Состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком
Владельцы патента RU 2471849:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук (RU)
Изобретение относится к области мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими элементами с переменной степенью окисления, проявляющими в почве как окислительные, так и восстановительные свойства и легко переходящими из катионной формы в анионную и обратно. Состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включает диатомит, обработанный Fe3+, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%: диатомит, обработанный Fe3+ - 50-60, голубая глина - 40-50. Состав снижает содержание подвижных форм мышьяка в почве на 87% и поддерживает в почве оптимальный pH - 7,4. 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими элементами с переменной степенью окисления, проявляющими в почве как окислительные, так и восстановительные свойства и легко переходящими из катионной формы в анионную и обратно.
Известны составы для мелиорации почв, которые сорбируют либо катионные формы элементов - тяжелые металлы (пат. РФ №20491207, МПК C09K 17/00, 1992 г.), либо анионные - сульфаты, нитраты и т.п. (например, органические вещества сапропеля) или соединения молекулярного строения без выраженных зарядов на частицах вещества - нефтепродукты и другие органические соединения (пат. РФ №2198987, МПК E02B 15/04, C02F 1/28, 2003 г.).
Недостатком известных составов является их малая эффективность при наличии в почве элементов с переходной валентностью, существующих как в катионной, так и в анионной форме.
Наиболее близким к предлагаемому является состав для мелиорации почв «Сорбекс» (пат. РФ №2049107, МПК C09K 17/00, 1992 г.) на основе сапропеля, включающий минеральные компоненты, такие как цеолит и глинозем. Обладает высокой сорбционной активностью в отношении подвижных форм тяжелых металлов, в частности меди и цинка, но значительно менее эффективен в отношении элементов с переходной валентностью, в частности мышьяка.
Устранить этот недостаток позволяет предлагаемый состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включающий диатомит, обработанный Fe3+, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| диатомит, обработанный Fe3+ | 50-60 |
| голубая глина | 40-50. |
Компоненты для данного сорбента были выбраны на основании проведенных лабораторных экспериментов.
Трехвалентное железо Fe3+ является активным сорбентом анионной формы мышьяка (, 
и т.п.) в результате образования арсенатов железа:
Однако эти соли неустойчивы, и в результате гидролиза в водном растворе мышьяк вновь переходит в растворимое состояние:
Поэтому трехвалентное железо необходимо закрепить на силикатах диатомита, в результате чего полученные арсенаты железа остаются иммобилизованными.
Аналогичным действием обладает Al3+ в составе оксида алюминия (Al2O3) - минерала голубая глина:
Однако в этом случае анионные формы мышьяка легко восстанавливаются до катионных форм под воздействием органического вещества почвы:
(электронные органических соединений почвы) = Н2О + As3+
Катионные формы мышьяка могут быть сорбированы только анионными сорбентами (например, органические вещества сапропеля), поэтому для предотвращения процесса восстановления мышьяка в составе должен присутствовать сильный окислитель, переводящий мышьяк в окисленную анионную форму. Трехвалентное железо отвечает этим требованиям, так как легко восстанавливается до двухвалентного и тем самым препятствует процессу восстановления мышьяка.
Fe3++e (электронные органических соединений почвы) = Fe2+
Таким образом, состав на основе диатомита и голубой глины должен содержать как собственно сорбенты анионных форм мышьяка, так и окислитель, препятствующий процессам восстановления мышьяка, в данном случае - ионы трехвалентного железа.
Проведенные эксперименты подтверждают эту теорию.
Предложенный состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, содержащий диатомит, обработанный Fe3+, и голубую глину, получали следующим образом.
Природный диатомит дробили до размера частиц не более 2 мм для увеличения суммарной площади сорбента. Хлорид железа (III) растворяли в дистиллированной воде до получения насыщенного раствора. Измельченный диатомит помещали в раствор на 24 часа, затем надосадочный раствор сливали, а обработанные железом частицы высушивали до воздушно-сухого состояния.
Голубую глину измельчали до размера частиц не более 2 мм, высушивали до 10-15% влажности. Затем компоненты смешивали в различных пропорциях.
Для изучения действия данной смеси проводили следующий лабораторный опыт.
Аллювиальную почву с фоновым содержанием мышьяка 0 мг/кг искусственно загрязняли раствором арсената натрия Na3AsO4. Навеску выдерживали в темном месте при температуре 22-25°C четыре недели. Затем определяли подвижные формы мышьяка. Через неделю анализ повторяли. После установления состояния равновесия в системе навеску обрабатывали различными сорбентами (7 вариантов, 3-кратная повторность). Количество сорбента определялось из расчета дозы внесения 10 т/га. В качестве сорбентов применяли:
- диатомит,
- диатомит, обработанный трехвалентным железом,
- голубая глина,
- смесь диатомита, обработанного трехвалентным железом, и голубой глины,
- СОРБЭКС (сапропель, цеолит, глинозем),
- сапропель,
- цеолит.
Все образцы доводили до 65% влажности и выдерживали без доступа света при температуре 22-25°C в течение 4-х недель, затем производили определение в почве подвижных форм мышьяка. Через неделю анализ повторяли до установления состояния равновесия в системе. Полученные результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||
| Содержание подвижных форм мышьяка в почвенной навеске после обработки сорбентами различного состава | ||
| Сорбент | Снижение содержания подвижных форм мышьяка, % | pH(H2O) |
| Диатомит, обработанный Fe3+, + голубая глина | 87 | 7,4 |
| Сапропель | 63 | 7,3 |
| Диатомит, обработанный Fe3+ | 45 | 7,5 |
| Голубая глина | 37 | 7,8 |
| СОРБЭКС | 30 | 7,5 |
| Диатомит | 19 | 7,3 |
| Цеолит | -14 | 7,3 |
Из полученных результатов можно сделать следующий выводы.
Наиболее эффективным, иммобилизующим наибольшее количество мышьяка, является состав, содержащий диатомит, обработанный трехвалентным железом, и голубую глину. Значения pH после внесения различных составов остаются в пределах нормы (5,6-7,5), за исключением варианта, когда вносилась голубая глина в чистом виде (7,8).
Аналогичный опыт был проведен с составом с разным процентным соотношением компонентов - диатомита, обработанного трехвалентным железом, и голубой глины. Полученные результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |
| Содержание подвижных форм мышьяка в почве после взаимодействия с составами с разным процентным соотношением компонентов | |
| Состав сорбента | % снижения подвижных форм мышьяка |
| Диатомит, обработанный Fe3+ 100% | 45 |
| Диатомит, обработанный Fe3+ 80-90% | 58 |
| Голубая глина 10-20% | |
| Диатомит, обработанный Fe3+ 50-60% | 87 |
| Голубая глина 40-50% | |
| Диатомит, обработанный Fe3+ 30-40% | 63 |
| Голубая глина 60-70% | |
| Диатомит, обработанный Fe3+ 10-20% | 42 |
| Голубая глина 80-90% | |
| Голубая глина 100% | 37 |
Таким образом, оптимальным является состав с соотношением компонентов 50-60% диатомита, обработанного Fe3+, и 40-50% голубой глины, снижающий содержание подвижных форм мышьяка в почве на 87% и поддерживающий в почве оптимальный pH - 7,4.
Состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включающий диатомит, обработанный Fe3+, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%:
| диатомит, обработанный Fe3+ | 50-60 |
| голубая глина | 40-50 |
