專利名稱：采用氨羧螯合劑協同黑麥草修復堆肥基質重金屬的方法
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，涉及采用氨羧螯合劑協同黑麥草修復堆肥基質重金屬的方法。
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。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。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。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。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(Duo et al. , 2005)。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(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劑，在催化動力學分析中常作為活化劑。因此，低濃度的NTA既可以作為螯合劑促進草坪植物對重金屬的吸收又不會抑制植物的生長。
發明內容
本發明公開了一種采用氨羧螯合劑協同黑麥草修復堆肥基質重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進行
(1)在直徑為6cm的培養皿中加入備好的堆肥20 g，在堆肥基質中施加濃度為5-25mmol · kg—1氨羧螯合劑；其中氨羧螯合劑指的是氨三乙酸(NTA)鈉鹽
(2)選擇籽粒飽滿的黑麥草種子，每皿50粒；
(3)將播有種子的培養皿置于實驗室內萌發，每天早晚各澆水I次，經常調換各培養皿的位置，保證光照一致，培養期間光照強度為350-800 //moI m_2 s—1，實驗室溫度為16°C _24°C，相對濕度為 38-55% ；
(4)采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中各種重金屬的含量。本發明所述的的堆肥指的是生活垃圾堆肥，風干后，過2 _篩，備用。本發明優選施加氨羧螯合劑的濃度為10_15mmol · kg'本發明更加優選施加氨羧螯合劑的濃度為15mmol · kg'本發明進一步公開了 15-25mmol · kg4氨羧螯合劑在富集重金屬Cd, Cr, Cu, Pb和Zn方面的應用。本發明通過對草坪堆肥基質滲漏體系中重金屬富集、淋溶等的研究，系統地探討在NTA強化植物修復的同時重金屬淋溶遷移的潛在風險，并提出相應的防治方法。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
本實驗選用我國北方常見的草坪植物，黑麥草(ZWi perenne L.)。培養基質為生活垃圾堆肥，風干后，過2 mm篩，備用。堆肥理化性質為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 O. 76 mL/g,容重 O. 85 g/mL ;重金屬 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 含量分別為 I. 97,67. 00,238. 73,172. 11 和 496. 38 P g/go1.2草坪植物培養
在直徑為6 cm的培養皿中加入備好的堆肥20 g。選擇籽粒飽滿的黑麥草種子，每皿50粒，實驗為3次重復。取NTA的鈉鹽溶于蒸餾水中分別施加在堆肥基質中，其處理水平分別為0、5、10、15、20和25 mmol/kg堆肥。將播有種子的培養皿置于實驗室內萌發，每天早晚各澆水I次，經常調換各培養皿的位置，保證光照一致，培養期間光照強度為350-800P mo I πΓ2 s—1，實驗室溫度為16°C 24°C，相對濕度為38_55%。I. 3重金屬含量分析
試樣采用微波快速消解系統WX-4000進行消化。地上部分準確稱取烘干至恒重的草樣O. 2g，先將樣品放入標準罐中，加入3 mL HNO3，控制罐中加入4 mL HNO3，檢查密閉性，采用分布消化過程，調整消解條件第一步溫度150°C，壓強15 atm，時間4 min，第二步溫度180°C，壓強為20 atm,時間4 min，最后消化液用1%的稀HNO3定容到25 mL。滲濾液準備量取IOml滲濾液，加入3 mL HNO3，控制罐中加入4 mL HNO3，檢查密閉性，采用單步運行消化，設溫度150°C，壓強15 atm，時間6 min，消化液用1%的稀HNO3定容到50 mL。采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中各種重金屬的含量。1.4數據處理
數據分析采用EXCEL 2003和SPSS 11. 5分析軟件進行處理。重金屬富集量=重金屬濃度*生物量干重 2結果與分析
2. I不同濃度NTA對重金屬在黑麥草地上部富集的影響表I為重金屬在黑麥草地上部的濃度和富集。Cd，Cr和Pb的濃度，隨著NTA濃度的升高。當NTA濃度為15 mmol · kg—1時Cu和Zn的濃度達最高，當NTA濃度繼續升高時，重金屬濃度降低，但依然顯著高于對照ΟΚΟ. 05)。重金屬在黑麥草體內的富集和濃度變化趨勢相似，Cd，Cr，Cu，Pb和Zn在黑麥草體內的最大富集量分別是對照的24. 3%，23. 0%，2. 8倍，59. 5% 和 2. 6 倍。從施用不同濃度的NTA對5種不同重金屬在黑麥草體內的積累來看，NTA對增加Cu和Zn在植物地上部的富集影響最大。表I黑麥草地上部重金屬濃度和富集 NTA濃虔
CdCrCuPbZn
(mmol-kg-1)城___
O2.58±QJ.Ic 23.17±1.12b S.50±1.25d M.17 土 1.5Sd 147.33±￡5Ic5 2.5S=flJSc 28J3*2J3a 17.08i.LJ7c 45.0S±4,lflc 470.92=31.14b
MwOwD
dr I=.==.一言'.:=^^^
屬濃 103JS 士 O.OSb2P.5S±2,4fla24.50=1.29b 49.13^3.55bc497J3±22.24b
虔--
(μ5- 153_25±0J4ab31.25±LDSa35J7±2Jla57.67±U2ab590J7±4.JSa
ff1)—
203.42±0.17ab30.75±2,29a29.00±1.01b 56.i7±3.74ab529.33±16.67ab
253.58±fl,.lla31.5S=Q,55a2S.25±1.66b 60.33xl.JQa458..00=31.08b
00.37±0.00bc3Ji^0Llla1.20±0J3d 4J ±0J8b 2L08±L3ic
總富 5 0.35±QJlc 3 J6=QJfia 2.34±￡U.8.c 6.1S±0.61ab 64.70±4.50ab
集量.....
10
(m0.42^0.03ab 4M±0,Jm 3.34±0J4b 6M 士 MM 65Jl±4 3ab
柱) 150.42±0.03ab 4.02 土.Cilia 4.5 ±0Jla 7.44±ft,5fla 75J7=U.6a
200_44^.QJla 3Jfc.QJ5a 3.74rf_15b 7.24±,QJ,Qa es.39±3.89ab
2.2不同濃度NTA對重金屬在黑麥草根部富集的影響 表2黑麥草地下部重金屬濃度和富集量
權利要求
1.采用氨羧螯合劑協同黒麥草修復堆肥基質重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進行 (1)在直徑為6Cm的培養皿中加入備好的堆肥20 g，在堆肥基質中施加濃度為5-25mmol · kgヽ氨羧螯合劑； (2)選擇籽粒飽滿的黒麥草種子，每皿50粒； (3)將播有種子的培養皿置于實驗室內萌發，每天早晚各澆水I次，經常調換各培養皿的位置，保證光照一致，培養期間光照強度為350-800 //moI m_2 s—1，實驗室溫度為160C _24°C，相対濕度為 38-55% ； (4)采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中各種重金屬的含量。
2.權利要求I所述的方法，其中的堆肥指的是生活垃圾堆肥，風干后，過2_篩，備用。
3.權利要求I所述的方法，其中施加氨羧螯合劑的濃度為10-15mmol· kg'
4.權利要求I所述的方法，其中施加氨羧螯合劑的濃度為15mmol· kg'
5.權利要求I所述的方法，其中氨羧螯合劑指的是氨三こ酸(NTA)鈉鹽。
6.權利要求I所述15-25mmol· kg-1氨羧螯合劑在富集重金屬Cd, Cr, Cu, Pb和Zn方面的應用。
全文摘要
本發明涉及采用氨羧螯合劑協同黑麥草修復堆肥基質重金屬的方法，它是在直徑為6cm的培養皿中加入備好的堆肥20g，在堆肥基質中施加濃度為5-20mmol·kg-1氨羧螯合劑；然后選擇籽粒飽滿的黑麥草種子，每皿50粒；將播有種子的培養皿置于實驗室內萌發，每天早晚各澆水1次，經常調換各培養皿的位置，保證光照一致，培養期間光照強度為350-800μmol·m-2·s-1，實驗室溫度為16℃-24℃，相對濕度為38-55%；采用TAS-990原子吸收分光光度計測定其中各種重金屬的含量。從本實驗結果來看，黑麥草地上部，15mmol·kg-1對Cu和Zn，25mmol·kg-1對Cd、Cr和Pb的富集最大；所以在選擇NTA濃度的時候要根據不同的植物的富集重金屬的不同而變化。
文檔編號A01G7/00GK102630472SQ20121013484
公開日2012年8月15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