Устройство для очистки сельскохозяйственных земель от пестицидов

Авторы патента:

B09C1/10 - микробиологическими способами или с использованием ферментов

Владельцы патента RU 2511266:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Челябинская государственная агроинженерная академия" (RU)

Изобретение относится к защите окружающей среды и может быть использовано при очистке сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов, а также для очистки сточных вод. Устройство для очистки сельскохозяйственных земель от пестицидов содержит фотокаталитический реактор, фотокатализатор в виде диоксида титана и источник ультрафиолетового излучения. Фотокаталитический реактор расположен горизонтально. Устройство дополнительно содержит приемный бункер для почвы с расположенной под ним дробилкой. Дробилка соединена через транспортер с фотокаталитическим реактором. Вдоль горизонтальной оси реактора расположен смешиватель с приводом. Источник ультрафиолетового излучения размещен в торцевой части реактора, а в его верхней части расположен дозатор для фотокатализатора - двуокиси титана. Выход реактора через транспортер соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса. В нижней части корпуса расположен шнек для отвода очищенной почвы через патрубок. В центральной части корпуса установлено перемешивающее устройство. Внутренняя полость корпуса соединена с емкостью для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа. Под емкостью расположен патрубок подвода воды. В противоположной боковой стенке корпуса расположен патрубок отвода отработанного фотокатализатора. Обеспечивается повышение интенсивности очистки сельскохозяйственных земель от остаточных пестицидов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к защите окружающей среды и может быть использовано при очистке сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов, а также для очистки сточных вод, их обеззараживанию путем уничтожения вирусов и бактерий и другой патогенной микрофлоры.

При расширении масштабов использования пестицидов было выявлено ряд следующих отрицательных последствий: загрязнение почв и водных источников, накопление остатков химических препаратов в пищевых продуктах. В почве пестициды распадаются в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения. Остатки пестицидов в почве вымываются ливневыми и почвенными водами и, собираясь в естественные водоемы, загрязняют их, а также окружающие их земельные участки.

Проблема очистки земель и почв сельскохозяйственного назначения, а также утилизации избыточного количества этих веществ, особенно складированных открытым способом, является особенно актуальной для современной экологии. В настоящее время в технологии сельскохозяйственного производства получили распространение хлорорганические пестициды: физид-форте, зенкор, чистоплан, пума-супер.

Известна установка для переработки почв, грунтов, содержащая бункер с перемешивающим устройством, с приспособлением для транспортирования жидкости из него в емкость перелива и устройством для вывода твердых включений, систему подачи моющей жидкости, вибратор (RU 2330734 С1, МПК В09С 1/00, опубл. 10.08.2008 г.).

Известен фотокаталитический модуль для очистки воды, содержащий технологически связанные между собой пористый фотокаталитический реактор заданной формы и источник ультрафиолетового излучения, при этом реактор выполнен из кварца, стекла, керамики или стеклокерамики, на поверхность которого нанесен нанокристаллический диоксид титана, а поры поверхности реактора представляют собой многосвязанные регулярные каналы (RU 2008117101 А, МПК C02F 1/32, опубл. 10,11.2009 г.).

Недостатком вышеуказанных устройств-аналогов является то, что рассмотренные выше устройства имеют рабочий орган туннельного характера с движущимся обрабатываемым материалом. Но для протекания фотохимических процессов под действием ультрафиолетового излучения необходимо, чтобы обрабатываемый материал находился в рабочем органе довольно продолжительное время.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является фотокаталитический модуль, выбранный в качестве прототипа (RU 2394772, МПК C02F 1/32, опубл. 20.07.2010 г.), содержащий технологически связанные между собой пористый фотокаталический реактор, выполненный из кварца, стекла, керамики, стеклокерамики, на поверхность которого нанесен нанокристаллический диоксид титана, источник ультрафиолетового излучения (УФ), поры поверхности реактора представляют собой многосвязанные регулярные каналы.

Недостатком прототипа является невозможность очистки сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов. При положительных качествах модуля, принятого в качестве прототипа, он имеет существенный недостаток, а именно селективную направленность только на обеззараживание и улучшение органолептических свойств водной обрабатываемой среды за счет образования гидроксильных радикалов, разрушающих микроорганизмы, а также органические и неорганические соединения. Очистка твердой фазы, а именно сельскохозяйственных земель, от пестицидов в модуле не возможна.

Задачей предлагаемого устройства является очистка и обеззараживание сточных вод путем уничтожения вирусов и бактерий и другой патогенной микрофлоры, также очистка сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов. Задача решается тем, что устройство содержит фотокаталитический реактор, фотокатализатор в виде диоксида титана, источник ультрафиолетового излучения, в отличие от прототипа, фотокаталитический реактор расположен горизонтально. Устройство дополнительно содержит приемный бункер для почвы с расположенной под ним дробилкой, соединенной через транспортер с фотокаталитическим реактором, вдоль горизонтальной оси которого расположен смешиватель с приводом, причем источник ультрафиолетового излучения размещен в торцевой части реактора, а в его верхней части расположен дозатор для фотокатализатора - двуокиси титана, выход реактора через транспортер соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса, в нижней части которого расположен шнек для отвода очищенной почвы через патрубок, в центральной части корпуса установлено перемешивающее устройство, внутренняя полость корпуса через трубопровод, прикрепленный к его боковой стенке, соединена с емкостью для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа, под которой расположен патрубок подвода воды, в противоположной боковой стенке корпуса расположен патрубок отвода отработанного фотокатализатора.

Перемешивающее устройство представляет собой горизонтально расположенную ось, вращающуюся от электродвигателя, с закрепленными на ней лопастями.

В основу каталитического разложения пестицидов положено применение окислительных процессов, происходящих в фотокаталитическом реакторе, с использованием систем TiO₂/УФ и Fe²⁺/Н₂О₂/видимый спектр (Т.В. Бурзина. Дезинтеграция пестицидов на основе фотокатализа. -Агрохимия. -2007. -№3, с.78-81).

В системе TiO₂/УФ генерирование гидроксильных радикалов происходит посредством адсорбации фотонов ультрафиолетового излучения на полупроводниковом соединении

где е^- - электрон проводника,

h⁺ - электрон вакансии(дыры),

hv - энергия фотона.

Реакция происходит при длине волны менее 390 нм.

Электронные вакансии (дыры) окисляют гидроксил ионы, сорбированные на поверхности TiO₂

где НО* - гидроксил радикалы.

При дневном освещении в фотокаталическом корпусе при смешивании воды и солей железа происходит минерализация пестицидов (органических соединений) до углекислого газа, воды и неорганических солей (реакция Фентона)

где Fe²⁺, Fe³⁺ - двухвалентные и трехвалентные соли железа, Н₂О₂ - перекись водорода, НО ', НО * - гидроксил радикалы. Как видно из формул (3) и (4), в ходе процесса разложения перекиси водорода (Н₂О₂) образуются гидроксил радикалы, которые являются сильными окислителями. Под действием фотонов света скорость процесса окисления увеличивается в сотни раз, что влияет на процесс минерализации пестицидов.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство включает: приемный бункер для почвы 1 с расположенной под ним дробилкой 2, соединенной через транспортер 3 с фотокаталитическим реактором 4, вдоль горизонтальной оси реактора расположен смешиватель 5 с приводом 6, источник ультрафиолетового излучения 7, размещенный в торцевой части реактора, в верхней части ректора размещен дозатор 8 для фотокатализатора двуокиси титана, выход реактора через транспортер 9 соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса 10, в нижней части корпуса расположен шнек 11 для отвода очищенной почвы через патрубок 12, над которым установлено перемешивающее устройство 13, средняя часть корпуса через трубопровод 14 соединена с емкостью 15 для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа, под емкостью расположен патрубок подвода воды 16, с противоположной боковой стороны корпуса расположен патрубок 17 отвода отработанного фотокатализатора. Патрубки имеют: вентиль-18, вентиль-19, вентиль-20, вентиль-21. Перемешивающее устройство включает горизонтально расположенную ось 22, вращающуюся от электродвигателя 23, с закрепленными на ней лопастями 24.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Почва с остаточным количеством пестицидов при помощи ковша погрузчика (не показан) подаются в приемный бункер 1, встроенный в верхнюю часть; дробилки 2, в которой происходит измельчение кусков почвы. Измельченная почва с остаточным количеством пестицидов при помощи винтового конвейера 3 перемещается в фотокаталитический реактор. 4. Одновременно через дозатор 8 в реактор подается гранулированный фотокатализатор двуокиси титана. Включается привод 6, который приводит в действие смешиватель 5.

При этом смешиваемый материал облучается с помощью системы галогенных ламп источника ультрафиолетового излучения 7. В образовавшейся системе TiO₂/УФ происходит генерирование гидроксильных радикалов, которые, окисляя пестициды(органические соединения), минерализуют их до углекислого газа, воды и неорганических солей. В реакторе обрабатываемый материал находится не менее 10-20 мин, что ограничивает детоксикацию остаточных пестицидов в почве.

Далее обрабатываемый материал с помощью транспортера 9 перемещается в верхнюю часть корпуса 10.

Отрывается вентиль 19, и вода через патрубок 16 закачивается в корпус. Одновременно открывается вентиль 20, и реагент из солей железа через трубопровод 14 направляется из емкости 18 в реактор. При этом вентили 18 и 21 остаются закрытыми. При облучении обрабатываемого материала в корпусе видимой частью дневного спектра происходит разложение перекиси водорода, образуются гидроксил радикалы, которые окисляют пестициды (органически соединения) до углекислого газа, воды и неорганических солей. Время облучения в реакторе зависит от интенсивности светового потока, концентрации остаточных пестицидов в почве и состава почвы.

После окончания минерализации, то есть образования углекислого газа, воды и неорганических солей, вентили 19 и 20 закрываются, открывается вентиль 18 и очищенная почва выводится из корпуса с помощью шнека 11 через патрубок 12.

После этого открывается вентиль 21 и вода с отработанным реагентом также сливается из корпуса. Для перемешивания и облучения обрабатываемого материала видимой частью дневного спектра включается электродвигатель 23, вращение которого передается через горизонтальную ось 22 на лопатки перемешивающего устройства 13. Реализация изобретения позволяет значительно повысить интенсивность очистки сельскохозяйственных земель от остаточных пестицидов.

1. Устройство для очистки сельскохозяйственных земель от пестицидов, содержащее фотокаталитический реактор, фотокатализатор в виде диоксида титана, источник ультрафиолетового излучения, отличающееся тем, что фотокаталитический реактор расположен горизонтально, устройство дополнительно содержит приемный бункер для почвы с расположенной под ним дробилкой, соединенной через транспортер с фотокаталитическим реактором, вдоль горизонтальной оси которого расположен смешиватель с приводом, причем источник ультрафиолетового излучения размещен в торцевой части реактора, а в его верхней части расположен дозатор для фотокатализатора - двуокиси титана, выход реактора через транспортер соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса, в нижней части которого расположен шнек для отвода очищенной почвы через патрубок, в центральной части корпуса установлено перемешивающее устройство, внутренняя полость корпуса через трубопровод, прикрепленный к его боковой стенке, соединена с емкостью для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа, под которой расположен патрубок подвода воды, в противоположной боковой стенке корпуса расположен патрубок отвода отработанного фотокатализатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемешивающее устройство представляет собой горизонтально расположенную ось, вращающуюся от электродвигателя, с закрепленными на ней лопастями.

Изобретение относится к биотехнологии. Предложена ассоциация штаммов бактерий-нефтедеструкторов, выделенных из нефтезагрязненной почвы, Acinetobacter species В-1037, Pseudomonas species В-989, Bacillus species B-1040, депонированных в ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор».

Способ получения гумифицированной почвы // 2508281

Изобретение относится к области сельского хозяйства и биотехнологии, а также может быть использовано при переработке и утилизации целлюлозосодержащих промышленных отходов.

Способ очистки земли от загрязнений нефтепродуктами // 2503511

Изобретение относится к микробиологическим способам очистки окружающей среды. В предложенном способе в загрязненную среду вводят консорциум нефтеокисляющих микроорганизмов с одновременным внесением минеральной питательной среды.

Способ очистки почвы от углеводородных загрязнений // 2502569

Изобретение относится к области биотехнологии, а также экологии и рекультивации. Способ включает внесение в очищаемую почву углеводородокисляющих микроорганизмов и пероксидного соединения.

Способ биоремедиации нефтезагрязненных почвогрунтов // 2499636

Изобретение относится к области биотехнологии ремедиации загрязненных земель и предназначено для восстановления почв, загрязненных сырой нефтью и нефтепродуктами.

Способ комплексной рекультивации почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами // 2496589

Изобретение относится к области рекультивации почв и грунтов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами. Способ включает сбор разлитой нефти, механическую обработку загрязненного участка, бактериальную обработку и внесение минеральных удобрений.

Штамм rhodococcus erythropolis, используемый для разложения нефти // 2489485

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается новой культуры микроорганизмов, разрушающих нефть. .

Штамм pseudomonas citronellolis, используемый для разложения нефти и дизельного топлива // 2489484

Изобретение относится к биотехнологии. .

Штамм rhodococcus fascians, используемый для разложения нефти // 2489483

Штамм micrococcus luteus, обладающий каталазной активностью и осуществляющий трансформации органических остатков природного происхождения // 2488630

Изобретение относится к микробиологической промышленности и касается использования культуры рода Micrococcus вида Micrococcus luteus для получения нового штамма Micrococcus luteus, который обладает высокой каталазной активностью и способствует повышению продуктивности агроэкосистемы, участвуя в процессах трансформации органических остатков природного происхождения.

Способ очистки мерзлотных почв и водной среды спорообразующими бактериями bacillus atrophaeus вкпм в-10592 // 2513699

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки мерзлотных почв и водной среды от нефти и нефтепродуктов. Выращивают штамм бактерий Bacillus atrophaeus ВКПМ В-10592 и готовят из него суспензию, которую вносят в мерзлотную почву и водную среду. Выдерживают при заданных параметрах от 7 до 60 суток и определяют количественное содержание нефти и нефтепродуктов в мерзлотной почве и водной среде. Изобретение позволяет сократить сроки денатурации нефти и нефтепродуктов и снизить их концентрацию в мерзлотной почве и водной среде. 5 табл., 6 пр.

Штамм бактерий bacillus vallismortis - деструктор нефти и нефтепродуктов // 2513702

Изобретение относится к области микробиологии. Предложен штамм бактерий Bacillus vallismortis ВКПМ В-11017 - деструктор нефти и нефтепродуктов. Штамм обладает способностью в короткие сроки в широком диапазоне температур от +8 до +37°C осуществлять деградацию нефти на 78,3%. Штамм может быть использован для очистки почв и для очистки воды, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, такими как дизельное топливо, масло моторное, газовый конденсат. 3 табл., 5 пр.

Препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений и способ его получения // 2516412

Группа изобретений относится к области биохимии, экологии, охране окружающей среды. Предложен препарат для очистки воды и почвы от нефтяных загрязнений, содержащий микроорганизмы - деструкторы нефти, сорбент, криопротектор - глицерин, микроудобрения - азотнокислый натрий 0,5% и фосфорнокислый калий 0,5%. В качестве деструкторов нефти он содержит ассоциацию нефтеокисляющих микроорганизмов: Bacillus subtilis ВКМ В-81, Pseudomonas spp. BKM B-892, Pseudomonas putida BKM В-1301, Rhodococcus sp. BKM Ac-950, Mycobacterium flavescens BKM Ac-1415 в количестве 75-85% от общего числа клеток, а также почвенные бактерии Agrobacteium radiobacter BKM В-1219 в количестве 15-25% от общего числа клеток. Сорбент в препарате представляет собой мелкодисперсный дегидратированный цеолит с размером гранул 0,1-0,5 мм, опудренный наночастицами Аэросила А-300. При этом соотношение компонентов в препарате (масс.%) следующее: цеолит - 94±1, Аэросил А-300 - 3±0.5, глицерин - 1±0.2, азотнокислый натрий - 0.5±0.2, фосфорнокислый калий - 0.5±0.2, ассоциация нефтеокисляющих микроорганизмов с Agrobacteium radiobacter в эффективном количестве 2-3*108 кл/г - 1±0.5. Также предложен способ получения препарата. Выращивают отдельно ассоциацию нефтеокисляющих бактерий и фракцию почвенных бактерий. После чего две полученные культуральные жидкости смешивают в соотношении 75-85% ассоциации нефтеокисляющих бактерий от общего количества клеток и 15-25% почвенных бактерий от общего количества клеток. Концентрируют суспензию до концентрации 2*1011 кл/мл. Цеолит предварительно дробят до гранул размером 0.1-0.5 мм, выдерживают в печи при температуре 250°C до стадии вспучивания, охлаждают до температуры 20°C при влажности 10-12% и смешивают с Аэросилом А-300. В концентрированную суспензию вносят глицерин, азотнокислый натрий, фосфорнокислый калий, затем смешивают с цеолитом. При этом полученный цеолит и концентрированную суспензию смешивают в соотношении 9:1. Затем проводят процесс контактно-химического обезвоживания. Изобретения позволяют на 90-98% и в короткий срок (2-3 суток) утилизировать углеводороды нефти, а также бензин, дизельное топливо, мазут, керосин при температурах до -5°C. Сухая форма препарата позволяет увеличить срок его хранения до 1,5 года при температуре не выше 25°C. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

Штамм rhodococcus sp.-деструктор нефтяных углеводородов // 2518349

Изобретение относится к микробиологии. Штамм Rhodococcus sp. депонирован в ВКМ под регистрационным номером Ас-2046 Д. Штамм проявляет высокую деструкционную активность в отношении нефтяных углеводородов, входящих в состав нефтешламов, а также в отношении нефти и мазута. Утилизация сырой нефти на 7 сутки культивирования составляет 100%. 1 ил., 1 табл., 3 пр.

Способ учета нефтеокисляющих бактерий в морской воде // 2520084

Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано при мониторинговых эколого-микробиологических исследованиях контроля качества морской воды для определения численности нефтеокисляющих микроорганизмов. Способ предусматривает приготовление минеральной среды - основы, содержащей NH4NO3, K2HPO4, KH2PO4, MgSO4, CaCl2, FeCl2 - концентрированный раствор, агар и дистиллированную воду в заданном соотношении с последующим добавлением нефтепродукта в заданном количестве, в качестве которого используют флотский мазут. Посев на поверхность питательной среды морской воды и инкубирование посева в течение 3-4 суток позволяет выявить колонии нефтеокисляющих бактерий. Изобретение позволяет повысить точность способа при выявлении нефтеуглеводородокисляющих бактерий при проведении экологических мониторинговых исследований. 2 табл., 3 ил., 5 пр.

Способ очистки мерзлотной почвы и водной среды от нефти и нефтепродуктов штаммом бактерий exguobacterium mexicanum // 2521654

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при очистке мерзлотных почв и водной среды от нефти и нефтепродуктов. Выращивают штамм бактерий Exguobacterium mexicanum ВКПМ В-11011 и готовят из него суспензию, которую вносят в мерзлотную почву и водную среду. Выдерживают при заданных параметрах от 7 до 60 суток и определяют количественное содержание нефти и нефтепродуктов в исследуемой почве и водной среде. Изобретение позволяет сократить сроки денатурации нефти и нефтепродуктов и снизить концентрацию нефти и нефтепродуктов в почве и водной среде. 3 табл., 4 пр.

Грунтошламовая смесь // 2522317

Изобретение относится к охране окружающей природной среды. Грунтошламовая смесь содержит нефтешлам, буровой шлам, торф, песок, воду, сорбенты и биодеструкторы углеводородов при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефтешлам и буровой шлам - 20-25; песок - 20-30; торф - 30-35; сорбенты - 2-5; биодеструкторы углеводородов - 2-5; вода - 10. Обеспечивается улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нефтезагрязненных и нарушенных земель в результате обогащения при очистке загрязненных земель кислородом и минеральными удобрениями, уменьшение нефтезагрязненных участков. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 5 пр.

Штамм бактерий exiguobacterium mexicanum - деструктор нефти и нефтепродуктов // 2523584

Изобретение относится к области микробиологии. Предложен штамм бактерий Exiguobacterium mexicanum ВКПМ B-11011, обладающий способностью быстро утилизировать нефть, дизельное топливо, масло моторное, газовый конденсат. Штамм может быть использован для очистки почв и водоемов, загрязненных нефтью и нефтепродуктами, в широком диапазоне температур от +4 до +37°C. 3 табл., 5 пр.

Способ очистки мерзлотных почв и водной среды от нефти и нефтепродуктов спорообразующими бактериями bacillus vallismortis // 2525930

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки мерзлотной почвы и водной среды от нефти и нефтепродуктов. Выращивают штамм бактерий Bacillus vallismortis ВКПМ В-11017 и готовят из него суспензию, в которую вносят в мерзлотную почву и водную среду. Выдерживают при заданных параметрах от 7 до 60 суток и определяют количественное содержание нефти и нефтепродуктов в мерзлотной почве и водной среде. Изобретение позволяет сократить сроки денатурации нефти и нефтепродуктов и снизить их концентрацию в мерзлотной почве и водной среде. 3 табл., 4 пр.

Способ очистки воды и мерзлотных почв от нефти и нефтепродуктов штаммом бактерий pseudomonas panipatensis вкпм в-10593 // 2525932

Изобретение относится к биохимии. Предложен способ очистки воды и мерзлотной почвы от нефти и нефтепродуктов. Способ включает использование бактериальной суспензии на основе клеток непатогенного штамма бактерий Pseudomonas panipatensis ВКПМ В-10953 с титром 1·109 микробных клеток/см3. Изобретение обеспечивает высокую степень очистки почв и воды от нефти и нефтепродуктов в широком диапазоне температур (от +8°С до +30°С). 3 табл., 4 пр.