铅污染土壤修复植物的产后处理
铅污染土壤修复植物的产后处理[20200614171406]
摘要： 1
摘要：本文研究了五种铅浓度对东南景天发酵过程中甲烷产气的影响，以确定一个处理修复植物的可行处理方法。实验结果表明，外源添加 250mg/Kg 的铅能显著促进发酵进行，相比于其他浓度，不仅减少了发酵时间，也增加了沼气中甲烷含量。当铅含量增加至500和100mg/Kg时，累计沼气含量分别下降了32.5%和31.0%。研究还发现，植物发酵进行18天左右，产气基本结束，在发酵后半期，250mg/Kg 的铅对甲烷产生的促进作用明显减弱。
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关键字:修复植物发酵产后处理
目录
引言
引言
由于铅在工业制品中的广泛应用，导致了严重的铅污染。铅不仅是造成大气和水源重金属污染的主要污染物之一，含铅土壤也对人类的生产生活造成了极大的危害，含铅土壤不仅影响土壤微生物、酶活性以及理化性质，而且会二次污染地表水和地下水，并且通过食物链危害人类健康[1]。有研究表明, 人体血铅水平和土壤铅含量之间存在直接的关系[2]。铅对人体机能的损伤呈现多器官性、多样性，为中枢神经系统毒物，对儿童的智力和身体的危害更为严重。
要最终解决铅污染问题, 不仅要从污染的源头着手，还要对已被污染的土壤进行修复。上个世纪 80年代以来，植物修复技术以其修复效果的永久性、修复过程的原位性、修复成本低廉性、环境美学的兼容性、以及后期处理的简易性等特点，开始进入产业化初期阶段[3]，凭借其经济及技术上的优势逐渐发展成为治理土地污染的重要手段之一。然而目前国内外关于植物修复技术的研究，多集中于筛选改造高积累量的修复植物品种、对重金属的耐性及积累机理。而关于重金属污染修复植物的产后处理方面则较少有报道，对其综合利用则更无从谈起。铅污染土壤修复植物产后处理是土地铅污染治理环节中最重要的环节之一，如果在这个环节上处理不当，不仅仅会影响到铅污染土地的修复效果，甚至会造成二次污染，后果十分严重。现阶段对含铅污染修复植物的产后处理主要是借鉴废弃物的处理技术，工艺上缺乏创新，针对修复植物本身特性的先进工艺技术还很稀缺，还需更系统、深入地开展重金属修复植物的产后处理研究，以提高重金属铅的回收效率和综合利用[4]。
含铅植物的产后处理技术一般有焚烧法、高温分解法、灰化法、渗滤法、发酵法等。焚烧法即将含铅植物在铅锌熔炼炉中焚烧，植物体中有机物质分解，重金属则主要以氧化物的形式释放，这些氧化物可能与炉渣结合在一起、或以气体的形式释放，焚烧的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
飞灰通过飞灰固化装置与人工合成的螯合剂（聚胺与CS2在碱性条件下产物）相结合，得到固化产物[5]。高温分解法是在高温和厌氧情况下对含铅植物剧烈热激发，使植物体瞬间分解的一种处理方法。以一定的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，有毒有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物“三化”的处理技术[7]。灰化法将含铅植物和煤混合后进行灼烧，可减少含铅植物体的重量和体积的约90%[8]，重金属污染物将和另一种产物—焦炭渣结合在一起，此种结合物仍然属于危险废物，最终产品仍然有风险性。Hetland 等[10]评价了使用螯合剂从超积累植物体内萃取铅的技术，处理前植物体内含有铅 2000 mg/kg，在 pH 4.5、铅和 EDTA 的物质的量比例为 1: 4.76 时，通过两次连续萃取，可以获得98.5%的铅，剩余的植物残体不会存在环境风险，同时可以做为城市固体废弃物来处理。相较于其他方法，发酵法具有一个明显的优势，那便是明显缩减修复植物的生物量，体积和含水量的减小可以显著地降低运输成本和后续处理成本，显著地减少了整个处理流程的工作量，但是，发酵并不能去除重金属铅，只是植物体的形态发生改变[11]，发酵之后的底物需进行进一步的处理，可以通过高温分解提炼，也可以直接用水泥封存填埋。发酵仓系统是发酵发处理含铅污染修复植物的必须设备，将植物体放置在部分或全部封闭的容器内，加入活性淤泥，通过控制通气和水分条件，对植物体进行生物降解和转化[12]。发酵发的优点是：1.设备占地面积小；2.能够进行很好的过程控制；3.发酵过程不受气候条件的影响；4.能够对发酵产气进行统一的收集处理，既能资源再利用，也可防止了对环境的二次污染，同时也解决了臭味问题。但是由于相对短的发酵周期，发酵产物可能会有潜在的不稳定性，一段时间的发酵不足以得到一个稳定的、无臭味的产品，后熟期相对延长[13]。下文将对含铅植物发酵处理的实验进行阐述。
1.1 材料与方法
1.1.1 实验材料、试剂及仪器设备
1.1.1.1 实验材料
东南景天（Sedum alfredii Hance），种植并收获于大学牌楼实验基地。
1.1.1.2 实验试剂
重铬酸钾、七水合硫酸亚铁、甲基红—溴甲酚绿混合指示剂、硼酸、邻啡罗啉、浓硫酸、乙醇、双氧水、硝酸铅、尿素、污泥。所有试剂均为分析纯，购于南京寿德实验器材有限公司。污泥取自南京城东污水处理厂。
1.1.1.3 仪器设备
GC9890A/T气相色谱仪（南京仁华色谱科技应用开发中心）、恒温水浴锅（“国义”HH数显恒温水浴锅，江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂）、排水集气瓶、量筒、粉碎机（HL-15B型粉碎机，台州市鲨鱼食品机械有限公司）。
1.2 实验方法
1.2.1种植东南景天
东南景天种子经0.1%的HgCl2 浸泡10 min，用去离子水冲洗后，20 ℃下浸种12 h，25℃暗中催芽，挑选露白长势一致的种子播于灭菌的蛭石中，待出苗至两叶一心期时选取均匀一致的苗移栽至盆钵中，盆钵放于大学牌楼温室，以渗水方式每两天浇一次水。
1.2.2东南景天预处理
东南 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
景天采自牌楼实验地，采回后保留地上部分，先用自来水冲洗三遍至洗净植株上的泥土等，再用去离子水冲洗一遍，最后用吸水纸吸干残余水分。东南景天放在常温遮光处晾干，用研磨机粉碎并全部过2mm筛。
1.2.3 东南景天有机质测定
方法采用有重铬酸钾容量法[14]。准确称取烘干的K2Cr2O7 49.04g，溶于水中，稀释至1L，配制1N K2Cr2O7溶液。称取FeSO4?7H2O 140g溶于水中，加入浓硫酸15mL，冷却稀释至1L，配制0.5N FeSO4溶液此溶液的准确浓度以0.4N K2Cr2O7的基准溶液标定。即准确分别吸取三份0.4N K2Cr2O7的基准溶液各20mL于150mL三角瓶中，加入邻啡罗啉指示剂2-3滴，然后用0.5N FeSO4滴定至终点，计算出FeSO4的准确浓度。称取分析纯邻啡罗啉1.485g，七水合硫酸亚铁0.695g，溶于100mL水中，配制邻啡罗啉指示剂，贮存于棕色滴瓶中。
准确称取0.2000g样品于500mL三角瓶中，然后准确加入1N K2Cr2O7溶液10mL，混合均匀后加入浓硫酸20mL，混匀，放置30min，加水稀释至250mL，加入3-4滴邻啡罗啉，用0.5N FeSO4溶液滴定，溶液颜色由绿色到暗绿色直至成砖红色。用同样的方法做空白测定（不加样品）。
结果计算：
式中：V1—滴定空白样所用FeSO4溶液毫升数；
V2—滴定样品所用FeSO4溶液毫升数；
c—所用FeSO4溶液的当量浓度；
Fig.5. Cumulative CH4 production of Sedum alfredii Hance during anaerobic digestion.
综合图3和图4，图6显示了外源添加Pb对东南景天厌氧发酵过程甲烷总产量的影响。如图所示：各浓度处理对甲烷总量的影响是，较其它处理250mg/Kg Pb的处理明显增加东南景天厌氧发酵的甲烷产量，250>1000>125>0>500.
摘要： 1
摘要：本文研究了五种铅浓度对东南景天发酵过程中甲烷产气的影响，以确定一个处理修复植物的可行处理方法。实验结果表明，外源添加 250mg/Kg 的铅能显著促进发酵进行，相比于其他浓度，不仅减少了发酵时间，也增加了沼气中甲烷含量。当铅含量增加至500和100mg/Kg时，累计沼气含量分别下降了32.5%和31.0%。研究还发现，植物发酵进行18天左右，产气基本结束，在发酵后半期，250mg/Kg 的铅对甲烷产生的促进作用明显减弱。
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关键字:修复植物发酵产后处理
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由于铅在工业制品中的广泛应用，导致了严重的铅污染。铅不仅是造成大气和水源重金属污染的主要污染物之一，含铅土壤也对人类的生产生活造成了极大的危害，含铅土壤不仅影响土壤微生物、酶活性以及理化性质，而且会二次污染地表水和地下水，并且通过食物链危害人类健康[1]。有研究表明, 人体血铅水平和土壤铅含量之间存在直接的关系[2]。铅对人体机能的损伤呈现多器官性、多样性，为中枢神经系统毒物，对儿童的智力和身体的危害更为严重。
要最终解决铅污染问题, 不仅要从污染的源头着手，还要对已被污染的土壤进行修复。上个世纪 80年代以来，植物修复技术以其修复效果的永久性、修复过程的原位性、修复成本低廉性、环境美学的兼容性、以及后期处理的简易性等特点，开始进入产业化初期阶段[3]，凭借其经济及技术上的优势逐渐发展成为治理土地污染的重要手段之一。然而目前国内外关于植物修复技术的研究，多集中于筛选改造高积累量的修复植物品种、对重金属的耐性及积累机理。而关于重金属污染修复植物的产后处理方面则较少有报道，对其综合利用则更无从谈起。铅污染土壤修复植物产后处理是土地铅污染治理环节中最重要的环节之一，如果在这个环节上处理不当，不仅仅会影响到铅污染土地的修复效果，甚至会造成二次污染，后果十分严重。现阶段对含铅污染修复植物的产后处理主要是借鉴废弃物的处理技术，工艺上缺乏创新，针对修复植物本身特性的先进工艺技术还很稀缺，还需更系统、深入地开展重金属修复植物的产后处理研究，以提高重金属铅的回收效率和综合利用[4]。
含铅植物的产后处理技术一般有焚烧法、高温分解法、灰化法、渗滤法、发酵法等。焚烧法即将含铅植物在铅锌熔炼炉中焚烧，植物体中有机物质分解，重金属则主要以氧化物的形式释放，这些氧化物可能与炉渣结合在一起、或以气体的形式释放，焚烧的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
飞灰通过飞灰固化装置与人工合成的螯合剂（聚胺与CS2在碱性条件下产物）相结合，得到固化产物[5]。高温分解法是在高温和厌氧情况下对含铅植物剧烈热激发，使植物体瞬间分解的一种处理方法。以一定的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，有毒有害物质在高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物“三化”的处理技术[7]。灰化法将含铅植物和煤混合后进行灼烧，可减少含铅植物体的重量和体积的约90%[8]，重金属污染物将和另一种产物—焦炭渣结合在一起，此种结合物仍然属于危险废物，最终产品仍然有风险性。Hetland 等[10]评价了使用螯合剂从超积累植物体内萃取铅的技术，处理前植物体内含有铅 2000 mg/kg，在 pH 4.5、铅和 EDTA 的物质的量比例为 1: 4.76 时，通过两次连续萃取，可以获得98.5%的铅，剩余的植物残体不会存在环境风险，同时可以做为城市固体废弃物来处理。相较于其他方法，发酵法具有一个明显的优势，那便是明显缩减修复植物的生物量，体积和含水量的减小可以显著地降低运输成本和后续处理成本，显著地减少了整个处理流程的工作量，但是，发酵并不能去除重金属铅，只是植物体的形态发生改变[11]，发酵之后的底物需进行进一步的处理，可以通过高温分解提炼，也可以直接用水泥封存填埋。发酵仓系统是发酵发处理含铅污染修复植物的必须设备，将植物体放置在部分或全部封闭的容器内，加入活性淤泥，通过控制通气和水分条件，对植物体进行生物降解和转化[12]。发酵发的优点是：1.设备占地面积小；2.能够进行很好的过程控制；3.发酵过程不受气候条件的影响；4.能够对发酵产气进行统一的收集处理，既能资源再利用，也可防止了对环境的二次污染，同时也解决了臭味问题。但是由于相对短的发酵周期，发酵产物可能会有潜在的不稳定性，一段时间的发酵不足以得到一个稳定的、无臭味的产品，后熟期相对延长[13]。下文将对含铅植物发酵处理的实验进行阐述。
1.1 材料与方法
1.1.1 实验材料、试剂及仪器设备
1.1.1.1 实验材料
东南景天（Sedum alfredii Hance），种植并收获于大学牌楼实验基地。
1.1.1.2 实验试剂
重铬酸钾、七水合硫酸亚铁、甲基红—溴甲酚绿混合指示剂、硼酸、邻啡罗啉、浓硫酸、乙醇、双氧水、硝酸铅、尿素、污泥。所有试剂均为分析纯，购于南京寿德实验器材有限公司。污泥取自南京城东污水处理厂。
1.1.1.3 仪器设备
GC9890A/T气相色谱仪（南京仁华色谱科技应用开发中心）、恒温水浴锅（“国义”HH数显恒温水浴锅，江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂）、排水集气瓶、量筒、粉碎机（HL-15B型粉碎机，台州市鲨鱼食品机械有限公司）。
1.2 实验方法
1.2.1种植东南景天
东南景天种子经0.1%的HgCl2 浸泡10 min，用去离子水冲洗后，20 ℃下浸种12 h，25℃暗中催芽，挑选露白长势一致的种子播于灭菌的蛭石中，待出苗至两叶一心期时选取均匀一致的苗移栽至盆钵中，盆钵放于大学牌楼温室，以渗水方式每两天浇一次水。
1.2.2东南景天预处理
东南 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
景天采自牌楼实验地，采回后保留地上部分，先用自来水冲洗三遍至洗净植株上的泥土等，再用去离子水冲洗一遍，最后用吸水纸吸干残余水分。东南景天放在常温遮光处晾干，用研磨机粉碎并全部过2mm筛。
1.2.3 东南景天有机质测定
方法采用有重铬酸钾容量法[14]。准确称取烘干的K2Cr2O7 49.04g，溶于水中，稀释至1L，配制1N K2Cr2O7溶液。称取FeSO4?7H2O 140g溶于水中，加入浓硫酸15mL，冷却稀释至1L，配制0.5N FeSO4溶液此溶液的准确浓度以0.4N K2Cr2O7的基准溶液标定。即准确分别吸取三份0.4N K2Cr2O7的基准溶液各20mL于150mL三角瓶中，加入邻啡罗啉指示剂2-3滴，然后用0.5N FeSO4滴定至终点，计算出FeSO4的准确浓度。称取分析纯邻啡罗啉1.485g，七水合硫酸亚铁0.695g，溶于100mL水中，配制邻啡罗啉指示剂，贮存于棕色滴瓶中。
准确称取0.2000g样品于500mL三角瓶中，然后准确加入1N K2Cr2O7溶液10mL，混合均匀后加入浓硫酸20mL，混匀，放置30min，加水稀释至250mL，加入3-4滴邻啡罗啉，用0.5N FeSO4溶液滴定，溶液颜色由绿色到暗绿色直至成砖红色。用同样的方法做空白测定（不加样品）。
结果计算：
式中：V1—滴定空白样所用FeSO4溶液毫升数；
V2—滴定样品所用FeSO4溶液毫升数；
c—所用FeSO4溶液的当量浓度；
Fig.5. Cumulative CH4 production of Sedum alfredii Hance during anaerobic digestion.
综合图3和图4，图6显示了外源添加Pb对东南景天厌氧发酵过程甲烷总产量的影响。如图所示：各浓度处理对甲烷总量的影响是，较其它处理250mg/Kg Pb的处理明显增加东南景天厌氧发酵的甲烷产量，250>1000>125>0>500.
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