專利名稱：采用黑麥草協同nta修復堆肥淋洗液重金屬的方法
技術領域：
本發明屬于垃圾堆肥在城市草坪建植技術領域中的應用，涉及一種采用黑麥草協同NTA修復堆肥淋洗液重金屬的方法。
背景技術：
近年來，由生活垃圾引發的環境污染問題已成為社會廣泛關注的焦點之一。隨著我國人民生活水平的日趨提高，城市生活垃圾產生量也隨之增加。將生活垃圾堆肥用作草坪基質，不但可以避開食物鏈，同時又解決了垃圾的出路問題。在我國人口眾多，土地資源相對貧乏，以垃圾堆肥用作草坪基質更具有現實意義。園林綠地中的草坪植物具有生長快的特點，其多用于觀賞和凈化環境，若將垃圾堆肥作為草坪植物的生長基質，草坪植物會將其中的重金屬吸收富集，達到減少堆肥中重金屬污染深層土壤和地下水。垃圾堆肥具有良好的理化性質、豐富的養分，是替代土壤作為草坪基質的較理想材料。一些草坪植物能夠在重金屬污染較重的基質中生長，且生長速度快、再生能力強，在化學方法和生物方法協同修復垃圾堆肥重金屬中具有較大的應用價值。因此垃圾堆肥作為草坪基質的同時，其重金屬又能得到草坪植物的修復，這樣既增加了垃圾堆肥的應用潛力又提高了其使用的安全性。目前，我國已初步展開了將生活垃圾堆肥用于園林綠地基質或肥料的科研工作，垃圾堆肥通常以肥料的形式加入土壤，可以改善土壤性質，提高草坪草生物量、葉綠素含量等。但垃圾堆肥中含有高濃度的重金屬，在其改善土壤、土壤植物和微生物的同時，也對它們產生危害。所以，提出若想將垃圾堆肥應用于實際必須去除其中的重金屬的想法。垃圾堆肥施用過程中，如何防止或者減少重金屬進入土壤和地下水產生，已成為要解決的一大問題。螯合誘導修復技術”(chelate-induced phytoremediation),即通過人工外加螯合劑使被土壤固相結合的重金屬重新釋放并進入到土壤中。目前常用的螯合劑可以分為3大類一是人工合成多羧基氨基酸類螯合劑，如EDTA、DTPA、CDTA等；二是天然多羧基氨基酸類螯合劑，如EDDS、NTA ;三是天然有機螯合劑，如一些小分子有機酸，包括檸檬酸、蘋果酸、組氨酸、草酸等；四是無機絡合劑，主要包括硫氰化物、氯化物等。現有技術研究表明添加EDTA可以顯著提高重金屬在供試草坪植物中的富集量。但利用EDTA協同植物修復的同時，由于EDTA以及EDTA與重金屬螯合形成的復合物具有很強的溶解性和生物毒性，且在土壤中很難被光、化學物質以及生物降解，所以很可能會引起污染深層土壤及地下水污染等環境問題。但是NTA (Nitrilotriacetic acid)氨三乙酸鈉鹽(氨羧螯合劑)，在過去50年一直被應用于除垢劑，在分析化學中用作配位滴定劑和掩蔽齊U，在催化動力學分析中常作為活化劑。盡管NTA螯合能力比EDTA要弱，但是和低分子量的有機酸(檸檬酸、蘋果酸等)相比，仍是一種較強的螯合劑。因此，用生活垃圾堆肥淋洗液培植無土草皮，加入螯合劑的垃圾堆肥經淋洗后的淋溶液中含有有機質、氮、磷及其它營養元素，能夠充分滿足草坪植物生長需要，解決了垃圾堆肥淋洗液的再利用和安全排放。
發明內容
本發明公開了一種采用黑麥草協同NTA修復堆肥淋洗液重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進行
(1)實驗材料選用我國北方多年生黑麥草L.)為試驗材料；實驗用垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥廠，經風干后過2 _篩備用； (2)試驗方法
1)取IOmmol kg-1堆肥的NTA (氨三乙酸鈉鹽)，加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，然后制成25-100%堆肥淋洗液；
2)將黑麥草種子浸在堆肥淋洗液中，在直徑為9.4cm的培養皿中進行,培養皿底部墊一層濾紙為培養基底，試驗期間光照強度為60(T800//mol m_2 s—1 ;根據蒸發量每天添加堆肥淋洗液5-15ml，保證每個培養皿加入的堆肥淋洗液體積相等，培養期間環境的平均溫度為29-30°C，平均濕度為53-55% ；
3)待植物萌發后每5d取三株最好的植株測定一次株高，水培30天后，劉割植物的地上部分，分別將地上部分和地下部分烘干，測得植物干重；
4)利用TAS-990原子吸收分光光度儀測定其重金屬Cu、Ni、Zn、Cr的含量變化。本發明進一步公開了所述方法在促進草坪植物生物量積累、富集重金屬方面的應用，其中的堆肥淋洗液為取IOmmol -kg^1堆肥的NTA，加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，制成的50%堆肥淋洗液。本發明的試驗結果表明用生活垃圾堆肥淋洗液培植無土草皮，加入螯合劑的垃圾堆肥經淋洗后的淋溶液中含有有機質、氮、磷及其它營養元素，能夠充分滿足草坪植物生長需要，解決了垃圾堆肥淋洗液的再利用和安全排放。本發明更加詳細的制備方法如下
I實驗材料與方法
I.I實驗材料
本試驗選用我國北方比較常見的多年生黑麥草perenne L.)為試驗材料。生活垃圾堆肥來自天津市小淀堆肥廠，其基本理化性質為PH 7. 62，有機質含量12. 12%，全氮5. 18%，有效磷77. 92 mg Kg'全鉀50. 83 g Kg'飽和含水量0. 76 ml/g，容重0. 85g Iiir1O 其重金屬 Cd, Cr, Cu, Pb, Zn 背景值分別為 I. 97,67. 00,238. 73，172. 11,496. 38# g g'Hoagland’s 營養液組成:母液 I Ca (NO3)2 *4H20 118 g/L ;母液 2 KN03 50. 5 g/L ；KH2PO4 13. 6 g/L ;母液 3 =MgSO4 7H20 24. 6 g/L ;母液 4 =H3BO3 3. 09 g/L ；MnCl2 4H20 0. 9g/L ；ZnSO4 7H20 I. I g/L ；CuSO4 5H20 7. 5 mg/L ； (NH4)2MoO4 124 mg/L ;母液 5 =EDTA-Na23.72 g/L ；FeCl3 *6H20 2. 70 g/L。母液配好后，倒入貼有各自標簽的瓶中，放入冰箱中保存備用。營養液現用現配，配制時分別取母液1、2、3各10mL，母液4、5取各lmL，混合然后用蒸懼水定容至1000mL。1.2實驗方法
(I)垃圾堆肥淋洗液的制備
取IOmmol .kg-1堆肥的NTA(氨三乙酸鈉鹽)，加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，堆肥淋洗液浸種濃度共設5個處理0% (Hoagland’ s營養液，CK) ,25%,50%>75%及100% (即原濃度淋洗液)，實驗為3次重復。(2)淋洗裝置的設計及形態指 標的測定
浸種培養在堆肥淋洗液中，直徑為9. 4cm的培養皿中進行,培養皿底部墊一層濾紙為培養基底。試驗期間光照強度為600 800//mol m 2 S1。培養皿置于實驗室中靠近窗戶的實驗臺上，并且經常更換燒杯的擺放位置以保證每個燒杯是在均勻、一致的光照條件下生長，根據蒸發量每天添加營養液5-15ml。保證每個培養皿加入的營養液體積相等，培養期間環境的平均溫度為29. 5°C，平均濕度為53. 2%。待植物萌發后每5d取三株最好的植株測定一次株高，取平均。水培30天后，劉割植物的地上部分，分別將地上部分和地下部分烘干，測得植物干重。(3)堆肥淋洗液的背景值
表I為施加NTA的堆肥的淋洗液的礦質營養和重金屬含量,與浸泡相同時間的堆肥的淋洗液(多立安，2007)相比，所有元素含量均有增加，這說明施加NTA后，增加了重金屬和礦質營養兀素的溶出。表I堆肥淋洗液的背景值分析(U g/ml)
測定指標I施加NTA的堆肥淋洗液I堆肥淋洗液
pH_7. 14±0. 11_7. 62±0. 04_
~512. 29±4. 77(u g/ml)_ 291. 30±7. 24 ( u g/ml)
Na"1893. 27±23. 05(ti g/ml)_ 1110. 33± 18. 77( ti g/ml)
Mg"597. 66 ±18. 23(ti g/ml)_ 233. 50 ±9. 10 ( u g/ml)
Ca"1632. 08 ±9. 86(u g/ml)、29. 90±42. 73 (ti g/ml)
~ 0. 45 ±0. 03(u g/ml)_ 0. 20±0. 07 (ti g/ml)
Cd"0. 05±0. 00(u g/ml)_ 0. 03±0. 01 ( u g/ml)
Cu~ 2. 85 ±0. 04(u g/ml)_ 0. 19±0. 007 (ti g/ml)
~3. 77 ±0. 29(u g/ml). 0. 36±0. 09 ( u g/ml)
Pb~ |o. 26±0. 00(u g/ml)|o. 25±0. 01 ( u g/ml)
根據國家標準關于地下水質量標準(GB/T14848-93)中的規定，I類主要反映地下水化
學組分的天然低背景含量，適用于各種用途；II類主要反映地下水化學組分的天然背景含
量，適用于各種用途；III類以人體健康基準值為依據，主要適用于集中式生活飲用水水源及
工、農業用水；IV類以農業和工業用水要求為依據，除適用于農業和部分工業用水外，適當
處理后可作生活飲用水；V類不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。其中關于重金屬含
量的要求標準如下
表2地下水質量關于重金屬含量的分類指標
董￥屬11類 III類 |111類 |IV類 |V類
Cd ( U g/ml)彡 0.0001 彡 0.001 彡 0. 01 彡 0. 01 >0. 01
Cu( U g/ml)^ 0. 01 ~ ^ 0. 05~ ^ I. 0 ^ I. 5 >1. 5~
Ni ( U g/ml)^ 0. 005~ ^ 0. 05~ ^ 0. 05 ^ 0. I >0. 1~
Pb ( U g/ml)K 0- 005 M 0.01 |<0.05丨<0.1 |>0. 1~
由表I和2可知，施加NTA的堆肥的淋洗液中重金屬均屬于V類水，垃圾堆肥中重金屬
隨淋洗液溶出，參照表2國家關于地下水質量的標準，以施加NTA再淋洗法去除生活垃圾堆
肥中的重金屬的方法，其淋洗液中四種重金屬含量均超標，因此淋洗液若不經過處理直接
排放到環境中去的話，勢必會對地下水和深層土壤造成污染。(3)重金屬含量的測定
淋洗液的消化用HNO3和HCLO4在120-140°C下消化，所得溶液用蒸餾水定容到50 ml ；草樣稱取o. 2 g用HNO3和HCLO4在120_140°C下消化，所得溶液用蒸餾水定容到25 ml，最后利用TAS-990原子吸收分光光度儀測定其重金屬含量
1.3數據處理
數據分析采用Excel 2003和SPSS 14. 0統計分析。2結果與分析
2.I不同比例的NTA的垃圾堆肥淋洗液對草坪植物生物量的影響
用施加NTA的堆肥的淋洗液作為營養液培養草坪植物，從3可以看出，對黑麥草，淋洗液濃度的25%和50%能提高地上干重，分別比Hoagland’ s營養液的處理提高了 I. 23%和16. 35%，其中淋洗液濃度的50%與對照差異顯著0X0. 05)，再隨著淋洗液濃度比例的增加，生物量會隨之降低，當淋洗液濃度為100%時，顯著抑制了黑麥草地上部的生長
表3中還可以看出施加NTA的堆肥的淋洗液作為營養液對草坪植物根部生物量的影響。隨著淋洗液濃度的增加黑麥草根部干重隨之增加，均達顯著水平0X0. 05)，分別比對照提高了 35. 78%和33. 33%，但當淋洗液濃度為75%和100%時，根干重隨之降低，其中當淋洗液濃度為100%時，顯著抑制了根部的生長；
表3不同比例的施加NTA的堆肥的淋洗液對草坪植物生物量的影響
權利要求
1.一種采用黑麥草協同NTA修復堆肥淋洗液重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進行 (1)實驗材料選用我國北方多年生黑麥草L.)為試驗材料；實驗用垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥廠，經風干后過2 _篩備用； (2)試驗方法 1)取IOmmol· kg_1堆肥的NTA，加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，然后制成25-100%堆肥淋洗液； 2)將黑麥草種子浸在堆肥淋洗液中，在直徑為9.4cm的培養皿中進行,培養皿底部墊一層濾紙為培養基底，試驗期間光照強度為60(T800//mol m_2 s—1 ;根據蒸發量每天添加堆肥淋洗液5-15ml，保證每個培養皿加入的堆肥淋洗液體積相等，培養期間環境的平均溫度為29-30°C，平均濕度為53-55% ； 3)待植物萌發后每5d取三株最好的植株測定一次株高，水培30天后，劉割植物的地上部分，分別將地上部分和地下部分烘干，測得植物干重； 4)利用TAS-990原子吸收分光光度儀測定其重金屬Cu、Ni、Zn、Cr的含量變化。
2.權利要求I所述的方法，其中NTA指的是氨三乙酸鈉鹽。
3.權利要求I所述方法在促進草坪植物生物量積累、富集重金屬方面的應用，其中的堆肥淋洗液為取IOmmol · kg—1堆肥的NTA，加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，制成的50%堆肥淋洗液。
全文摘要
本發明公開了一種采用黑麥草協同NTA修復堆肥淋洗液重金屬的方法，它是取10mmol·kg-1堆肥的NTA加入到1500g垃圾堆肥中，用3000ml自來水浸泡72h，然后制成25-100％堆肥淋洗液；黑麥草種子浸在培養皿中進行，待植物萌發后測定株高，水培30天后，刈割植物測得植物干重；利用TAS-990原子吸收分光光度儀測定其重金屬Cu、Ni、Zn、Cr的含量變化。實驗結果表明用生活垃圾堆肥淋洗液培植無土草皮，加入螯合劑的垃圾堆肥經淋洗后的淋溶液中含有有機質、氮、磷及其它營養元素，能夠充分滿足草坪植物生長需要，解決了垃圾堆肥淋洗液的再利用和安全排放。
文檔編號A01G7/00GK102626032SQ20121013483
公開日2012年8月8日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者多立安, 賈麗娜, 趙樹蘭 申請人:天津師范大學