Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами

Авторы патента:

B09C1/00 - Восстановление загрязненной почвы

A01B79/02 - способы обработки почвы в сочетании с другими сельскохозяйственными работами, например удобрением, посадкой и т.п.

Владельцы патента RU 2792062:

Общество с ограниченной ответственностью "Ремедиа" (RU)

Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами (ТМ). Для достижения необходимого результата задействуются два механизма снижения биологической доступности ТМ в почве: химический и физико-химический. Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включает низинный торф, цеолит, известняковую муку в дозах внесения 2,5, 2,5, 0,6 кг/м² или 25, 25, 6 т/га соответственно, а также суперфосфат или сульфид натрия в дозе внесения 0,012 кг/м² или 0,12 т/га. Все компоненты предварительно смешиваются в указанных дозах, распределяются по поверхности почвы и равномерно перемешиваются в пахотном слое 0-25 см. Доза внесения мелиоранта зависит от уровня загрязнения почвы ТМ и колеблется от 5 до 6 кг на 1 м² почвы. Разработанный состав мелиорантов оказывает комплексное положительное влияние на плодородие почв: снижает почвенную кислотность, увеличивает их поглотительную способность, содержание элементов минерального питания и органического вещества. Внесение мелиорантов повышает урожайность культур на 20-30% и снижает содержание ТМ в растениеводческой продукции на 50-60%. 3 табл.

Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами.

Известен способ мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включающий внесение на поверхность почвы мелиоранта, перемешивание его с мелиорируемым слоем почвы с последующим выращиванием культур. Для этих целей используются один из мелиорантов: фосфоритная мука, цеолит, суперфосфат, сульфид натрия, известняковая мука либо низинный торф [Пат. RU 2597172, 01.12.2014]. Недостатком данного метода является очень высокие дозы внесения мелиорантов: торф и цеолит 100 т/га, известняковая мука 12 т/га, фосфоритная мука 1,5 т/га, суперфосфат и сульфид натрия по 120 кг д.в./га. Кроме того, применение только одного из предложенных мелиорантов, накладывает ограничения в их использовании на почвах с различными химическими и физико-химическими свойствами.

Известен способ рекультивации почв, загрязнённых тяжелыми металлами при помощи внесения сорбент-мелиоранта, состоящего из глауконитового песка, термонеизмененной отвальной породы угольных шахт, синих глин, при соотношении компонентов мас. %, сответственно, 25, 60, 15 [Пат. RU 2356931, 27.05.2009]. Недостатком данного метода является вероятность наличия высоких концентраций тяжелых металлов в отвальной породе и низкая доступность компонентов.

Известны составы для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, на основе сапропеля, цеолита и глинозема, с обработкой кремнийорганической жидкостью [Пат. RU 2049107, 15.10.1992].

Однако сапропель зачастую сам содержит в своем составе достаточно большое количество загрязнителей и, в том числе, тяжелых металлов. Кроме того, предложенный состав достаточно сложный в изготовлении и имеет высокую стоимость.

Известен состав для очистки почв от тяжелых металлов при помощи торфяного мелиоранта, содержащего в своем составе торф верховой нейтрализованный, диатомит и вермикулит при соотношении, мас. % 60, 30, 10 соответственно [Пат. RU 2745456, 03.09.2020]. Недостатком способа является использование в составе смеси верхового торфа, характеризующегося относительно низким содержанием гумусовых соединений, которые наиболее активно участвуют в снижении подвижности тяжелых металлов в почвах.

Наиболее близким техническим решением является способ мелиорации сельскохозяйственных земель при помощи внесения в почву почвоудобрительного материала, в качестве которого используется органоминеральный компост, состоящий из свиного навоза и навоза КРС, суперфосфата и фосфогипса. Компост вносят в почву в дозе 100-110 т/га с последующим культивированием на глубину 20…25 см. [Пат. RU 2492944, 22.03.2012].

Целью изобретения является резкое снижение биодоступности тяжелых металлов в загрязнённых почвах и повышение плодородия почв, за счет использования определённой смеси мелиоративных добавок на основе цеолита, торфа, известняковой муки, суперфосфата, сульфида натрия.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря многокомпонентному составу мелиоративных добавок происходит одновременное использование различных механизмов снижения подвижности тяжелых металлов в загрязнённых почвах, что повышает их эффективность и расширяет спектр рекультивационного действия. В рекомендуемых многокомпонентных мелиоративных добавках задействуются два механизма закрепления тяжелых металлов в почвах: физико-химический и химический.

В качестве компонентов мелиоративных добавок используются:

1. Цеолит осадочный. Кристаллическая решётка цеолитов характеризуется огромной внутреней поверхностью, благодаря чему обладает очень высокой поглотительной способностью (90-120 ммоль/100 г минерала), за счет которой происходит физико-химическое поглощение тяжелых металлов, в том числе необменное. Цеолиты обладают высокой селективностью (избирательным поглощением) по отношению ко многим тяжелым металлам. Внесение цеолита позволяет не только существенно повысить емкость поглощения и буферность почв, но и способствует увеличению запаса элементов питания в почвах (табл. 1).

Таблица 1 - Химический состав цеолита
Соединение	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaО	MgО	Na₂O	MnО	K₂O
Содержание, %	65,9	0.35	6,19	2,65	17,16	1,45	0,16	0,16	1,43

2. Торф низинный с фракцией 0-10 мм: Торф представляет собой продукты разложения растительных и животных остатков в анаэробных условиях и высокой влажности. В низинном торфе высокой степени разложения много гумусовых соединений, способных обеспечивать как химическое осаждение тяжелых металлов, так и физико-химическое их закрепление в составе почвенного поглощающего комплекса. Они обладают большим разнообразием функциональных групп, в них много нерастворимых, но химически активных компонентов, комплексы которых с тяжелыми металлами прочны.

3. Известняковая мука представляет собой тонкоизмельченные карбонатные породы, в основном известняки и доломиты. Благодаря высокому содержанию в своем составе карбонатов кальция и магния происходит образование труднорастворимых соединений тяжелых металлов с анионом СО₃^2-. Так, например, при взаимодействии карбонатов с ионом свинца происходит связывание этого элемента в виде малорастворимого минерала церуссита. Кроме того, известкование оказывает очень благоприятное влияние на показатели плодородия кислых почв (подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных и др.). В них наблюдается резкое снижение почвенной кислотности и увеличение суммы обменных катионов оснований, улучшается структура почв, активизируются микробиологические процессы, улучшается количественный и качественный состав почвенной микробиоты.

4. Суперфосфат характеризуется хорошей растворимостью в воде, благодаря чему ионы PO₄^3- способны вступать в взаимодействие с ионами многих тяжелых металлов и переводить их в слаборастворимые соединения, труднодоступные для растений. Кроме того, он является ценным минеральным удобрением, резко улучшающим фосфатный режим почв и повышающим урожайность всех сельскохозяйственных культур.

5. Сульфид натрия - хорошо растворимое в воде соединение. Благодаря содержанию в своем составе аниона S^-2 способен к образованию труднорастворимых солей с различными металлами (сульфидов), в том числе с никелем, свинцом и кадмием. В результате химической реакции осаждения катионы тяжёлых металлов значительно снижают свою биодоступность, а, следовательно, и токсичность.

В целях выявления эффективности составов мелиоративных добавок были проведены исследования в условиях лабораторных и полевых опытов. В таблице 2 представлены результаты исследований влияния фракционного состава торфа и цеолита на подвижность тяжелых металлов в почве.

Таблица 2 - Влияние размеров частиц осадочного цеолита и торфа на изменение подвижности тяжелых металлов в почвах, мг/кг почвы
Мелиорант	Фракция, мм	Cd	Pb	Ni
сод-ие	абс. откл-ие	откл. %	сод-ие	абс. откл-ие	откл. %	сод-ие	абс. откл-ие	откл. %
Осадочный цеолит	0,2-1 (к)	1,33	-	-	20,19	-	-	56,18	-	-
	1-3	1,49	0,16	12	25,66	5,47	27	56,98	0,8	1
	3-5	1,55	0,22	17	29,50	9,31	46	57,88	1,7	3
5-10	1,70	0,37	28	40,50	20,31	101	58,45	2,27	4
НСР₀₅			0,17			4,55			F_ф<F₀₅
Торф низинный	0-10 (к)	1,31	-	-	17,17	-	-	53,21	-	-
	0-1	1,43	0,12	9	16,10	-1,07	-6	49,50	-3,71	-7
	0-3	1,18	-0,13	-10	17,02	-0,15	-1	59,92	6,71	13
0-5	1,22	-0,09	-7	18,00	0,83	5	45,15	-8,06	-15
НСР₀₅			F_ф<F₀₅			F_ф<F₀₅			F_ф<F₀₅

Подвижные формы тяжелых металлов в почве были определены в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера (рН 4,8) [Методические указания…, 1992].

Установлено, что наибольшая эффективность снижения подвижности тяжелых металлов происходит при использовании цеолита с размером частиц 0,2…1 мм. Закономерностей в изменении содержания загрязнителей в вытяжке при использовании различных фракций торфа выявлено не было.

Результаты исследований влияния различного сочетания видов и доз мелиорантов на содержание тяжелых металлов в зерне пшеницы приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние различных сочетаний видов и доз мелиоративных добавок на содержание Cd, Pb, Ni в зерне пшеницы в полевом опыте, мг/кг зерна воздушно-сухой массы
	Вариант	кадмий	свинец	никель
Сод-ие	абс. откл-ие	откл. %	Сод- ие	абс. откл-ие	откл. %	Сод- ие	абс. откл- ие	откл. %
1	АК	0,002			0,017			0,05
2	почва без мелирантов +Cd, Pb, Ni - фон (контроль)	0,141			0,604			1,110
3	Цт 50 + Им 6	0,096	-0,045	-32	0,490	-0,114	-19	0,856	-0,254	-23
4	Тф 50 + Им 6	0,102	-0,039	-28	0,452	-0,152	-25	0,615	-0,495	-45
5	Цт 25 + Тф 25	0,128	-0,013	-9	0,575	-0,029	-5	0,733	0,377	-34
6	Цт 25 + Им 6	0,099	-0,042	-30	0,497	-0,107	-18	0,902	-0,208	-19
7	Тф 25 + Им 6	0,111	-0,03	-21	0,505	-0,099	-16	0,635	-0,475	-43
8	Цт 25 + Тф 25 + Им 6	0,078	-0,063	-45	0,365	-0,239	-40	0,511	-0,599	-54
9	Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сф 0,12	0,066	-0,075	-53	0,328	-0,276	-46	0,456	-0,654	-59
10	Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Фм 1,5	0,079	-0,062	-44	0,346	-0,258	-43	0,588	-0,522	-47
11	Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сн 0,12	0,061	-0,08	-57	0,342	-0,262	-43	0,475	-0,635	-57
12	Им 6 + Сф 0,12	0,103	-0,038	-27	0,473	-0,131	-22	0,869	-0,241	-22
13	Им 6 + Фм 1,5	0,119	-0,022	-16	0,509	-0,095	-16	0,920	-0,19	-17
14	Им 6 + Сн 0,12	0,096	-0,045	-32	0,489	-0,115	-19	0,900	-0,21	-19
15	ВЦт 10 + Им 12 + Сф 0,12	0,094	-0,047	-33	0,437	-0,167	-28	0,502	-0,608	-55
16	ВЦт 10 + Им 12 + Фм 1,5	0,107	-0,034	-24	0,460	-0,144	-24	0,541	-0,569	-51
НСР₀₅	0,026	0,083	0,285
ПДК	0,1	0,5	0,5

Наибольшую эффективность в снижении накопления тяжелых металлов в почве показало сочетание Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сф 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, суперфосфат 0,12 т/га) и Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сн 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, сульфид натрия 0,12 т/га). Эти смеси позволили получить продукцию содержанием загрязнителей ниже уровня ПДК.

Изобретение позволяет значительно улучшить показатели плодородия почв увеличивая содержание: подвижного фосфора на 8 %, обменного калия на 5 %, гумуса на 9 %, а также позволяет добиться повышения показателей рН на 13 % и суммы обменных катионов оснований на 38 %.

Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, выполненный на основе органических и минеральных компонентов, отличающийся тем, что содержит в своем составе низинный торф, цеолит, известняковую муку в дозах внесения 2,5, 2,5, 0,6 кг/м² или 25, 25, 6 т/га соответственно, а также содержит суперфосфат или сульфид натрия в дозе внесения 0,012 кг/м² или 0,12 т/га, при этом все компоненты предварительно смешиваются в указанных дозах, распределяются по поверхности почвы и равномерно перемешиваются в пахотном слое 0-25 см.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами, заключается в использовании гуминово-минерального сорбента, рыхлении на глубину не менее 20 см с одновременным внесением в грунт сорбента, поливе, причем в качестве сорбента используют природный цеолит фракцией 3-5 мм с содержанием клиноптилолита 75-80%, который предварительно модифицируют химическим реагентом, в качестве которого используют 6% раствор уксусной кислоты или 3% раствор соляной кислоты, осуществляют отстаивание в течение 3 часов, осадок промывают и сушат до влажности не более 15%, после чего перемешивают с порошкообразным гуминовым препаратом с содержанием гуминовых кислот 60-70% в соотношении 1:30, вносят дозой 130-160 г/кг загрязненной почвы, почву увлажняют до уровня 70-80% влагоемкости 3-5 раз за период рекультивации в течение 6-8 месяцев.

Способ очистки и рекультивации нефтезагрязненных почв // 2789008

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способу очистки и рекультивации нефтезагрязненной почвы. Способ очистки и рекультивации нефтезагрязненных почв с использованием сорбента на основе природного цеолита с содержанием клиноптилолита 65-70% с размером фракций 1-3 мм и препарата гуминовой кислоты заключается в том, что природный цеолит предварительно насыщают 30-35% раствором гуминовой кислоты в течение 5-10 минут, после чего равномерно вносят дозой 100-150 г/кг загрязненной почвы и одновременно производят ее рыхление.

Состав для рекультивации поверхности хвостохранилищ, содержащих токсичные отходы переработки минерального сырья // 2783893

Изобретение относится к горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, составу для рекультивации поверхности хвостохранилищ, содержащих токсичные отходы переработки минерального сырья, и может быть использовано для воспроизводства продуктивности нарушенных земель отвалами горных пород и хвостохранилищами, содержащими токсичные отходы переработки минерального сырья, отличающимися высокой концентрацией соединений тяжелых металлов (ТМ).

Способ детоксикации почвы, загрязненной тяжелыми металлами // 2777529

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для снижения токсичности почвы населенных пунктов и земель сельскохозяйственного назначения. Способ включает внесение сорбента, состоящего из биоугля, соломы и силикагеля в соотношении 40%:40%:20% с минимальным сроком его экспозиции 30 суток.

Способ рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, и устройство для его реализации // 2770987

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при рекультивации земель, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Технический результат – повышение энергоэффективности установки.

Способ получения гибридного органо-неорганического сорбента для очистки нефтезагрязненных грунтов, утилизации буровых шламов, очистки промышленных сточных вод // 2767870

Настоящее изобретение относится к способу получения гибридного органо-неорганического сорбента. В данном способе шунгит и вещества, содержащие гуминовые кислоты, подвергают механохимической активации в аппарате механического действия при температуре, не превышающей 70°C, до измельчения компонентов смеси до размера не более 1 мм.

Способ производства материала рекультивационного строительного инертного // 2764413

Изобретение относится к способам переработки низкоактивных отходов, промышленных отходов, содержащих техногенные радионуклиды. Способ производства материала рекультивационного строительного инертного состоит в том, что не предназначенные для дальнейшего использования по назначению материалы, изделия, оборудование и грунт с радионуклидным составом Cs137, Co60, Mn54 и суммарной удельной активностью радионуклидов больше или равной 0,3 кБк/кг последовательно подвергают: предварительной обработке, включающей извлечение железобетонных изделий, разделку негабаритных железобетонных изделий на куски с разными размерами, соответствующими приемному отверстию дробильной установки с помощью экскаватора с комплектом гидравлического оборудования, дробление бетонного лома в дробильном агрегате, отделение стальной арматуры из лома изделий на магнитном сепараторе, фракционную сортировку бетонного щебня на грохоте и просеивание для обеспечения нахождения в смеси фракций с размером частиц 20-40 мм; смешиванию в течение не менее 30 минут в смесительном оборудовании либо с помощью строительной техники с сорбирующим материалом «Глауконит», масса которого составляет от 2% до 4% массы отходов, песком для строительных работ, масса которого составляет не менее 80% массы отходов, кальцием хлористым техническим, масса которого составляет от 1% до 3% массы отходов, и водой для бетонов и строительных растворов, объем которой определяется достижением пастообразной консистенции смеси; дозреванию полученной смеси в течение не менее 4 суток.

Способ определения ремедиационной способности гуминовых продуктов // 2762628

Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к исследованию ремедиационной способности гуминовых продуктов в почвах, загрязненных тяжелыми металлами. Определение степени ремедиирующей способности гуминовых продуктов в почвах, загрязненных тяжелыми металлами, осуществляют путем оценки состояния почвы, обработанной и необработанной гуминовым продуктом (ГП).

Способ улучшения почвы // 2761450

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к улучшению почвы. В способе используют воду, содержащую нанопузырьки.

Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (гфс) // 2761250

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Грунтошламовая фиторемедиационная смесь (ГФС) содержит нефтяной шлам, торф, мелиоранты биодеструкторы, причем она дополнительно содержит диатомит, сапропель, смесь трав.

Способ возделывания подсолнечника // 2791876

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ возделывания подсолнечника предусматривает уборку предшественника и зяблевую вспашку осенью, внесение минерального удобрения в дозе N250P120K120 ранней весной, боронование и предпосевную культивацию почвы, высев семян подсолнечника гибридов Империя КС или Кодизоль КЛ с нормой высева 45,0 тыс.