專利名稱：采用氨羧螯合劑協(xié)同高羊茅修復(fù)堆肥基質(zhì)重金屬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于垃圾堆肥在城市草坪建植技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，涉及采用氨羧螯合劑協(xié)同高羊茅修復(fù)堆肥基質(zhì)重金屬的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由生活垃圾引發(fā)的環(huán)境污染問(wèn)題已成為社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)之一。隨著我國(guó)人民生活水平的日趨提高，城市生活垃圾產(chǎn)生量也隨之增加。將生活垃圾堆肥用作草坪基質(zhì)，不但可以避開(kāi)食物鏈，同時(shí)又解決了垃圾的出路問(wèn)題。目前，我國(guó)已初步展開(kāi)了將生活垃圾堆肥用于園林綠地基質(zhì)或肥料的科研工作，垃圾堆肥通常以肥料的形式加入土壤，可以改善土壤性質(zhì)，提高草坪草生物量、葉綠素含量等。但垃圾堆肥中含有高濃度的重金屬，在其改善土壤、土壤植物和微生物的同時(shí)，也對(duì)它們產(chǎn)生危害。所以，提出若想將垃圾堆肥應(yīng)用于實(shí)際必須去除其中的重金屬的想法。垃圾堆肥施用過(guò)程中，如何防止或者減少重金屬進(jìn)入土壤和地下水產(chǎn)生，已成為要解決的一大問(wèn)題。園林綠地中的草坪植物具有生長(zhǎng)快的特點(diǎn)，其多用于觀賞和凈化環(huán)境，若將垃圾堆肥作為草坪植物的生長(zhǎng)基質(zhì)，草坪植物會(huì)將其中的重金屬吸收富集，達(dá)到減少堆肥中重金屬污染深層土壤和地下水。垃圾堆肥具有良好的理化性質(zhì)、豐富的養(yǎng)分，是替代土壤作為草坪基質(zhì)的較理想材料。在我國(guó)人口眾多，土地資源相對(duì)貧乏，以垃圾堆肥用作草坪基質(zhì)更具有現(xiàn)實(shí)意義。一些草坪植物能夠在重金屬污染較重的基質(zhì)中生長(zhǎng)，且生長(zhǎng)速度快、再生能力強(qiáng)，在化學(xué)方法和生物方法協(xié)同修復(fù)垃圾堆肥重金屬中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。因此垃圾堆肥作為草坪基質(zhì)的同時(shí)，其重金屬又能得到草坪植物的修復(fù)，這樣既增加了垃圾堆肥的應(yīng)用潛力又提高了其使用的安全性。目前，我國(guó)已初步展開(kāi)了將生活垃圾堆肥用于園林綠地基質(zhì)或肥料的科研工作，垃圾堆肥通常以肥料的形式加入土壤，可以改善土壤性質(zhì)，提高草坪草生物量、葉綠素含量等。但垃圾堆肥中含有高濃度的重金屬，在其改善土壤、土壤植物和微生物的同時(shí)，也對(duì)它們產(chǎn)生危害。所以，提出若想將垃圾堆肥應(yīng)用于實(shí)際必須去除其中的重金屬的想法。垃圾堆肥施用過(guò)程中，如何防止或者減少重金屬進(jìn)入土壤和地下水產(chǎn)生，已成為要解決的一大問(wèn)題。螯合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù)”(chelate-induced phytoremediation),即通過(guò)人工外加螯合劑使被土壤固相結(jié)合的重金屬重新釋放并進(jìn)入到土壤中。目前常用的螯合劑可以分為3大類一是人工合成多羧基氨基酸類螯合劑，如EDTA、DTPA、CDTA等；二是天然多羧基氨基酸類螯合劑，如EDDS、NTA ;三是天然有機(jī)螯合劑，如一些小分子有機(jī)酸，包括檸檬酸、蘋果酸、組氨酸、草酸等；四是無(wú)機(jī)絡(luò)合劑，主要包括硫氰化物、氯化物等。現(xiàn)有技術(shù)研究表明添加EDTA可以顯著提高重金屬在供試草坪植物中的富集量(Duo et al. , 2005)。但利用EDTA協(xié)同植物修復(fù)的同時(shí)，由于EDTA以及EDTA與重金屬螯合形成的復(fù)合物具有很強(qiáng)的溶解性和生物毒性，且在土壤中很難被光、化學(xué)物質(zhì)、以及生物降解，所以很可能會(huì)引起污染深層土壤及地下水污染等環(huán)境問(wèn)題。但是NTA(Nitrilotriacetic acid)氨三乙酸(氨羧螯合劑),在過(guò)去50年一直被應(yīng)用于除垢劑,在分析化學(xué)中用作配位滴定劑和掩蔽劑，在催化動(dòng)力學(xué)分析中常作為活化劑。盡管NTA螯合能力比EDTA要弱，但是和低分子量的有機(jī)酸(檸檬酸、蘋果酸等)相比，仍是一種較強(qiáng)的螯合齊U。因此，低濃度的NTA既可以作為螯合劑促進(jìn)草坪植物對(duì)重金屬的吸收又不會(huì)抑制植物的生長(zhǎng)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種采用氨羧螯合劑協(xié)同高羊茅修復(fù)堆肥基質(zhì)重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行
(I)在直徑為6 cm的培養(yǎng)皿中加入備好的堆肥20 g，在堆肥基質(zhì)中施加濃度為5-20mmol kg—1氨羧螯合劑；其中氨羧螯合劑指的是氨三乙酸(NTA)的鈉鹽。(2)選擇籽粒飽滿的高羊茅種子，每皿50粒；
(3)將播有種子的培養(yǎng)皿置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)萌發(fā)，每天早晚各澆水I次，經(jīng)常調(diào)換各培養(yǎng)皿的位置，保證光照一致，培養(yǎng)期間光照強(qiáng)度為350-800 //moI m_2 s'實(shí)驗(yàn)室溫度為16°C 24°C，相對(duì)濕度為38-55% ；
(4)采用TAS-990原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中各種重金屬的含量。本發(fā)明所述的的堆肥指的是生活垃圾堆肥，風(fēng)干后，過(guò)2 _篩，備用。本發(fā)明優(yōu)選施加氨羧螯合劑的濃度為10-15mmol kg'本發(fā)明更加優(yōu)選施加氨羧螯合劑的濃度為15mmol kg'本發(fā)明進(jìn)一步公開(kāi)了 15-20mmol-kg—1氨羧螯合劑在富集重金屬Cd, Cr, Cu, Pb和Zn方面的應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)對(duì)草坪堆肥基質(zhì)滲漏體系中重金屬富集、淋溶等的研究，系統(tǒng)地探討在NTA強(qiáng)化植物修復(fù)的同時(shí)重金屬淋溶遷移的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并提出相應(yīng)的防治方法。本發(fā)明更加詳細(xì)的制備方法如下
I實(shí)驗(yàn)材料與方法
I.I實(shí)驗(yàn)材料
本實(shí)驗(yàn)選用我國(guó)北方常見(jiàn)的草坪植物，高羊茅arundinacea L.)。培養(yǎng)基質(zhì)為生活垃圾堆肥，風(fēng)干后，過(guò)2 mm篩，備用。堆肥理化性質(zhì)為pH 7. 62，有機(jī)質(zhì)含量12. 12%，全氮5. 18%，有效磷77. 92 mg/kg,全鉀50. 83 g/kg，飽和含水量0. 76 mL/g,容重0. 85 g/mL ;重金屬 Cd、Cr、Cu、Pb、Zn 含量分別為 I. 97,67. 00,238. 73,172. 11 和 496. 38 u g/g。1.2草坪植物培養(yǎng)
在直徑為6 cm的培養(yǎng)皿中加入備好的堆肥20 g0選擇籽粒飽滿的高羊茅種子，每皿50粒，實(shí)驗(yàn)為3次重復(fù)。取NTA的鈉鹽溶于蒸餾水中分別施加在堆肥基質(zhì)中，其處理水平分別為0、5、10、15、20和25 mmol/kg堆肥。將播有種子的培養(yǎng)皿置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)萌發(fā)，每天早晚各澆水I次，經(jīng)常調(diào)換各培養(yǎng)皿的位置，保證光照一致，培養(yǎng)期間光照強(qiáng)度為350-800H mo I nT2 s—1，實(shí)驗(yàn)室溫度為16°C 24°C，相對(duì)濕度為38_55%。
1.3重金屬含量分析
試樣采用微波快速消解系統(tǒng)WX-4000進(jìn)行消化。地上部分準(zhǔn)確稱取烘干至恒重的草樣0. 2g，先將樣品放入標(biāo)準(zhǔn)罐中，加入3 mL HNO3，控制罐中加入4 mL HNO3，檢查密閉性，采用分布消化過(guò)程，調(diào)整消解條件第一步溫度150°C，壓強(qiáng)15 atm，時(shí)間4 min，第二步溫度180°C，壓強(qiáng)為20 atm,時(shí)間4 min，最后消化液用1%的稀HNO3定容到25 mL。滲濾液準(zhǔn)備量取IOml滲濾液，加入3 mL HNO3，控制罐中加入4 mL HNO3，檢查密閉性，采用單步運(yùn)行消化，設(shè)溫度150°C，壓強(qiáng)15 atm，時(shí)間6 min，消化液用1%的稀HNO3定容到50 mL。采用TAS-990原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中各種重金屬的含量。1.4數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)分析采用EXCEL 2003和SPSS 11. 5分析軟件進(jìn)行處理
重金屬富集量=重金屬濃度*生物量干重 2結(jié)果與分析
2.I不同濃度NTA對(duì)重金屬在高羊茅地上部富集的影響
不同濃度的NTA對(duì)高羊茅地上生物量得富集見(jiàn)表1，從重金屬在高羊茅地上部的濃度可以看出隨著NTA濃度的升高，重金屬濃度也呈上升趨勢(shì)，但當(dāng)NTA濃度到達(dá)一定限度的時(shí)候，隨NTA濃度的升高，除了 Pb，其它重金屬濃度反而呈下降趨勢(shì)。Cd，Cr，Cu，Pb和Zn富集濃度最高時(shí)，需NTA濃度分別為15，10，15，25和15 mmol kg_l，分別比對(duì)照提高了 1.0倍，48. 7%，18. 8倍，4. 2倍和6. 4倍。重金屬在高羊茅體內(nèi)的富集與濃度相似，體現(xiàn)為低濃度促進(jìn)NTA促進(jìn)重金屬在植物體內(nèi)富集，NTA濃度升高到一定程度后，除了 Pb外，Cd，Cr，Cu和Zn在植物體內(nèi)的富集量開(kāi)始下降,重金屬的富集均高于對(duì)照。但其中25 mmol kg—1NTA對(duì)Cr的富集與對(duì)照比顯著降低(/7〈0. 05)。表I高羊茅地上部重金屬濃度和富集
權(quán)利要求
1.一種采用氨羧螯合劑協(xié)同高羊茅修復(fù)堆肥基質(zhì)重金屬的方法，其特征在于按如下的步驟進(jìn)行 (1)在直徑為6cm的培養(yǎng)皿中加入備好的堆肥20 g，在堆肥中施加濃度為5-20mmol kg-1氨羧螯合劑； (2)選擇籽粒飽滿的高羊種子，每皿50粒； (3)將播有種子的培養(yǎng)皿置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)萌發(fā)，每天早晚各澆水I次，經(jīng)常調(diào)換各培養(yǎng)皿的位置，保證光照一致，培養(yǎng)期間光照強(qiáng)度為350-800 //moI m_2 s'實(shí)驗(yàn)室溫度為16°C 24°C，相對(duì)濕度為38-55% ； (4)采用TAS-990原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中各種重金屬的含量。
2.權(quán)利要求I所述的方法，其中的堆肥指的是生活垃圾堆肥，風(fēng)干后，過(guò)2_篩，備用。
3.權(quán)利要求I所述的方法，其中施加氨羧螯合劑的濃度為10-15mmol kg'
4.權(quán)利要求I所述的方法，其中施加氨羧螯合劑的濃度為15mmol kg'
5.權(quán)利要求I所述的方法，其中氨羧螯合劑指的是氨三乙酸(NTA)鈉鹽。
6.權(quán)利要求I所述15-20mmol kg-1氨羧螯合劑在富集重金屬Cd, Cr, Cu, Pb和Zn方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及采用氨羧螯合劑協(xié)同高羊茅修復(fù)堆肥基質(zhì)重金屬的方法，它是在直徑為6cm的培養(yǎng)皿中加入備好的堆肥20g，在堆肥基質(zhì)中施加濃度為5-20mmol·kg-1氨羧螯合劑；然后選擇籽粒飽滿的高羊茅種子，每皿50粒；將播有種子的培養(yǎng)皿置于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)萌發(fā)，每天早晚各澆水1次，經(jīng)常調(diào)換各培養(yǎng)皿的位置，保證光照一致，培養(yǎng)期間光照強(qiáng)度為350-800μmol□m-2□s-1，實(shí)驗(yàn)室溫度為16℃~24℃，相對(duì)濕度為38-55%；采用TAS-990原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其中各種重金屬的含量。從本實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，高羊茅地上部，10mmol·kg-1對(duì)Cr，15mmol·kg-1對(duì)Cd、Cu和Zn，20mmol·kg-1對(duì)Pb的富集最大。所以在選擇NTA濃度的時(shí)候要根據(jù)不同的植物的富集重金屬的不同而變化。
文檔編號(hào)A01G1/00GK102640647SQ20121013485
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者多立安, 賈麗娜, 趙樹蘭 申請(qǐng)人:天津師范大學(xué)