专利名称：城市生活垃圾堆肥淋洗液及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及城市生活垃圾堆肥的处理和应用，特别是一种城市生活垃圾堆肥淋洗液及其制备方法和应用。
重金属修复与草坪建植相交叉的技术领域。技术发明的应用不仅对生活垃圾堆肥重金属污染修复、实现安全有效利用发挥作用，同时也可利用堆肥淋洗液，达到培植地毯草皮，节约土壤资源，为城市绿化服务的目的。
背景技术：
20世纪90年代以来，我国城市生活垃圾每年以8％-10％的速度增长。据国家科技部提供的资料，全国城市垃圾存量，现在已达60亿吨，致使全国有2/3的城市周围形成大量的垃圾山。据有关资料显示，北京市周围约有垃圾山7000多座，其中，直径50米以上的垃圾山有5000多座。垃圾的堆放覆盖了大量的土地，侵占了农田，北京市已被垃圾覆盖8000多亩，预计到2010年垃圾覆盖面积还要增加2000亩。上海市区1260Km2区域内，面积在50m2以上的垃圾山近2000个，占地7889亩。天津市的外环线两侧，占地600m2以上的垃圾山约有117处；占地300m2至600m2的垃圾山有289处，被垃圾山覆盖的土地达3870亩。据不完全统计，目前全国城市垃圾堆放所占压的土地面积高达5亿m2。
城市生活垃圾引发的污染已成为世界性的严重环境问题，使垃圾减量化及资源化利用受到国际社会的普遍关注。垃圾堆肥是城市生活垃圾减量化及资源化利用的一个重要途径，国内外对此给予高度重视。在过去的20年里，国内外将垃圾堆肥作为有机肥施入农田，进行农业生产较为普遍。近些年来，重金属毒性效应问题受到了高度重视，使人们意识到这样一个环境安全问题如果垃圾堆肥农用，则生活垃圾中含有的大量重金属，可在作物中富集，并通过食物链富集，最终危害人类健康。
在我国尤其值得注意的是随着经济的发展，人们的小家电及移动通讯工具的拥有量和使用量急剧上升，其报废后绝大部分混入生活垃圾。据统计，仅天津市每月消耗各类电池估计不低于200万枚，而这些电池也大部分混入生活垃圾被丢弃。鉴于这些原因，我国城市生活垃圾中重金属问题尤为突出，并对土壤和地下水造成严重污染。
通过对天津河北与大港两区垃圾堆肥中的重金属含量进行了研究，结果与上述结论一致其中的含量Mn分别是土壤的53.06和22.20倍，Ni分别是土壤的66.80和18.40倍，Cu分别是土壤的795.67和59.33倍，Zn分别是土壤的551.56和194.44倍，Pb分别是土壤的573.67倍和50.00倍。此外，Cd与Cr的浓度也是环境I类标准的197.00及389.93倍。可见，垃圾堆肥中重金属元素含量都远高于土壤。
综上所述，生活垃圾中的重金属复合污染问题是垃圾堆肥农用的最大制约因素之一。现在垃圾堆肥企业纷纷下马，大量垃圾堆肥被闲置，如引进德国技术的天津小淀生活垃圾堆肥厂就处于这样的尴尬境地。因此，对城市生活垃圾堆肥重金属复合污染修复技术研究不仅能重振我国垃圾堆肥产业，实现城市生活垃圾减量化、资源化，同时对城市周围垃圾堆放造成的土壤重金属污染的生物修复也具有指导意义。
有关对重金属污染修复研究已有广泛报道。污染淋洗修复法是一个从污染土壤、污泥、沉积物中去除污染物的过程。淋洗法是一个物理和化学过程，能够实现某些污染物的分离减量、隔离及污染物的无害化转变。淋洗法是一项很有发展前途且经济可行的修复污染土壤的技术。目前，淋洗法修复重金属污染土壤已有较为详尽的报道。利用淋洗法修复生活垃圾堆肥研究还尚无文献报道。
另一方面，生活垃圾堆肥中C、H、O、N等有机营养元素含量丰富，完全能满足植物生长的需求。但我国垃圾处置难以实施源头有效分选，电池及各类重金属等混杂其中，使垃圾堆肥农用将导致重金属通过粮食、水果及蔬菜等的生产进入食物链并富集，最终危及人类的健康。此外，我国草皮培植破坏耕地、浪费土壤现象较为普遍。因此，以垃圾堆肥用即替代土壤进行草皮生产，不仅避免重金属进入食物链富集，又节约了宝贵的土壤资源；而这一研究已有报道。
但需要指出的是，在生活垃圾堆肥重金属复合污染淋洗修复中，若将淋洗液释放到环境中，则是必会造成环境的污染。淋洗液含有丰富的植物生长所学营养物质，为此，若能将其回收作为无土栽培营养液，进行草皮培植，则无疑是一条好途径。另一方面，无土栽培技术近些年发展很快，已广泛应用到农业栽培各个领域，而在草皮生产中的应用仍处于研究探索阶段。基于上述原因，试验在初步尝试淋洗修复垃圾堆肥重金属基础上，进一步研究淋洗液用作草皮栽培无土营养液技术，可为利用垃圾堆肥淋洗修复及淋洗液的回收利用开辟新途径。
发明内容
本发明的目的在于提出一种城市生活垃圾堆肥淋洗液及其制备方法和应用。它是通过水的淋溶作用，达到对城市生活垃圾堆肥重金属含量降低作用。此外，其含有丰富营养物质的淋洗液植物作为无土栽培营养液，进行草皮培植，可达到节约土壤资源，为城市绿化服务的目的。因此，本发明应用不仅能十分有效的修复堆肥垃圾中重金属污染，实现城市生活垃圾资源化，重振垃圾堆肥产业，而且对城市草坪建植方式开辟一条新途径。
本发明提出一种城市生活垃圾堆肥淋洗液是常温下将生活垃圾堆肥用水浸泡，充分搅拌后过滤得到的液体。
本发明提出的城市生活垃圾堆肥淋洗液的制备方法包括如下步骤
1)将生活垃圾堆肥剔除塑料膜、纤维袋、较大块的各类金属、玻璃制品及砖瓦石块废弃物，粉碎，过2mm筛，收集筛下物，分别用塑料袋封好备用。
2)生活垃圾堆肥重量与水重量比为1∶1-3；搅拌后，室温下浸泡24-48h，过滤，所得的淋洗液为堆肥淋洗液，置于遮光容器内保存。以备草皮的无土培植。
将堆肥淋洗液可以直接作为草坪植物无土栽培的营养液。
本发明提供的城市生活垃圾堆肥淋洗液作为草坪植物无土栽培的营养液的使用方法包括如下步骤1)配制60-80％重量浓度的城市生活垃圾堆肥淋洗液；2)选择草坪植物(如黑麦草，Lolium perenne L.和高羊茅，Festuca arundinacea L.)，进行草皮无土栽培实验；光照培养箱内进行，使用24cm×18cm、高3cm的医用托盘，底层铺入0.5cm厚淘洗干净的细沙，上垫一层孔径为0.5cm的尼龙网袋作为铺网，再在上面铺一张面巾纸，目的是使种床平坦。
3)播种密度为85.2g/m2，播种后马上灌透水，每天浇适量的水保证种子正常萌发，1周后，种子萌发稳定，每天分别浇一次等体积的淋洗液40mL，直至实验结束。
4)从浇灌淋洗液时起，每5天测定一次株高，播种后第30天刈割，留茬高度为3cm，测定地上生物量和叶绿素含量，此后30天后第2次齐地面刈割，分别测定地上、地下生物量和叶绿素含量。
本发明不仅对生活垃圾堆肥重金属污染修复、实现垃圾堆肥安全有效利用发挥作用，还可对利用堆肥淋洗液作为草皮无土培植的营养液，降低草皮生产成本，并有利于保护耕地，是一条经济可行的草皮生产途径。可见，本发明可以拓宽垃圾堆肥重金属的修复途径，重振垃圾堆肥产业，实现更有效地资源化利用，并达到节约土壤资源及草皮培植无土化和为城市绿化服务的目的。
图1不同淋洗液培养黑麦草株高动态。
图2不同淋洗液培养高羊茅株高动态变化。
图3高羊茅和黑麦草中一茬草及二茬草的叶绿素含量(左4柱型图为一茬草堆叶绿素含量，右4柱型图为二茬草堆叶绿素含量)。
图4高羊茅草皮地上部植物生长情况(左为堆肥淋洗液，右为土壤淋洗液地上)。
图5黑麦草草皮地上部植物生长情况(左为堆肥淋洗液，右为土壤淋洗液地上)。
图6高羊茅草皮植物根系生长情况(左为堆肥淋洗液，右为土壤淋洗液地上)。
图7黑麦草草皮植物根系生长情况(左为堆肥淋洗液，右为土壤淋洗液地上)。
具体实施例方式实施例1城市生活垃圾堆肥取自天津大港垃圾场，垃圾堆肥已充分腐熟。然后垃圾堆肥剔除塑料膜、纤维袋、较大块的各类金属、玻璃制品及砖瓦石块等废弃物，对其进行粉碎，均匀混合后过筛，过2mm筛收集筛下物，分别用塑料袋封好，注名标签备用。对照壤土取自天津师范大学南院，制备方法同上。
饱和持水量的测定，为生活垃圾堆肥淋洗中，堆肥与水分比率核定提供依据。称取垃圾样品各10g，放入带有滤纸的漏斗中，然后用蒸馏水缓慢均匀地滴在漏斗内的堆肥上，直到漏斗内滴下第一滴溶液为止，并用量筒收集溶液，实验为3次重复。饱和持水量用以下公式计算饱和持水量＝水分滴入堆肥样上总量-从堆肥样中渗漏出的水分总量/堆肥样品重量。
采用ICP-AES分析技术，测定垃圾堆肥及淋洗液中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Mo、B、P、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb十六种元素的含量，为草皮培植营养液的利用提供依据。
称取堆肥与壤土各150g，加入300mL去离子水，常温，充分搅拌后浸泡24h。用定性滤纸过滤。所得淋洗液，将其置于棕色瓶内，于4℃冷藏备用。采用ICP-AES分析技术，测定垃圾堆肥淋洗液和土壤淋洗液中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Mo、B、P、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb十六种元素的含量，其含量见表1。草坪植物选用黑麦草(LoliumperenneL.)，高羊茅(Festuca arundinacea L.)。
表1垃圾堆肥及壤土淋洗液的重金属与矿质元素含量(mg·L-1))
草皮无土栽培方法为称取足够量的堆肥和壤土，分别加入2倍重量的水，充分搅拌后浸泡24h，并用定性滤纸过滤。在前期萌发实验中，已初步获得对黑麦草和高羊茅生长较适宜的生活垃圾堆肥淋洗液浓度分别为原淋洗液浓度的80％和60％。实验在光照培养箱内进行，使用24cm×18cm、高3cm的医用托盘，底层铺入0.5cm厚淘洗干净的细沙，上垫一层孔径为0.5cm的废弃物尼龙网袋作为铺网，再在上面铺一张废弃面巾纸，目的是使种床平坦。播种密度为85.2g/m2，播种后马上灌透水，以后每天浇适量的水保证种子正常萌发。1周后，种子萌发稳定，进入实验处理阶段。实验设堆肥淋洗液和土壤淋洗液(对照)两个处理，3次重复。每天分别浇一次等体积的淋洗液40mL，直至实验结束。
指标测定从浇灌淋洗液时起，在各盘内分别选5株挂牌标记，每5天测定一次株高。播种后第30天刈割，留茬高度为3cm，测定地上生物量和叶绿素含量，此后，植物进行恢复生长，30天后第2次齐地面刈割，分别测定地上、地下生物量和叶绿素含量。叶绿素含量用紫外可见分光光度计(TU-1221)测定。
实施例1的实验结果表明从表1可以看出，淋洗可使大量的重金属与矿质元素淋洗下来，几种重金属Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、Cr中，Mn、Cd、Cr的淋洗液含量高于土壤，Cu、Zn、Pb则低于土壤。矿质元素K、Na、Ca、Mg、Mo及Co的淋洗浓度要远远高于土壤；因此，将堆肥淋洗液作为无土栽培营养液具有很大优势。经过熟化和筛选的垃圾堆肥具有疏松、颗粒均匀、可溶性离子含量高、容重较小、通气和排水性能好等特点，这使其比土壤更适宜于用淋洗法进行修复。
在无土栽培试验中，两草种地上和地下生物量见表2。黑麦草，一茬草鲜重和干重与对照相比差异极显著(P＝0.008与P＝0.006)；二茬草只有干重与对照相比差异显著(P＝0.033)(图5)。高羊茅，一茬草鲜重和干重与对照之间存在极显著差异(P＝0.007，P＝0.002)，二茬草鲜重和干重与对照相比差异显著(P＝0.034，P＝0.005)(图4)。可见，堆肥淋洗液培植草皮地上生物量要明显高于土壤淋洗液。
地下生物量见表2，淋洗液各处理的植株均不及对照。黑麦草地下生物量鲜重显著低于对照(P＝0.015)，干重也低于对照，但差异并不显著(图7)。高羊茅地下生物量干重与对照之间的差异达到极显著，鲜重差异不显著。说明堆肥淋洗液对黑麦草和高羊茅地下生物量具有一定的抑制作用(图6)。但现有根系也能与盘内砂粒形成致密结构的草皮卷，不影响其成卷性能。
地上和地下生物量的分配格局对草坪是一个有价值的指标，地上生物量配额的增加更有利于其成坪和观赏价值的提高；从生理角度，由于有效光合面积增加因而在单位时间内可制造出更多的光合产物，最终促进植株更快速生长。从根冠比来看，堆肥淋洗液的施用明显改变了植株地上和地下生物量的分配格局。堆肥处理的黑麦草的根冠比低于对照，但差异不显著(P＝0.133)。高羊茅，其根冠比与对照相比差异达到极显著(P＝0.007)。
表2垃圾堆肥淋洗液对黑麦草和高羊茅生长的影响(g/盘)
*p＜0.05；**p＜0.01一茬草植株高度动态各处理长势明显好于对照(图1、2)。前15天内，堆肥淋洗液处理的两草坪草与对照均表现出较一致的生长趋势；而后15天，各处理的株高明显增长。在一茬草刈割前，各处理的黑麦草植株高度与对照相比差异极显著(P＝0.008)；高羊茅差异也达到显著水平(P＝0.022)。二茬草，堆肥淋洗液培养的两草种长势较一茬草平缓，未出现显著增高的时期。二茬草刈割前，高羊茅植株高度与对照相比差异显著(P＝0.034)；黑麦草，虽然二茬草植株高于对照，但差异并不显著(P＝0.229)。总之，各处理一茬草长势要优于二茬草。
在草皮无土栽培实验中，一茬草及二茬草的叶绿素含量见图3。对于一茬草，垃圾堆肥淋洗液处理的两草种叶绿素含量与对照相比差异极显著(P＝0.001，P＝0.002)。二茬草，黑麦草与对照相比无显著差异(P＝0.08)，而高羊茅与对照相比差异显著(P＝0.013)。表明堆肥淋洗液在提高叶片叶绿素含量方面效果显著，其作用在草坪草生长前期即表现出来。
上述实施例表明高浓度堆肥淋洗液使黑麦草和高羊茅种子发芽时间推迟，萌发时间延长，发芽高峰推迟，导致萌发进程延缓，因而，选择适宜浓度的淋洗液对无土草皮培植至关重要。高浓度的淋洗液(如原淋洗液)对草坪草萌发和生长表现出较强的抑制作用。与对照相比，60％和80％的淋洗液均能明显提高黑麦草和高羊茅地上生物量及叶片中叶绿素含量，但对根的生长产生较强的抑制作用。在生长前期，淋洗液可明显促进黑麦草和高羊茅地上生物量生长，草坪密度和盖度明显提高，并加快成坪速度，但对地下生物量生长表现较强的抑制作用。尽管草坪植物地上与下生物量分配格局发生改变，但并没有改变草皮性能的发挥。淋洗液可显著提高叶片中叶绿素含量，这有利于草皮能保持较好的绿度性能。从综合特征分析来看，不同草种对淋洗液生长响应存在明显差异，高羊茅比黑麦草更适于在淋洗液中生长，因此，选择更适宜的草种会有利于淋洗液营养功能的发挥。
堆肥含有大量的重金属，直接施于农田可带来诸多危害。为此，堆肥中重金属的修复是其安全应用的前提。本实验通过直接淋洗修复堆肥重金属，并达到理想的预期效果。堆肥淋洗液用于草皮无土栽培也获得了较好的结果。利用堆肥淋洗液作为草坪无土栽培的营养液，可以拓宽垃圾堆肥重金属的修复途径，降低草皮生产成本，而且有利于保护耕地，是一条经济可行的草皮生产途径。
权利要求
1.一种城市生活垃圾堆肥淋洗液，其特征在于它是常温下将城市生活垃圾堆肥用水浸泡，充分搅拌和过滤得到的液体。
2.权利要求1所述的城市生活垃圾堆肥淋洗液的制备方法，其特征在于它包括如下步骤1)将生活垃圾堆肥剔除塑料膜、纤维袋、较大块的各类金属、玻璃制品及砖瓦石块废弃物，粉碎，过2mm筛，收集筛下物，分别用塑料袋封好备用；2)生活垃圾堆肥重量与水重量比为1∶1-3；搅拌后，室温下浸泡24-48h，过滤，所得的淋洗液为堆肥淋洗液，置于遮光容器内保存。
3.权利要求1所述的城市生活垃圾堆肥淋洗液的应用，其特征在于它是直接作为草坪植物无土栽培的营养液。
4.一种使用权利要求1所述的城市生活垃圾堆肥淋洗液作为草坪植物无土栽培的营养液的方法，其特征在于它包括如下步骤1)用水配制60-80％重量百分比浓度的城市生活垃圾堆肥淋洗液；2)选择草坪植物，进行草皮无土栽培是在光照培养箱内进行，使用24cm×18cm、高3cm的医用托盘，底层铺入0.5cm厚淘洗干净的细沙，上垫一层孔径为0.5cm的尼龙网袋作为铺网，再在上面铺一张面巾纸；3)播种密度为85.2g/m2，播种后马上灌透水，每天浇适量的水保证种子正常萌发，1周后，种子萌发稳定，每天分别浇灌一次等体积的淋洗液40mL，直至实验结束。4)从浇灌淋洗液时起，每5天测定一次株高，播种后第30天刈割，留茬高度为3cm，测定地上生物量和叶绿素含量，此后30天后第2次齐地面刈割，分别测定地上、地下生物量和叶绿素含量。
5.按照权利要求4所述的的方法，其特征在于所述的草坪植物是黑麦草或高羊茅。
全文摘要
本发明涉及一种城市生活垃圾堆肥淋洗液及其制备方法和应用。它是将生活垃圾堆肥用水浸泡，充分搅拌后过滤得到淋洗液。包括的步骤是将生活垃圾堆肥剔除大块的废弃物，粉碎，过2mm筛，收集筛下物。生活垃圾堆肥重量与水重量比为1∶1－3；搅拌后，室温下浸泡24－48h，过滤得到。该淋洗液作为培植草皮无土培植的营养液，不仅对生活垃圾堆肥重金属污染修复、实现垃圾堆肥安全有效利用发挥作用，还可降低草皮生产成本，并有利于保护耕地。可见，本发明技术可以拓宽垃圾堆肥重金属的修复途径，重振垃圾堆肥产业，实现更有效地资源化利用，并达到节约土壤资源及草皮培植无土化和为城市绿化服务的目的。
文档编号C05F9/00GK1872802SQ20061001444
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者多立安, 赵树兰, 廉菲 申请人:天津师范大学