CN101596543A - 地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物——地肤(Kochia scoparia)对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法，它包括(1)在20－50cm厚的生活垃圾堆肥上，以20－40g/平方米播种地肤(2)淋洗液的配制：25mmol/L－50mmol/L EDTA溶液：1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01－0.03(3)然后将淋洗液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度10－50ml/分，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部(4)观察植株生长情况，20天后采集样品植株，放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，最后称其重量，测定生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的含量，即可达到堆肥的修复效果。本发明通过施加不同浓度EDTA与(NH₄)₂SO₄，技术地肤对堆肥中重金属的修复效应，为垃圾堆肥的重金属修复及其安全有效利用提供依据。

Description

地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，涉及城市生活垃圾堆肥的修复方法。更具体的说是地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法。

背景技术

我国城市垃圾的处理在近十几年取得了较大的发展，处理比例逐年提高，但还不能满足社会和经济发展的要求。目前，我国的垃圾处理仍然以填埋、焚烧和堆肥为主，其中填埋占了处理总量的90％以上，是最主要的垃圾处理方式。但这种填埋场基本没有什么环保措施，即便有也不能全部达标。产生的填埋气体和渗滤液对周围的环境造成了较大的污染。垃圾堆肥化在许多国家和地区得到了广泛的应用，特别是经济欠发达地区，经筛选后的以有机物为主的垃圾被用来进行堆肥。在垃圾堆肥过程中，由于易降解有机物为微生物的生长提供充足的碳源和能源，维持堆肥中微生物的活性和必要的高温。同时多样的碳源为共代谢降解有机污染物提供了物质基础，因而为采用堆肥降解有机污染物提供了潜力。

垃圾堆肥中含有丰富的N、P等有机养分，是发展农业、蔬菜、林木生产等方面的有效资源。优质垃圾堆肥用于农业生产，不仅可增加土壤腐殖质和养分，而且堆肥中有机质与土壤结合，可使粘质土壤疏松，对砂质土壤则促进其结成团粒，以致明显降低土壤结构，提高土壤通风、保水和培肥的功能，同时能促进植物根系的增长。陈文龙等通过3年的定位试验并结合盆栽试验，表明垃圾肥能明显提高土壤有机质含量，随着垃圾肥用量的增加，土壤有机质含量增加，同时随着垃圾肥施用年份的增加，土壤有机质含量也逐年增加，垃圾肥用量越大，有机质含量越高。除了提高土壤有机质含量外，垃圾肥还能显著提高土壤全N、速效P和速效K等养分的含量。所以它曾被当作有机肥料施入农田。

但是近些年发现垃圾堆肥中重金属含量比较高，垃圾堆肥过程不能降低重金属离子的含量，相反由于堆肥过程中湿度降低，CO₂和一些有机小分子释放出，pH降低，重金属离子的浓度相对增加。从而导致土壤重金属污染，并在作物中富集，沿食物链对人体的健康构成威胁。因此，重金属污染是垃圾堆肥施用过程中的一个重要问题。一般而言，垃圾中重金属含量较高，经过堆肥化处理后，重金属的形态发生了明显的变化：水浸提态重金属的含量减小，而交换态和有机结合态增加，但总的来说，残渣态占主要部分。由于不同形态重金属的生物有效性不同：水溶态、交换态和有机结合态的生物有效性较高，而碳酸盐及硫化物结合态和残渣态则较低。因而如何降低垃圾堆肥中重金属的危害是一个重要的研究课题。

城市生活垃圾堆肥中含有许多重金属，能导致土壤的重金属污染，但同时它又含有植物生长所需的各种营养元素，因此，研究垃圾堆肥中重金属元素的植物修复，使其合理资源化具有重要的意义。虽然植物修复方面研究较多，但关于杂草用于对生活垃圾堆肥中重金属富集的研究未见报道。赵树兰、多立安等以生活垃圾堆肥为基质的废弃物铺网草皮建植研究表明，生活垃圾堆肥可以作为草皮培养基质，让我们认识到了垃圾堆肥基质、废弃物铺网草皮的应用性能，为生活垃圾及其它废弃物的资源化利用开辟一条新途径，并为垃圾堆肥基质草皮的应用提供科学依据。

地肤(Kochia scoparia L.)，别名扫帚菜、扫帚苗，属藜科地肤属，一年生草本植物。原产欧洲、亚洲，我国各省区均有分布，多呈野生状态，山东、江苏、河南、河北、山西等地有人工栽培。地肤株高一般在50～175cm，根深而扭曲，生物量大，适应性强，较喜温暖和阳光充足，具有耐旱、耐涝、耐盐碱、耐贫瘠等特性，在土壤含盐量达到0.5％～0.7％，紫花苜蓿、燕麦等牧草不能生长的土壤中，地肤生长良好。地肤抗干旱、耐盐碱、生命力极强，对土壤条件要求不高，能适应沙质、砾质、粘性多种土壤，在山林、荒地、田边、路旁、果园、房前房后均能生长。但目前关于选用地肤作为研究对象，通过施加不同浓度EDTA与(NH₄)₂SO₄，研究地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地肤对生活垃圾堆肥中重金属的修复方法。通过选用实验地生活垃圾堆肥上自然生长的地肤作为研究对象，通过施加不同浓度EDTA与(NH₄)₂SO₄，研究地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复情况，为垃圾堆肥的重金属修复及其安全有效利用提供依据。为实现上述目的，本发明公开一种地肤对生活垃圾堆肥中重金属的修复方法，其特征在于按如下的步骤进行：

地肤(Kochia scoparia)对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法，其特征在于按如下的步骤进行：

(1)在20-50cm厚的生活垃圾堆肥上，以含有地肤繁殖体的少量更层土壤建植地肤修复植被；

(2)淋洗液的配制：25mmol/L-50mmol/L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01-0.03淋洗液；

(3)然后将淋洗液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度10-50ml/分，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部；

(4)待地肤生长到60-120cm后，采集样品植株，放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，最后称其重量，测定生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的含量变化。

本发明优选的淋洗液为25mmol/L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01或50mmol/LEDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄重量体积比为1∶0.03。

本发明采用不同浓度EDTA-(NH₄)₂SO₄淋洗液浇灌地肤植株，可以使地肤中Cr的含量有明显的增加。特别是在EDTA浓度为25mmol/L、50mmol/L的(NH₄)₂SO，Pb含量有不同程度的增加；当株高在120cm以上时Pb含量增加了119.04％。而加入(NH₄)₂SO₄后，在50mmol/L EDTA的处理中，Pb含量增加的效果更为显著。本发明通过实验证明：地肤对堆肥中重金属有很好的富集效应。

具体实施方式

为了简单和清楚的目的，下文恰当的省略了公知技术的描述，以免那些不必要的细节影响对本技术方案的描述。以下结合实例对本发明做进一步的说明。

实施例1

(1)在20cm厚的生活垃圾堆肥上，以含有地肤繁殖体的少量更层土壤建植地肤地肤(Kochia scoparia)修复植被；

(2)淋洗液的配制：按25mmol//L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01配制淋洗液；

(3)然后将淋洗液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度20ml/分，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部；

(4)待地肤生长到60cm后，采集样品植株，放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，最后称其重量，测定生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的含量变化。具体见实施例3。

实施例2

(1)在50cm厚的生活垃圾堆肥上，以含有地肤繁殖体的少量更层土壤建植地肤修复植被；

(2)淋洗液的配制：按50mmol/L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.03配制淋洗液；

(3)然后将淋洗液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度50ml/分，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部；

(4)待地肤生长到120cm后，采集样品植株，放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，最后称其重量，测定生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的含量变化。具体见实施例3。

实施例3

(1)实验材料

试验地设在天津师范大学六里台校区。生活垃圾堆肥取自天津小淀垃圾堆肥处理厂，垃圾堆肥基质厚度为20cm，实验地于2004年建植。地肤为该实验地上第四年演替产生的优势种。选取15株大小相似的地肤植株作为实验样品，分为5个处理，3次重复。

(2)实验方法

分别配制浓度为25mmol/L、50mmol/L、25mmol/L+1g/L(NH₄)₂SO₄、50mmol/L+1g/L(NH₄)₂SO₄的EDTA溶液1L，并以0mmol/L EDTA溶液为对照(CK)。把上述溶液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度要慢，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部。观察植株生长情况，20天后采集样品植株。

样品前期处理：在实验地里随机采集3株地肤作为干鲜比测量用，称其重量并记录鲜重。对采集的样品植株每一株都进行高度测量，再对其按根、0-30cm、30-60cm、60-90cm、90-120cm、120cm以上进行分段，每株共分为6段，分别标号包裹起来，同干鲜比植株一同放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重。最后称其重量，记录结果并粉碎样品。

(3)指标测定

通过3次重复计算得出地肤的平均干鲜比为0.382。准确称量每一株植株的每一段粉碎样品各1g，采用HNO₃-HClO₄湿法消化。先将样品放入50mL小烧杯中，加入10mLHNO₃，盖上表面皿浸泡一段时间后，放在电热板上加热，不断调整电压防止溶液沸腾过于强烈，在加热过程中需要少量多次地补充HNO₃，避免烧杯中样品碳化，待烧杯中溶液澄清透明颜色接近无色时，向其中加入2mL HClO₄继续加热至烧杯中有白雾冒出，掀开表面皿，继续加热赶出HClO₄，至溶液近干时将烧杯从电热板上拿下冷却。最后消化液用1％的HNO₃溶解，定容到25mL的容量瓶中，采用TAS-990原子吸收分光光度计测定其中Cr、Pb、Cd的含量。

(4)结果与分析：称量得到每一株地肤植株的每一段的干重，求得每一株植株的干重，在通过干鲜比求出每一段以及整个植株的鲜重，最后利用三次重复取平均值得到每一段以及整株的平均生物量(表1)。

表1不同处理地肤植株的平均生物量

地肤在EDTA与(NH4)₂SO₄作用下对Cr的富集

在EDTA与(NH4)₂SO₄作用下，地肤对堆肥中Cr的富集含量见表2。同一处理，植株地上部分Cr含量从下往上有逐渐增加的趋势，说明地肤地上部吸收Cr后向上运输，主要富集在植物上端。而植株根部直接与垃圾堆肥相接触，且堆肥中的Cr由根部吸收后再向上运输，因而根部Cr的含量相对较大。

对于不同处理，随着施加的EDTA浓度的增加，相同植株高度Cr的含量有明显的增加的趋势，且加入(NH4)₂SO₄效果更为显著，即50mmol/L＞25mmol/L＞CK；25mmol/L+(NH4)₂SO₄＞25mmol/L；50mmol/L+(NH4)₂SO₄＞50mmol/L(表2)。

EDTA与(NH₄)₂SO₄对地肤植株中Cr含量的影响(ug/g)

地肤在EDTA与(NH₄)₂SO₄作用下对Pb的富集

在EDTA与(NH4)₂SO₄作用下，地肤对堆肥中Pb的富集含量见表3。与Cr相似，同一处理，植株地上部分Pb含量基本上呈现从下往上有逐渐增加的趋势，说明地肤地上部吸收Pb后向上运输，主要富集在植物上端。而植株根部直接与垃圾堆肥相接触，且堆肥中的Pb由根部吸收后再向上运输，因而根部Pb的含量相对较大。

对于不同处理，在EDTA浓度为25mmol/L时，除30-60cm高度外，其它植株高度和对照相比，Pb含量都有不同程度的增加，以植株上端增加的较为明显，120m以上高度和对照相比，Pb含量增加了119.04％。在EDTA浓度为50mmol/L时，除根与0-30cm高度外，其它植株高度和对照相比，Pb含量都有不同程度的增加，同样以植株上端增加较为明显，120cm以上高度和对照相比，Pb含量增加了153.56％。而加入(NH4)₂SO₄后，在50mmol/L EDTA的处理中，Pb含量增加的效果更为显著。

由于土壤Pb易被有机质、氧化物、黏土矿物复合或吸附，且易形成磷酸盐、碳酸盐沉淀，土壤Pb的溶解度及生物有效性很低，极大地限制了植物富集土壤重金属的能力。施用EDTA明显增加土壤水溶性重金属，这种水溶性重金属主要以螯合物形式存在。Huang、Vassil等认为铅可以以Pb-EDTA复合物的形式进入植株根系并向地上部运输。因此，EDTA能明显提高植物提取土壤Pb的效率。

表3EDTA与(NH₄)₂SO₄对地肤植株中Pb含量的影响

地肤在EDTA与(NH4)₂SO₄作用下对Cd的富集

在EDTA与(NH₄)₂SO₄作用下，地肤对堆肥中Cd的富集含量见表4。对于同一处理，与Cr、Pb所不同，Cd在植株地上部分的分布未呈现出明显的规律性。但加入EDTA与(NH₄)₂SO₄，根中Cd含量有降低的趋势，可能是EDTA的加入促进了Cd从根部向地上部的运输。

对于不同处理，随着施加的EDTA浓度的增加，地肤富集Cd的效果并不显著，只有浓度为50mmol/L时才有所增加，而施加(NH₄)₂SO₄反而减弱其富集效果，说明EDTA与(NH₄)₂SO₄对不同重金属的活化因重金属的不同而异。

实验结果表明，EDTA加入土壤后对印度芥菜吸收Cd的影响与土壤中Cd的处理浓度有关。在土壤添加Cd浓度较低时，EDTA加入土壤后，土壤溶液中Cd的浓度也急剧增加，但印度芥菜吸收的Cd并没有显著增加。说明EDTA络合态的离子是水溶性的，但相对自由离子而言，更难以被植物吸收。当土壤添加Cd在130mg/kg以上时，加入EDTA显著增加了地上部Cd的浓度，Cd能够增加细胞膜的透性。所以在土壤中Cd浓度较高时，根细胞膜透性增加使得EDTA络合物能够穿过，运输到地上部的过程是由蒸腾作用控制的被动过程，土壤溶液中各种络合态离子浓度的增加从而导致了地上部浓度的增加。因此，当土壤中的Cd含量很低时，即使施加EDTA也不能增加植物富集Cd的量。

表4EDTA与(NH₄)₂SO₄对地肤植株中Cd含量的影响

修复技术结论

实验结果表明，EDTA加入能活化堆肥中的重金属，增加重金属的生物活性，有利于植物对重金属的吸收修复。由于堆肥中重金属易被有机质、氧化物、黏土矿物复合或吸附，且易形成磷酸盐、碳酸盐沉淀，土壤重金属的溶解度及生物有效性很低，极大地限制了植物富集土壤重金属的能力。施用EDTA明显增加土壤水溶性重金属，这种水溶性重金属主要以螯合物形式存在。EDTA加入土壤后，土壤中所有的矿质元素都有机会和EDTA形成络合物，至于哪一种元素最优先，取决于其总量及其与EDTA络合物的稳定性。Cr与Pb具有较高的络合常数，因此，加入EDTA后，地肤对Cr和Pb的富集效果增大比较明显。Cd的络合常数较低，而且浓度较低时，加入EDTA后会出现增加不显著的现象，因此，本研究中EDTA对Cd的富集量影响不大。而(NH₄)₂SO₄作为一种农田中常用的肥料能促进植物的生长和对Cr和Pb的富集。

Claims (2)

1、地肤对生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的修复方法，其特征在于按如下的步骤进行：

(1)在20-50cm厚的生活垃圾堆肥上，以含有地肤繁殖体的少量更层土壤建植地肤修复植被；

(2)淋洗液的配制：按25mmol/L-50mmol/L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01-0.03配制淋洗液；

(3)然后将淋洗液分别沿选好的地肤植株根部进行浇灌，浇灌的速度10-50ml/分，以确保所浇灌的溶液都集中在植株的根部；

(4)待地肤生长到60-120cm后，采集样品植株，放入烘箱中，80℃条件下烘干至恒重，最后称其重量，测定生活垃圾堆肥中Cr、Pb、Cd的含量变化。

2、如权利要求1所述的方法，其中的淋洗液为25mmol/L EDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄的重量体积比为1∶0.01或50mmol/LEDTA溶液∶1g/L(NH₄)₂SO₄重量体积比为1∶0.03。