采用otc强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境保护技术领域，涉及采用OTC强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金 属的方法。
【背景技术】
[0002] 生活垃圾即城市人们日常生活中排弃的固体废弃物的统称，我国对城市生活垃圾 的处理多采用堆肥技术。城市生活垃圾堆肥含有磷、氮、钾和有机质等多种植物生长所需营 养物质，可作为有机肥料应用于农业。垃圾堆肥中的养分能够使养分中的有机质含量增加 11. 81%-72. 12%。有研宄表明生活垃圾堆肥的施用能够显著提高大白菜产量。研宄发现利 用生活垃圾堆肥做为基质种植茶树，比对照组增产7%左右。而将生活垃圾堆肥作为组配基 质替代耕层土壤生产草皮，则是垃圾堆肥应用的另一有效方式。以生活垃圾堆肥为主体材 料来培植草坪植株，实验证明所用组配基质能够培植草皮，与土壤相比综合性能较强，各应 用生态性能如杂草控制和节水等性能良好；通过研宄黑麦草和高羊茅对复合城市生活垃圾 堆肥基质的生态响应得出，用生活垃圾堆肥来替代土壤具有一定的资源开发潜力。 但由于我国大部分的城市垃圾种类繁杂且未经处理，许多废旧电子产品和生活垃圾共 同堆放，造成生活垃圾堆肥中重金属含量较高，并且会随着降雨渗滤到土壤和地下水中，引 起土壤的重金属污染；同时，重金属的生物有效部分可能导致土壤表面的植物体内重金属 含量较高，并通过食物链在人体中聚集，给人体健康带来了巨大危害。 有人通过以生菜为供实植株发现堆肥的施用对其产量有明显的增产作用，但植株体内 重金属含量随之增多。Madrid等研宄了连续使用垃圾堆肥对土壤中重金属累积及生物有效 性重金属含量的影响，结果发现，连续使用垃圾堆肥土壤中重金属含量会持续升高，而生物 有效性重金属含量也随着升高。垃圾堆肥中的重金属比土壤中固有的重金属生物有效性更 高，植物更容易利用。有研宄表明在实验中发现玉米籽粒中Cr、Cd的含量随堆肥施加量增 加而增加，与对照相比增幅达到38. 6% - 450%。有人研宄堆肥对小麦体内重金属积累的影 响发现，小麦体内的重金属富集量与堆肥用量同样成正相关。因此，城市生活垃圾堆肥由于 在促进植株生长的同时也增加了植株重金属的富集，限制了生活垃圾堆肥的广泛应用。 农药的广泛应用，为世界各国的农业生产发展做出了巨大贡献。我国作为农业大国促 使了农药工业从无到有直至壮大并形成一个协同发展的体系；农药的使用在促进了我国农 业生产发展。 抗生素目前在全球达到IX IO5- 2 X IO5吨/年的使用量，成为世界上最为广泛同时也 是使用量最大的药物之一。我国每年有成千上万吨的抗生素类药物被用于畜禽养殖业和人 的医疗中。而四环素类抗生素由于具备广谱性、质优价廉等特点，已经成为是世界范围内应 用最为广泛的抗生素之一。欧共体中四环素类抗生素用量达2300吨。在2003年，世界共 生产OTC总量约为16000吨，其中约有65%是由中国生产的。如今，现在的生产和消费OTC 仍继续上升。其中以金霉素、四环素和OTC这在实际应用过程中使用量最大并且最为广泛。 在农业或草坪种植业中，抗生素等各种农药广泛使用。同时生活垃圾堆肥也常以有机肥料 的形式作为草坪基质或施加到农田中。尽管其本身还有多种较高浓度重金属，如CcU Cr、Cu、 Pb和Zn等。这样利用农药物对生活垃圾堆肥中的重金属进行调控一，对生活垃圾堆肥的安 全利用具有重要的意义。 到目前为止，对抗生素等有机药剂对土壤的生态研宄相对成熟。本技术通过不同浓度 的抗生素能明显增强了城市生活垃圾堆肥重金属的有效态的目的。而且生活垃圾堆肥凭借 其优于土壤的综合性能，良好的节水及杂草控制生态性能被作为组配基质替代耕层土壤生 产草皮，是垃圾堆肥应用的有效方式之一。但对于研宄抗生素和杀虫剂等有机药剂与草坪、 堆肥基质复合污染的系统相互作用的研宄还鲜为报道。
【发明内容】
[0003] 本发明主要目的是通过向草坪堆肥基质中添加以OTC为例的有机药剂观察其对 重金属在植株地上生物量、堆肥中重金属在植物地上和地下部分的富集情况以及对淋溶液 中重金属含量的影响。主要意义在于为OTC对重金属污染修复提供技术支撑。 为实现上述目的，本发明公开了如下的技术内容： 一种采用OTC强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属的方法，其特征在于按如下的步骤 进行： (1) 采用PVC管，C>=3cm，h=25cm，每只PVC管下端用纱布包好，装入IOg过Imm筛的沙 子和190g风干后并过2mm筛的生活垃圾堆肥；每个PVC管内撒上0. 3g提前24h浸泡过的高 羊茅种子，每天早晚用自来水浇灌所有的PVC管，采用称重法调整含水量，使堆肥基质中水 分含量达到最大持水量60%并保持恒定，室内的温度和相对湿度分别为16-22°C，36-57%， 光照强度为450-700此" (2) 正常培养30d后分别将40ml按照lOmmol/kg和20mmol/kg配比好的OTC的水溶 液加入到草坪建植体系的堆肥基质中，15d后预留Icm后刈割；将刈割下的地上部分置于 80° C的烘箱中烘干至衡重并称量； (3 )刈割后第2天分别将40 mL的人造雨水缓慢连续地浇灌于PVC管内，之后每7d淋洗 一次，共计三次；在管底收集渗滤液并测定体积，将收集的渗滤液用试纸过滤并保存在4°C 的冰箱中待进一步分析，待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上 部分、地下部分重金属含量以及淋溶液重金属含量。 本发明进一步公开了采用OTC强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属的方法在提高高 羊茅地上部分重金属富集量方面的应用，其中OTC用量为10mm〇l/kg。 本发明也公开了采用OTC强化草坪草提取生活垃圾堆肥重金属的方法在降低渗滤液 中重金属总量方面的应用。特别是在降低重金属向地下水迀移风险方面的应用。本发明所 述的重金属指的是：Cu、Cd、Cr、Pb和Zn。 本发明更加详细的描述如下： 1研制材料与方法 1. 1实验材料 选取购自天津市小淀垃圾堆肥处理厂的生活垃圾堆肥作为基质。实验前将垃圾堆肥中 的塑料薄膜、砖瓦、石块和玻璃等大块杂物去除。风干后，过2 mm筛，备用。堆肥理化性质 为：pH 7· 62,有机质含量 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,饱和含水量 0.76 mL.g-1，容重 0.85 g.mL-1;重金属（0(1、〇、（：11、？13、211)含量 分别为 I. 97、67. 00、238. 73、172. 11 和 496. 38 mg · kg' 草坪植物选用高羊茅 arundinacea L. )〇 OTC (土霉素）即氧四环素，化学名称为6-甲基-4-(二甲氨基)-3, 5, 6，10, 12, 12扩六 羟基-1，11-二氧代-1，4, 4a，5, 5a，6, 11，12^八氢-2-并四苯甲酰胺。四环素类抗生素， 分子式为C22H24N2O9，相对分子质量为460。结构式如下：
本实验所用OTC购自大连市吉航制药有限公司，纯度为98%的分析纯。 1. 2人造雨水的制备 模拟自然条件下降水对基质环境的冲刷影响，根据调查，全天津市降水PH值范围为 4. 00-8. 24,年均值为 5. 59,属酸性降水。本实验用（NH4)2S04、Na2S0 4、K2S04、MgS04、Ca(N03) 2、 1%(吣3)2、4504配制出30广、吣'(：1'順+、]\% 2+、〇&2+、1(+、恥+浓度分别为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调配pH为5. 59,以备淋溶时使用。 1. 3实验设计 试验容器为PVC管（〇=3cm，h=25cm)，每只PVC管下端用纱布包好，装入IOg过Imm筛 的沙子和190g风干后并过2mm筛的生活垃圾堆肥；每个PVC管内撒上0. 3g提前24h浸泡过 的高羊茅种子，每天早晚用自来水浇灌所有的PVC管，采用称重法调整含水量，使堆肥基质 中水分含量达到最大持水量60%左右并保持恒定。室内的温度和相对湿度分别为16-22 °C， 36-57%，光照强度为450-700 ?·^ιτΓ·ν:。正常培养30d后分别将40ml按照IOmmol/ kg和20mmol/kg配比好的OTC的水溶液加入到草坪建植体系的堆肥基质中，15d后预留Icm 后刈割；将刈割下的地上部分置于80° C的烘箱中烘干至衡重并称量。 刈割后第2天分别将40 mL的人造雨水缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，之后每7d淋 洗一次，共计三次；在管底收集渗滤液并测定体积。将收集的渗滤液用Whatman No. 1试纸 过滤并保存在4°C的冰箱中待进一步分析。待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘 干，分别测量地上部分、地下部分重金属含量以及淋溶液重金属含量，每组处理设置3次重 复。 1. 4重金属含量分析 重金属含量的测定：，用硝酸：高氯酸：硫酸（8 : I : 1)在120-140°C将称取的0. 15g 干草样