物制品密度，mg/m3；kgw为绿化植物废弃物制品入渗率，mg/m3。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

需要说明的是，本实施例仅为更好地理解本发明实质内容而做出的实验案例。

实施例1

如图1所示，本发明的方法包括：

(1)从疏浚淤泥来料中筛选出淤泥原料，并测定理化性质；

(2)筛选绿化植物废弃物，将其分类粉碎后制成绿化植物废弃物制品，测定绿化植物废弃物制品的理化性质；

(3)基于目标配制土壤的机械组成配制调节料，并测定调节料的理化性质；所述调节料为不同粒级含量的砂粒、粉砂粒、粘粒的组成砂土材料；

(4)基于目标配制土壤的指标需求，配制绿化植物废弃物制品掺量；

(5)将绿化植物废弃物制品、调节料掺入淤泥原料，进行混合干化和粉碎作业，制成目标配制土壤毛料。

(6)对目标配制土壤毛料进行理化性质检测；对于未达到要求的土壤毛料，在主控指标和选择指标范围内，通过掺加绿植废弃物制品、调节料或辅料调整相应指标参数。

实施例2

本实施例提供了几种具体的基于目标配制土壤指标的绿植废弃物制品掺比计算方式。

(1)按目标配制土壤“有机质”单设计要项计算：

有机质计算公式为：

式中：

βgw——目标配制土壤“有机质”单设计要项计算得出的绿化植物废弃物制品掺量，％，

βt——调节料掺量，％，

wuo——目标配制土壤的有机质含量设定值，g/kg；，

wu1——淤泥原料的有机质含量，g/kg，

wu2——调节料的有机质含量，g/kg，计算公式：

式中：βtn——第n(n＝1，2，3，...)种调节料计算掺量比，％，

wu2n——第n(n＝1，2，3，...)种调节料的有机质含量，g/kg，

wu3——绿植废弃物制品有机质含量，g/kg，计算公式：

式中：βgwn——第n(n＝1，2，3，...)种绿植废弃物制品掺比，％，

wu3n——第n(n＝1，2，3，...)种绿植废弃物制品的有机质含量，g/kg，

将各已知参数代入公式，解得βgw。

绿化植物废弃物制品的配制，根据目标配制土壤基本参数，综合考虑绿化植物废弃物种类、理化特性、粒径、对淤泥原料的干化效果、成本等因素，根据现场经验和计算合理选择绿化废弃物制品组成的不同组合。

(2)按目标配制土壤“有机质+密度”2设计要项计算：

计算步骤：

第一步，按“(1)按目标配制土壤“有机质”单设计要项计算”得出绿化植物废弃物制品的计算掺量(区间)[βgw(min)，βgw(max)]；

第二步，根据目标配制土壤的“密度”设计值，按调节料计算掺量在淤泥原料中掺入调节料混合得到淤泥基料，然后在淤泥基料中掺入不同比例的绿化植物废弃物制品，混合后分别测定密度，绘制混合料“密度-掺量关系曲线”，见图1：

则，按“目标配制土壤“密度”单设计要项计算”得出的绿化植物废弃物制品的计算掺量为[βgwd下，βgwd上]；

第三步，将“(1)”和“(2)”得出的计算掺量进行比较，重叠区间即为“按目标配制土壤“有机质+密度”2设计要项计算”得出的有机质绿化植物废弃物制品计算掺量[β2(min)，β2(max)]。

例：某“按目标配制土壤“有机质”单设计要项计算”得出的绿化植物废弃物制品的计算掺量βgw(max)位于图1中ii区、βgw(min)位于图1中i区，则“(2)按目标配制土壤“有机质+密度”2设计要项计算”得出的绿化植物废弃物制品计算掺量[β2(min)，β2(max)]的值为[βgwd下，βgw(max)]。

(3)按目标配制土壤“有机质+密度+入渗率”3设计要项计算：

计算步骤：

第一步，同“(2)按目标配制土壤“有机质+密度”2设计要项计算”；

第二步，根据目标配制土壤“入渗率”设计值，在淤泥基料中掺入不同比例的绿化植物废弃物制品，混合后分别测定混合料的密度和入渗率，绘制混合料“密度-入渗率关系”曲线，见图2：

图中：

则，“按目标配制土壤“入渗率”单设计要项计算”得出的对应密度计算值区间为[ρk下，ρk上]；

第三步，将[ρk下，ρk上]和目标配制土壤“密度”设计值[ρ下，ρ上]进行比较，重叠区间即为“按目标配制土壤“有机质+密度+入渗率”3设计要项计算”得出的目标配制土壤计算密度值，与其在“密度-掺量关系”图上对应的，即为“按目标配制土壤“有机质+密度+入渗率”3设计要项计算”得出的绿化植物废弃物制品计算掺量[βgwir下，βgwir上]；

第四步，将[βgwir下，βgwir上]与“(2)按目标配制土壤“有机质+密度”2设计要项计算”得出的计算掺量[β2(min)，β2(max)]进行比较，重叠区间即为“(3)按目标配制土壤“有机质+密度+入渗率”3设计要项计算”得出的绿化植物废弃物制品掺量[β3(min)，β3(max)]；

示例：按所述4个步骤计算得出的绿化植物废弃物制品掺量[β3(min)，β3(max)]的值为[βgwir下，β2(max)]。

实施例3

本实施例为采用南京市玄武湖东南湖疏浚脱水淤泥改良配制绿化种植土壤的示例。

本实施例具体包括以下实施步骤：

第一步，对玄武湖疏浚淤泥来料进行控制指标检测，检测内容包括ph、含盐量和8种重金属，检测结果符合《绿化种植土壤》(cj/t340-2016)要求，可以作为淤泥原料使用；然后对淤泥原料进行理化性质检测，得到淤泥原料基本参数，具体为：ph为7.52，ec为0.14ms/cm，土壤质地为粉砂壤土，其中砂、粉砂、粘土占比分别为20.35％、67.38％、12.27％，有机质为33.97g/kg；

第二步，设定目标配制土壤的质地类型为壤土，设定其对应的目标配制土壤基本参数为砂、粉砂、粘土占比分别为45％、45％、10％，有机质小于80g/kg。再结合淤泥原料基本参数，确定采用建筑河砂(黄沙)和粘土粉作为调节料，绿化基质(有机质为444g/kg)作为改良材料；

第三步，对调节料黄沙进行理化性质检测，基本参数为：ph为7.24，ec为0.069ms/cm，砂、粉砂、粘土占比分别为95％、3.5％、1.5％，有机质为3.14g/kg，对调节料粘土粉进行理化性质检测，基本参数为：ph为7.54，ec为0.11ms/cm，砂、粉砂、粘土占比分别为5.8％、58％、36.2％，有机质为7.91g/kg；

将上述淤泥原料、黄沙、粘土粉、目标配制土壤机械组成中的砂、粉砂、粘土占比代入调节料配合比计算公式，解方程，得到黄沙和粘土粉相对于淤泥原料的掺比分别为57％和9.8％，然后，将淤泥原料、黄沙、粘土粉按100％：57％：9.8％干重比例混合，得到淤泥基料；

第四步，按目标配制土壤“有机质”单设计要项计算有机基质掺量，将上述淤泥原料、黄沙、粘土粉、有机基质及目标配制土壤的有机质含量(分别为33.97、3.14、7.91、444.2)代入有机质计算公式，得到有机基质相对于淤泥原料的干重掺比为26.6％。

第五步，混合干化和粉碎，把绿化基质、调节料按计算掺量掺入淤泥原料，进行混合干化，干化后粉碎，粉碎后的土壤粒径过2cm筛，制成目标配制土壤。

配制土壤种植效果验证：

2019年5月26日完成目标配制土壤制作后，即进行了土壤种植效果验证，采用3个长80cm、宽25cm、高20cm的木板花箱，种植桂花、三角梅和茉莉，种植时间7个月，至2019年12月底。三种植物生长情况良好，具体生长指标见下表2：

表2生长指标对照表

土壤理化指标检测情况如下：

疏浚淤泥改良配制一般绿化种植土壤，在经过7月的种植后，进行基本理化性质检测，3个花箱土壤基本参数的平均值为：ph为8.2，ec为0.2ms/cm，砂、粉砂、粘土占比分别为46.1％、44.3％、9.6％，质地为壤土，有机质为61.5g/kg，土壤入渗率29.4mm/h，各项指标满足行业规范《绿化种植土壤》(cj/t340—2016)中一般要求和技术指标通用要求。