采用otc強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境保護技術領域，涉及采用OTC強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金 屬的方法。
【背景技術】
[0002] 生活垃圾即城市人們日常生活中排棄的固體廢棄物的統稱，我國對城市生活垃圾 的處理多采用堆肥技術。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、鉀和有機質等多種植物生長所需營 養物質，可作為有機肥料應用于農業。垃圾堆肥中的養分能夠使養分中的有機質含量增加 11. 81%-72. 12%。有研宄表明生活垃圾堆肥的施用能夠顯著提高大白菜產量。研宄發現利 用生活垃圾堆肥做為基質種植茶樹，比對照組增產7%左右。而將生活垃圾堆肥作為組配基 質替代耕層土壤生產草皮，則是垃圾堆肥應用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥為主體材 料來培植草坪植株，實驗證明所用組配基質能夠培植草皮，與土壤相比綜合性能較強，各應 用生態性能如雜草控制和節水等性能良好；通過研宄黑麥草和高羊茅對復合城市生活垃圾 堆肥基質的生態響應得出，用生活垃圾堆肥來替代土壤具有一定的資源開發潛力。 但由于我國大部分的城市垃圾種類繁雜且未經處理，許多廢舊電子產品和生活垃圾共 同堆放，造成生活垃圾堆肥中重金屬含量較高，并且會隨著降雨滲濾到土壤和地下水中，引 起土壤的重金屬污染；同時，重金屬的生物有效部分可能導致土壤表面的植物體內重金屬 含量較高，并通過食物鏈在人體中聚集，給人體健康帶來了巨大危害。 有人通過以生菜為供實植株發現堆肥的施用對其產量有明顯的增產作用，但植株體內 重金屬含量隨之增多。Madrid等研宄了連續使用垃圾堆肥對土壤中重金屬累積及生物有效 性重金屬含量的影響，結果發現，連續使用垃圾堆肥土壤中重金屬含量會持續升高，而生物 有效性重金屬含量也隨著升高。垃圾堆肥中的重金屬比土壤中固有的重金屬生物有效性更 高，植物更容易利用。有研宄表明在實驗中發現玉米籽粒中Cr、Cd的含量隨堆肥施加量增 加而增加，與對照相比增幅達到38. 6% - 450%。有人研宄堆肥對小麥體內重金屬積累的影 響發現，小麥體內的重金屬富集量與堆肥用量同樣成正相關。因此，城市生活垃圾堆肥由于 在促進植株生長的同時也增加了植株重金屬的富集，限制了生活垃圾堆肥的廣泛應用。 農藥的廣泛應用，為世界各國的農業生產發展做出了巨大貢獻。我國作為農業大國促 使了農藥工業從無到有直至壯大并形成一個協同發展的體系；農藥的使用在促進了我國農 業生產發展。 抗生素目前在全球達到IX IO5- 2 X IO5噸/年的使用量，成為世界上最為廣泛同時也 是使用量最大的藥物之一。我國每年有成千上萬噸的抗生素類藥物被用于畜禽養殖業和人 的醫療中。而四環素類抗生素由于具備廣譜性、質優價廉等特點，已經成為是世界范圍內應 用最為廣泛的抗生素之一。歐共體中四環素類抗生素用量達2300噸。在2003年，世界共 生產OTC總量約為16000噸，其中約有65%是由中國生產的。如今，現在的生產和消費OTC 仍繼續上升。其中以金霉素、四環素和OTC這在實際應用過程中使用量最大并且最為廣泛。 在農業或草坪種植業中，抗生素等各種農藥廣泛使用。同時生活垃圾堆肥也常以有機肥料 的形式作為草坪基質或施加到農田中。盡管其本身還有多種較高濃度重金屬，如CcU Cr、Cu、 Pb和Zn等。這樣利用農藥物對生活垃圾堆肥中的重金屬進行調控一，對生活垃圾堆肥的安 全利用具有重要的意義。 到目前為止，對抗生素等有機藥劑對土壤的生態研宄相對成熟。本技術通過不同濃度 的抗生素能明顯增強了城市生活垃圾堆肥重金屬的有效態的目的。而且生活垃圾堆肥憑借 其優于土壤的綜合性能，良好的節水及雜草控制生態性能被作為組配基質替代耕層土壤生 產草皮，是垃圾堆肥應用的有效方式之一。但對于研宄抗生素和殺蟲劑等有機藥劑與草坪、 堆肥基質復合污染的系統相互作用的研宄還鮮為報道。
【發明內容】
[0003] 本發明主要目的是通過向草坪堆肥基質中添加以OTC為例的有機藥劑觀察其對 重金屬在植株地上生物量、堆肥中重金屬在植物地上和地下部分的富集情況以及對淋溶液 中重金屬含量的影響。主要意義在于為OTC對重金屬污染修復提供技術支撐。 為實現上述目的，本發明公開了如下的技術內容： 一種采用OTC強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟 進行： (1) 采用PVC管，C>=3cm，h=25cm，每只PVC管下端用紗布包好，裝入IOg過Imm篩的沙 子和190g風干后并過2mm篩的生活垃圾堆肥；每個PVC管內撒上0. 3g提前24h浸泡過的高 羊茅種子，每天早晚用自來水澆灌所有的PVC管，采用稱重法調整含水量，使堆肥基質中水 分含量達到最大持水量60%并保持恒定，室內的溫度和相對濕度分別為16-22°C，36-57%， 光照強度為450-700此" (2) 正常培養30d后分別將40ml按照lOmmol/kg和20mmol/kg配比好的OTC的水溶 液加入到草坪建植體系的堆肥基質中，15d后預留Icm后刈割；將刈割下的地上部分置于 80° C的烘箱中烘干至衡重并稱量； (3 )刈割后第2天分別將40 mL的人造雨水緩慢連續地澆灌于PVC管內，之后每7d淋洗 一次，共計三次；在管底收集滲濾液并測定體積，將收集的滲濾液用試紙過濾并保存在4°C 的冰箱中待進一步分析，待淋洗結束后，挖出地下部分，用蒸餾水洗凈、烘干，分別測量地上 部分、地下部分重金屬含量以及淋溶液重金屬含量。 本發明進一步公開了采用OTC強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬的方法在提高高 羊茅地上部分重金屬富集量方面的應用，其中OTC用量為10mm〇l/kg。 本發明也公開了采用OTC強化草坪草提取生活垃圾堆肥重金屬的方法在降低滲濾液 中重金屬總量方面的應用。特別是在降低重金屬向地下水迀移風險方面的應用。本發明所 述的重金屬指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。 本發明更加詳細的描述如下： 1研制材料與方法 1. 1實驗材料 選取購自天津市小淀垃圾堆肥處理廠的生活垃圾堆肥作為基質。實驗前將垃圾堆肥中 的塑料薄膜、磚瓦、石塊和玻璃等大塊雜物去除。風干后，過2 mm篩，備用。堆肥理化性質 為：pH 7· 62,有機質含量 221. 25 g · kg-1，全氮 13. 48 g · kg-1，有效磷 0· 078 g · kg-1，C/ N 是 8.37,飽和含水量 0.76 mL.g-1，容重 0.85 g.mL-1;重金屬（0(1、〇、（：11、？13、211)含量 分別為 I. 97、67. 00、238. 73、172. 11 和 496. 38 mg · kg' 草坪植物選用高羊茅 arundinacea L. )〇 OTC (土霉素）即氧四環素，化學名稱為6-甲基-4-(二甲氨基)-3, 5, 6，10, 12, 12擴六 羥基-1，11-二氧代-1，4, 4a，5, 5a，6, 11，12^八氫-2-并四苯甲酰胺。四環素類抗生素， 分子式為C22H24N2O9，相對分子質量為460。結構式如下：
本實驗所用OTC購自大連市吉航制藥有限公司，純度為98%的分析純。 1. 2人造雨水的制備 模擬自然條件下降水對基質環境的沖刷影響，根據調查，全天津市降水PH值范圍為 4. 00-8. 24,年均值為 5. 59,屬酸性降水。本實驗用（NH4)2S04、Na2S0 4、K2S04、MgS04、Ca(N03) 2、 1%(吣3)2、4504配制出30廣、吣'(：1'順+、]\% 2+、〇&2+、1(+、恥+濃度分別為14.96、6.54、1.68、 3. 71、0. 82、I. 38、0. 64和0. 78 mg .171的雨水，并用HCl調配pH為5. 59,以備淋溶時使用。 1. 3實驗設計 試驗容器為PVC管（〇=3cm，h=25cm)，每只PVC管下端用紗布包好，裝入IOg過Imm篩 的沙子和190g風干后并過2mm篩的生活垃圾堆肥；每個PVC管內撒上0. 3g提前24h浸泡過 的高羊茅種子，每天早晚用自來水澆灌所有的PVC管，采用稱重法調整含水量，使堆肥基質 中水分含量達到最大持水量60%左右并保持恒定。室內的溫度和相對濕度分別為16-22 °C， 36-57%，光照強度為450-700 ?·^ιτΓ·ν:。正常培養30d后分別將40ml按照IOmmol/ kg和20mmol/kg配比好的OTC的水溶液加入到草坪建植體系的堆肥基質中，15d后預留Icm 后刈割；將刈割下的地上部分置于80° C的烘箱中烘干至衡重并稱量。 刈割后第2天分別將40 mL的人造雨水緩慢連續地澆灌于各個PVC管內，之后每7d淋 洗一次，共計三次；在管底收集滲濾液并測定體積。將收集的滲濾液用Whatman No. 1試紙 過濾并保存在4°C的冰箱中待進一步分析。待淋洗結束后，挖出地下部分，用蒸餾水洗凈、烘 干，分別測量地上部分、地下部分重金屬含量以及淋溶液重金屬含量，每組處理設置3次重 復。 1. 4重金屬含量分析 重金屬含量的測定：，用硝酸：高氯酸：硫酸（8 : I : 1)在120-140°C將稱取的0. 15g 干草樣