专利名称：重金属污染土壤修复植物材料的沼气发酵利用技术的制作方法
技术领域：
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及重金属污染土壤修复植物材料产后处置技术。
背景技术：
近20年来，国内外在重金属污染土壤植物修复方面的研究得到迅猛发展。在超积累植物发掘、植物吸收富集土壤重金属机理、植物耐重金属胁迫的生理与分子机制、转基因植物、化学诱导强化修复、微生物(植物生长益生菌、菌根真菌、内生菌等)辅助植物修复、野外修复试验等方面已有很多研究投入并取得大量科研成果。植物修复是一个长期过程，由此产生出大量富含重金属的植物材料，如何合理处置这些修复植物必将成为植物修复研究中迫切需要解决的关键科学问题。近几年，国内外也陆续开展了修复植物的产后处置研究。修复植物的产后处置大致可分为:(I)直接填埋:方法简单，但需大量填埋场所。(2)堆置腐熟:将铜污染土壤修复植物海州香薷进行堆肥处理并加以利用，该方法被证明是一种资源化再利用的好方式。在堆置过程中需要关注浙出液重金属的淋滤。富含As的蜈蚣草在堆置过程中存在As的浙出。(3)焚烧:对蜈蚣草和富含CcUPb的野生植物铁芒萁进行焚烧处置，可使植物灰分残留量降到10%以下，但金属随烟气散发会导致二次污染。(4)高温分解:国内外对该方法的研究关注度相对较高。植物在厌氧高温处理中产生的焦气和生物油可以资源化再利用，但该方法取决于金属挥发性大小，需要高额的安装、调试和运行费用。(5)化学萃取:利用化学试剂直接从植物内提取重金属，可显著降低植物体内重金属含量。(6)直接利用:可将某些修复植物转化为动物强化饲料(如富Se强化饲料)。(7)植物冶金:可从植物灰分里提取Ni，Au等金属。但上述一些建议方案尚缺少直接的实验数据。重金属污染类型以及用于修复的植物种类繁多，有必要针对不同类型的污染材料摸索出合适的产后处置方法，这也将成为今后植物修复研究新的热点。沼气发酵是指植物秸杆、人畜粪便等有机物料在厌氧条件下被沼气发酵微生物分解转化并产生沼气的过程。沼气发酵技术相对成熟，目前已成为解决我国农村秸杆和粪便处置并进行资源化利用的最有效手段。自上世纪70年代，我国大力开发户用沼气池。以江苏省为例，目前全省户用沼气池达42万处，年处理废弃物600多万吨(江苏省农委资料)。修复植物材料与用于沼气发酵的作物秸杆性质相似，Thewys等在其评述文章中从经济层面分析了利用能源植物玉米进行沼气发酵的可行性。但目前尚未发现利用重金属污染土壤收获的植物材料进行沼气发酵的直接实验数据。沼气发酵残留物(沼渣和沼液)中除含有大量N、P、K等常量元素外，还有多种微量元素，富含有机质、腐植酸及植物生长物质，养分结构易于被植物吸收。发酵残留物在改善植物生长、提高植物抗性、改良土壤等方面都具有重要作用。我国盐碱土资源丰富，改良和利用盐碱土一直是科技界十分关注的重大课题。以江苏为例，沿海海堤内已围待垦的海涂有20多万hm2，堤外海涂有40 多万hm2，每年还以0.13万hm2左右的速度向外淤进。盐碱土壤有机质缺乏、营养贫瘠、盐害严重，利用生物措施对盐溃土进行生态修复是最具生态效益和经济效益的改良措施之一。蔡阿兴等利用沼渣和沼液对河南封丘砂壤质碱土进行改良，发现沼肥对提高碱土养分含量，改善土壤物理性状和提高农作物产量等方面均有积极意义。而富含重金属的植物材料经过发酵后产生的沼渣、沼液应用于滨海盐碱土改良的可行性以及改良效果尚未有研究报道。
发明内容
本发明的目的是利用厌氧发酵技术对重金属污染土壤修复植物材料进行发酵，探索厌氧发酵应用于重金属污染土壤修复植物材料后处理的可能性。本发明的技术解决方案为一种重金属污染土壤修复植物材料的处理方法，其特征是将重金属污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，并将发酵后的沼液、沼渣作为肥料施加于缺铜的土壤。有益效果本发明采用厌氧发酵技术，将重金属污染土壤修复植物材料进行发酵处理，环保，安全，且对环境无污染，还能解决能 源和肥源问题。厌氧发酵产生的沼气可作为清洁能源利用；沼气发酵后的沼渣、沼液经安全评估后作为有机肥应用于盐碱土改良。沼气发酵后沼液还可用于浸种、叶面肥、饲料添加剂等使用。
图1不同铜浓度油菜厌氧发酵的日产气量图2不同铜浓度油菜厌氧发酵的累积产气量图3不同修复植物材料厌氧发酵的日产气量图4不同修复植物材料厌氧发酵的累积产气量
具体实施例方式实施例1:发酵物料基本理化性质的测定新鲜采集的植物材料，洗净，晾干，采用沼气常规分析方法测定总固体含量(TS)、挥发性固体含量(VS)。将植物材料80°C烘干，地上部粉碎后过100目筛，用于有机碳、全氮和铜含量的测定。有机碳含量采用重铬酸钾氧化-外加热法；全氮采用H2SO4-H2O2消煮，蒸馏定氮法；铜含量采用原子吸收光谱法测定。测定的结果见表1:表I厌氧发酵底物的基本理化性质
发酵原料TS/%VS/% TOC/g.kg-1 K-N/g-kg1 Cu/mg-kg1
油菜85.0171.37431.816.027.6
月见草81.9869.52427.713.024.6
海州香薷87.4372.13530.75.2102.3
接种物6.573.17———实施例2植物材料铜浓度对厌氧发酵的影响
根据相关文献报道，重金属对厌氧发酵有抑制作用，因此，本发明以不同铜浓度对厌氧发酵的影响进行评价，评价内容包括日产气量和累积产气量。对植物样品分别添加不同浓度CuSO4 5H20，使植物材料铜含量分别为27.6、100、500、1000、5000mg kg' (表2)并以尿素为氮源调节C/N比为25: 1，加水调节各发酵灌的TS含量为12%。将风干的修复植物材料35g装入700mL的发酵罐，发酵罐的有效容积为500mL，然后进行发酵试验，发酵周期为50天，37°C水浴培养。采用排水收集法计量产气量，并每日定时测定。表2试验方案
权利要求
1.一种重金属污染土壤修复植物材料的处理方法，其特征是将重金属污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，并将发酵后的沼液、沼渣作为肥料施加于营养元素亏缺的土壤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的植物材料是油菜、月见草、玉米、海州香薷等污染土壤的修复植物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的重金属污染元素是铜、锌等植物必需营养 兀素。
全文摘要
本发明属于环境污染治理技术领域，涉及重金属污染土壤修复植物材料的产后处置和利用技术。本发明的技术特征是将铜污染土壤修复植物材料进行厌氧发酵，可以获得清洁的生物能源，同时发酵后的沼液、沼渣可以作为肥料施加于缺铜地区(如盐碱地)的土壤，改善植物的生长。沼液还可用于浸种、叶面肥、饲料添加剂等使用。技术可以转让给污染修复公司。发酵后的沼渣、沼液可以作为产品销售。
文档编号C05F5/00GK103074379SQ20121042918
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月1日 优先权日2012年11月1日
发明者陈亚华, 曹泽韦, 沈振国, 夏妍, 王桂萍 申请人:南京农业大学