專利名稱：一種利用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及城市生活垃圾堆肥的治理及修復(fù)方法。更具體的說是一種利用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥中Cd的方法。
背景技術(shù)：
將城市生活垃圾收集成堆、保溫儲存、發(fā)酵，在人工控制條件下，利用微生物的生物化學(xué)作用，將垃圾中的有機(jī)物降解轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的類似腐殖質(zhì)土壤物質(zhì)的過程稱為垃圾的堆肥處理。該處理過程將垃圾中的易腐有機(jī)物分解，轉(zhuǎn)變成富含有機(jī)物和氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的有機(jī)肥料，使垃圾又回到自然界的參與良性的物質(zhì)循環(huán)，是經(jīng)濟(jì)有效處理和消納城市垃圾的重要途徑。就我國垃圾的具體情況來看，生活垃圾中的易腐有機(jī)物含量較高，采用堆肥技術(shù)可以達(dá)到較好的處理效果。將生活垃圾進(jìn)行堆肥化處理既可解決城市垃圾的出路問題，又可達(dá)到再資源化的目的，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。并且目前，世界各國都把城市固體廢棄物的“無害化、減量化、資源化”的“三化”方針作為綜合解決城市垃圾的原則，從這一發(fā)展趨勢上看，采用堆肥法處理城市垃圾符合這一方向，并被視為處理城市生活垃圾、下水污泥的一條值得重視的途徑。由于垃圾堆肥中還含有重金屬、病原菌等物質(zhì)，因此直接用于農(nóng)業(yè)使人們擔(dān)心會造成農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)不良，污染環(huán)境，危害健康的負(fù)效應(yīng)，從而嚴(yán)重影響了其農(nóng)用前景。李秀文等(2001)研究了連續(xù)施用堆肥對大白菜品質(zhì)的影響，結(jié)果表明連續(xù)使用堆肥后大白菜維生素C的含量降低，且堆肥使用量越多降幅越大，大白菜粗纖維含量各處理均比對照有明顯下降。垃圾堆肥中的重金屬污染問題具有最嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)，如何降低堆肥中重金屬的毒害效應(yīng)，完善和提高堆肥技術(shù)和質(zhì)量已經(jīng)成為近年來垃圾堆肥研究中的熱點(diǎn)問題。Vincent (1999)在美國Calverton農(nóng)場研究發(fā)現(xiàn)垃圾堆肥中重金屬含量是農(nóng)場土壤的3 20倍，隨著垃圾堆肥施入量的增加(21 62 t/ha) 土壤中重金屬含量顯著增加。 Bhattacharyya等(2005)研究了施用垃圾堆肥對水稻(Vryza sativa L.)及土壤中Cu和 Zn含量的影響，結(jié)果表明Cu和Si在水稻稻稈中的含量顯著高于籽粒，同時垃圾堆肥明顯地提高了土壤中可淋溶態(tài)Cu和Si的含量。因此長期施用垃圾堆肥必須對植物和土壤中的重金屬含量進(jìn)行定期的監(jiān)測以避免發(fā)生污染?？梢?，垃圾堆肥是目前廣泛應(yīng)用且經(jīng)濟(jì)有效處理和消納城市垃圾的重要途徑之一。垃圾堆肥中含有豐富的N、P等有機(jī)養(yǎng)分，是發(fā)展農(nóng)業(yè)、蔬菜、林木生產(chǎn)等方面的有效資源，它曾被當(dāng)作有機(jī)肥料施入農(nóng)田。但是近些年發(fā)現(xiàn)垃圾堆肥中重金屬含量比較高，長期用于農(nóng)田會導(dǎo)致土壤重金屬污染，并在作物中富集，沿食物鏈對人體的健康構(gòu)成威脅。因而如何降低垃圾堆肥中重金屬的危害是一個重要的研究課題。1983年，美國科學(xué)家Chaney提出了“植物修復(fù)(Phytoremediation)”的新概念，該思想旨在利用植物修復(fù)重金屬污染的土壤和水體。用植物來修復(fù)土壤或水體重金屬污染， 成功與否取決于2個方面植物體內(nèi)重金屬含量的高低和植物生物量的大小。Saifullah(2009)在文章中總結(jié)植物提取的成功與否取決于生物量大小，植物中重金屬濃度大小以及根中重金屬可利用部分多少。一般情況下，超積累植物都是低生物量，生長緩慢的植物。此外，超積累植物以草本植物居多，這些植物一旦沒有得到及時收割，將會很快腐爛，這樣重金屬又將重新回到土壤中，這也是其不利條件之一。在此背景下，前人進(jìn)行了深入研究后發(fā)現(xiàn)，利用一些螯合劑等可以活化土壤中的重金屬，以促進(jìn)其向植物地上部分運(yùn)輸，提高植物對重金屬的富集程度。木本植物以其特有的生物學(xué)特性，對土壤重金屬具有一定的吸收蓄積能力，如刺槐{Robinia pseudoacacia L··)、毛白楊(Popul us tomentosa Carr.)等)(寸重金屬均有較強(qiáng)的抗性或吸收能力。因此，近些年來，一些研究者把木本植物作為研究對象，尋找能夠富集重金屬的品種。徐愛春等(2006)以柳樹為研究對象，研究了柳樹對Cd的吸收、積累以及耐受性，表明柳樹對環(huán)境Cd污染具有一定的吸收蓄積能力，且具有較強(qiáng)的耐受性。城市生活垃圾堆肥中含有許多重金屬，能導(dǎo)致土壤的重金屬污染，但同時它又含有植物生長所需的各種營養(yǎng)元素，因此，研究垃圾堆肥中重金屬元素的植物修復(fù)，使其合理資源化具有重要的意義。這里需要進(jìn)步支出的是與草本植物相比，木本植物在基質(zhì)重金屬方面具有很大的優(yōu)勢，即木本植物可較長久地將重金屬保持在體內(nèi)。雖然木本植物修復(fù)重金屬方面研究受到肯定，相關(guān)系統(tǒng)的研究并多見；而關(guān)于桑樹用于對生活垃圾堆肥中重金屬富集的研究未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以重金屬污染的生活垃圾堆肥基質(zhì)為修復(fù)基地實驗地，其基質(zhì)中Cd污染較為嚴(yán)重。實驗以建植四年的木本植物桑樹作為對象，通過施加不同濃度EDTA與 (MM)2SO4，旨在研究桑樹對生活垃圾堆肥中重金屬的富集效應(yīng)，為桑樹基質(zhì)重金屬修復(fù)及生活垃圾堆肥安全有效利用提供依據(jù)。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案
一種采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行
(1)在桑樹生長4年的實驗地上，平鋪厚度為20-50cm生活垃圾堆肥，通過鎮(zhèn)壓使堆肥變的結(jié)實平坦；
(2)淋洗液的配制
1)50mmol/LEDTA或 lOOmmol/LEDTA ；或
2)lg/L (NH4)2SO4 ；或
3)50mmol/L-IOOmmol/L EDTA lg/L(NH4)2SO4 的重量體積比為 1:0. 01-0. 03 配制淋洗
液；
(3)將上述淋洗液分別沿選好的桑樹植株根部進(jìn)行澆灌，澆灌的速度10-50ml/分，以確保所澆灌的溶液都集中在植株的根部，觀察植株生長情況，20天后采集樣品植株；
(4)對采集的樣品植株每一株都進(jìn)行高度測量，再將其分為地上部分和地下部分，分別標(biāo)號包裹起來，放入烘箱中，80°C條件下烘干至恒重，最后粉碎樣品；
(5)準(zhǔn)確稱量每株植株的每一段粉碎樣品三份，每份各0.2g，采用HNO3濕法并用微波消解儀進(jìn)行消化，采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中Cd的含量。本發(fā)明所述采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法，其中地上部分和地下部分的分段指的是按0-50cm莖、50-100cm莖、100-150cm莖、150cm、150cm以上葉或150cm以下葉進(jìn)行分段。本發(fā)明所述采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法，其中的淋洗液為Ig/ L(NH4)2S04。本發(fā)明進(jìn)一步公開了采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法在富集生活垃圾堆肥重金屬Cd方面的應(yīng)用。本發(fā)明更加詳細(xì)的修復(fù)方法
材料于2004年建植，設(shè)在天津師范大學(xué)六里臺校區(qū)，地理位置為北緯實驗地設(shè)在天津師范大學(xué)校園內(nèi)，地理位置為北緯39° 13'、東經(jīng)117° 2'，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型氣候，年平均氣溫12. 3 0C，平均降水量550 680mm。生活垃圾堆肥取自天津小淀垃圾堆肥處理廠，實驗地面積為10X22 m2，充分整地后，將總重為50 t的生活垃圾堆肥平鋪于試驗地上，再通過鎮(zhèn)壓使堆肥變的結(jié)實平坦，堆肥基質(zhì)平均厚度為20 cm。桑樹在該實驗地生長了 4年。隨機(jī)選取5株大小相似的桑樹植株作為實驗樣品，分為5個處理?；瘜W(xué)協(xié)同方法
分別配制濃度為 50mmol/L 的 EDTAU00 mmol/L 的 EDTA、50 mmol/L 的 EDTA +1 g/ L(NH4)2S04、100mmol/L 的 EDTA +1 g/L(NH4)2SO4 的 EDTA 溶液各 1L，并以 0 mmol/L EDTA 溶液為對照(CK)。把上述溶液分別沿選好的桑樹植株根部進(jìn)行澆灌，澆灌的速度要慢，以確保所澆灌的溶液都集中在植株的根部。觀察植株生長情況，20天后采集樣品植株。樣品前期處理
對采集的樣品植株每一株都進(jìn)行高度測量，再將其分為地上部分和地下部分，其中地上部分又按 0-50 cm 蓮、50-100 cm 莖、100_150cm 莖、150cm 以上莖、150 cm 以上葉、150cm 以下葉進(jìn)行分段，分別標(biāo)號包裹起來，放入烘箱中，80°C條件下烘干至恒重，最后粉碎樣品。指標(biāo)測定
準(zhǔn)確稱量每株植株的每一段粉碎樣品三份，每份各0. 2 g，采用HNO3濕法并用微波消解儀進(jìn)行消化。先將樣品放入標(biāo)準(zhǔn)罐中，加入4mL HNO3,控制罐中加入6mL HNO3，調(diào)整消解條件，壓強(qiáng)為20MPa，溫度為180°C，時間％iin，最后消化液用1%的HNO3溶解、定容到25 mL的容量瓶中，采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中Cd的含量。堆肥背景值測量方法同樣品測量方法。數(shù)據(jù)處理實驗結(jié)果為3次重復(fù)，并利用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，Excel進(jìn)行圖表制作。研制結(jié)果分析
3. 1堆肥基質(zhì)的重金屬含量背景分
測得堆肥中三種重金屬含量背景值如下表1，比較可以看出堆肥基質(zhì)中的各種重金屬的含量都比土壤中高出數(shù)百倍，因此，在作為土壤種植作物前有必要對堆肥重金屬進(jìn)行凈化修復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行(1)平鋪厚度為20-50cm生活垃圾堆肥，通過鎮(zhèn)壓使堆肥變的結(jié)實平坦，作為修復(fù)工程用地；在工程用地上，培植桑樹，并經(jīng)生長4年后，用于生活垃圾堆肥中Cd的修復(fù)；(2)淋洗液的配制1)50mmol/LEDTA或 lOOmmol/LEDTA ；或2)lg/L (NH4)2SO4 ；或3)50mmol/L-IOOmmol/L EDTA :lg/L(NH4)2SO4 的重量體積比為 1:0. 01-0. 03 ；(3)將上述淋洗液分別沿選好的桑樹植株根部進(jìn)行澆灌，澆灌的速度10-50ml/分，以確保所澆灌的溶液都集中在植株的根部，觀察植株生長情況，20天后采集樣品植株；(4)對采集的樣品植株每一株都進(jìn)行高度測量，再將其分為地上部分和地下部分，分別標(biāo)號包裹起來，放入烘箱中，80°C條件下烘干至恒重，最后粉碎樣品；(5)準(zhǔn)確稱量每株植株的每一段粉碎樣品三份，每份各0.2g，采用HNO3濕法并用微波消解儀進(jìn)行消化，采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中Cd的含量。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中地上部分和地下部分指的是按0-50cm莖、50-100cm 蓮、100-150cm蓮、150cm、150cm以上葉或150cm以下葉進(jìn)行分段。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中的淋洗液為lg/L(NH4) 2S04。
4.權(quán)利要求1所述采用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥重金屬Cd方法在富集生活垃圾堆肥重金屬Cd方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用桑樹修復(fù)生活垃圾堆肥中Cd的方法。平鋪厚度為20-50cm生活垃圾堆肥，通過鎮(zhèn)壓使堆肥變的結(jié)實平坦，作為修復(fù)工程用地；在工程用地上，培植桑樹，并經(jīng)生長4年后，用于生活垃圾堆肥中Cd的修復(fù)。將EDTA與(NH4)2SO4淋洗液沿選好的桑樹植株根部進(jìn)行澆灌，澆灌的速度10-50ml／分，以確保所澆灌的溶液都集中在植株根部，觀察植株生長情況，20天后采集樣品植株；經(jīng)后處理后采用TAS-990原子吸收分光光度計測定桑樹中Cd的含量。本發(fā)明的方法為桑樹基質(zhì)重金屬修復(fù)及生活垃圾堆肥安全有效利用提供了依據(jù)。
文檔編號C05F9/04GK102172162SQ20111005972
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者多立安, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學(xué)