CN103074379A - 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术 - Google Patents

重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术 Download PDF

Info

Publication number
CN103074379A
CN103074379A CN2012104291878A CN201210429187A CN103074379A CN 103074379 A CN103074379 A CN 103074379A CN 2012104291878 A CN2012104291878 A CN 2012104291878A CN 201210429187 A CN201210429187 A CN 201210429187A CN 103074379 A CN103074379 A CN 103074379A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heavy metal
plant material
plant
copper
contaminated soil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012104291878A
Other languages
English (en)
Inventor
陈亚华
曹泽韦
沈振国
夏妍
王桂萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Agricultural University
Original Assignee
Nanjing Agricultural University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Agricultural University filed Critical Nanjing Agricultural University
Priority to CN2012104291878A priority Critical patent/CN103074379A/zh
Publication of CN103074379A publication Critical patent/CN103074379A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明属于环境污染治理技术领域，涉及重金属污染土壤修复植物材料的产后处置和利用技术。本发明的技术特征是将铜污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，可以获得清洁的生物能源，同时发酵后的沼液、沼渣可以作为肥料施加于缺铜地区(如盐碱地)的土壤，改善植物的生长。沼液还可用于浸种、叶面肥、饲料添加剂等使用。技术可以转让给污染修复公司。发酵后的沼渣、沼液可以作为产品销售。

Description

重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术
技术领域
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及重金属污染土壤修复植物材料产后处置技术。
背景技术
近20年来，国内外在重金属污染土壤植物修复方面的研究得到迅猛发展。在超积累植物发掘、植物吸收富集土壤重金属机理、植物耐重金属胁迫的生理与分子机制、转基因植物、化学诱导强化修复、微生物(植物生长益生菌、菌根真菌、内生菌等)辅助植物修复、野外修复试验等方面已有很多研究投入并取得大量科研成果。植物修复是一个长期过程，由此产生出大量富含重金属的植物材料，如何合理处置这些修复植物必将成为植物修复研究中迫切需要解决的关键科学问题。
近几年，国内外也陆续开展了修复植物的产后处置研究。修复植物的产后处置大致可分为：(1)直接填埋：方法简单，但需大量填埋场所。(2)堆置腐熟：将铜污染土壤修复植物海州香薷进行堆肥处理并加以利用，该方法被证明是一种资源化再利用的好方式。在堆置过程中需要关注沥出液重金属的淋滤。富含As的蜈蚣草在堆置过程中存在As的沥出。(3)焚烧：对蜈蚣草和富含Cd、Pb的野生植物铁芒萁进行焚烧处置，可使植物灰分残留量降到10％以下，但金属随烟气散发会导致二次污染。(4)高温分解：国内外对该方法的研究关注度相对较高。植物在厌氧高温处理中产生的焦气和生物油可以资源化再利用，但该方法取决于金属挥发性大小，需要高额的安装、调试和运行费用。(5)化学萃取：利用化学试剂直接从植物内提取重金属，可显著降低植物体内重金属含量。(6)直接利用：可将某些修复植物转化为动物强化饲料(如富Se强化饲料)。(7)植物冶金：可从植物灰分里提取Ni，Au等金属。但上述一些建议方案尚缺少直接的实验数据。重金属污染类型以及用于修复的植物种类繁多，有必要针对不同类型的污染材料摸索出合适的产后处置方法，这也将成为今后植物修复研究新的热点。
沼气发酵是指植物秸杆、人畜粪便等有机物料在厌氧条件下被沼气发酵微生物分解转化并产生沼气的过程。沼气发酵技术相对成熟，目前已成为解决我国农村秸秆和粪便处置并进行资源化利用的最有效手段。自上世纪70年代，我国大力开发户用沼气池。以江苏省为例，目前全省户用沼气池达42万处，年处理废弃物600多万吨(江苏省农委资料)。修复植物材料与用于沼气发酵的作物秸秆性质相似，Thewys等在其评述文章中从经济层面分析了利用能源植物玉米进行沼气发酵的可行性。但目前尚未发现利用重金属污染土壤收获的植物材料进行沼气发酵的直接实验数据。
沼气发酵残留物(沼渣和沼液)中除含有大量N、P、K等常量元素外，还有多种微量元素，富含有机质、腐植酸及植物生长物质，养分结构易于被植物吸收。发酵残留物在改善植物生长、提高植物抗性、改良土壤等方面都具有重要作用。我国盐碱土资源丰富，改良和利用盐碱土一直是科技界十分关注的重大课题。以江苏为例，沿海海堤内已围待垦的海涂有20多万hm2，堤外海涂有40多万hm2，每年还以0.13万hm2左右的速度向外淤进。盐碱土壤有机质缺乏、营养贫瘠、盐害严重，利用生物措施对盐渍土进行生态修复是最具生态效益和经济效益的改良措施之一。蔡阿兴等利用沼渣和沼液对河南封丘砂壤质碱土进行改良，发现沼肥对提高碱土养分含量，改善土壤物理性状和提高农作物产量等方面均有积极意义。而富含重金属的植物材料经过发酵后产生的沼渣、沼液应用于滨海盐碱土改良的可行性以及改良效果尚未有研究报道。
发明内容
本发明的目的是利用厌氧发酵技术对重金属污染土壤修复植物材料进行发酵，探索厌氧发酵应用于重金属污染土壤修复植物材料后处理的可能性。
本发明的技术解决方案为一种重金属污染土壤修复植物材料的处理方法，其特征是将重金属污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，并将发酵后的沼液、沼渣作为肥料施加于缺铜的土壤。
有益效果
本发明采用厌氧发酵技术，将重金属污染土壤修复植物材料进行发酵处理，环保，安全，且对环境无污染，还能解决能源和肥源问题。厌氧发酵产生的沼气可作为清洁能源利用；沼气发酵后的沼渣、沼液经安全评估后作为有机肥应用于盐碱土改良。沼气发酵后沼液还可用于浸种、叶面肥、饲料添加剂等使用。
附图说明
图1不同铜浓度油菜厌氧发酵的日产气量
图2不同铜浓度油菜厌氧发酵的累积产气量
图3不同修复植物材料厌氧发酵的日产气量
图4不同修复植物材料厌氧发酵的累积产气量
具体实施方式
实施例1：发酵物料基本理化性质的测定
新鲜采集的植物材料，洗净，晾干，采用沼气常规分析方法测定总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)。将植物材料80℃烘干，地上部粉碎后过100目筛，用于有机碳、全氮和铜含量的测定。有机碳含量采用重铬酸钾氧化-外加热法；全氮采用H2SO4-H2O2消煮，蒸馏定氮法；铜含量采用原子吸收光谱法测定。测定的结果见表1：
表1厌氧发酵底物的基本理化性质
Figure BSA00000798103900021
实施例2植物材料铜浓度对厌氧发酵的影响
根据相关文献报道，重金属对厌氧发酵有抑制作用，因此，本发明以不同铜浓度对厌氧发酵的影响进行评价，评价内容包括日产气量和累积产气量。对植物样品分别添加不同浓度CuSO4·5H2O，使植物材料铜含量分别为27.6、100、500、1000、5000mg·kg-1，(表2)并以尿素为氮源调节C/N比为25∶1，加水调节各发酵灌的TS含量为12％。将风干的修复植物材料35g装入700mL的发酵罐，发酵罐的有效容积为500mL，然后进行发酵试验，发酵周期为50天，37℃水浴培养。采用排水收集法计量产气量，并每日定时测定。
表2试验方案
Figure BSA00000798103900022
2.1单日产气量
图1为各处理油菜秸秆厌氧发酵每日的产气量。从图可以看出，不同铜浓度油菜秸秆厌氧发酵日产气量呈现出相似的变化规律。在发酵的前3d，各处理均出现一个短暂的产气高峰。其中，添加100mg/kg铜的处理发酵第三天产气高峰值达到所有处理的最大值，为750mL；而未加铜处理的对照第三天高峰产气量为700mL。添加500、1000mg/kg铜的处理在第一天达到产气高峰580mL和380mL，添加5000mg/kg铜处理第三天达到产气高峰，峰值是625mL。比较各处理产气峰值，100mg/kg铜处理比对照增加了7.14％，添加500,1000,5000mg/kg铜处理的产气峰值分别比对照分别下降了17.14％，45.71％，10.71％。发酵3天后，产气量经短暂下降后又稳定上升，在7-8d左右又出现一个产气小高峰，然后呈逐步下降。以上结果说明低浓度(小于100mg/kg)的铜对发酵影响不大，甚至有略微促进，而高浓度(大于500mg/kg)铜处理则抑制了厌氧发酵的启动。
2.2总产气量
经过50d的厌氧发酵后，对照总产气量最高为9836mL，添加100mg/kg铜的处理总产气量为9658mL，两处理间没有明显差异(图2)。随铜添加浓度的增加，500,1000,5000mg/kg处理总产气量分别为8630mL、8396mL、5783mL，分别比对照下降12.5％，14.9％，41.2％。说明高浓度(大于500mg/kg)铜对厌氧发酵有抑制。
在前30d的厌氧发酵过程中，对照、以及分别添加100、500、1000、5000的处理分别已完成总产气量的82.46％，88.14％，82.92％，77.01％，83.30％。适当添加铜处理(100mg/kg)可以缩短厌氧发酵时间，加速厌氧发酵的运行。
实施例3不同修复植物材料的厌氧发酵效果比较
将风干的修复植物材料油菜，月见草和海州香薷各35g装入发酵罐，具体试验方案见表3。然后进行发酵试验，发酵周期为50天，37℃水浴培养。采用排水收集法计量产气量，并每日定时测定.
表3试验方案
Figure BSA00000798103900031
如图3所示，比较不同的植物材料，日产气高峰出现的先后顺序为海州香薷(2d)、油菜(3d)、月见草(6d)。其中，日产气峰值最高的是月见草(925mL)，油菜次之(700mL)，海州香薷(580mL)。可见，三种修复植物均可进行厌氧发酵。
由图4可见，油菜的总产气量最高，为9836mL，其次分别为月见草(9390mL)和海州香薷(6817mL)。不同植物发酵规律有所不同，累积产气量达到总产气量一半的时间分别为油菜(第14天)、月见草(第7天)、海州香薷(第9天)。
发酵效果较好的植物材料是月见草、油菜，其次为海州香薷。
因为野外修复植物材料(地上部分)的铜浓度一般不会超过100mg/kg，所以，由以上结果可知，铜污染土壤修复植物材料采用厌氧发酵处理是可行的，并且低浓度的铜对厌氧发酵有少许的促进作用。各处理的单位原料TS产气率见表4
表4不同处理的单位原料TS产气率
Figure BSA00000798103900032
用本发明提供的厌氧发酵的方法对重金属土壤修复植物材料进行后处理，是完全可行的，且对环境安全、无污染、处置价格低廉，且可以提供生物能源。

Claims (3)

1.一种重金属污染土壤修复植物材料的处理方法，其特征是将重金属污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，并将发酵后的沼液、沼渣作为肥料施加于营养元素亏缺的土壤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的植物材料是油菜、月见草、玉米、海州香薷等污染土壤的修复植物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的重金属污染元素是铜、锌等植物必需营养元素。
CN2012104291878A 2012-11-01 2012-11-01 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术 Pending CN103074379A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104291878A CN103074379A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012104291878A CN103074379A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103074379A true CN103074379A (zh) 2013-05-01

Family

ID=48151074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012104291878A Pending CN103074379A (zh) 2012-11-01 2012-11-01 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103074379A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785679A (zh) * 2014-02-12 2014-05-14 江苏上田环境修复有限公司 一种提高铜污染土壤的植物修复效率的方法
CN104162537A (zh) * 2014-06-10 2014-11-26 南京农业大学 一种合理利用铜污染土壤的方法
CN105601383A (zh) * 2015-12-22 2016-05-25 南京农业大学 一种新型的盐碱土改良剂及其制备方法
CN109092872A (zh) * 2018-08-06 2018-12-28 河北省科学院生物研究所 修复土壤中抗生素污染的生态循环方法
CN109987973A (zh) * 2019-03-13 2019-07-09 南京师范大学 一种利用修复植物芒萁生产稀土微肥的方法及其生产的芒萁灰渣稀土微肥和应用
CN110142285A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 上海交通大学 棘孢木霉菌-紫花苜蓿联合修复重金属污染土壤的方法
FR3108121A1 (fr) * 2020-03-11 2021-09-17 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Utilisation d’une plante hyperaccumulatrice pour complémenter la biomasse en oligoéléments dans un digesteur anérobie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101391262A (zh) * 2008-11-05 2009-03-25 四川大学 能源植物与蕈菌联合修复重金属污染土壤的方法
CN101648827A (zh) * 2009-09-04 2010-02-17 郭凯 一种发酵型生物有机肥及其加工方法
CN102334442A (zh) * 2010-11-09 2012-02-01 南阳师范学院 秸秆沼渣营养钵

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101391262A (zh) * 2008-11-05 2009-03-25 四川大学 能源植物与蕈菌联合修复重金属污染土壤的方法
CN101648827A (zh) * 2009-09-04 2010-02-17 郭凯 一种发酵型生物有机肥及其加工方法
CN102334442A (zh) * 2010-11-09 2012-02-01 南阳师范学院 秸秆沼渣营养钵

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李宁: "重金属污染土壤修复植物产后处置技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *
沈振国等: "重金属超量积累植物研究进展", 《植物生理学通讯》 *
罗春玲等: "植物对重金属的吸收和分布", 《植物学通报》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785679A (zh) * 2014-02-12 2014-05-14 江苏上田环境修复有限公司 一种提高铜污染土壤的植物修复效率的方法
CN103785679B (zh) * 2014-02-12 2015-11-18 上田环境修复股份有限公司 一种提高铜污染土壤的植物修复效率的方法
CN104162537A (zh) * 2014-06-10 2014-11-26 南京农业大学 一种合理利用铜污染土壤的方法
CN105601383A (zh) * 2015-12-22 2016-05-25 南京农业大学 一种新型的盐碱土改良剂及其制备方法
CN109092872A (zh) * 2018-08-06 2018-12-28 河北省科学院生物研究所 修复土壤中抗生素污染的生态循环方法
CN109092872B (zh) * 2018-08-06 2020-07-31 河北省科学院生物研究所 修复土壤中抗生素污染的生态循环方法
CN109987973A (zh) * 2019-03-13 2019-07-09 南京师范大学 一种利用修复植物芒萁生产稀土微肥的方法及其生产的芒萁灰渣稀土微肥和应用
CN109987973B (zh) * 2019-03-13 2022-08-26 南京师范大学 一种利用修复植物芒萁生产稀土微肥的方法及其生产的芒萁灰渣稀土微肥和应用
CN110142285A (zh) * 2019-05-24 2019-08-20 上海交通大学 棘孢木霉菌-紫花苜蓿联合修复重金属污染土壤的方法
CN110142285B (zh) * 2019-05-24 2021-02-12 上海交通大学 棘孢木霉菌-紫花苜蓿联合修复重金属污染土壤的方法
FR3108121A1 (fr) * 2020-03-11 2021-09-17 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Utilisation d’une plante hyperaccumulatrice pour complémenter la biomasse en oligoéléments dans un digesteur anérobie

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Peng et al. Recycling municipal, agricultural and industrial waste into energy, fertilizers, food and construction materials, and economic feasibility: a review
Awasthi et al. A critical review of organic manure biorefinery models toward sustainable circular bioeconomy: Technological challenges, advancements, innovations, and future perspectives
Prajapati et al. Critical review on technological advancements for effective waste management of municipal solid waste—Updates and way forward
CN103074379A (zh) 重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术
Lu et al. Integrating animal manure-based bioenergy production with invasive species control: A case study at Tongren Pig Farm in China
Cheah et al. Circular bioeconomy in palm oil industry: Current practices and future perspectives
Tian et al. Producing biogas from agricultural residues generated during phytoremediation process: Possibility, threshold, and challenges
CN104324925B (zh) 一种生活垃圾填埋场终场覆盖系统
Todde et al. Industrial hemp (Cannabis sativa L.) for phytoremediation: Energy and environmental life cycle assessment of using contaminated biomass as an energy resource
CN106903128B (zh) 生活垃圾和餐厨垃圾多组多级发酵处置工艺
CN105061004A (zh) 一种生物有机肥的制备方法
Ren et al. Municipal solid waste biorefineries: A case study in China
Czekała et al. Anaerobic digestion and composting as methods of bio-waste management
Francavilla et al. Waste cleaning waste: Ammonia abatement in bio-waste anaerobic digestion by soluble substances isolated from bio-waste compost
Mucha et al. Re-use of digestate and recovery techniques
Hanisak Recycling the residues from anaerobic digesters as a nutrient source for seaweed growth
Sinbuathong et al. Effect of the solid content on biogas production from Jatropha curcas seed cake
Karthika et al. A review on technological approach for obtaining nutrient from solid waste
CN102153391B (zh) 一种利用植物油油脚生产复合肥料的方法
Rupani et al. Vermicomposting and bioconversion approaches towards the sustainable utilization of palm oil mill waste
Ezzariai et al. Identifying Advanced Biotechnologies to Generate Biofertilizers and Biofuels From the World’s Worst Aquatic Weed
CN116042442A (zh) 微生物结合全仿生模拟的固体废弃物资源化利用方法
Das et al. Rice straw for biofuel production
CN104418613A (zh) 利用污水污泥制成有机肥的方法
Al Ajlouni Solid wastes management, Biogas and compost generated from organic waste at Al-Akaider landfill in Jordan

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130501