专利名称：一种采用防渗层修复垃圾堆肥重金属的方法
技术领域：
本发明属于垃圾堆肥在城市草坪建植技术领域中的应用，涉及采用淋洗法研究温度对生活垃圾堆肥重金属在土壤中迁移行为的作用，更具体地说是一种采用防渗层修复垃圾堆肥重金属温度调节的方法
背景技术：
垃圾堆肥中含有丰富的N、P等有机养分，是发展农业、蔬菜、林木生产等方面的有效资源，垃圾堆肥具有良好的理化性质、丰富的养分，是替代土壤作为草坪基质的较理想材料。所以将生活垃圾堆肥用作草坪基质，不但可以避开食物链，同时又解决了垃圾的出路问题。在我国人口众多，土地资源相对贫乏，以垃圾堆肥用作草坪基质更具有现实意义。施用垃圾堆肥虽然可以改善土壤的理化性质，提高农林产品的产量和品质，但是如果施用不当也能对环境造成不良影响。特别是重金属问题是垃圾堆肥最主要的负效应，重金属含量超标在很大程度上限制了其应用，如何降低重金属污染的毒害效应，完善和提高堆肥技术和堆肥质量已成为垃圾堆肥的研究热点。多立安等(2005)利用EDTA作为螯合剂，研究了草坪草黑麦草和高羊茅对城市生活垃圾堆肥中重金属的富集，结果表明，使用EDTA后两种草坪草对重金属的富集量都有明显的提高，并且EDTA浓度最好控制在10-20 mmol/kg。多立安(2010)研究结果发现黑麦草在修复重金属污染的垃圾堆肥中具有很大的应用潜力，在EDTA协同下黑麦草能够在地上部器官中同时富集多种金属离子，而且黑麦草生长快，再生能力强，一年可刈割多次。但由于EDTA以及EDTA与重金属螯合形成的复合物具有很强的溶解性和生物毒性，且在土壤中很难被光、化学物质以及生物降解，所以很可能会引起污染深层土壤及地下水等环境问题。因此，我们试图在其研究基础上，采用不同废弃物作为隔离层通过对草坪堆肥基质渗漏体系中重金属富集、淋洗以及固定的研究，分析不同隔离层对重金属的固定作用，更为系统地探讨EDTA强化植物修复的同时重金属淋洗迁移的潜在风险并提出相应的防治方法。
发明内容
本发明将草坪草高羊茅与雨水淋洗相结合，研究了 EDTA协同下，草坪和不同隔离层对重金属富集和淋洗的影响，验证了草坪渗漏体系阻隔重金属迁移的可行性。为实现上述目的，本发明公开了一种采用防渗层修复垃圾堆肥重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行
(I)草坪基质渗漏体系设计
1)准备直径为7.5 Cm，高为21 cm和25 cm的PVC管各9根，在所有PVC管的底部都固定有直径为O. 2 mm的尼龙网以支撑管内的土壤和堆肥，且管的下方配有接渗滤液的容器；
2)将风干土壤500g置于PVC管中，其中间设置障碍层，然后将280 g风干后的垃圾堆肥平铺于管内；其中的障碍层由三层组成，下层为20 g沸石，上层20 g水稻秸杆，中间层为40g粒径2 mm胶粒、40g粒径为2 mm鸡蛋壳或40g粒径为2 mm蛭石；(2)播种
1)在PVC管中播种O.6 g高羊茅种子，其中3根PVC管不播种作为对照，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与土壤混合物的含水量保持在其田间持水量的60-65%，室内的温度和相对湿度分别为16-22°C，36-57%;
2)播种30d后，将浓度为10 mmo l/kg的EDTA水溶液(加入的量150 ml)施于堆肥表
面，
(3)重金属含量的测定
1)施加EDTA10 d后对高羊茅进行刈割处理，留茬I cm，将植株置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刘割后继续浇水使管内含水量保持不变；
2)刈割后第2、8和15天时，分别将150ml的人造雨水，相当于34. O mm的降水量，缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并分次测定体积后混合，第20天再次施加EDTA，浓度同第一次；之后方法也同第一次，施加EDTA 10天后刈割，刘割后第2、8和15天时，分别用150 ml人造雨水淋洗并收集。然后测定重金属含量。其中所述的人造雨水淋洗指的是，利用Na2S04、(NH4)2SO4, Mg(NO3)2、MgSO4, K2SO4,Ca(NO3)2 配置 SO42' NO3' NH+、Mg2+、Ca2+、Cl' K+、Na+ 分别为 14. 96,6. 54,3. 71,0. 82,1. 38、I. 68,0. 64和O. 78 mg/L的酸雨，并用HCl调节pH=5. 6备用。其中所述的重金属指的是Cd，Ni, Cu, Pb和Zn的含量。本发明的实验材料都尽量选用废弃物，这样与生活垃圾堆肥相结合，可以实现废弃资源的再利用。考虑到水稻秸杆长期浸在水中可能比其他秸杆更为耐水腐蚀，且秸杆还能够为植物生长提供营养元素，所以将水稻秸杆粉碎作为最上层；沸石是一种廉价的，使用普遍的且已被成功应用于固定多种重金属的添加剂，所以将沸石作为隔离层的最底层。同时采用废弃鸡蛋壳作为吸附剂吸附重金属离子，所以为了探讨更多的废弃物材料对重金属迁移的影响，我们选用胶粒，蛭石和鸡蛋壳作为中间层。实验结果表明施用垃圾堆肥之前在土层上设置隔离层将会有效地减少堆肥中重金属向下层土壤迁移。同时还可以将生活垃圾堆肥作为草坪基质铺在草坪土壤上，并且在土壤和堆肥之间铺上隔离层，这样既可以充分利用生活垃圾堆肥，也可以使其他废弃物资源化利用。虽然在大规模的田间利用之前还有很多工作需要更深入的研究，如优化操作条件和隔离层的组成成分的选择，但是利用螯合剂协同植物修复同时添加隔离层来净化重金属污染的垃圾堆肥或土壤是一种新兴的方法，会发展成为一种对环境无害的化学方法协同植物修复的新技术。本发明更加详细的制备方法如下
I材料与方法
I.I生活垃圾堆肥以及土壤性质
生活垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥厂。其理化性质为pH 7. 62，有机质含量12. 12%，全氮5. 18%，有效磷77. 92 mg/kg,全钾50. 83 g/kg，饱和含水量O. 76 ml/g,容重O. 85 g/ml ο供试土壤取自天津师范大学实验地O — 20 cm深的表层土壤。土壤性质为pH 8. 30,有机质含量4. 68%，全氮O. 21%，有效磷22. 03 mg/kg,饱和含水量O. 58 ml/g。土壤质地为砂质粘土。垃圾堆肥和土壤经风干后分别过2 _筛备用。I. 2人造雨水的制备根据天津市2006年降雨离子组分平均值(韩毓，2008)，利用Na2S04、(NH4) 2S04、Mg(NO3)2' MgSO4, K2SO4, Ca(NO3)2 配置 SO42' NO3' NH+、Mg2+、Ca2+、Cl' K+、Na+ 分别为 14. 96、
6.54,3. 71,0. 82、I. 38、I. 68,0. 64 和 O. 78 mg/L 的酸雨，并用 HCl 调节 ρΗ=5· 6。I. 3草坪基质渗漏体系设计
淋洗实验在室内自然光下进行。准备直径为7. 5 cm,高为21 cm和25 cm的PVC管各9根，在所有PVC管的底部都固定有直径为O. 2 mm的尼龙网以支撑管内的土壤和堆肥，且管的下方配有接渗滤液的容器。将风干土壤(500 g)置于PVC管中，高度为12 cm。然后将风干后的垃圾堆肥(280 g)平铺于短管土壤之上，堆肥的高度为8 cm。长管内设置不同水平可浸透障碍隔层置于土壤和垃圾堆肥之间，高度为4 cm左右。障碍层由三层组成，下层为20 g的沸石，上层为20 g的水稻秸杆，中间层不同，为40 g粒径约为2 mm的胶粒、鸡蛋壳和蛭石各三根。在PVC管中播种O. 6 g高羊茅种子，其中3根PVC管不播种作为对照。用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与土壤混合物的含水量保持在其田间持水量的60%。室内的温度和相对湿度分别为16-22°C，36-57%。播种30 d后，将EDTA溶于去离子水然后施于堆肥表面，浓度为10 mmol/kg堆肥，其中三根播种的短管施加EDTA浓度为O mmol/kg。施加EDTA10 d后对高羊茅进行刈割处理，留茬I Cm。将植株置于80° C的烘箱中烘干至衡重。刈割后继续浇水使管内含水量保持不变。刈割后第2、8和15天时，分别将150 ml的人造雨水(相当于34. O mm的降水量)缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并分次测定体积后混合，第20天再次施加EDTA，浓度同第一次。之后方法也同第一次，施加EDTA 10天后刈割，刘割后第2、8和15天时,分别用150 ml人造雨水淋洗并收集。I. 4重金属含量分析
重金属含量测定准确称量每株植株地上部分，地下部分样品各三份，每份各O. I g，采用HNO3湿法并用微波快速消解系统WX-4000进行消化。先将样品放入标准罐中，加入3 mLHNO3，控制罐中加入4 mL HNO3，调整消解条件，采用分布消化过程，第一步压强为15 atm，温度为150°C，时间4 min，第二步压强为20 atm，温度为180°C，时间4 min，最后消化液用1%的HNO3溶解、定容到25 mL的容量瓶中，采用TAS-990原子吸收分光光度计测定其中各种重金属的含量。表I堆肥与土壤基质的重金属含量背景分析(ug/g)
权利要求
1.一种采用防渗层修复垃圾堆肥重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行 (1)草坪基质渗漏体系设计 .1)准备直径为7.5 Cm，高为21 cm PVC管，在底部固定有直径为O. 2 mm的尼龙网以支撑管内的土壤和堆肥，且管的下方配有接渗滤液的容器； .2)将风干土壤500g置于PVC管中，其中间设置障碍层，然后将280 g风干后的垃圾堆肥平铺于管内；其中的障碍层由三层组成，下层为20 g沸石，上层20 g水稻秸杆，中间层为40g粒径为2 mm胶粒、鸡蛋壳或蛭石； (2)播种 .1)在PVC管中播种O.6g高羊茅种子，用自来水浇灌所有的PVC管使堆肥与土壤混合物的含水量保持在其田间持水量的60-65%，室内的温度和相对湿度分别为16-22°C，36-57% ； .2)播种30d后，将浓度为10 mmol/kg的EDTA水溶液150 ml施于堆肥表面； (3)重金属含量的测定 .1)施加EDTA10 d后对高羊茅进行刈割处理，留茬I cm，将植株置于80°C的烘箱中烘干至衡重，刘割后继续浇水使管内含水量保持不变； . 2)刈割后第2、8和15天时，分别将150ml的人造雨水，相当于34. O mm的降水量，缓慢连续地浇灌于各个PVC管内，在管底收集渗滤液并分次测定体积后混合，第20天再次施加EDTA，施加EDTA 10天后刈割，刘割后第2、8和15天时，分别用150 ml人造雨水淋洗并收集，然后测定重金属含量。
2.权利要求I所述的的方法，其中所述的人造雨水淋洗指的是，利用Na2S04、(NH4)2SO4,Mg(N03)2、MgSO4, K2SO4, Ca(NO3)2 配置 SO42' NO3' NH+、Mg2+、Ca2+、Cl' K+、Na+ 分别为 14. 96、.6.54,3. 71,0. 82、I. 38、I. 68,0. 64 和 O. 78 mg/L 的酸雨，并用 HCl 调节 pH=5. 6 备用。
3.权利要求I所述的方法，其中所述的重金属指的是Cd，Ni,Cu，Pb和Zn的含量。
全文摘要
本发明涉及一种采用防渗层修复垃圾堆肥重金属的方法，它是将风干土壤500g置于PVC管中，其中间设置障碍层，然后将280g风干后的垃圾堆肥平铺于管内；其中的障碍层由三层组成，下层为20g沸石，上层20g水稻秸秆，中间层为40g粒径为2mm胶粒、鸡蛋壳或蛭石。实验结果表明施用垃圾堆肥之前在土层上设置隔离层将会有效地减少堆肥中重金属向下层土壤迁移。利用螯合剂协同植物修复同时添加隔离层来净化重金属污染的垃圾堆肥或土壤是一种新兴的方法，会发展成为一种对环境无害的化学方法协同植物修复的新技术。
文档编号A01G7/00GK102630471SQ201210134830
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者多立安, 尚小娟, 赵树兰 申请人:天津师范大学