一种堆肥和矿化垃圾还原潜力的测定方法

摘要

一种堆肥和矿化垃圾还原潜力的测定方法，其步骤为：A)堆肥或填埋垃圾样品的采集与预处理；B)样品的微生物还原；C)样品中铁的浓度测定，包括微生物培养液浸提所得铁的分离和浓度测定，以及盐酸和氢氟酸混合液浸提所得铁的分离和浓度测定；D)堆肥或填埋垃圾固体样品中Fe

说明书

技术领域

本发明属于固体废物处理与资源化技术领域，具体涉及堆肥和矿化垃 圾还原潜力的测定方法。

背景技术

堆肥和填埋是生活垃圾最常用的生物处理技术，经堆肥和填埋处理 后，生活垃圾被降解和腐殖化，最终达到稳定。腐熟堆肥和矿化垃圾中含 有大量的腐殖质物质，这些腐殖质具有氧化-还原能力，能够对土壤中污染 物进行氧化或还原，最终改变污染物的存在形态和生物有效性。

纯腐殖质的还原能力可以采用传统滴定化学、电化学等方法进行测 定，目前这些方法已经趋于成熟。然而，这些方法基本上是先把腐殖质溶 解，然后在溶液的环境中采用三价铁测定腐殖质的还原能力。

堆肥和矿化垃圾为固体，其中含有大量的矿物，腐殖质主要和这些矿 物结合在一起，部分腐殖质如胡敏素，是不溶于水和碱液的，因此，采用 传统的测定溶解态腐殖质的方法，是不能测定堆肥和矿化垃圾的还原潜力 的。

腐殖质的还原能力目前主要是通过其中二阶铁的含量进行表征的，腐 殖质把三价铁还原成二价铁的量越高，其还原容量也就越大。堆肥和矿化 垃圾中本来就含有一定量的铁，如果能测定出其中有效态的二价铁占全铁 的比例，就可以测定出其还原潜力。此外，在自然环境中还含有大量的微 生物，堆肥和矿化垃圾的还原能力主要来自于微生物产生的电子，如果能 测定出堆肥和矿化垃圾经微生物还原后其中二价铁占全铁的含量，就能有 效评估堆肥和矿化垃圾的还原能力了。

发明内容

本发明的目的是提供一种测定堆肥和矿化垃圾还原潜力的方法，通过 微生物首先将堆肥和矿化垃圾还原，进而测定堆肥和矿化垃圾的最大还原 潜力。

为了实现上述目的，本发明提供的堆肥或矿化垃圾还原潜力的测定方 法，主要步骤为：

A)样品采集与预处理：采集堆肥或矿化垃圾样品，干燥后粉碎；

B)样品的微生物还原：培养Shewanella oneidensis MR-1菌株，将菌 液加入堆肥或矿化垃圾中，室温下再进行培养；

C)样品中铁的分离和测定：

培养液中铁的分离和测定：将培养液混合物离心和过滤，测定滤液中 的Fe²⁺和全Fe含量；

固体残渣中铁的分离和测定：将离心过滤得到的固体残渣中加入盐酸 和氢氟酸的混合酸，室温下震荡，离心和过滤，测定滤液中Fe²⁺和全Fe 含量；

D)样品中Fe²⁺和全Fe的计算：将步骤C中培养液和固体残渣的Fe²⁺相加，得到堆肥或矿化垃圾中Fe²⁺含量；同样将步骤C中培养液和固体残 渣的全Fe相加，得到堆肥或矿化垃圾全Fe的含量；

E)堆肥或矿化垃圾还原潜力的确定：计算样品中Fe²⁺占全Fe的百分 比，得出堆肥或矿化垃圾的还原潜力值，该值越大，堆肥或矿化垃圾的还 原潜力越高。

所述的方法，其中，步骤A)中样品的干燥为阴干或采用冷冻干燥机 干燥。

所述的方法，其中，步骤A)中样品粉碎并过100目筛。

所述的方法，其中，步骤B)中培养菌液中菌株浓度高于10⁷CFU/ml 时将菌液加入堆肥或矿化垃圾中，菌液加入量的比例为固液比 1g:10～30ml。

所述的方法，其中，步骤C)中的过滤是过0.45μm的滤膜。

所述的方法，其中，步骤C)中Fe²⁺的测量采用邻啡罗啉比色法。

所述的方法，其中，步骤C)中全Fe的测量为先采用盐酸羟胺将Fe³⁺还原为Fe²⁺，再采用邻啡罗啉比色法测定Fe²⁺进而测定出全Fe含量。

所述的方法，其中，步骤C)固体残渣中铁的分离和测定中，向固体 残渣中加入盐酸和氢氟酸的混合酸离心和过滤后，再向得到的固体残渣中 加入混合酸，然后将两次滤液合并测定Fe²⁺和全Fe含量，第一次混合酸 的加入量为1g:10～15ml，第二次混合酸的加入量为1g:5～10ml。

所述的方法，其中，步骤C)中盐酸和氢氟酸的混合酸是由0.5M的 盐酸和0.5M的氢氟酸按体积比1:1混合。

本发明优点如下：

能够准确、高效测定堆肥和矿化垃圾的最大还原潜力，且所测得的结 果更接近真实环境中堆肥和矿化垃圾的最大还原潜力。

附图说明

图1是本发明堆肥和矿化垃圾还原潜力测定的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

请参阅图1。本发明的测定堆肥和矿化垃圾还原潜力的方法，主要步 骤为：

(A)样品采集与预处理：

采集堆肥或矿化垃圾样品，阴干或者采用冷冻干燥机干燥后粉碎并过 100目筛。

(B)样品的微生物还原：

培养Shewanella oneidensis MR-1菌株，当菌液中菌株浓度高于 10⁷CFU/ml时，将菌液加入堆肥或矿化垃圾中，菌液加入堆肥或矿化垃圾 中的比例为固液比1(g):10～30(ml)，室温下再培养24～48小时。

(C)样品中铁的分离和测定：

培养液中铁的分离和测定：将培养液混合物离心，上清液过0.45μm 的滤膜，测定其中Fe²⁺和全Fe含量；

固体残渣中铁的分离和测定：将离心得到的固体残渣加入到盐酸、氢 氟酸的混合酸中，混合酸的加入量为1(g):10～15(ml)，室温下震荡2～8小 时后，离心并收集滤液和残渣，往残渣里再一次加入盐酸和氢氟酸的混合 酸，第二次混合酸的加入量为1(g):5～10(ml)，室温下再震荡1～2小时后， 离心并将上清液与第一次离心所得上清液混合到一起，过0.45μm的滤膜， 测定滤液中Fe²⁺和全Fe含量。混合酸是由0.5M的盐酸和0.5M的氢氟酸 按体积比1:1混合制的。

Fe²⁺测量采用邻啡罗啉比色法，全Fe测量的测量是先采用盐酸羟胺将 所有铁还原为Fe²⁺，再采用邻啡罗啉比色法测定Fe²⁺进而测定出全Fe含 量。

(D)样品中Fe²⁺和全Fe的计算：将培养液浸提出的Fe²⁺与盐酸和氢 氟酸混合酸浸提出的Fe²⁺相加，得堆肥或矿化垃圾中Fe²⁺含量；同样将培 养液浸提出的全Fe与盐酸和氢氟酸混合酸浸提出的全Fe相加，计算出堆 肥或矿化垃圾全Fe的含量。

(E)堆肥或矿化垃圾还原潜力的确定：计算样品中Fe²⁺占全Fe的百 分比，得堆肥或矿化垃圾的还原潜力值，该值越大，堆肥或矿化垃圾的还 原潜力越高。

实施例1

堆肥采集与预处理。采集一次发酵腐熟堆肥和二次发酵腐熟堆肥两个 样品，依次编号为C1和C2，剔除大块杂物和石子后，-54℃真空冷冻干 燥，将干燥后的样品粉碎并过100目筛。

堆肥的微生物还原：将培养好的浓度为1×10⁸CFU/ml的Shewanella  oneidensis MR-1菌液以固体比1(g):20(ml)加入上述堆肥样品中，室温下培 养24小时。

堆肥不同形态铁的分离和测定：

(1)将上述固液混合物离心，上清液过0.45μm的滤膜，采用邻啡罗 啉比色法测定其中Fe²⁺和全Fe含量；

(2)离心剩下的固体残渣以固体1(g):10(ml)加入0.5M盐酸和0.5M 氢氟酸组成的混合酸，室温下震荡4小时，离心并收集滤液和残渣，往残 渣再以固液比1(g):10(ml)加入盐酸和氢氟酸的混合酸，室温下再震荡1小 时后，离心并将上清液与第一次离心所得上清液混合到一起，过0.45μm 的滤膜，采用邻啡罗啉比色法测定滤液中Fe²⁺和全Fe含量。

堆肥中Fe²⁺和全Fe的计算：将培养液浸提出的Fe²⁺与盐酸和氢氟酸 的混合酸浸提出的Fe²⁺相加，两个堆肥样品中Fe²⁺含量依次为1.82％和 1.96％；同样将培养液浸提出的全Fe与盐酸和氢氟酸的混合酸浸提出的全 Fe相加，两个堆肥样品中全Fe含量依次为1.89％和2.07％。

堆肥还原潜力的确定：两个堆肥样品中Fe²⁺占全Fe比例依次为96.3％ 和94.59％，显示生活垃圾堆肥样品具有很强的还原能力，可用于修复六价 铬、有机氯或硝基苯等污染的土壤。

实施例2

样品采集与预处理：采集矿化垃圾样品5个，分别编号为S1、S2、 S3、S4、S5，剔除石头、玻璃、金属等杂物后，-54℃真空冷冻干燥，将 干燥后的样品粉碎并过100目筛。

矿化垃圾的微生物还原：将培养好的浓度为3×10⁷CFU/ml的 Shewanella oneidensis MR-1菌液以固体比1(g):20(ml)加入上述矿化垃圾 中，室温下培养25小时。

矿化垃圾中铁的分离和测定：

(1)将培养液混合物离心，上清液过0.45μm的滤膜，采用邻啡罗啉 比色法测定其中Fe²⁺和全Fe含量；

(2)离心剩下的固体残渣以固体1(g):15(ml)加入0.5M盐酸和0.5M 氢氟酸组成的混合酸，室温下震荡4小时，离心并收集滤液和残渣，往残 渣再以固液比1(g):5(ml)加入盐酸和氢氟酸的混合酸，室温下再震荡1小 时后，离心并将上清液与第一次离心所得上清液混合到一起，过0.45μm 的滤膜，采用邻啡罗啉比色法测定滤液中Fe²⁺和全Fe含量。

矿化垃圾中Fe²⁺和全Fe的计算：将培养液浸提出的Fe²⁺与盐酸和氢 氟的混合酸浸提出的Fe²⁺相加，得5个矿化垃圾中Fe²⁺含量依次为 30.61mmol/kg、29.87mmol/kg、34.43mmol/kg、32.87mmol/kg及 32.38mmol/kg；同样将培养液浸提出的全Fe与盐酸和氢氟酸的混合酸浸 提出的全Fe相加，5个矿化垃圾中全Fe含量依次为33.58mmol/kg、 36.29mmol/kg、39.98mmol/kg、37.29mmol/kg及36.82mmol/kg。

矿化垃圾还原潜力的确定：计算矿化垃圾中Fe²⁺占全Fe的百分比，5 个样品中Fe²⁺与全Fe含量之比依次为91.16％、82.3％、86.11％、88.17％、 87.95％，显示矿化垃圾经微生物还原后大部分铁为还原态，矿化垃圾的还 原潜力大，在土壤和填埋场中具有很强的还原能力。