专利名称：Nta修复垃圾堆肥重金属防渗隔层的设置方法
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NTA修复垃圾堆肥重金属防渗隔层的设置方法。
背景技术：
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。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。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。一些草坪植物能够在重金属污染较重的基质中生长，且生长速度快、再生能力强，在化学方法和生物方法协同修复垃圾堆肥重金属中具有较大的应用价值。因此垃圾堆肥作为草坪基质的同时，其重金属又能得到草坪植物的修复，这样既增加了垃圾堆肥的应用潜力又提高了其使用的安全性。目前，我国已初步展开了将生活垃圾堆肥用于园林绿地基质或肥料的科研工作，垃圾堆肥通常以肥料的形式加入土壤，可以改善土壤性质，提高草坪草生物量、叶绿素含量等。但垃圾堆肥中含有高浓度的重金属，在其改善土壤、土壤植物和微生物的同时，也对它们产生危害。所以，提出若想将垃圾堆肥应用于实际必须去除其中的重金属的想法。垃圾堆肥施用过程中，如何防止或者减少重金属进入土壤和地下水产生，已成为要解决的一大问题。研究发现，添加EDTA可以显著提高重金属在供试草坪植物中的富集量。利用EDTA协同植物修复的同时，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污染等环境问题。但是NTA (Nitrilotriacetic acid),在过去50年一直被应用于除垢剂，在分析化学中用作配位滴定剂和掩蔽剂，在催化动力学分析中常作为活化剂。尽管NTA螯合能力比EDTA要弱，但是和低分子量的有机酸(柠檬酸、苹果酸等)相比，仍是一种较强的螯合剂。关于垃圾堆肥重金属在螯合剂的作用下向深层土壤淋溶迁移特征以及相应的防治措施有待研究。我们试图通过对草坪堆肥基质渗漏体系中重金属富集、淋溶等的研究，系统地探讨在NTA强化植物修复的同时重金属淋溶迁移的潜在风险，并提出相应的防治方法。提出，使用可渗透隔层置于堆肥和土壤之间的措施，将有助于减缓重金属向下迁移的速度，但隔层材料的选择以及隔层对重金属淋溶迁移的影响依然有待研究。
发明内容
本发明公开了 NTA修复垃圾堆肥重金属防渗隔层的设置方法，其特征在于按如下的步骤进行
(I)实验材料
I)选用黑麦草perenne L.)为实验材料；实验用垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥厂，供试土壤取自0-20 cm深的表层园土，堆肥和园土经风干后分别过2 _筛备用；、2)隔层一，由下至上分别为20g沸石、45g骨粉和20g锯末；
隔层二，由下至上分别为20g沸石、45g蟹壳粉和20g锯末，以上材料均80°C烘干后
备用;
3)淋溶液的制备
用(NH4) 2S04、Na2SO4, K2SO4, MgSO4, Ca (NO3) 2、Mg (NO3) 2、H2SO4 配制出 SO42' NO3' Cl' NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+浓度分别为14. 96,6. 54,1. 68,3. 71,0. 82,1. 38,0. 64 和 O. 78 mg/L，并用HCl调配pH为5. 0-6. O的淋溶液，备用；
(2)实验方法
1)在直径为7.5cm，长25cm的PVC管底部用直径为O. 2 mm的尼龙网加以支撑，然后将管吊起，管的下方配有锥形瓶接渗滤液；
2)先装入500g风干的园土，铺平，装入水平隔层(一或二)85g，再装入280g堆肥，铺平于隔层之上；
3)在管中播种O.6 g黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60-65%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为23-30 V和30-65%，光照强度为400-1000P mo I m s ；
4)播种黑麦草30d后，将5-15 mmol/kg堆肥的NTA钠盐水溶液(150ml)施于堆肥表面，黑麦草生长10 d后将草刈割，将刈割下的草坪草置于80° C的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量；
5)刈割第二天用150mL淋溶液，相当于34. O mm的降水量，进行第一次淋洗，之后每7 d淋溶一次，每次150 mL，4次共淋入600 mL L ;将4次分别淋出液称重，并收集于同一个锥形瓶中，混合均匀备用；
7)采用TAS-990原子吸收分光光度计分别测定其中重金属Cd，Cr，Cu，Pb和Zn的含量变化。本发明所述的沸石为天然沸石，筛取粒径小于4 mm的，80°C烘干至恒重，备用；骨粉和蟹壳粉取为废弃物，风干后经FW-80高速万能机粉碎至40-200目，80°C烘干至恒重，备用；锯末取自加工厂废弃下脚料，80°C烘干至恒重，备用。其中锯末重金属Cd，Cr，Ni，Pb，Cu，Zn 背景值分别为 O. 11，3. 34，2. 87，5. 33，
11.85，8. 15 P g/g。骨粉隔层重金属Cd，Cr，Ni，Pb，Cu，Zn的背景值分别为O. 44，4. 34，
I.77，4. 87，23. 42，38. 01 P g/g。蟹壳粉粉隔层重金属Cd，Cr，Ni，Pb，Cu，Zn的背景值分别为 O. 63,0. 21,5. 67,2. 39,9. 45，101. 22 P g/g。本发明进一步公开了上述方法在阻碍堆肥和土壤中重金属迁移降低渗滤液重金属含量方面的应用；其方法是采用15 mmol kg-lNTA协同20 g沸石、45 g骨粉或蟹壳粉和20 g锯末组成隔层。本发明更加详细的制备方法如下、 I实验材料与方法
I.I 土壤、堆肥与草坪植物
本试验选用我国北方比较常见的多年生黑麦草(Zo7iw perenne L.)为实验材料。生活垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥厂。供试土壤取自天津师范大学实验地O — 20 cm深的表层土。堆肥和园土经风干后分别过2 mm筛备用。
生活垃圾堆肥理化性质为pH 7. 62，有机质含量12. 12%，全氮5. 18%，有效磷77.92 mg/kg，饱和含水量O. 76 mL/g。其重金属Cd，Cr，Ni，Pb，Cu，Zn背景值分别为I. 97，67. 00,33. 42,172. 11,238. 73,496. 38 P g/go 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。其重金属 Cd，Cr，Ni, Pb，Cu，Zn 的背景值分别为 O. 18，2. 13，2. 64，5. 75，9. 33，35. 57 P g/goI. 2隔层材料选择
本实验隔层材料为沸石、骨粉、锯末。沸石为天然沸石，筛取粒径小于4 _的，80°C烘干至恒重，备用；骨粉和蟹壳粉取为废弃物，风干后经FW-80高速万能机粉碎至40-200目，80°C烘干至恒重，备用。锯末取自加工厂废弃下脚料，80°C烘干至恒重，备用。锯末重金属Cd，Cr, Ni，Pb，Cu，Zn 背景值分别为 O. 11，3. 34，2. 87，5. 33，11. 85，8. 15 P g/g0 骨粉隔层重金属 Cd，Cr，Ni，Pb，Cu，Zn 的背景值分别为 O. 44，4. 34，I. 77，4. 87，23. 42，38. 01 P g/g。蟹壳粉隔层重金属Cd, Cr,Ni,Pb, Cu, Zn的背景值分别为O. 63，O. 21，5. 67, 2. 39,9. 45,101. 22 //g/g。本实验隔层共分为两种
隔层一，由下至上分别为20 g沸石、45 g骨粉和20 g锯末；
隔层二，由下至上分别为20 g沸石、45 g蟹壳粉和20 g锯末。1.3淋溶液制备
根据韩毓(2008)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7K。本实验用(NH4)2SO4, Na2SO4, K2SO4, MgSO4, Ca(NO3)2、Mg(NO3)2、H2SO4 配置出 SO42' NO3'Cr、NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+浓度分别为 14. 96,6. 54、I. 68,3. 71,0. 82、I. 38,0. 64 和 O. 78 mg/L，并用HCl调配pH为5. 59的淋溶液。1.4实验方法
(I)草坪基质堆肥利用与隔层设置
PVC管直径为7. 5 Cm，将其分别截成21 cm的短管12根，25 cm的长管12根。所有管底部都固定有直径为O. 2 mm的尼龙网以支撑管内的土和堆肥，将管吊起，管的下方设有锥形瓶接渗滤液。土壤耕层为0-20 cm的表层土。本实验模拟表层土,设置园土高12 cm,堆肥高8cm。制备基质高为20 cm的短管12根,高为24 cm的长管12根。短管的制备先装入500g风干的园土，铺平，再装入280 g堆肥，铺平于园土之上；长管的制备装入500 g风干的园土，铺平，再分别装入上述水平可渗透隔层一或隔层二85 g，再装入280 g堆肥，铺平于隔层之上。⑵NTA协同利用与草坪基质隔层体系的建立 表I NTA协同隔层及黑麦草的不同处理方案权利要求
1.ー种NTA修复垃圾堆肥重金属防渗隔层的设置方法，其特征在于按如下的步骤进行 (1)实验材料 1)选用黑麦草perenneL.)为实验材料；实验用垃圾堆肥取自天津市小淀堆肥厂，供试土壤取自表层园土，堆肥和园土经风干后分别过2 _筛备用； 2)隔层材料由下至上分别为20g沸石、45g骨粉或蟹壳粉和20 g锯末，以上材料均80°C烘干； 3)淋溶液的制备用(NH4) 2S04、Na2SO4, K2SO4, MgSO4, Ca (NO3) 2、Mg (NO3) 2、H2SO4 配制出 SO42' NO3' Cl' NH+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+浓度分别为14. 96,6. 54,1. 68,3. 71,0. 82,1. 38,0. 64 和 O. 78 mg/L，并用HCl调配pH为5-6的淋溶液，备用； (2)实验方法 1)在直径为7.5cm，长25cm的PVC管底部用直径为O. 2 mm的尼龙网加以支撑，然后将管吊起，管的下方配有锥形瓶接渗滤液； 2)先装入500g风干的园土，铺平，装入水平隔层85g，再装入280g堆肥，铺平于隔层之上； 3)在管中播种O.6 g黒麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60-65% ； 种植期间室内的温度和相対湿度分别为23-30°C和30-65%，光照强度为400-1000P mo I m s ； 4)播种黑麦草30d后，将5-15 mmol/kg堆肥的NTA钠盐水溶液(150ml)施于堆肥表面，黒麦草生长10 d后将草刈割，将刈割下的草坪草置于80° C的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量； 5)刈割第二天用150mL淋溶液，相当于34. O mm的降水量，进行第一次淋洗，之后每7 d淋溶一次，每次150 mL，4次共淋入600 mL L ;将4次分别淋出液称重，并收集于同一个锥形瓶中，混合均匀备用； 7)采用TAS-990原子吸收分光光度计分别测定其中重金属Cd，Cr，Cu，Pb和Zn的含量变化。
2.权利要求I所述的方法，其中沸石为天然沸石，筛取粒径小于4_的，80°C烘干至恒重，备用；骨粉和蟹壳粉取为废弃物，风干后经FW-80高速万能机粉碎至40-200目，80°C烘干至恒重，备用；锯末取自加工厂废弃下脚料，80°C烘干至恒重，备用。
3.权利要求I所述方法在阻碍堆肥和土壌中重金属迁移降低渗滤液重金属含量方面的应用；其方法是采用15 mmol ^kg-INTA协同20 g沸石、45 g骨粉或蟹壳粉和20 g锯末组成隔层。
全文摘要
本发明公开了一种NTA修复垃圾堆肥重金属防渗隔层的设置方法。它是在直径为7.5cm，长25cm的PVC管中装入500g风干的园土，装入水平隔层85g，再装入280g堆肥；在管中播种0.6g黑麦草种子,播种30d后，将10-20mmol/kg堆肥的NTA钠盐水溶液施于堆肥表面，10d后刈割草，测定重金属Cd，Cr，Cu，Pb和Zn的含量变化,其中的水平隔层为20g沸石、45g骨粉或蟹壳粉和20g锯末组成。本发明的试验的结果表明水平隔层铺与土壤至上、堆肥之下，可以阻碍堆肥和土壤中重金属迁移降低渗滤液重金属含量，使草坪植物在化学螯合剂诱导下，增加其吸收堆肥中的重金属的时间和重金属在其体内的富集，并减少重金属向深层土壤的迁移。
文档编号A01G1/00GK102630473SQ20121013484
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, 贾丽娜, 赵树兰 申请人:天津师范大学