一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法
技术领域
本发明涉及一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法。具体是利用城市湿垃圾经过发酵堆肥和高温厌氧灼烧形成不同产品，将团粒结构较差或受损的搬迁地土壤进行快速改良的方法，属于市容环保、城市生态环境、节能减排和土壤等领域。
背景技术
随着城市社会经济的快速发展，城市人居环境和生态环境质量得到了持续改善，城市功能开始转型，其工业区的功能逐步由生产型向生活服务型转变，原有高污染的化工区、高耗能的企业以及城中村等也逐步搬迁出城市中心区，其遗留的搬迁地土壤在一定程度上得到了治理，尤其是污染的土壤得到了工程修复，然而现有的土壤修复技术如稳定化/固化、土壤淋洗、土壤气相抽提、化学氧化或还原等技术虽对土壤污染的固定和去除效果明显，但与此同时，在修复过程中，往往会造成土壤质量的严重退化，如土壤生物活性的破坏、土壤营养物质的流失、土壤物理性质的恶化等，而且对土壤质量的破坏是不可逆的，尤其是对土壤的团粒结破坏严重，并阻碍了团粒结构的再次形成，加剧了土壤的板结，降低了土壤的通气性，同时阻碍了土壤的透水性和降低了土壤的持水能力。因此，经过工程修复的搬迁地土壤很难快速用于城市园林绿化。
另一方面城市垃圾每年以10％的速度增长，每年产生近1.5亿吨城市垃圾，累积堆存量已达70亿吨，而生活垃圾中湿垃圾占60％左右，其中以菜皮、瓜果皮等为主要组分的湿垃圾占有较高的比例，这些湿垃圾处置利用一直是世界各国头痛的一个大问题，城市湿垃圾的清运量也在逐年增加，填埋占据大量土地，焚烧热值低，浪费资源。随着国家对垃圾治理的重视，并出台了一系列政策大力推动实施垃圾分类，尤其是上海，于2019年7月1日正式开始实施《上海市生活垃圾管理条例》，从立法上规范垃圾分类，这从源头上为垃圾的资源化利用提供了便利，尤其是湿垃圾的资源化。湿垃圾含有大量有机质、氮、磷等营养成分，通过发酵处理或制作生物质炭后，可以用于土壤改良，不仅能减少城市垃圾处置压力，还能改善土壤结构，提升城市土壤质量。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种利用湿垃圾的应用方法，具体采用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将湿垃圾粉碎至粒径为小于5cm后，好氧堆肥发酵，得到湿垃圾堆肥产品；
(2)将湿垃圾粉碎至粒径为小于3cm后，高温厌氧灼烧，得到生物质炭；
(3)将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％～25％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积5％～10％的生物质炭，所述待改良的土壤体积1％～2％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.1％～0.3％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％之间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。
上述步骤(3)的优选方案为中所述的优选方案为将待改良的搬迁地土壤，添加20％的湿垃圾堆肥产品、10％的生物质炭、1.5％的腐植酸、0.2％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％培养3～4个月，即可得到改良的土壤。
本发明的另一所述的步骤(3)的改良搬迁地土壤的方法是将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％～20％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积5％～10％的生物质炭，所述待改良的土壤体积5％～8％的磷石膏，所述待改良的土壤体积1％～2％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.1％～0.3％的β-环糊精，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％-35％之间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。
本发明的另一所述步骤(3)的改良搬迁地土壤的方法的优选方案为：将待改良的搬迁地土壤，添加所述待改良的土壤体积15％的湿垃圾堆肥产品，所述待改良的土壤体积8％的生物质炭，所述待改良的土壤体积7％的磷石膏，所述待改良的土壤体积1.5％的腐殖酸，所述待改良的土壤体积0.2％的β-环糊精，并喷洒水，至改良土壤水分保持20％-35％间培养3～4个月，即可得到改良的土壤。
采用本申请的磷石膏的组分，由于磷石膏较强的胶凝效果，使在堆肥的过程中，具有较强的吸附性及离子交换能力，调整了土壤的pH值，改善了土壤环境。
所述湿垃圾包括废弃菜叶、瓜果皮、餐厅的剩菜剩饭中的一种或多种形成的混合物。
所述湿垃圾堆肥产品的制备方法为：湿垃圾先由粉碎机粉碎至粒径小于5cm，并同时脱水至含水量＜60％；添加尿素调节C/N比至20～30，好氧发酵30～40天，即得到湿垃圾堆肥产品，其pH为6.2～8.3，EC值为0.5～2.9mS/cm，有机质为370～480g/kg。
本发明的另一湿垃圾堆肥产品的制备方法为：湿垃圾先由粉碎机粉碎至粒径小于5cm，并同时脱水至含水量50-60％；添加硫脲调节C/N比至15-18，好氧发酵30～40天，即得到湿垃圾堆肥产品，其pH为6.0～8.0，EC值为1.2～3.0mS/cm，有机质为420～520g/kg。
添加本申请所述的硫脲，在水分含量为50-60％时，经过好氧发酵至10天左右，温度持续升高，硫脲分解，分解的氮素就含硫成分促进湿垃圾在好氧条件下生长，提高有机质的含量。
所述生物质炭的制备方法为：将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干或晾晒至含水量小于15％，于400～500℃厌氧环境下灼烧2～3小时，冷却，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，即可得到生物质炭。
所述的生物质炭还可以为改性生物质炭，制备步骤是将生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.1-1，搅拌均匀后烘干，于550～650℃厌氧环境下灼烧1～2小时，冷却，即得到改性生物质炭。改性生物质炭中的硅、铁、铝在土壤环境下易形成硅酸、氧化铁、氧化铝胶体，其在湿润时起到粘结作用，将土壤中的微聚体或土粒粘结起来，形成水稳性和力稳性的结构体。
所述聚合硅酸铝铁为市售工业聚合硅酸铝铁，分子量为174，灰黑色粉状或淡黄色片状。
所述腐植酸为市售腐植酸，黑色粉末状颗粒；
所述β-环糊精为市售β-环糊精，分子量为1135，纯度高于99％的白色结晶粉末颗粒。
所述的待改良的搬迁地土壤的性质为：土壤水稳定性团聚体粒径0.25～10mm为(12.1±1.3)％，机械稳定性团聚体为(26.7±2.1)％，pH为9.4±0.1，EC值为(0.13±0.02)mS/cm，有机质为(8.2±0.5)g/kg。土壤团粒结构较差，pH较高，有机质含量低，难以满足植物正常生长。
所述的待改良的搬迁地土壤晾晒或风干至含水量小于20％，然后人工或机械破碎过筛至粒径不超过5cm。土壤含水量过高的话不利于破碎过筛，这样难以满足下一步的各种改良材料的混匀。
采样本申请的技术方案对搬迁地土壤进行改性后，土壤水稳定性团聚体达20％以上，机械稳定性团聚体达40％以上，pH稳定在7.0-8.5之间，EC值达0.32mS/cm以上，有机质含量达20g/kg以上。符合植物的正常生长指标。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1
一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：
(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量51％，添加尿素测定C/N比为28，好氧发酵38天，即得到湿垃圾堆肥产品。
(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为12％，于450℃厌氧环境下灼烧2.5小时，冷却，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。
(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积20％的湿垃圾堆肥产品、7％的生物质炭、1.5％的腐殖酸和0.2％的β-环糊精，混合均匀，并喷洒水，至改良土壤水分保持在20％～35％之间，培养4个月，即可得到改良的土壤。采样测定改良后的土壤基本理化性质，其中土壤水稳定性团聚体为(23.3±2.6)％，机械稳定性团聚体为(41.9±3.3)％，pH为8.5±0.2，EC值为(0.32±0.02)mS/cm，有机质为(26.3±1.2)g/kg。
实施例2
一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：
(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量44％，添加尿素测定C/N比为26，好氧发酵40天，即得到湿垃圾堆肥产品。
(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为10％，于500℃厌氧环境下灼烧3小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于650℃厌氧环境下灼烧2小时，冷却，即得到改性生物质炭。
(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积25％的湿垃圾堆肥产品、10％的改性生物质炭、2％的腐殖酸和0.3％的β-环糊精，混合均匀后，得到改良的土壤。
实施例3
一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：
(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量50％，添加硫脲测定C/N比为15，好氧发酵38天，即得到湿垃圾堆肥产品。
(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为10％，于500℃厌氧环境下灼烧2.5小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于600℃厌氧环境下灼烧1.5小时，冷却，即得到改性生物质炭。
(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积15％的湿垃圾堆肥产品、8％的改性生物质炭，所述待改良的土壤体积7％的磷石膏，1.5％的腐殖酸和0.2％的β-环糊精，混合均匀，得到改良的土壤。
实施例4
一种利用湿垃圾快速改良搬迁地土壤团粒结构的方法，包括如下步骤：
(1)将湿垃圾由粉碎机粉碎至粒径为小于5cm后，并同时脱水，测定含水量48％，添加硫脲测定C/N比为18，好氧发酵40天，即得到湿垃圾堆肥产品。
(2)将湿垃圾破碎至粒径小于3cm，风干，含水量为12％，于500℃厌氧环境下灼烧3小时，并研磨过筛，取粒径≤2mm的颗粒，得到生物质炭。将得到的生物质炭浸泡于聚合硅酸铝铁水溶液中，生物质炭与聚合硅酸铝铁质量比为10:0.8，搅拌均匀后烘干，于650℃厌氧环境下灼烧2小时，冷却，即得到改性生物质炭。
(3)将上述待改良的搬迁地土壤，添加土壤体积20％的湿垃圾堆肥产品、10％的改性生物质炭，土壤体积8％的磷石膏，1.2％的腐殖酸和0.25％的β-环糊精，混合均匀后，得到改良的土壤。
分别将已改良的搬迁地土壤(实施例2-4)和未改良的搬迁地土壤(对照组)装入7加仑的花盆中，并种植2年生白玉兰苗，每种处理分别种植10盆，并浇透水，后期喷洒水至土壤含水量保持在20％～35％之间，4个月时，测试花盆中的土壤和植物性质，结果表明改良的土壤性质和植物指标均明显优于未改良的土壤，详细数据如表1所示。
表1几种处理的土壤和植物监测数据
