专利名称：增效草坪植物修复城市生活垃圾堆肥重金属复合污染方法
技术领域：
本发明涉及环境污染修复工程技术领域，特别是一种增效草坪植物修复城市生活垃圾堆肥重金属复合污染方法。通过施配EDTA，增加草坪草对城市生活垃圾堆肥基质中重金属的抽提作用，使草坪草所起的作用相当于重金属超富集植物的作用。本发明的应用不仅可重振垃圾堆肥产业，而且对重金属污染区域的草坪草络合修复提供科学依据。
背景技术：
城市生活垃圾(下称垃圾)引发的污染已成为世界性的严重环境问题，使垃圾资源化利用受到国际社会的普遍关注。我国垃圾历年的堆存量已超60亿吨，资源化利用则低于5％，绝大多数垃圾处于闲置混乱堆放状态。
垃圾堆肥是资源化利用的一个重要途径。在过去的20年里，垃圾堆肥农用比较普遍。近些年来，重金属毒性效应问题研究受到了普遍重视。重金属污染物在环境中稳定，对生物毒性大。为此，人们也开始意识到垃圾堆肥中含有大量重金属，可在作物中富集，并最终进入食物链富集，危害人类健康。
我们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，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，从而说明了垃圾堆肥中的重金属复合污染可能是其作为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。因此，对垃圾堆肥中的重金属修复方法的研究具有特别重要的意义。
尽管有关植物对重金属的修复作用的研究已有广泛报道，但这些研究结果表明绝大多数植物地上部分对重金属的富集能力往往要比地下部分弱得多。此外，在研究中人们还发现自然界中有一些植物对土壤中的某一类重金属有极强的富集能力，我们可称其为重金属的超富集植物。需要指出的是超富集植物在基质重金属的修复过程中，也存在着很大的问题，如超富集植物地上部生物量少，其生长缓慢，对重金属有专一选择吸收等缺点，对重金属复合污染的基质的修复效果较差。
EDTA(乙二胺四乙酸二钠盐)具有较强的金属络合能力，常被用做有机络合态金属的提取剂。在土壤污染治理中，施配EDTA，可提高植物对重金属的吸收、累积，从而提高植物修复效率和缩短修复周期。草坪在降低污染，保护环境方面具有特殊的生态意义。草坪草具有适应力强，生长速度快，再生性强，地上部产量高等优点。通过刈割草坪草移去大量地上生物量，可像“抽提泵”一样，能逐步抽出基质中的重金属。刈割下来的富含重金属的草坪草可进行安全填埋，或经一定方法，将重金属提取出来加以利用。
如果通过施配EDTA，能增加草坪草对垃圾堆肥基质中重金属的抽提作用，使草坪草的作用就相当于最好的超富集重金属植物；那么，在实际应用中，与其它植物相比，草坪草能更有效地达到对基质重金属的修复作用。这一技术不仅可从振垃圾堆肥产业，而且对重金属污染区域的草坪草络合修复提供科学依据。
发明内容
本发明的目的在于提出一种增效草坪植物修复城市生活垃圾堆肥重金属复合污染方法。它是通过施配EDTA，增加草坪草对城市生活垃圾堆肥基质中重金属的抽提作用，使草坪草成为超富集重金属的植物。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，而且对重金属污染区域的草坪草络合修复也能提供科学依据。
本发明包括如下步骤1)对重金属污染的城市生活垃圾堆肥，进行过筛(1厘米×1厘米的筛子)分选，以备作草坪草培养基质。
2)将草坪草多年生黑麦草(拉丁名为Lolium perenne.L)或高羊茅(拉丁名为Festuca arundinacea.L)草坪草种子均匀播种在垃圾堆肥基质上，播种密度分别为35.0g/m2-40.0g/m2；黑麦草播种密度为35.0g/m2，高羊茅播种密度为40.0g/m2。
3)在播种同时至草坪草刈割前的期间，将乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)施配到基质中，施配5-30mmol/kg；优选的EDTA施配剂量为每千克垃圾堆肥在15mmol-35mmol/kg之间。施配EDTA的时间可选择在草坪草生长的后期，刈割的前10天施配到基质中。
4)草坪草栽培应保持基质有较好的水分，其它按通常草坪草坪管理要求进行。
5)待草坪草植物生长到一个半月至三个月，对草坪草地上部进行刈割，测定草坪草中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb重金属的含量；并对堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的重金属含量进行分析。其方法用电感偶合等离子体原子发射光谱进行测定分析(ICP-AES法)。
6)刈割下来的富含重金属的草坪草晒干、并转移至其它地方集中焚烧，进行安全填埋，或将重金属提取出来加以利用。
所述的EDTA施配剂量可选择(1)草坪草生长期间种植黑麦草生长1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应最佳施配剂量分别为20、30、20、30、20、10及20mmol/kg。
种植高羊茅生长1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应最佳施配剂量分别为10、20、10、10、10、10及10mmol/kg。
(2)播种草坪草期间播种黑麦草，所述的施配EDTA的量为堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为30、30、30、30、20、30及10mmol/kg；播种高羊茅，所述的施配EDTA的量为堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为30、20、20、20、20、10及10mmol/kg。
EDTA在播种同时施配到堆肥基质中，其草坪草富集重金属的能力最强。同时施配低浓度的EDTA还会对草坪草的生长起到促进作用；当EDTA施配浓度超过15mmol/kg时，草坪草的生长受到一定的限制，但草坪草富集重金属能力则得到显著的增加(见图1)。
EDTA的修复剂量及草坪草较适宜修复垃圾堆肥中的重金属。两草种对垃圾堆肥中的重金属有着较高的耐性，并在垃圾堆肥中能正常生长(见图1，黑麦草从左至右依次施配EDTA的量0，5mmol/kg，10mmol/kg，15mmol/kg，草坪草地上部生长状态；高羊茅也与此一致)。施配EDTA的两草种对重金属的富集能力大幅度地增加。
本发明施配EDTA，加强草坪植物对重金属的富集能力，并利用草坪植物具有强大的再生性能，来修复堆肥垃圾中重金属复合污染，效果是十分有效的。因此，选用草坪草修复堆肥垃圾基质中的重金属污染，可在草坪草刈割几茬之后，可逐步抽提基质中的重金属，起到植物修复作用。这不仅直接为堆肥垃圾中重金属复合污染草坪草修复及实现垃圾资源化利用提供科学依据，而且还可为重金属污染区的草坪草修复提供参考与借鉴。
本发明工艺简单，成本低；对重金属复合污染垃圾堆肥的修复效果好；能较好地适用于大规模重金属复合污染垃圾堆肥的治理。
图1在播种同时施配EDTA到堆肥基质中，黑麦草的生长动态。
图2播种同时实配EDTA时，不同剂量EDTA黑麦草对重金属的富集量。
图3播种同时实配EDTA时，不同剂量EDTA高羊茅对重金属的富集量。
具体实施例方式实施例1对取自天津市小淀垃圾处理厂的堆肥垃圾，进行过筛分选(1厘米×1厘米的筛子)，并放入烘箱内，80℃条件下烘干至恒重，以备作草坪草培养基质。用ICP-AES法对堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb等重金属含量进行分析(结果见表1)。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)为草坪草对堆肥垃圾基质重金属抽提的螯合剂。草坪草种选用我国东北、西北及华北地区广泛采用的高羊茅和多年生黑麦草。
草坪草培养堆肥垃圾基质用量为30g，培养容器为直径为10cm的培养皿。两种草坪草种子播量均为100粒。EDTA施配量处理水平分别为0、10.0、20.0、30.Ommol/kg，并在播种后的26天，施配到基质中。实验为3次重复。草坪草培养于实验室实验台上进行，光线为射入到室内的自然光，强度为1800-20001勒克斯，温度为16℃-30℃，相对湿度为40％-70％。每天统一定量给水，以保持草坪草培养基质有较好的水状况。
从播种开始，至第53天，刈割草坪草地上部。将刈割草坪草剩余的草样在80℃条件下烘干约lO小时可至恒重。草坪草重金属含量测定方法同样用ICP-AES法，测定的重金属包括Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb。施配EDTA的两草种对重金属的富集能力成大幅度地增加(施配EDTA后，草坪草对重金属富集力所增加富集倍数＝施配EDTA下草坪草对重金属的富集系数/无EDTA下草坪草对重金属的富集系数)。
表1.垃圾堆肥本底中重金属元素含量(ug/g)
实施例1的实验结果表明在不施配EDTA，两种草坪草富集重金属的能力都相对较低。施配EDTA，两种草坪草对重金属的富集能力明显增加。施配EDTA黑麦草对每一个重金属的富集能力均得到大幅度地增强，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加富集倍数分别为4.68、1.73、6.56、7.19、3.65、9.68及11.17倍。施配EDTA高羊茅对每一个重金属的富集能力也在不同程度上得到提高，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加倍数分别为6.15、1.47、5.43、4.44、5.24、1.33及2.86倍。尽管两草种在施配EDTA后，对各重金属的富集能力均得到明显加强，但施配EDTA对黑麦草效果优于高羊茅。
值得一提的是，同时施配，低浓度的EDTA还会对草坪草的生长起到促进作用；当EDTA施配浓度超过15mmol/kg时，草坪草的生长受到一定的限制，但草坪草富集重金属能力则得到显著的增加。
实施例2(具体方法同实施例l，但EDTA施配的时间不同)对取白天津市小淀垃圾处理厂的堆肥垃圾，进行过筛分选，并放入烘箱内，80℃条件下烘干至恒重，以备作草坪草培养基质。用ICP-AES法对堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb七种重金属含量进行分析。以乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)为草坪草对堆肥垃圾基质重金属抽提的螯合剂。草坪草种选用我国北方通常采用的高羊茅和多年生黑麦草。
草坪草培养，堆肥垃圾基质用量为30g，培养容器为直径为lOcm的培养皿。两种草坪草种子播量均为100粒。两种草坪草EDTA施配剂量均为O、10.0、20.O、30.Ommol/kg。EDTA在播种同时施配到基质中。实验为3次重复。草坪草培养于实验室实验台上进行，光线为射入到室内的自然光，强度为1800-20001勒克斯，温度为16℃-30℃，相对湿度为40％-70％。每天统一定量给水，以保持草坪草培养基质有较好的水状况。
从种子萌发开始，至第47天，刈割草坪草地上部。将刈割草坪草剩余的草样在80℃条件下烘干约10小时可至恒重。草坪草重金属含量测定方法同样用ICP-AES法，测定的重金属包括Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb。
施配EDTA两草种对重金属的富集能力均得到明显的加强(见图2、图3)。图2播种同时实配EDTA时，不同剂量EDTA黑麦草对重金属的富集量。图3播种同时实配EDTA时，不同剂量EDTA高羊茅对重金属的富集量。施配EDTA黑麦草对每一个重金属的富集能力均得到大幅度地增强，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加富集倍数分别为26.23、7.27、20.03、12.76、10.49、46.88及31.68倍。施配EDTA高羊茅对每一个重金属的富集能力均在不同程度上得到提高，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb增加倍数分别为15.51、4.01、5.19、6.69、11.65、1.27及1.57倍。尽管两草种在施配EDTA后，对各重金属的富集能力均得到明显加强，但施配EDTA对黑麦草效果优于高羊茅。
通过上述两个实施例表明堆肥垃圾中某些重金属复合污染问题比较严重。尽管有关草坪草植物对重金属的修复作用已有一些报道，但这些研究结果多数为植物地上部分对重金属的富集能力要比地下部分弱得多。与其它超富集植物相比，草坪植物具有适应力强，生长速度快，再生性强，地上部产量高等优点。选用草坪草修复堆肥垃圾基质中的重金属复合污染，可在草坪草刈割几茬之后，可逐步抽提基质中的重金属，起到植物修复作用。刈割下来的富含重金属的草坪草可进行安全填埋，或经一定方法，将重金属提取出来加以利用。本研究结果表明施配EDTA，加强草坪植物对重金属的富集能力，对修复堆肥垃圾中重金属复合污染，效果是十分有效的。这项研究不仅直接为堆肥垃圾中重金属复合污染草坪草修复及实现垃圾堆肥利用提供依据，而且还可为重金属复合污染区的草坪草修复提供借鉴。
权利要求
1.一种增效草坪植物修复城市生活垃圾堆肥重金属复合污染方法，其特征在于包括如下步骤1)予处理重金属复合污染的城市生活垃圾堆肥，进行过筛分选，以备作草坪草培养基质；2)将草坪草多年生黑麦草或高羊茅草坪草种子均匀播种在垃圾堆肥基质上，播种密度分别为35.0g/m2-40.0g/m2；3)在播种同时至草坪草刈割前的期间，将乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)施配到垃圾堆肥基质中，施配5-30mmol/kg；4)草坪草栽培保持基质的水分，其它按通常草坪草坪管理要求进行；5)待草坪草植物生长到一个半月至三个月，对草坪草地上部进行刈割，测定草坪草中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb重金属的含量；并对堆肥垃圾本底Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的重金属含量进行分析；6)刈割下来的富含重金属的草坪草晒干、并转移至其它地方集中焚烧，进行安全填埋，或将重金属提取出来加以利用。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在草坪草生长的后期，刈割的前10天施配EDTA到基质中。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配剂量为每千克垃圾堆肥在15mmol-35mmol/kg之间。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配剂量为种植黑麦草生长1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为20、30、20、30、20、10及20mmol/kg。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的EDTA施配剂量为种植高羊茅生长1-1.5月，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为10、20、10、10、10、10及10mmol/kg。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的播种时施配EDTA的量为种植黑麦草，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为30、30、30、30、20、30及10mmol/kg；
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的播种时施配EDTA的量为种植高羊茅，堆肥垃圾本底含Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd及Pb，对应施配剂量分别为30、20、20、20、20、10及10mmol/kg。
全文摘要
本发明涉及一种增效草坪植物修复城市生活垃圾堆肥重金属复合污染方法。在播种时至草坪草刈割前的期间，将乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)施配到垃圾堆肥基质中，施配5－30mmol/kg；通过施配EDTA，增加草坪草对城市生活垃圾堆肥基质中重金属的抽提作用，使草坪草所起的作用相当于重金属超富集植物的作用。本发明的应用不仅可重振垃圾堆肥产业，实现垃圾堆肥更有效地资源化利用，而且对重金属污染区域的草坪草络合修复提供科学依据。
文档编号C05F9/00GK1709834SQ20051001353
公开日2005年12月21日 申请日期2005年5月20日 优先权日2005年5月20日
发明者多立安, 赵树兰 申请人:天津师范大学