一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310178150.7	申请日：	2013.05.15
公开号：	CN103272833A	公开日：	2013.09.04
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):B09C 1/00申请日:20130515授权公告日:20141126终止日期:20150515\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):B09C 1/00申请日:20130515\|\|\|公开
IPC分类号：	B09C1/00; C01B31/02(2006.01)N	主分类号：	B09C1/00
申请人：	天津师范大学
发明人：	多立安; 赵树兰; 沈志平
地址：	300387 天津市西青区宾水西道393号
优先权：
专利代理机构：	天津市杰盈专利代理有限公司 12207	代理人：	朱红星
PDF下载：	PDF下载

内容摘要

本发明公开一种采用生物质炭协同络合剂和草坪植物联合修复污泥基质中重金属的方法。其中络合剂为10mmol·kg-1DTPA和10mmol·kg-1EDTA。所述的生物炭来源于0.01-0.1mm农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品。本发明利用农业生产的废弃物（主要成分秸秆、锯末）制备成的具有广阔应用前景的环境友好型吸附剂生物炭，为有机废物的循环利用探索新的途径，研究生物炭在加入不同的络合剂的条件下，对重金属的吸附特性，并以及模拟降水条件下，认识重金属的淋溶特征，为污泥重金属污染治理应用提供技术支持。

权利要求书

权利要求书
1. 一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)将土壤和风干污泥以1:2的比例混合成培养基质；0.01‑0.1 mm粒径生物炭备用；
(2)将生物炭与培养基质按重量份数比为1:20和1:40两个比例均匀混合，分别装入PVC管，PVC管管底部固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；
（3）待基质装完后，管中均播种0.6 g黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%；种植期间室内的温度和相对湿度分别为16‑25°C和36‑57%，光照强度为450‑700 μmolm‑2s‑1；
（4）播种30 d后，将浓度分别为10 mmol·kg‑1 DTPA和10 mmol·kg‑1EDTA水溶液施于基质表面，10 d后将草刈割，留1 cm茬，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150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d后将浓度分别为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA水溶液，直接施于基质表面，10 d后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；
（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；
所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为0.31 μg·g‑1、0.875 μg·g‑1、40 μg·g‑1、33.25 μg·g‑1、375.62 μg·g‑1；
所述的人工雨水指的是：用(NH4)2SO4、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0.78 mg·L‑1的雨水，并用HCl调配pH为5.59‑5.61。

2. 权利要求1所述生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属方法在制备促进黑麦草的生长降低重金属对于地下水污染方面的应用。

说明书

说明书一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，涉及络合剂强化植物修复污染土壤的研究，特别是一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法。
背景技术
污泥资源化利用即通过各种物理、化学及生物等方法与工艺，以改善污泥的组成成分与部分性质，使污泥中有价值的组分，或直接或重组或转化为其他能量形式而被回收利用。城市污泥资源化技术主要为土地利用、污泥燃料化和建材利用。污泥中含有大量的无机物质，约占20%‑30%，主要是硅、铁、铝和钙。因而可以利用污泥为原材料生产建材制品和水泥等，利用污泥的土质成分，烧制砖瓦等。
污泥堆肥化利用，会增加利用成本；因此，风干污泥直接利用，应具有重要的价值。但无论如何，污泥中的重金属是其安全利用的限制因素。
重金属是限制污泥大规模土地利用的最重要的因素，施用城市污泥的化学组成因污水来源而异，一般或多或少的含有一定量的Cu、Zn、Pb、Ni、Hg、Cr和Cd等重金属，如果长期施用，可能通过食物链危害人体健康，针对污泥中的重金属特点其处理通常有两种方法:一是污泥中重金属的去除，二是污泥中重金属的固化。对于污泥中重金屈的研究，已经成为国内环保行业的研究热点之一。污泥中重金属的去除主要包括：重金属沥滤，植物修复等方法。
施用城市污泥对草坪植物生长以及质量的提高有明显促进作用。污泥施用于黑麦草草坪绿地，改善了土壤理化性质，土壤中全氮、速效氮、全磷、速效磷和有机质含量随着污泥施用量的增加而增加，土壤容重下降。施用等量氮、磷化肥土壤中速效氮、磷的含量增加，且增幅大于施污泥，而有机质和容重无变化。且植物的根际作用能够改变植物根部周围的土壤环境，进而能对重金属的形态分布产生显著影响。施用城市污泥可以改善土壤的理化性质，提高草坪植物的产量和品质，但是如果施用不当也能对环境造成不良影响，重金属含量超标在很大程度上限制了其应用，在污泥施用过程中也存在生物富集问题，如降低重金属污染的毒害效应，如何对城市污泥进行修复是城其在实际应用中应首要解决的问题。
生物质炭（biomass一derived black carbon或bioehar）是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，属于广义概念上黑炭（black carbon）的一种类型，高温干馏分离了生物质中的可燃烧气体，只剩下含炭量丰富的生物炭。常见的生物质炭包括木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，但对于协同络合剂修复城市污泥还鲜见报道。中国是农业大国，有丰富的秸秆资源，但是目前对其处置方式依然滞后，大量秸秆被废弃于田间或直接焚烧，这既造成大量的生物质能源的浪费，也给环境带来严重污染。目前，如何合理利用这些农业废弃物成为人们关注的热点。因此，本技术利用生物质炭协调草坪植物修复污泥重金属，将具有重要的应用价值和前景。
发明内容
本发明公开了一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)将土壤和风干污泥以1:2的比例混合成培养基质；0.01‑0.1 mm粒径生物炭备用；
(2)将生物炭与培养基质按重量份数比为1:20和1:40两个比例均匀混合，装入PVC管，PVC管管底部固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；
（3）待基质装完后管中均播种0.6 g黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为16‑25°C和36‑57%，光照强度为450‑700 μmolm‑2s‑1。
（4）播种30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和10 mmol·kg‑1EDTA的水溶液，分别直接施于基质表面，10 d后将草刈割，留1 cm茬，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150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA的水溶液，分别施于基质表面，10 d后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；
（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；
所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为0.31 μg·g‑1、0.875 μg·g‑1、40 μg·g‑1、33.25 μg·g‑1、375.62 μg·g‑1；
所述的人工雨水指的是：用(NH4)2SO4、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0.78 mg·L‑1的雨水，并用HCl调配pH为5.59‑5.61。
本发明进一步公开生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属方法在制备促进黑麦草的生长降低重金属对于地下水污染方面的应用。
本发明利用农业生产的废弃物（主要成分秸秆、锯末）制备成的具有广阔应用前景的环境友好型吸附剂生物炭，为有机废物的循环利用探索新的途径，研究生物炭在加入不同的络合剂的条件下对重金属的吸附特性，以及模拟降水条件下重金属的淋溶特征，为其在重金属污染治理方面的应用提供技术支持。
1材料与方法
1.1 实验材料
选用多年生黑麦草（Lolium perenne ）；污泥采自天津纪庄子污水处理厂，自然条件下风干。供试土壤取自天津师范大学实验地0－20 cm深的表层土。污泥和园土经风干后分别过2 mm筛备用。污泥（sewage sludge，简称SS）取自天津纪庄子污水处理厂，其理化性质为含水率为6.2%，pH 6.8，总氮为3.65%，总磷为1.64%，总炭为29.33%，钾、钙、镁营养金属元素含量分别为17235.5 mg/kg、22614 mg/kg和2440 mg/kg，重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为3.23μg·g‑1、8.75μg·g‑1、180μg·g‑1、246μg·g‑1、1189μg·g‑1。
生物炭来源于农田废弃物（秸秆）和锯削制成的成品，粒径为0.01‑0.1 mm，其Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为0.31 μg·g‑1、0.875 μg·g‑1、40 μg·g‑1、33.25 μg·g‑1、375.62 μg·g‑1。
土壤的理化性质为：pH 8.30，有机质含量4.68%，全氮0.21%，全磷22.03 mg·kg‑1，饱和含水量0.58 ml·g‑1，其重金属Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的背景值分别为0.18、2.13、9.33、5.75和35.57 μg·g‑1。
1.2 人工雨水制备
根据调查全天津市降水pH值范围为4.00‑8.24，年均值为5.59，属酸性降水。本实验用(NH4)2SO4、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0.78 mg·L‑1的雨水，并用HCl调配pH为5.59。
1.3草坪基质风干污泥利用与生物炭的设置
土壤耕层为0‑20 cm的表层土。本实验模拟以土壤和风干污泥混合基质培养草坪草。制备高为20 cm直径为7.5 cm的PVC管18根，总土柱质量750 g，将土和风干污泥以1:2的比例混合成培养基质，实验设生物炭（粒径选用0.01‑0.1 mm，）和土壤污泥混合基质质量比例1:20和1:40两个比例，1:20的培养基质的制作为5000 g的土、2500 g的风干污泥和375 g的生物炭均匀混合后在6个PVC管中每个管装入750 g；1:40的培养基质的制作过程为5000 g的土、2500 g的风干污泥和187.5 g的生物炭均匀混合后在6个PVC管中每个管中也装入750 g，对照组为不加生物炭的6个PVC管，每个管装入750 g的污泥和土壤的混合基质，所有管底部都固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有锥形瓶接渗滤液。实验选用络合剂的浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA 。各处理组为（1）添加1:20生物炭+DTPA（Ⅰ）（2）添加1:40生物炭+DTPA（Ⅱ）（3）DTPA不加生物炭（Ⅲ）（4）添加1:20生物炭+EDTA（Ⅳ）（5）添加1:40生物炭+EDTA（Ⅴ）（6）EDTA不加生物炭（Ⅵ）。不加生物炭的处理（Ⅲ）和处理（Ⅵ）为对照组，待基质装完后管中均播种0.6 g高羊茅种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为16‑25°C和36‑57%，光照强度为450‑700 μmolm‑2s‑1。
播种30 d后，将浓度分别为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA溶于蒸馏水中然后施于基质表面。10 d后将草刈割（一茬草共生长40 d），留1 cm茬。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。刈割第二天用150 mL人工雨水（相当于34.0 mm的降水量）进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次。三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀。待植物二茬草生长30 d后将浓度分别为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA溶于蒸馏水中然后施于基质表面。10 d后将草刈割（二茬草共生长40 d）不留茬，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。刈割第二天用150 mL人工雨水（相当于34.0 mm的降水量）进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次。三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀。待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量。
1.4 重金属含量分析
重金属含量的测定：准确称取0.1 g左右干草样品，用硝酸：高氯酸：硫酸（8∶1∶1）消解后，所得溶液用蒸馏水定容至25 mL，淋洗液量取5 mL用HNO3和HClO4在120‑140°C下消化，所得溶液用蒸馏水定容到50 mL，最后利用TAS‑990原子吸收分光光度计测定消化液中重金属（Cu、Cd、Cr、Pb和Zn）含量。
1.5 数据分析
采用SPSS11.5软件Duncan法对所得数据进行多组样本间差异显著性分析。
2 研制结果与分析
2.1不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草地上生物量及株高的影响
不同比例的生物炭协同10 mmol·kg‑1 DTPA、EDTA对黑麦草地上部产量及株高的影响见表1。与对照相比，在加入生物炭后促进了黑麦草地上部产量的积累，表明黑麦草能够在受多种重金属污染的基质中生长，且1:20的处理组明显高于1:40的处理组，此外，二茬草地上生物量明显小于一茬草的地上生物量，表明连续的施用络合剂会对黑麦草产生毒害作用，二茬草中生物炭对黑麦草地上生物量影响不显著，不同络合剂处理间差异不显著。对于一茬黑麦草株高的影响在炭泥比为1:20的处理组的株高明显高于1:40及未加生物炭组，DTPA、EDTA表现一致，二茬草中株高在个各处理组中表现不明显，且二茬草的株高略低于一茬草。
表1 不同处理对黑麦草植株生物量及株高的影响

注：同行数据中不同字母表示差异显著P<0.05。
2.2不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草重金属富集的影响
不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草重金属富集的影响见表2，施加生物炭对Cd、Cr、Cu、Pb和Zn地上部的浓度均有显著降低（P<0.05），且施加1:20的生物炭对Cd、Cr、Cu、Pb和Zn这5种重金属在黑麦草地上部富集浓度有明显抑制作用，一茬草中加入DTPA 、EDTA及炭泥比为1:20的处理组中与其对照相比的Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别降低了60.49%和66.67 %、14.19%和21.92%、22.49%和33.18%、63.31%和49.39%、14.40%和29.72%；一茬草中加入DTPA、EDTA及炭泥比为1:40的处理组中与其对照相比的Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别降低了14.81%和46.42%、3.76%和3.28%、2.99%和13.16%、29.54%和23.04%、8.41%和15.47%。从表3可以看出不同处理下的黑麦草对重金属富集量的趋势，各重金属元素在不同处理下的富集在黑麦草中总富集量表现不一，总体来看在EDTA处理下的富集量要好于DTPA，且生物炭的加入可以降低黑麦草地上部对Cd和Pb的富集量，但却对Cr的富集量无显著影响，在DTPA处理下加入生物炭还能提高对Cu和Zn的富集量，但这两种重金属在EDTA处理下无显著变化。
在二茬草中加入DTPA 及EDTA及炭泥比为1:20的处理组中与对照相比的Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别降低了62.78%和78.99 %、37.44%和21.62%、17.42%和11.25%、51.65%和64.66%、37.35%和35.85%。施加炭泥比为1:20的生物炭对重金属在黑麦草地上部的抑制作用高于1:40组，且各个处理组施加1:40的生物炭黑麦草地上重金属含量与对照组差异不显著。络合剂的连续施用对黑麦草的地上部分重金属的积累效果明显，一茬草各个处理的重金属含量与二茬草相比都明显高于二茬草的含量。各个处理一茬草与二茬草其体内重金属含量相比炭泥比1:20组对于Cd和Pb的吸附效果明显好于其他重金属，对于Cu和Zn的影响最小，且不同络合剂之间差异并不显著。在总富集量上生物炭的加入显著降低了黑麦草对Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的富集量，且炭泥比1:20组减少的更为显著。
表2 黑麦草一茬草和二茬草的地上部重金属含量(μg/g)

注：同行据中不同字母表示差异显著P<0.05。
表3 黑麦草一茬草和二茬草的地上部重金属富集量(μg/PVC)

注：同行据中不同字母表示差异显著P<0.05。
2.3不同比例的生物炭协同络合剂对重金属渗滤行为与格局的影响
表4列出了各处理组PVC管渗滤液中重金属的含量。结果表明，生物炭显著减弱了重金属的溶解性和移动性。同时，实验数据也表明DTPA和EDTA施用后，炭泥比为1:20的处理组能有效抑制重金属的淋溶迁移作用。对于一茬草渗滤液中重金属含量，当炭泥比为1:20时，加入DTPA和EDTA各处理组PVC管的渗滤液中重金属的浓度比无生物炭对照PVC管的渗滤液中，Cd少44.96%和48.82%；Cr少13.5和29.4%；Cu少56.82%和68.36%；Pb少60.26%和47.36%；Zn少29.44%和28.17%。另一方面，在炭泥比为1:40的相同DTPA和EDTA浓度的处理下，生物炭也有效减少了重金属的淋溶量，在10 mmol·kg‑1 DTPA处理中，Cd、Pb的淋溶量均显著降低（P<0.05），Cd少23.95%；Pb少49.75%；在10 mmol·kg‑1 EDTA处理中，Cd和Cu的淋溶量均显著降低（P<0.05），Cd少27.4%；Cu少46.49%。从表中还可以看出，EDTA相比DTPA对各重金属的络合能力更强，因而淋洗出的重金属更多。
由于络合剂的二次施用，二茬草渗滤液中重金属含量明显高于一茬草渗滤液，不同的重金属提高的倍数不一。不同比例的生物炭对重金属渗漏迁移的影响表现为DTPA和EDTA虽对重金属的络合能力有明显差异，EDTA明显好于DTPA，但是总的渗漏迁移格局一致，施加DTPA炭泥比为1:20的处理组对阻碍Cr、Pb向下迁移的能力显著强于1:40的处理组和对照组，与对照相比，Cr少20.77%、Pb少40.31%；对Cd、Cu和Zn的吸附与1:40的处理组差异不显著，但都明显小于对照组。施加EDTA炭泥比为1:20的处理组对阻碍Cd、Cr 、Cu、Pb和Zn向下迁移的能力与施加EDTA炭泥比为1:40的处理组差异不显著，除Cr外都明显小于对照组，与对照相比，Cd少26.01%和19.19%、Cu少43.27%和40.61%、Pb和Zn分别减少了7.54%、7.06%和24.02%、17.95，各处理对Cr的吸附加入生物炭与对照无显著差异。
表4渗滤液中重金属浓度(μg/mL)

注：同行数据中不同字母表示差异显著P<0.05。
2.4不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草根部重金属富集的影响
Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在黑麦草地下部的浓度见表5。总体来看，与对照相比生物炭能显著抑制Cd、Cr、Cu、Pb和Zn在黑麦草根部的积累，DTPA条件下炭泥比为1:20的基质黑麦草的根对Cd的积累显著小于1:40及对照组，Cr、Cu、Pb和Zn与1:40的处理组差异不显著但都显著低于对照；EDTA条件下炭泥比为1:20的基质黑麦草的根对Cd、Cu的积累显著小于1:40及对照组，Cr、Pb和Zn与1:40的处理组差异不显著但都显著低于对照。在加入炭的处理组中DTPA和EDTA的施入对黑麦草的根各重金属积累差异不显著，但在未加炭的对照组中EDTA对于黑麦草根重金属的积累显著高于DTPA。
表5不同处理对黑麦草根部富集重金属的影响(μg/g)

注：同行数据中不同字母表示差异显著P<0.05。
3研制结论
在风干污泥土壤混合基质中添加不同比例的生物炭能够促进黑麦草的生长，增加黑麦草的生物量，且一茬草优于二茬草，且不同络合剂之间差异不显著。不同比例的生物炭可以对Cd、Pb、Zn、Cr和Cu起到良好的固定作用，且可以显著降低重金属向下层土壤迁移，在不同络合剂处理下，生物炭对Cd、Pb、Zn的阻碍作用比较明显，对其余重金属固定也有重要贡献，在络合剂协同植物修复受污染的土壤中生物炭的添加可以降低重金属对于地下水污染风险，且1:20的处理组能有效抑制重金属的淋溶迁移作用。

具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。其中选用多年生黑麦草（Lolium perenne ）；污泥采自天津纪庄子污水处理厂，自然条件下风干，其理化性质为含水率为6.2%，pH 6.8，总氮为3.65%，总磷为1.64%，总炭为29.33%，钾、钙、镁营养金属元素含量分别为17235.5 mg/kg、22614 mg/kg和2440 mg/kg，重金属Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为3.23μg·g‑1、8.75μg·g‑1、180μg·g‑1、246μg·g‑1、1189μg·g‑1。
供试土壤取自天津师范大学实验地0－20 cm深的表层土。污泥和园土经风干后分别过2 mm筛备用。土壤的理化性质为：pH 8.30，有机质含量4.68%，全氮0.21%，全磷22.03 mg·kg‑1，饱和含水量0.58 ml·g‑1，其重金属Cd、Cr、Cu、Pb和Zn的背景值分别为0.18、2.13、9.33、5.75和35.57 μg·g‑1。
所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其Cd、Cr、Cu、Pb、Zn的含量分别为0.31 μg·g‑1、0.875 μg·g‑1、40 μg·g‑1、33.25 μg·g‑1、375.62 μg·g‑1。
实施例1
(1)将土壤和风干污泥以1:2的比例混合成培养基质；0.05 mm粒径生物炭备用；
(2)将生物炭与培养基质按重量份数比为1:20和1:40两个比例均匀混合，装入PVC管，PVC管管底部固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；
（3）待基质装完后管中均播种0.6 g黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为25°C和40%，光照强度为500 μmolm‑2s‑1。
（4）播种30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和10 mmol·kg‑1EDTA的水溶液，分别施于基质表面，10 d后将草刈割，留1 cm茬，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150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA的水溶液，分别施于基质表面，10 d后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；
（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；
所述的人工雨水指的是：用(NH4)2SO4、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0.78 mg·L‑1的雨水，并用HCl调配pH为5.61。
实施例2
(1)将土壤和风干污泥以1:2的比例混合成培养基质 0.1 mm粒径生物炭备用；
(2)将生物炭与培养基质按重量份数比为1:20和1:40两个比例均匀混合，装入PVC管，PVC管管底部固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；
（3）待基质装完后管中均播种0.6 g黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为25°C和55%，光照强度为600 μmolm‑2s‑1。
（4）播种30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和10 mmol·kg‑1EDTA的水溶液，分别施于基质表面，10 d后将草刈割，留1 cm茬，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150 mL人工雨水进行第一次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d后，将浓度为10 mmol·kg‑1 DTPA和EDTA的水溶液，分别直接施于基质表面，10 d后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用150 mL人工雨水进行第二次淋洗，之后每7 d淋洗一次，每次150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；
（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；
所述的人工雨水指的是：用(NH4)2SO4、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0.78 mg·L‑1的雨水，并用HCl调配pH为5.59。

资源描述

《一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法.pdf（12页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103272833 A (43)申请公布日 2013.09.04 CN 103272833 A *CN103272833A* (21)申请号 201310178150.7 (22)申请日 2013.05.15 B09C 1/00(2006.01) C01B 31/02(2006.01) (71)申请人天津师范大学地址 300387 天津市西青区宾水西道 393 号 (72)发明人多立安赵树兰沈志平 (74)专利代理机构天津市杰盈专利代理有限公司 12207 代理人朱红星 (54) 发明名称一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法 (57。

2、) 摘要本发明公开一种采用生物质炭协同络合剂和草坪植物联合修复污泥基质中重金属的方法。其中络合剂为 10mmolkg-1DTPA 和 10mmolkg-1EDTA。所述的生物炭来源于 0.01-0.1mm 农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品。本发明利用农业生产的废弃物（主要成分秸秆、锯末）制备成的具有广阔应用前景的环境友好型吸附剂生物炭，为有机废物的循环利用探索新的途径，研究生物炭在加入不同的络合剂的条件下，对重金属的吸附特性，并以及模拟降水条件下，认识重金属的淋溶特征，为污泥重金属污染治理应。

3、用提供技术支持。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书10页 (10)申请公布号 CN 103272833 A CN 103272833 A *CN103272833A* 1/1 页 2 1. 一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行： (1) 将土壤和风干污泥以 1:2 的比例混合成培养基质； 0.01-0.1 mm 粒径生物炭备用； (2) 将生物炭与培养基质按重量份数比为 1:20 和 1:40 两个比例均匀混合，分别装入 PVC。

4、管， PVC管管底部固定有棉布和直径为0.2 mm的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；（3）待基质装完后，管中均播种 0.6 g 黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为 60% ；种植期间室内的温度和相对湿度分别为 16-25 C 和 36-57%，光照强度为 450-700 molm-2s-1；（4）播种 30 d 后，将浓度分别为 10 mmolkg-1 DTPA 和 10 mmolkg-1EDTA 水溶液施于基质表面， 10 d 后将草刈割，留 1 cm 茬，将刈割下的草坪草置于 80 C 的烘箱中烘干至衡重，记。

5、地上生物量；（5）刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第一次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d 后将浓度分别为 10 mmolkg-1 DTPA 和 EDTA 水溶液，直接施于基质表面， 10 d 后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第二次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；（6）。

6、待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 0.31 gg-1、 0.875 gg-1、 40 gg-1、 33.25 gg-1、 375.62 gg-1；所述的人工雨水指的是：用 (NH4)2SO4、 Na2SO4、 K2SO4、 MgSO4、 Ca(NO3)2、 Mg(NO3)2、 H2SO4配制出 SO42-、 NO3-、 Cl-、 NH+、 Mg2+、 Ca2+、 K+、 N。

7、a+浓度分别为 14.96、 6.54、 1.68、 3.71、 0.82、 1.38、 0.64 和 0.78 mgL-1的雨水，并用 HCl 调配 pH 为 5.59-5.61。 2. 权利要求 1 所述生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属方法在制备促进黑麦草的生长降低重金属对于地下水污染方面的应用。权利要求书 CN 103272833 A 2 1/10 页 3 一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法技术领域 0001 本发明属于环境保护技术领域，涉及络合剂强化植物修复污染土壤的研究，特别是一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法。背景。

8、技术 0002 污泥资源化利用即通过各种物理、化学及生物等方法与工艺，以改善污泥的组成成分与部分性质，使污泥中有价值的组分，或直接或重组或转化为其他能量形式而被回收利用。城市污泥资源化技术主要为土地利用、污泥燃料化和建材利用。污泥中含有大量的无机物质，约占 20%-30%，主要是硅、铁、铝和钙。因而可以利用污泥为原材料生产建材制品和水泥等，利用污泥的土质成分，烧制砖瓦等。 0003 污泥堆肥化利用，会增加利用成本；因此，风干污泥直接利用，应具有重要的价值。但无论如何，污泥中的重金属是其安全利用的限制因素。 0004 重金属是限制污泥大规模土地利用的最。

9、重要的因素，施用城市污泥的化学组成因污水来源而异，一般或多或少的含有一定量的 Cu、 Zn、 Pb、 Ni、 Hg、 Cr 和 Cd 等重金属，如果长期施用，可能通过食物链危害人体健康，针对污泥中的重金属特点其处理通常有两种方法 : 一是污泥中重金属的去除，二是污泥中重金属的固化。对于污泥中重金屈的研究，已经成为国内环保行业的研究热点之一。污泥中重金属的去除主要包括：重金属沥滤，植物修复等方法。 0005 施用城市污泥对草坪植物生长以及质量的提高有明显促进作用。污泥施用于黑麦草草坪绿地，改善了土壤理化性质，土壤中全氮、速效氮、全磷、速效磷和有机质含。

10、量随着污泥施用量的增加而增加，土壤容重下降。施用等量氮、磷化肥土壤中速效氮、磷的含量增加，且增幅大于施污泥，而有机质和容重无变化。且植物的根际作用能够改变植物根部周围的土壤环境，进而能对重金属的形态分布产生显著影响。施用城市污泥可以改善土壤的理化性质，提高草坪植物的产量和品质，但是如果施用不当也能对环境造成不良影响，重金属含量超标在很大程度上限制了其应用，在污泥施用过程中也存在生物富集问题，如降低重金属污染的毒害效应，如何对城市污泥进行修复是城其在实际应用中应首要解决的问题。 0006 生物质炭（biomass 一 derived black carbon。

11、或 bioehar）是由植物生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质，属于广义概念上黑炭（black carbon）的一种类型，高温干馏分离了生物质中的可燃烧气体，只剩下含炭量丰富的生物炭。常见的生物质炭包括木炭、竹炭、秸秆炭、稻壳炭等。近年，生物炭作为一类新型环境功能材料引起广泛关注，其在土壤改良、温室气体减排以及受污染环境修复方面都展现出应用潜力，但对于协同络合剂修复城市污泥还鲜见报道。中国是农业大国，有丰富的秸秆资源，但是目前对其处置方式依然滞后，大量秸秆被废弃于田间或直接焚烧，这既造成大量的生物质能源。

12、的浪费，也给环境带来严重污染。目前，如何合理利用这些农业废弃物成为人们关注的热点。因此，本技术利用生物质炭协调草坪植物修复污泥重金属，将具有说明书 CN 103272833 A 3 2/10 页 4 重要的应用价值和前景。发明内容 0007 本发明公开了一种采用生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属的方法，其特征在于按如下的步骤进行： (1) 将土壤和风干污泥以 1:2 的比例混合成培养基质； 0.01-0.1 mm 粒径生物炭备用； (2) 将生物炭与培养基质按重量份数比为 1:20 和 1:40 两个比例均匀混合，装入 PVC 管， PVC 管管底部固定有。

13、棉布和直径为 0.2 mm 的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；（3）待基质装完后管中均播种 0.6 g 黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为16-25C和36-57%，光照强度为450-700 molm-2s-1。 0008 （4）播种 30 d 后，将浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 10 mmolkg-1EDTA 的水溶液，分别直接施于基质表面， 10 d 后将草刈割，留 1 cm 茬，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）。

14、刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第一次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d 后，将浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 EDTA 的水溶液，分别施于基质表面， 10 d 后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第二次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；（6）待淋洗结束后，挖出。

15、地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 0.31 gg-1、 0.875 gg-1、 40 gg-1、 33.25 gg-1、 375.62 gg-1；所述的人工雨水指的是：用 (NH4)2SO4、 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.。

16、96、 6.54、 1.68、 3.71、 0.82、 1.38、 0.64 和 0.78 mgL-1的雨水，并用 HCl 调配 pH 为 5.59-5.61。 0009 本发明进一步公开生物质炭协同络合剂修复污泥基质中重金属方法在制备促进黑麦草的生长降低重金属对于地下水污染方面的应用。 0010 本发明利用农业生产的废弃物（主要成分秸秆、锯末）制备成的具有广阔应用前景的环境友好型吸附剂生物炭，为有机废物的循环利用探索新的途径，研究生物炭在加入不同的络合剂的条件下对重金属的吸附特性，以及模拟降水条件下重金属的淋溶特征，为其在重金属污染治理方面的应用提供技术支持。 001。

17、1 1 材料与方法 1.1 实验材料选用多年生黑麦草（Lolium perenne ）；污泥采自天津纪庄子污水处理厂，自然条件下风干。供试土壤取自天津师范大学实验地 0 20 cm 深的表层土。污泥和园土经风干后分别过 2 mm 筛备用。污泥（sewage sludge，简称 SS）取自天津纪庄子污水处理厂，其理化性说明书 CN 103272833 A 4 3/10 页 5 质为含水率为 6.2%， pH 6.8，总氮为 3.65%，总磷为 1.64%，总炭为 29.33%，钾、钙、镁营养金属元素含量分别为 17235.5 mg/kg、 22614 m。

18、g/kg 和 2440 mg/kg，重金属 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 3.23gg-1、 8.75gg-1、 180gg-1、 246gg-1、 1189gg-1。 0012 生物炭来源于农田废弃物（秸秆）和锯削制成的成品，粒径为 0.01-0.1 mm，其 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 0.31 gg-1、 0.875 gg-1、 40 gg-1、 33.25 gg-1、 375.62 gg-1。 0013 土壤的理化性质为： pH 8.30，有机质含量4.68%，全氮0.21%，全磷22.03 mg kg-1，饱和含水量。

19、0.58 mlg-1，其重金属 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 的背景值分别为 0.18、 2.13、 9.33、 5.75 和 35.57 gg-1。 0014 1.2 人工雨水制备根据调查全天津市降水 pH 值范围为 4.00-8.24，年均值为 5.59，属酸性降水。本实验用 (NH4)2SO4、 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.。

20、64 和 0.78 mgL-1的雨水，并用 HCl 调配 pH 为 5.59。 0015 1.3 草坪基质风干污泥利用与生物炭的设置土壤耕层为 0-20 cm 的表层土。本实验模拟以土壤和风干污泥混合基质培养草坪草。制备高为 20 cm 直径为 7.5 cm 的 PVC 管 18 根，总土柱质量 750 g，将土和风干污泥以 1:2 的比例混合成培养基质，实验设生物炭（粒径选用 0.01-0.1 mm，）和土壤污泥混合基质质量比例 1:20 和 1:40 两个比例， 1:20 的培养基质的制作为 5000 g 的土、 2500 g 的风干污泥和 375 g 的生物炭均匀混合。

21、后在 6 个 PVC 管中每个管装入 750 g ； 1:40 的培养基质的制作过程为 5000 g 的土、 2500 g 的风干污泥和 187.5 g 的生物炭均匀混合后在 6 个 PVC 管中每个管中也装入 750 g，对照组为不加生物炭的 6 个 PVC 管，每个管装入 750 g 的污泥和土壤的混合基质，所有管底部都固定有棉布和直径为 0.2 mm 的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有锥形瓶接渗滤液。实验选用络合剂的浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 EDTA 。各处理组为（1）添加 1:20 生物炭 +DTPA（）（2）添加 1:40。

22、生物炭 +DTPA（）（3） DTPA 不加生物炭（）（4）添加 1:20 生物炭 +EDTA（）（5）添加 1:40 生物炭 +EDTA （）（6） EDTA 不加生物炭（）。不加生物炭的处理（）和处理（）为对照组，待基质装完后管中均播种 0.6 g 高羊茅种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为 60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为 16-25 C 和 36-57%，光照强度为 450-700 molm-2s-1。 0016 播种30 d后，将浓度分别为10 mmol kg-1 DTPA和EDTA溶于蒸馏水中然后施于基质表面。 10 d后。

23、将草刈割（一茬草共生长40 d），留1 cm茬。将刈割下的草坪草置于80C 的烘箱中烘干至衡重，记地上生物量。刈割第二天用 150 mL 人工雨水（相当于 34.0 mm 的降水量）进行第一次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次。三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀。待植物二茬草生长 30 d 后将浓度分别为 10 mmol kg-1 DTPA 和 EDTA 溶于蒸馏水中然后施于基质表面。10 d 后将草刈割（二茬草共生长 40 d）不留茬，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。刈割第二天用 1。

24、50 mL 人工雨水（相当于 34.0 mm 的降水量）进行第二次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次。三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀。待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及说明书 CN 103272833 A 5 4/10 页 6 淋溶液重金属含量。 0017 1.4 重金属含量分析重金属含量的测定：准确称取 0.1 g 左右干草样品，用硝酸：高氯酸：硫酸（8 1 1）消解后，所得溶液用蒸馏水定容至 25 mL，淋洗液量取 5 mL 用。

25、 HNO3和 HClO4在 120-140 C 下消化，所得溶液用蒸馏水定容到 50 mL，最后利用 TAS-990 原子吸收分光光度计测定消化液中重金属（Cu、 Cd、 Cr、 Pb 和 Zn）含量。 0018 1.5 数据分析采用 SPSS11.5 软件 Duncan 法对所得数据进行多组样本间差异显著性分析。 0019 2 研制结果与分析 2.1 不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草地上生物量及株高的影响不同比例的生物炭协同 10 mmolkg-1 DTPA、 EDTA 对黑麦草地上部产量及株高的影响见表 1。与对照相比，在加入生物炭后促进了黑麦草地上部产量的积累，表明。

26、黑麦草能够在受多种重金属污染的基质中生长，且 1:20 的处理组明显高于 1:40 的处理组，此外，二茬草地上生物量明显小于一茬草的地上生物量，表明连续的施用络合剂会对黑麦草产生毒害作用，二茬草中生物炭对黑麦草地上生物量影响不显著，不同络合剂处理间差异不显著。对于一茬黑麦草株高的影响在炭泥比为 1:20 的处理组的株高明显高于 1:40 及未加生物炭组， DTPA、 EDTA 表现一致，二茬草中株高在个各处理组中表现不明显，且二茬草的株高略低于一茬草。 0020 表 1 不同处理对黑麦草植株生物量及株高的影响注：同行数据中不同字母表示差异显著 P0.05。 0。

27、021 2.2 不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草重金属富集的影响不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草重金属富集的影响见表 2，施加生物炭对 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 地上部的浓度均有显著降低（P0.05），且施加 1:20 的生物炭对 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 这 5 种重金属在黑麦草地上部富集浓度有明显抑制作用，一茬草中加入 DTPA 、 EDTA 及炭泥比为 1:20 的处理组中与其对照相比的 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 的含量分别降低了 60.49% 和 66.67 %、 14.19% 和 21.92%、 22.49% 和 33.18。

28、%、 63.31% 和 49.39%、 14.40% 和 29.72% ；一茬草中加入 DTPA、 EDTA 及炭泥比为 1:40 的处理组中与其对照相比的 Cd、 Cr、 Cu、说明书 CN 103272833 A 6 5/10 页 7 Pb 和 Zn 的含量分别降低了 14.81% 和 46.42%、 3.76% 和 3.28%、 2.99% 和 13.16%、 29.54% 和 23.04%、 8.41% 和 15.47%。从表 3 可以看出不同处理下的黑麦草对重金属富集量的趋势，各重金属元素在不同处理下的富集在黑麦草中总富集量表现不一，总体来看在 EDTA 处理下的富集。

29、量要好于DTPA，且生物炭的加入可以降低黑麦草地上部对Cd和Pb的富集量，但却对 Cr 的富集量无显著影响，在 DTPA 处理下加入生物炭还能提高对 Cu 和 Zn 的富集量，但这两种重金属在 EDTA 处理下无显著变化。 0022 在二茬草中加入 DTPA 及 EDTA 及炭泥比为 1:20 的处理组中与对照相比的 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 的含量分别降低了 62.78% 和 78.99 %、 37.44% 和 21.62%、 17.42% 和 11.25%、 51.65% 和 64.66%、 37.35% 和 35.85%。施加炭泥比为 1:20 的生物炭对重金属在。

30、黑麦草地上部的抑制作用高于 1:40 组，且各个处理组施加 1:40 的生物炭黑麦草地上重金属含量与对照组差异不显著。络合剂的连续施用对黑麦草的地上部分重金属的积累效果明显，一茬草各个处理的重金属含量与二茬草相比都明显高于二茬草的含量。各个处理一茬草与二茬草其体内重金属含量相比炭泥比 1:20 组对于 Cd 和 Pb 的吸附效果明显好于其他重金属，对于 Cu和Zn的影响最小，且不同络合剂之间差异并不显著。在总富集量上生物炭的加入显著降低了黑麦草对 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 的富集量，且炭泥比 1:20 组减少的更为显著。 0023 表 2 黑麦草一茬草和二。

31、茬草的地上部重金属含量 (g/g) 注：同行据中不同字母表示差异显著 P0.05。说明书 CN 103272833 A 7 6/10 页 8 0024 表 3 黑麦草一茬草和二茬草的地上部重金属富集量 (g/PVC) 注：同行据中不同字母表示差异显著 P0.05。 0025 2.3 不同比例的生物炭协同络合剂对重金属渗滤行为与格局的影响表 4 列出了各处理组 PVC 管渗滤液中重金属的含量。结果表明，生物炭显著减弱了重金属的溶解性和移动性。同时，实验数据也表明DTPA和EDTA施用后，炭泥比为1:20的处理组能有效抑制重金属的淋溶迁移作用。对于一茬草渗滤液中重金属含。

32、量，当炭泥比为 1:20 时，加入DTPA和EDTA各处理组PVC管的渗滤液中重金属的浓度比无生物炭对照PVC管的渗滤液中， Cd 少 44.96% 和 48.82% ； Cr 少 13.5 和 29.4% ； Cu 少 56.82% 和 68.36% ； Pb 少 60.26% 和 47.36% ； Zn 少 29.44% 和 28.17%。另一方面，在炭泥比为 1:40 的相同 DTPA 和 EDTA 浓度的处理下，生物炭也有效减少了重金属的淋溶量，在 10 mmolkg-1 DTPA 处理中， Cd、 Pb 的淋溶量均显著降低（P0.05）， Cd 少 23.95% 。

33、； Pb 少 49.75% ；在 10 mmolkg-1 EDTA 处理中， Cd 和 Cu 的淋溶量均显著降低（P0.05）， Cd 少 27.4% ； Cu 少 46.49%。从表中还可以看出， EDTA 相比 DTPA 对各重金属的络合能力更强，因而淋洗出的重金属更多。 0026 由于络合剂的二次施用，二茬草渗滤液中重金属含量明显高于一茬草渗滤液，不同的重金属提高的倍数不一。不同比例的生物炭对重金属渗漏迁移的影响表现为 DTPA 和 EDTA 虽对重金属的络合能力有明显差异， EDTA 明显好于 DTPA，但是总的渗漏迁移格局一说明书 CN 103272833 A 。

34、8 7/10 页 9 致，施加 DTPA 炭泥比为 1:20 的处理组对阻碍 Cr、 Pb 向下迁移的能力显著强于 1:40 的处理组和对照组，与对照相比， Cr 少 20.77%、 Pb 少 40.31% ；对 Cd、 Cu 和 Zn 的吸附与 1:40 的处理组差异不显著，但都明显小于对照组。施加 EDTA 炭泥比为 1:20 的处理组对阻碍 Cd、 Cr 、 Cu、 Pb 和 Zn 向下迁移的能力与施加 EDTA 炭泥比为 1:40 的处理组差异不显著，除 Cr 外都明显小于对照组，与对照相比， Cd 少 26.01% 和 19.19%、 Cu 少 43.27% 和 4。

35、0.61%、 Pb 和 Zn 分别减少了 7.54%、 7.06% 和 24.02%、 17.95，各处理对 Cr 的吸附加入生物炭与对照无显著差异。 0027 表 4 渗滤液中重金属浓度 (g/mL) 注：同行数据中不同字母表示差异显著 P0.05。 0028 2.4 不同比例的生物炭协同络合剂对黑麦草根部重金属富集的影响 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 在黑麦草地下部的浓度见表 5。总体来看，与对照相比生物炭能显著抑制 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 在黑麦草根部的积累， DTPA 条件下炭泥比为 1:20 的基质黑麦草的根对 Cd 的积累显著小于 1:40。

36、及对照组， Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 与 1:40 的处理组差异不显著但都显著低于对照； EDTA 条件下炭泥比为 1:20 的基质黑麦草的根对 Cd、 Cu 的积累显著小于 1:40 及对照组， Cr、 Pb 和 Zn 与 1:40 的处理组差异不显著但都显著低于对照。在加入炭的处理组中 DTPA 和 EDTA 的施入对黑麦草的根各重金属积累差异不显著，但在未加炭的对照组中 EDTA 对于黑麦草根重金属的积累显著高于 DTPA。 0029 表 5 不同处理对黑麦草根部富集重金属的影响 (g/g) 说明书 CN 103272833 A 9 8/10 页 10 注：同行。

37、数据中不同字母表示差异显著 P0.05。 0030 3 研制结论在风干污泥土壤混合基质中添加不同比例的生物炭能够促进黑麦草的生长，增加黑麦草的生物量，且一茬草优于二茬草，且不同络合剂之间差异不显著。不同比例的生物炭可以对 Cd、 Pb、 Zn、 Cr 和 Cu 起到良好的固定作用，且可以显著降低重金属向下层土壤迁移，在不同络合剂处理下，生物炭对 Cd、 Pb、 Zn 的阻碍作用比较明显，对其余重金属固定也有重要贡献，在络合剂协同植物修复受污染的土壤中生物炭的添加可以降低重金属对于地下水污染风险，且 1:20 的处理组能有效抑制重金属的淋溶迁移作用。 0031 具。

38、体实施方式：下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。其中选用多年生黑麦草（Lolium perenne ）；污泥采自天津纪庄子污水处理厂，自然条件下风干，其理化性质为含水率为 6.2%， pH 6.8，总氮为 3.65%，总磷为 1.64%，总炭为 29.33%，钾、钙、镁营养金属元素含量分别为 17235.5 mg/kg、 22614 mg/kg 和 2440 mg/kg，重金属 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 3.23gg-1、 8.75gg-1、 180gg-1、 246gg-1、。

39、1189gg-1。 0032 供试土壤取自天津师范大学实验地 0 20 cm 深的表层土。污泥和园土经风干后分别过 2 mm 筛备用。土壤的理化性质为： pH 8.30，有机质含量 4.68%，全氮 0.21%，全磷 22.03 mgkg-1，饱和含水量 0.58 mlg-1，其重金属 Cd、 Cr、 Cu、 Pb 和 Zn 的背景值分别为 0.18、 2.13、 9.33、 5.75 和 35.57 gg-1。 0033 所述的生物炭来源于农田废弃物、秸秆或锯削制成的成品，其 Cd、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 的含量分别为 0.31 gg-1、 0.875 gg-1、。

40、 40 gg-1、 33.25 gg-1、 375.62 gg-1。 0034 实施例 1 (1) 将土壤和风干污泥以 1:2 的比例混合成培养基质； 0.05 mm 粒径生物炭备用； (2) 将生物炭与培养基质按重量份数比为 1:20 和 1:40 两个比例均匀混合，装入 PVC 说明书 CN 103272833 A 10 9/10 页 11 管， PVC 管管底部固定有棉布和直径为 0.2 mm 的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将管吊起，管的下方配有接渗滤液；（3）待基质装完后管中均播种 0.6 g 黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为 60%。种植期间室。

41、内的温度和相对湿度分别为 25 C 和 40%，光照强度为 500 molm-2s-1。 0035 （4）播种 30 d 后，将浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 10 mmolkg-1EDTA 的水溶液，分别施于基质表面， 10 d 后将草刈割，留 1 cm 茬，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 150 mL 人工雨水进行第一次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d 后，将浓度为 10 mmolk。

42、g-1 DTPA 和 EDTA 的水溶液，分别施于基质表面， 10 d 后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第二次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；所述的人工雨水指的是：用 (NH4)2SO4、 Na2SO4、 K2SO4、 MgSO4、 Ca(NO3)2、。

43、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 0.78 mgL-1的雨水，并用 HCl 调配 pH 为 5.61。 0036 实施例 2 (1) 将土壤和风干污泥以 1:2 的比例混合成培养基质 0.1 mm 粒径生物炭备用； (2) 将生物炭与培养基质按重量份数比为 1:20 和 1:40 两个比例均匀混合，装入 PVC 管， PVC 管管底部固定有棉布和直径为 0.2 mm 的尼龙网以支撑管内的土和污泥，将。

44、管吊起，管的下方配有接渗滤液；（3）待基质装完后管中均播种 0.6 g 黑麦草种子，用自来水浇灌，保持其整体田间持水量为 60%。种植期间室内的温度和相对湿度分别为 25 C 和 55%，光照强度为 600 molm-2s-1。 0037 （4）播种 30 d 后，将浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 10 mmolkg-1EDTA 的水溶液，分别施于基质表面， 10 d 后将草刈割，留 1 cm 茬，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 150 mL 人工雨水进行第一次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次。

45、，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；待植物二茬草生长30 d 后，将浓度为 10 mmolkg-1 DTPA 和 EDTA 的水溶液，分别直接施于基质表面， 10 d 后将草刈割不留茬，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；刈割第二天用 150 mL 人工雨水进行第二次淋洗，之后每 7 d 淋洗一次，每次 150 mL，共淋三次，三次分别称重，并收集同在一个锥形瓶中，混合均匀；（6）待淋洗结束后，挖出地下部分，用蒸馏水洗净、烘干，分别测量地上部分、地下部分的生物量、重金属含量以及淋溶液重金属含量；所述的人工雨水指的是：用 (NH4)2SO4、 Na2SO4、 K2SO4、 MgSO4、 Ca(NO3)2、 Mg(NO3)2、 H2SO4配说明书 CN 103272833 A 11 10/10 页 12 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 0.78 mgL-1的雨水，并用 HCl 调配 pH 为 5.59。说明书 CN 103272833 A 12 。

展开阅读全文