專利名稱：增效草坪植物修復(fù)城市生活垃圾堆肥重金屬復(fù)合污染方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境污染修復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種增效草坪植物修復(fù)城市生活垃圾堆肥重金屬復(fù)合污染方法。通過施配EDTA，增加草坪草對城市生活垃圾堆肥基質(zhì)中重金屬的抽提作用，使草坪草所起的作用相當(dāng)于重金屬超富集植物的作用。本發(fā)明的應(yīng)用不僅可重振垃圾堆肥產(chǎn)業(yè)，而且對重金屬污染區(qū)域的草坪草絡(luò)合修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
背景技術(shù)：
城市生活垃圾(下稱垃圾)引發(fā)的污染已成為世界性的嚴(yán)重環(huán)境問題，使垃圾資源化利用受到國際社會的普遍關(guān)注。我國垃圾歷年的堆存量已超60億噸，資源化利用則低于5％，絕大多數(shù)垃圾處于閑置混亂堆放狀態(tài)。
垃圾堆肥是資源化利用的一個重要途徑。在過去的20年里，垃圾堆肥農(nóng)用比較普遍。近些年來，重金屬毒性效應(yīng)問題研究受到了普遍重視。重金屬污染物在環(huán)境中穩(wěn)定，對生物毒性大。為此，人們也開始意識到垃圾堆肥中含有大量重金屬，可在作物中富集，并最終進(jìn)入食物鏈富集，危害人類健康。
我們通過對天津河北與大港兩區(qū)垃圾堆肥中的重金屬含量進(jìn)行了研究。結(jié)果與上述結(jié)論一致其中，Mn分別是土壤的53.06和22.20倍，Ni分別是土壤的66.80和18.40倍，Cu分別是土壤的795.67和59.33倍，Zn分別是土壤的551.56和194.44倍，Pb分別是土壤的573.67倍和50.00倍。此外，Cd與Cr的濃度也是環(huán)境I類標(biāo)準(zhǔn)的197.00及389.93倍?？梢?，垃圾堆肥中重金屬元素含量都遠(yuǎn)高于土壤，從而說明了垃圾堆肥中的重金屬復(fù)合污染可能是其作為農(nóng)用的最大制約因素之一?，F(xiàn)在垃圾堆肥企業(yè)紛紛下馬，大量垃圾堆肥被閑置。因此，對垃圾堆肥中的重金屬修復(fù)方法的研究具有特別重要的意義。
盡管有關(guān)植物對重金屬的修復(fù)作用的研究已有廣泛報道，但這些研究結(jié)果表明絕大多數(shù)植物地上部分對重金屬的富集能力往往要比地下部分弱得多。此外，在研究中人們還發(fā)現(xiàn)自然界中有一些植物對土壤中的某一類重金屬有極強(qiáng)的富集能力，我們可稱其為重金屬的超富集植物。需要指出的是超富集植物在基質(zhì)重金屬的修復(fù)過程中，也存在著很大的問題，如超富集植物地上部生物量少，其生長緩慢，對重金屬有專一選擇吸收等缺點，對重金屬復(fù)合污染的基質(zhì)的修復(fù)效果較差。
EDTA(乙二胺四乙酸二鈉鹽)具有較強(qiáng)的金屬絡(luò)合能力，常被用做有機(jī)絡(luò)合態(tài)金屬的提取劑。在土壤污染治理中，施配EDTA，可提高植物對重金屬的吸收、累積，從而提高植物修復(fù)效率和縮短修復(fù)周期。草坪在降低污染，保護(hù)環(huán)境方面具有特殊的生態(tài)意義。草坪草具有適應(yīng)力強(qiáng)，生長速度快，再生性強(qiáng)，地上部產(chǎn)量高等優(yōu)點。通過刈割草坪草移去大量地上生物量，可像“抽提泵”一樣，能逐步抽出基質(zhì)中的重金屬。刈割下來的富含重金屬的草坪草可進(jìn)行安全填埋，或經(jīng)一定方法，將重金屬提取出來加以利用。
如果通過施配EDTA，能增加草坪草對垃圾堆肥基質(zhì)中重金屬的抽提作用，使草坪草的作用就相當(dāng)于最好的超富集重金屬植物；那么，在實際應(yīng)用中，與其它植物相比，草坪草能更有效地達(dá)到對基質(zhì)重金屬的修復(fù)作用。這一技術(shù)不僅可從振垃圾堆肥產(chǎn)業(yè)，而且對重金屬污染區(qū)域的草坪草絡(luò)合修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種增效草坪植物修復(fù)城市生活垃圾堆肥重金屬復(fù)合污染方法。它是通過施配EDTA，增加草坪草對城市生活垃圾堆肥基質(zhì)中重金屬的抽提作用，使草坪草成為超富集重金屬的植物。本發(fā)明應(yīng)用不僅能十分有效的修復(fù)堆肥垃圾中重金屬污染，實現(xiàn)城市生活垃圾資源化，重振垃圾堆肥產(chǎn)業(yè)，而且對重金屬污染區(qū)域的草坪草絡(luò)合修復(fù)也能提供科學(xué)依據(jù)。
本發(fā)明包括如下步驟1)對重金屬污染的城市生活垃圾堆肥，進(jìn)行過篩(1厘米×1厘米的篩子)分選，以備作草坪草培養(yǎng)基質(zhì)。
2)將草坪草多年生黑麥草(拉丁名為Lolium perenne.L)或高羊茅(拉丁名為Festuca arundinacea.L)草坪草種子均勻播種在垃圾堆肥基質(zhì)上，播種密度分別為35.0g/m2-40.0g/m2；黑麥草播種密度為35.0g/m2，高羊茅播種密度為40.0g/m2。
3)在播種同時至草坪草刈割前的期間，將乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)施配到基質(zhì)中，施配5-30mmol/kg；優(yōu)選的EDTA施配劑量為每千克垃圾堆肥在15mmol-35mmol/kg之間。施配EDTA的時間可選擇在草坪草生長的后期，刈割的前10天施配到基質(zhì)中。
4)草坪草栽培應(yīng)保持基質(zhì)有較好的水分，其它按通常草坪草坪管理要求進(jìn)行。
5)待草坪草植物生長到一個半月至三個月，對草坪草地上部進(jìn)行刈割，測定草坪草中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb重金屬的含量；并對堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的重金屬含量進(jìn)行分析。其方法用電感偶合等離子體原子發(fā)射光譜進(jìn)行測定分析(ICP-AES法)。
6)刈割下來的富含重金屬的草坪草曬干、并轉(zhuǎn)移至其它地方集中焚燒，進(jìn)行安全填埋，或?qū)⒅亟饘偬崛〕鰜砑右岳谩?br> 所述的EDTA施配劑量可選擇(1)草坪草生長期間種植黑麥草生長1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)最佳施配劑量分別為20、30、20、30、20、10及20mmol/kg。
種植高羊茅生長1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)最佳施配劑量分別為10、20、10、10、10、10及10mmol/kg。
(2)播種草坪草期間播種黑麥草，所述的施配EDTA的量為堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為30、30、30、30、20、30及10mmol/kg；播種高羊茅，所述的施配EDTA的量為堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為30、20、20、20、20、10及10mmol/kg。
EDTA在播種同時施配到堆肥基質(zhì)中，其草坪草富集重金屬的能力最強(qiáng)。同時施配低濃度的EDTA還會對草坪草的生長起到促進(jìn)作用；當(dāng)EDTA施配濃度超過15mmol/kg時，草坪草的生長受到一定的限制，但草坪草富集重金屬能力則得到顯著的增加(見圖1)。
EDTA的修復(fù)劑量及草坪草較適宜修復(fù)垃圾堆肥中的重金屬。兩草種對垃圾堆肥中的重金屬有著較高的耐性，并在垃圾堆肥中能正常生長(見圖1，黑麥草從左至右依次施配EDTA的量0，5mmol/kg，10mmol/kg，15mmol/kg，草坪草地上部生長狀態(tài)；高羊茅也與此一致)。施配EDTA的兩草種對重金屬的富集能力大幅度地增加。
本發(fā)明施配EDTA，加強(qiáng)草坪植物對重金屬的富集能力，并利用草坪植物具有強(qiáng)大的再生性能，來修復(fù)堆肥垃圾中重金屬復(fù)合污染，效果是十分有效的。因此，選用草坪草修復(fù)堆肥垃圾基質(zhì)中的重金屬污染，可在草坪草刈割幾茬之后，可逐步抽提基質(zhì)中的重金屬，起到植物修復(fù)作用。這不僅直接為堆肥垃圾中重金屬復(fù)合污染草坪草修復(fù)及實現(xiàn)垃圾資源化利用提供科學(xué)依據(jù)，而且還可為重金屬污染區(qū)的草坪草修復(fù)提供參考與借鑒。
本發(fā)明工藝簡單，成本低；對重金屬復(fù)合污染垃圾堆肥的修復(fù)效果好；能較好地適用于大規(guī)模重金屬復(fù)合污染垃圾堆肥的治理。


圖1在播種同時施配EDTA到堆肥基質(zhì)中，黑麥草的生長動態(tài)。
圖2播種同時實配EDTA時，不同劑量EDTA黑麥草對重金屬的富集量。
圖3播種同時實配EDTA時，不同劑量EDTA高羊茅對重金屬的富集量。
具體實施例方式實施例1對取自天津市小淀垃圾處理廠的堆肥垃圾，進(jìn)行過篩分選(1厘米×1厘米的篩子)，并放入烘箱內(nèi)，80℃條件下烘干至恒重，以備作草坪草培養(yǎng)基質(zhì)。用ICP-AES法對堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金屬含量進(jìn)行分析(結(jié)果見表1)。以乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)為草坪草對堆肥垃圾基質(zhì)重金屬抽提的螯合劑。草坪草種選用我國東北、西北及華北地區(qū)廣泛采用的高羊茅和多年生黑麥草。
草坪草培養(yǎng)堆肥垃圾基質(zhì)用量為30g，培養(yǎng)容器為直徑為10cm的培養(yǎng)皿。兩種草坪草種子播量均為100粒。EDTA施配量處理水平分別為0、10.0、20.0、30.Ommol/kg，并在播種后的26天，施配到基質(zhì)中。實驗為3次重復(fù)。草坪草培養(yǎng)于實驗室實驗臺上進(jìn)行，光線為射入到室內(nèi)的自然光，強(qiáng)度為1800-20001勒克斯，溫度為16℃-30℃，相對濕度為40％-70％。每天統(tǒng)一定量給水，以保持草坪草培養(yǎng)基質(zhì)有較好的水狀況。
從播種開始，至第53天，刈割草坪草地上部。將刈割草坪草剩余的草樣在80℃條件下烘干約lO小時可至恒重。草坪草重金屬含量測定方法同樣用ICP-AES法，測定的重金屬包括Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb。施配EDTA的兩草種對重金屬的富集能力成大幅度地增加(施配EDTA后，草坪草對重金屬富集力所增加富集倍數(shù)＝施配EDTA下草坪草對重金屬的富集系數(shù)/無EDTA下草坪草對重金屬的富集系數(shù))。
表1.垃圾堆肥本底中重金屬元素含量(ug/g)

實施例1的實驗結(jié)果表明在不施配EDTA，兩種草坪草富集重金屬的能力都相對較低。施配EDTA，兩種草坪草對重金屬的富集能力明顯增加。施配EDTA黑麥草對每一個重金屬的富集能力均得到大幅度地增強(qiáng)，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加富集倍數(shù)分別為4.68、1.73、6.56、7.19、3.65、9.68及11.17倍。施配EDTA高羊茅對每一個重金屬的富集能力也在不同程度上得到提高，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加倍數(shù)分別為6.15、1.47、5.43、4.44、5.24、1.33及2.86倍。盡管兩草種在施配EDTA后，對各重金屬的富集能力均得到明顯加強(qiáng)，但施配EDTA對黑麥草效果優(yōu)于高羊茅。
值得一提的是，同時施配，低濃度的EDTA還會對草坪草的生長起到促進(jìn)作用；當(dāng)EDTA施配濃度超過15mmol/kg時，草坪草的生長受到一定的限制，但草坪草富集重金屬能力則得到顯著的增加。
實施例2(具體方法同實施例l，但EDTA施配的時間不同)對取白天津市小淀垃圾處理廠的堆肥垃圾，進(jìn)行過篩分選，并放入烘箱內(nèi)，80℃條件下烘干至恒重，以備作草坪草培養(yǎng)基質(zhì)。用ICP-AES法對堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb七種重金屬含量進(jìn)行分析。以乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)為草坪草對堆肥垃圾基質(zhì)重金屬抽提的螯合劑。草坪草種選用我國北方通常采用的高羊茅和多年生黑麥草。
草坪草培養(yǎng)，堆肥垃圾基質(zhì)用量為30g，培養(yǎng)容器為直徑為lOcm的培養(yǎng)皿。兩種草坪草種子播量均為100粒。兩種草坪草EDTA施配劑量均為O、10.0、20.O、30.Ommol/kg。EDTA在播種同時施配到基質(zhì)中。實驗為3次重復(fù)。草坪草培養(yǎng)于實驗室實驗臺上進(jìn)行，光線為射入到室內(nèi)的自然光，強(qiáng)度為1800-20001勒克斯，溫度為16℃-30℃，相對濕度為40％-70％。每天統(tǒng)一定量給水，以保持草坪草培養(yǎng)基質(zhì)有較好的水狀況。
從種子萌發(fā)開始，至第47天，刈割草坪草地上部。將刈割草坪草剩余的草樣在80℃條件下烘干約10小時可至恒重。草坪草重金屬含量測定方法同樣用ICP-AES法，測定的重金屬包括Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb。
施配EDTA兩草種對重金屬的富集能力均得到明顯的加強(qiáng)(見圖2、圖3)。圖2播種同時實配EDTA時，不同劑量EDTA黑麥草對重金屬的富集量。圖3播種同時實配EDTA時，不同劑量EDTA高羊茅對重金屬的富集量。施配EDTA黑麥草對每一個重金屬的富集能力均得到大幅度地增強(qiáng)，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加富集倍數(shù)分別為26.23、7.27、20.03、12.76、10.49、46.88及31.68倍。施配EDTA高羊茅對每一個重金屬的富集能力均在不同程度上得到提高，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加倍數(shù)分別為15.51、4.01、5.19、6.69、11.65、1.27及1.57倍。盡管兩草種在施配EDTA后，對各重金屬的富集能力均得到明顯加強(qiáng)，但施配EDTA對黑麥草效果優(yōu)于高羊茅。
通過上述兩個實施例表明堆肥垃圾中某些重金屬復(fù)合污染問題比較嚴(yán)重。盡管有關(guān)草坪草植物對重金屬的修復(fù)作用已有一些報道，但這些研究結(jié)果多數(shù)為植物地上部分對重金屬的富集能力要比地下部分弱得多。與其它超富集植物相比，草坪植物具有適應(yīng)力強(qiáng)，生長速度快，再生性強(qiáng)，地上部產(chǎn)量高等優(yōu)點。選用草坪草修復(fù)堆肥垃圾基質(zhì)中的重金屬復(fù)合污染，可在草坪草刈割幾茬之后，可逐步抽提基質(zhì)中的重金屬，起到植物修復(fù)作用。刈割下來的富含重金屬的草坪草可進(jìn)行安全填埋，或經(jīng)一定方法，將重金屬提取出來加以利用。本研究結(jié)果表明施配EDTA，加強(qiáng)草坪植物對重金屬的富集能力，對修復(fù)堆肥垃圾中重金屬復(fù)合污染，效果是十分有效的。這項研究不僅直接為堆肥垃圾中重金屬復(fù)合污染草坪草修復(fù)及實現(xiàn)垃圾堆肥利用提供依據(jù)，而且還可為重金屬復(fù)合污染區(qū)的草坪草修復(fù)提供借鑒。
權(quán)利要求
1.一種增效草坪植物修復(fù)城市生活垃圾堆肥重金屬復(fù)合污染方法，其特征在于包括如下步驟1)予處理重金屬復(fù)合污染的城市生活垃圾堆肥，進(jìn)行過篩分選，以備作草坪草培養(yǎng)基質(zhì)；2)將草坪草多年生黑麥草或高羊茅草坪草種子均勻播種在垃圾堆肥基質(zhì)上，播種密度分別為35.0g/m2-40.0g/m2；3)在播種同時至草坪草刈割前的期間，將乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)施配到垃圾堆肥基質(zhì)中，施配5-30mmol/kg；4)草坪草栽培保持基質(zhì)的水分，其它按通常草坪草坪管理要求進(jìn)行；5)待草坪草植物生長到一個半月至三個月，對草坪草地上部進(jìn)行刈割，測定草坪草中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb重金屬的含量；并對堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的重金屬含量進(jìn)行分析；6)刈割下來的富含重金屬的草坪草曬干、并轉(zhuǎn)移至其它地方集中焚燒，進(jìn)行安全填埋，或?qū)⒅亟饘偬崛〕鰜砑右岳谩?br> 2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在草坪草生長的后期，刈割的前10天施配EDTA到基質(zhì)中。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配劑量為每千克垃圾堆肥在15mmol-35mmol/kg之間。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配劑量為種植黑麥草生長1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為20、30、20、30、20、10及20mmol/kg。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配劑量為種植高羊茅生長1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為10、20、10、10、10、10及10mmol/kg。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的播種時施配EDTA的量為種植黑麥草，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為30、30、30、30、20、30及10mmol/kg；
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的播種時施配EDTA的量為種植高羊茅，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，對應(yīng)施配劑量分別為30、20、20、20、20、10及10mmol/kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增效草坪植物修復(fù)城市生活垃圾堆肥重金屬復(fù)合污染方法。在播種時至草坪草刈割前的期間，將乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)施配到垃圾堆肥基質(zhì)中，施配5－30mmol/kg；通過施配EDTA，增加草坪草對城市生活垃圾堆肥基質(zhì)中重金屬的抽提作用，使草坪草所起的作用相當(dāng)于重金屬超富集植物的作用。本發(fā)明的應(yīng)用不僅可重振垃圾堆肥產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)垃圾堆肥更有效地資源化利用，而且對重金屬污染區(qū)域的草坪草絡(luò)合修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。
文檔編號C05F9/00GK1709834SQ20051001353
公開日2005年12月21日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者多立安, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學(xué)