Способ адсорбционной подготовки почвы к фиторемедиации

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано для очистки от тяжелых металлов как техногенного грунта, так и земель сельскохозяйственного назначения. Осуществляется подготовка почвы категории «чрезвычайно опасный» для дальнейшей ее очистки фиторемедиацией. В загрязненные тяжелыми металлами почвы вносят смесь адсорбентов гидрофильной и гидрофобной природы, в соотношении 1:3. В качестве гидрофильного адсорбента используют вермикулит или клиноптилолит. В качестве гидрофобного адсорбента используют косточковый активированный уголь. В течение 30 суток осуществляется увлажнение почвы и ее аэрирование путем взрыхления. Обеспечивается снижение содержания поллютантов до предельно допустимых норм. 2 табл.

 

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано для очистки от тяжелых металлов как техногенного грунта, так и земель сельскохозяйственного назначения.

Известно (статья Белюченко И.С. Вопросы защиты почв в системе агроландшафта, Научный журнал КубГАУ, №95 (1), 2014, с. 1-32), что ежегодно тяжелые металлы в значительных количествах с атмосферными осадками, удобрениями, пылью, соломой, посевным материалом попадают в почву и существенно снижают ее плодородие.

Из СанПиН 2.1.7.1287-03 (Приложение 2) известно, что земли сельхозназначения категории «чрезвычайно опасная» могут засеваться только техническими культурами, которые осуществляют фиторемедиацию.

Известно, что фиторемедиация наиболее эффективна при посадке растений-аккумуляторов на конкретные поллютанты, например, сафлор (патент РФ №2365078, 2009 г.) для удаления тяжелых металлов. Семена сафлора высевают в загрязненную тяжелыми металлами почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего полностью удаляют из почвы. Недостатком способа является способность аккумулирования тяжелых металлов сафлором при концентрациях их порядка 10 ПДК.

Известен способ (патент РФ 2311973, 2007 г.), взятый нами за прототип, в котором для повышения эффективности фиторемедиации в почву добавляются вещества-комплексоны (аминокислоты, мочевина, молочная, винная кислоты и др.) и для снижения вязкости почвенного раствора через систему электродов создают импульсы напряжения 1-20 кВт и длительностью 1-10 мс. Предложенный способ позволяет нормально развиваться растениям-аккумуляторам за счет связывания комплексонами ионов тяжелых металлов. Оригинальный и эффективный способ подготовки пораженных земель к фиторемедиации, но экономически дорог и трудно реализуем на больших площадях.

Техническая проблема предлагаемого изобретения это разработка способа подготовки «высоко зараженной» тяжелыми металлами почвы или техногенного грунта (с содержанием загрязнителя более 10 предельно допустимых концентраций ПДК) к фиторемедиации.

Техническим результатом является снижение содержания поллютантов до предельно допустимых норм и восстановление плодородия почв. Поставленная проблема решается тем, что в способе адсорбционной подготовки почв категории «чрезвычайно опасная» для дальнейшей ее очистки фиторемедиацией, предварительно в загрязненные тяжелыми металлами почвы вносится смесь адсорбентов гидрофильной и гидрофобной природы, и в течение 30 суток осуществляется увлажнение ее и аэрирование (путем взрыхления). Выбор временного отрезка объясняется тем, что в ходе проведенных экспериментов наиболее лучший эффект был достигнут на 30 сутки. При этом в качестве гидрофобного адсорбента предлагается косточковый активированный уголь, который поглощает из почвенного раствора органические соединения тяжелых металлов, а в качестве гидрофильного адсорбента предлагается вермикулит или цеолит, адсорбирующие непосредственно ионы тяжелых металлов из почвенного раствора. После адсорбционной подготовки почвы категории «чрезвычайно опасная» можно эффективно очищать ее методом фиторемедиации путем выращивания наиболее эффективных растений-аккумуляторов, так как биологическая функция почв полностью восстанавливается.

Предлагаемый способ отрабатывали на образцах почвы, которые были отобраны в соответствии с ГОСТ 28168-89: чернозем типичный, каштановая и дерново-подзолистая почва. Отобранные типы почв были с агрохимическими паспортами.

Почву помещают в пластиковые контейнеры и проводят увлажнение при равномерном поливе для обеспечения 60% влажности.

Подготовленные образцы почвы «заражают» ионами тяжелых металлов (ТМ) до уровня 100 предельно допустимых концентраций (ПДК). В качестве загрязнителей используют водорастворимые соли ТМ: сульфат никеля (Ni2SO4×7Н2O), сульфат цинка (ZnSO4), сульфат кадмия (3CdSO4×8Н2O) и ацетат свинца (Pb(CH3COO)2×3Н2O). На каждый загрязнитель делают 5 закладок по 3 кг почвы каждого типа, соответственно, количество соли ТМ ([С]) рассчитывают на 15 кг почвы одного типа (при n=5). Навески солей ТМ вносят в виде раствора, равномерно выливая на поверхность почвы с последующим объемным рыхлением.

Контроль остаточной концентрации ионов ТМ в почве проводят методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.214-06 (спектрофотометр марки WFX-120).

Исследуют влияние поллютантов на биологическое состояние почвы по следующим показателям:

1. «Дыхание» почв определяют по Макарову в модификации Галстяна (1961) с использованием в качестве поглотителя СO2 0,1 н. раствор NaOH. С помощью экспресс-метода Аристовской и Чугуновой (1989) измеряют скорость разложения в почве мочевины.

2. Биотестирование почвенных проб осуществляют по стандартным методикам с помощью тест-объектов, принадлежащих к разным систематическим группам: Chlorella vulgaris Beijer (ФР. 1.39.2004.01143), Daphnia magna Straus (ПНД Ф 14.1:2:4.12-06 (ПНД Ф Т 16.1:2:3:3.9-06). Для получения сопоставимых результатов по итогам тестирования рассчитывают индекс токсичности оцениваемого фактора (ИТФ) (Кабиров, 1997).

3. Определяют качественный и количественный состав микробоценозов исследуемых почв по общепринятым методикам (Звягинцев, 1991). Идентификацию микроорганизмов проводят с использованием стандартных методик и определителей (Гаузе и др., 1983; Берджи, 1997).

Для связывания ионов тяжелых металлов в модельных образцах были испытаны различные сорбенты: вермикулит (Вер), клиноптилолит (Кл), косточковый активированный уголь (КАУ) в разных дозах, а также их композиции: КАУ+Кл 1 (1 доза сорбента), КАУ+Кл 2 (2 дозы сорбента), КАУ+Кл 3 (3 дозы сорбента); КАУ+Вер 1(1 доза сорбента), КАУ+Вер 2 (2 дозы сорбента), КАУ+Вер 3 (3 дозы сорбента). Количество сорбентов, соответствующее дозам 1, 2, 3 приведено в таблице 1.

Навески сорбентов в соответствующей расчетной дозе вносят в сухом виде равномерно на всю поверхность почвы, после чего производят рыхление на всю глубину вегетационного сосуда. В течение всего периода лабораторных испытаний проводят увлажнение и рыхление почвы. В качестве контроля №2 используют пробы всех типов загрязненных почв без внесения сорбентов.

Установлено, что эффективное связывание поллютантов до низких остаточных уровней в почве (1 ПДК) возможно только при комбинации гидрофобных (косточковый активированный уголь) и гидрофильных (цеолиты, вермикулит) сорбентов. В таблице 2 представлены результаты по остаточным концентрациям различных тяжелых металлов в образцах через 7, 14 и 30 суток исследования.

При достижении через 30 суток уровня содержания в почве поллютанта на уровне 1 ПДК, биологическая активность образцов почв восстанавливалась. Активность почвенного дыхания соответствовала контрольным пробам незагрязненных почв. Это было связано и с последовательным восстановлением показателей микробоценозов загрязненных почв при внесении комбинаций сорбентов. На 30-е сутки практически во всех экспериментальных пробах почв, загрязненных 100 ПДК ТМ, установлено превышение показателей количественного и качественного состава бактерий в среднем в 3 раза по сравнению с результатами на 7-е сутки процесса ремедиации с использованием комбинаций сорбентов, и их соответствие данным контроля 1 (незагрязненных проб почв).

Все экспериментальные пробы почв с внесенными сорбентами к 30 суткам были «не токсичными» или «слаботоксичными». Пробы почв, не содержащие комбинации сорбентов (контроль 2), остались «сильно токсичными» или «токсичными».

Таким образом, после адсорбционной подготовки грунта категории «чрезвычайно опасный», т.е. после внесения в почву смеси адсорбентов гидрофильной и гидрофобной природы с увлажнением ее в течение 30 суток и аэрированием, возможно снизить содержание тяжелых металлов со 100 ПДК до 1 ПДК. Что позволит восстановить ее биологические свойства и, тем самым, подготовить к высокоэффективной фиторемедиации путем выращивания наиболее эффективных растений-аккумуляторов.

Способ адсорбционной подготовки почвы категории «чрезвычайно опасный» для дальнейшей ее очистки фиторемедиацией, отличающийся тем, что в загрязненные тяжелыми металлами почвы вносится смесь адсорбентов гидрофильной и гидрофобной природы, в соотношении 1:3, причем в качестве гидрофильного адсорбента используют вермикулит или клиноптилолит, а в качестве гидрофобного адсорбента - косточковый активированный уголь, и в течение 30 суток осуществляется увлажнение ее и аэрирование путем взрыхления.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при рекультивации шламовых (земляных) амбаров, содержащих буровые отходы, образующиеся при бурении нефтяных скважин.

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для переработки и утилизации застарелых нефтешламов и замазученных земель.

Изобретение относится к области лесного хозяйства и рекультивации земель. В способе вносят компостную смесь, полученную при соотношении компонентов: осадков сточных вод и опила по массе сухого вещества 1,4:1, срок компостирования до 2 лет, срок хранения компоста не более 3-х лет.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ реабилитации токсических почв, включающий посев аккумулирующих культур и предпосевную обработку сорбирующими веществами.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к удалению водорастворимых солей из почвы в условиях полупустыни с урожаем фитомелиоранта. Способ включает скашивание урожая естественного фитомелиоранта, солянки грузинской, при достижении ею фазы молочно-восковой спелости семян, измельчение полученной массы в агрегатах по производству травяной муки до 0,1-0,2 мм в диаметре с возможностью использования измельченной массы для производства строительных шлакоблочных, древесно-плиточных материалов.
Изобретение относится к охране окружающей среды, в частности к рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Предложен способ очистки почвы от загрязнения нефтью и нефтепродуктами, включающий удаление жидких фракций нефти и нефтепродуктов с рекультивированной поверхности, внесение в качестве удобрения-мелиоранта фосфогипса в количестве 8-12 т/га, а после рыхления на глубину 20-30 см - слоя ила природных пресных водоемов в количестве 30-60 т/га с последующим рыхлением на глубину 25-40 см.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает посев в системе севооборота сидеральных культур и запашку их с поливом минеральной водой.

Изобретение относится к экологии. Осуществляют обеззараживание токсиканта при смешивании с веществом серы.

Изобретение относится к гигиене окружающей среды, нефтяной промышленности, сельского хозяйства, и может быть использовано для ремедиации нефтезагрязненной почвы сельскохозяйственного назначения.
Изобретение относится к области обезвреживания отходов бурения и может быть использовано при утилизации шламовых буровых отходов. Способ утилизации бурового шлама скважин включает отделение бурового шлама от бурового раствора и выгрузку бурового шлама в шламовый амбар.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ восстановления естественного плодородия почвы при с/х производстве включает снижение отрицательного воздействия на почву технологии с/х производства за счет использования в качестве силового транспортно-технологического средства (ТТС) с/х работ ТТС на шинах сверхнизкого давления с внутришинным давлением не более 60 кПа, агрегируемого с/х оборудованием.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства. Способ включает пригибание, обжатие, измельчение кустарника и фрезерование почвы.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного производства. Способ снижения уплотнения почвы при сельскохозяйственных (с/х) работах включает использование с/х комплекса с самоходным энергетическо-технологическим средством (1), способным функционировать на шинах (2) сверхнизкого давления 5-60 кПа с давлением на грунт менее 60 кПа и навесным или прицепным оборудованием (3), а также с использованием системы управления с автопилотом без водителя или дистанционной системы управления.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ выращивания сельскохозяйственных культур включает выполнение на поле технологических операций, начиная от предпосевной подготовки и заканчивая уборкой урожая, с использованием самоходного энергетическо-технологического средства (1), способного функционировать на шинах (2) сверхнизкого давления 5-60 кПа с давлением на грунт менее и более 60 кПа с учетом абсолютной влажности почвы менее 26%, или абсолютной влажности почвы менее 1% от физической спелости почвы, или абсолютной влажности почвы до 70%, или применения энергетическо-технологического средства не более 4-х раз в сезон, или применения энергетическо-технологического средства только при уборке урожая.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности, к техническим средствам для основной безотвальной обработки почвы. Агрегат содержит несущую раму и установленные на ней рабочие органы с воздушно-импульсным приводом.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к техническим средствам для основной безотвальной обработки почвы. Агрегат содержит несущую раму и установленные на ней рабочие органы с воздушно-импульсным приводом.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает чередование полосной вспашки на глубину 0,22-0,24 м с необработанной полосой, ежегодно меняющихся в пространстве.
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ обработки почвы на установочную глубину проводят рядами пульсирующим ударом сжатого воздуха под острым углом к поверхности почвы пневморапирами.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к устройству и способу обработки почвы. Устройство для осуществления способа основной глубокой вертикально-штырьевой обработки почвы представляет собой трактор, содержащий переднюю раму с прикрепленной к ней дополнительной рамой, содержащей два роторных барабана, противоположные концы которых жестко прикреплены к ступицам задних колес трактора.

Изобретение относится к области глобального воздействия на природные процессы, в частности воздействия на гидрогеологические процессы, а более конкретно к способу аккумулирования воды на склонах холмов по всей территории водоразделов.

Изобретение относится к области экологической безопасности и может быть использовано для очистки от тяжелых металлов как техногенного грунта, так и земель сельскохозяйственного назначения. Осуществляется подготовка почвы категории «чрезвычайно опасный» для дальнейшей ее очистки фиторемедиацией. В загрязненные тяжелыми металлами почвы вносят смесь адсорбентов гидрофильной и гидрофобной природы, в соотношении 1:3. В качестве гидрофильного адсорбента используют вермикулит или клиноптилолит. В качестве гидрофобного адсорбента используют косточковый активированный уголь. В течение 30 суток осуществляется увлажнение почвы и ее аэрирование путем взрыхления. Обеспечивается снижение содержания поллютантов до предельно допустимых норм. 2 табл.

Наверх