Материал для биологической рекультивации нарушенных земель


 


Владельцы патента RU 2546155:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к биологической рекультивации нарушенных земель и утилизации промышленных отходов. Материал включает шлам содового производства и обезвоженный избыточный активный ил или смесь обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников после очистки городских хозяйственно-бытовых стоков. Обезвоженный избыточный активный ил представляет собой отход текущего выхода или отход, стабилизированный в естественных условиях от 1 года до 10 лет следующего состава, мас.%: органические вещества - 49-67, минеральные вещества - 33-51, в т.ч. общий азот до 5,7%, фосфор до 7,4%. Использован шлам содового производства мелкой фракции размером менее 0,5 мм, полученной в результате центрифугирования при скорости вращения 3800-4200 об./мин и времени центрифугирования 12-18 мин с pH водных вытяжек 8,2-8,5. Массовое соотношение шлама содового производства к обезвоженному избыточному активному илу или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников составляет 2:1-1:1. Техническим результатом является получение материала для биологической рекультивации без ограничения области применения, снижение стоимости материала и расширение сырьевых ресурсов для его получения. 4 табл.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к биологической рекультивации нарушенных земель и утилизации промышленных отходов.

В настоящее время к числу актуальных экологических проблем относятся увеличение площадей техногенно нарушенных территорий и объемов складируемых отходов производства.

Нарушенные территории, являющиеся результатом производственной деятельности человека, представляют собой источник пролонгированного отрицательного воздействия на окружающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, гидрологического режима и формирования техногенного ландшафта. К основным способам восстановления нарушенных территорий относятся техническая и биологическая рекультивация.

Для рекультивации нарушенных территорий и карьерных выемок в последнее время применяют различные строительные и промышленные отходы без предварительной оценки их возможного негативного воздействия на компоненты окружающей среды, обусловленного присутствием в составе токсичных веществ, и без обоснования инженерно-технических мероприятий по минимизации воздействия размещаемых отходов на окружающую среду. Такое применение отходов фактически является размещением (захоронением) отходов в окружающей среде и может привести к миграции загрязнений с последующей деградацией природных экосистем и увеличением рисков здоровью населения, проживающего на территориях, прилегающих к рекультивируемым объектам.

Известна смесь для рекультивации шламохранилищ (патент №2084417, дата публикации: 20.07.1997) содержащая шлам-осадок очистки бытовых и промышленных стоков 100 вес.ч., золу-унос 15-20 вес.ч., мелкозернистый заполнитель 15-30 вес.ч., алюмосиликатную породу 15-30 вес.ч. В качестве мелкозернистого заполнителя смесь содержит высевки шлака с модулем основности Мо более 1 или горелую формовочную землю, в качестве алюмосиликатной породы - глину или суглинок, а также дополнительно может содержать известь или портландцемент в количестве 2-5 вес.ч. или известь и портландцемент в количестве 1-2 вес.ч. каждого.

Недостатком известной смеси является сложный компонентный состав, требующий присутствия кроме отходов производства сухих строительных смесей в виде портландцемента, что увеличивает стоимость готового продукта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является материал для биологической рекультивации, используемый в способе рекультивации нарушенных угледобычей земель (см. патент РФ №2336684 от 30.11.2006), содержащий шлам - отход содового завода и активный ил очистных сооружений химического завода. Шлам содового завода содержит, мас.%: кальцит (CaCO3) - 79-97, арагонит (CaCO3) - 1-2, доломит - до 1, кварц - 1-8, вода - остальное. Активный ил очистных сооружений химического завода содержит, мас.%: минеральные вещества - 53-78, органические вещества - 22-47, в т.ч. общего азота до 3,6, фосфора до 4,8. Данный материал принят в качестве прототипа.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого изобретения - шлам содового производства и обезвоженный избыточный активный ил, содержащий минеральные и органические вещества.

Недостатком известного материала, принятого за прототип, является необходимость использования в составе смеси активного ила с химического завода, который содержит токсичные специфические вещества (метанол и формальдегид). Кроме того, область применения известного материала ограничена нарушенными угледобычей землями.

Задачей изобретения является получение материала для биологической рекультивации без ограничения области применения, снижение стоимости материала и расширение сырьевых ресурсов для его получения.

Поставленная задача достигается за счет того, что известный материал для биологической рекультивации нарушенных земель, включающий шлам содового производства и обезвоженный избыточный активный ил, содержащий минеральные и органические вещества, согласно изобретению содержит шлам содового производства мелкой фракции размером менее 0,5 мм, полученной в результате центрифугирования при скорости вращения 3800-4200 об/мин и времени центрифугирования 12-18 мин с pH водных вытяжек 8,2-8,5, а обезвоженный избыточный активный ил или смесь обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников после очистки городских хозяйственно-бытовых стоков, причем обезвоженный избыточный активный ил представляет собой отход текущего выхода или отход, стабилизированный в естественных условиях от 1 года до 10 лет и содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:

органические вещества - 49-67,

минеральные вещества - 33-51, в т.ч. общий азот до 5,7%, фосфор до 7,4%,

при этом массовое соотношение шлама содового производства к обезвоженному избыточному активному илу или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников составляет 2:1-1:1.

Отличительными признаками заявляемого материала от материала по прототипу являются содержание шлама содового производства мелкой фракции размером менее 0,5 мм, полученной в результате центрифугирования при скорости вращения 3800-4200 об/мин и времени центрифугирования 12-18 мин с pH водной вытяжки 8,2-8,5; содержание обезвоженного избыточного активного ила или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников после очистки городских хозяйственно-бытовых стоков следующего химического состава, мас.%: минеральные вещества - 33-51; органические вещества - 49-67, в т.ч. общий азот до 5,7, фосфор до 7,4; использование обезвоженного избыточного активного ила текущего выхода или стабилизированного в естественных условиях от 1 года до 10 лет; массовое соотношение шлама содового производства к обезвоженному избыточному активному илу или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников, равное 2:1-1:1.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволят получить материал для биологической рекультивации техногенно нарушенных территорий без ограничения области применения, снизить стоимость материала за счет нулевой стоимости исходных компонентов и расширить сырьевые ресурсы для получения материала для биологической рекультивации.

Физико-химические свойства избыточных активных илов (ИАИ) и осадков первичных отстойников (ОПО) зависят от химического состава сточных вод и длительности их хранения (табл.1). В ИАИ и ОПО содержится значительное количество органических веществ и биогенных элементов (соединения азота и фосфора). Однако их применение в качестве органических удобрений в сельском хозяйстве, при благоустройстве территорий, для биологической рекультивации нарушенных земель, рекультивации полигонов промышленных отходов и полигонов ТБО, несмотря на 4 класс опасности для ОПС, ограничено из-за высокого содержания тяжелых металлов (превышение допустимых значений в 1,1-2,0 раза) и высоких показателей химического потребления кислорода в водной вытяжке отхода (превышение допустимых значений в 2,0 раза).

Таблица 1
Физико-химические характеристики избыточного активного ила и смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников
Показатель Допустимое знач. по: СанПиН 2.1.7.1322-03, СП 2.1.7.1038-01, ГОСТР 17.4.3.07-2001, СанПиН 2.1.7.573-96, СанПин 2.6.1.2523-09 Значение показателя
ИАИ текущего выхода ИАИ+ОПО текущего выхода ИАИ+ОПО (после 1-2 лет складирования) ИАИ (после 10 лет складирования) ИАИ (после 20 лет складирования)
Влажность, % не нормир. 85 78 58-69 45-55 35
Массовая доля органических веществ, %* не нормир. 58 66 49-53 60-64 67
Массовая доля золы, %* не более 80 (3) 42 34 47-51 36-40 33
Массовая доля общего азота, %* не менее 0,6 (4) 5,7 3,1 2,0-2,3 4,7 3,5
Массовая доля общего фосфора (P2O5), %* не менее 1,5 (4) 5,5 3,6 3,9-6,3 7,4 6,6
pH солевой вытяжки 5,5-8,5 (3) 6,9 7,3 7,4 6,9 6,8
ХПК водной вытяжки (1:1) мгO2 не более 5000 (2) 288 9568 2150-4290 752 1802
Нефтепродукты, не более 30 109-110 4,57 4,7-5,2 - -
Кадмий, мг/кг 30 11,2 20 19,0-24,7 19 33,8
Медь, мг/кг 1500 234 1300 350-742 273 860
Никель, мг/кг 400 115,0 140 180-285 115 550
Ртуть, мг/кг не более 15 (3, 4) 0,67 0,5 0,5-2,34 0,25 0,24
Свинец, мг/кг 500 34,7 45 45-78 50 140
Хром, мг/кг 1000 305 510 400-430 385 1940
Цинк, мг/кг 3500 814 780 980-1385 755 1000
Класс опасности Не ниже III (1, 2) IV IV IV IV нет данных
* - в пересчете на сухое вещество

Изменение значений показателей, ограничивающих использование ИАИ и ОПО возможно при компостировании, обработке реагентами или биопрепаратами, введении в их состав компонентов - структураторов. В качестве структуратора предлагается использовать мелкодисперсную фракцию шлама содового производства, выделенную в результате центрифугирования.

Шлам содового производства (ШСП) представляет собой светло-серую массу плотностью около 970 кг/м3, на 70-80% состоящую из частиц размером 0,1-0,2 мм и характеризуется следующим составом (при влажности около 60%), %: карбонат кальция (CaCO3) 50-65; карбонат магния (MgCO3) 20-25; гидроксид кальция (Ca(OH)2) 4-10; хлорид кальция (CaCl2) 5-10; оксид алюминия (Al2O3) 5-10; сульфат кальция (CaSO4) 3-9,5; оксид кремния (SiO2) 0-4,9. На основании результатов биотестирования водных вытяжек из отходов по методикам «ФР 1.39.2007.03222 Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний» и «ФР 1.39.2007.03223 Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей» установлено, что образцы шлама содового производства, обезвоженные традиционными методами отстаивания в шламонакопителях, относятся к 4 классу опасности отхода по воздействию на окружающую природную среду (ОПС). Полученные результаты обусловлены высокими значениями pH водных вытяжек из отходов: 12,0-12,8 ед. pH, что является препятствием для широкого использования шламов содового производства.

Снижение токсичных свойств шламов содового производства достигается путем центрифугирования исходных образцов дистиллерной жидкости (скорость вращения 3800-4200 об/мин, время центрифугирования 12-18 мин) и выделения в процессе обработки мелкодисперсной фракции размером менее 0,5 мм, характеризующейся значениями рН водных вытяжек 8,2-8,5 и относящихся на основании результатов биотестирования к 5 классу опасности отхода по воздействию на ОПС.

Опасные для ОПС свойства шламов содового производства, избыточного активного ила и осадков первичных отстойников, ограничивающие возможность использования ресурсного потенциала каждого из отходов, обусловлены различными факторами, в то же время при совместном использовании отходов возможно получение материала для биологической рекультивации, физико-химические и токсикологические характеристики которого соответствуют установленным требованиям.

Способ получения материала для биологической рекультивации нарушенных земель.

Материал для биологической рекультивации получают путем перемешивания в заданном количестве компонентов: ИАИ или смесь ИАИ с ОПО сооружений биологической очистки городских сточных вод и мелкодисперсной фракции (<0,5 мм) шламов содового производства. Соотношение ИАИ:ОПО сооружений биологической очистки городских сточных вод определяется технологическим режимом работы очистных сооружений и может колебаться в пределах 1:2÷1:4.

В зависимости от объемов получаемого материала, перемешивание осуществляют с помощью экскаватора, смесителя или лопатой до получения однородной массы.

По описанному способу были изготовлены композиции предлагаемого материала для биологической рекультивации нарушенных земель при различном массовом соотношении ИАИ+ОПО:ШСП 3:1; 2:1; 1:1; 1:2; 1:3. Для полученных композиций определены параметры, ограничивающие применение каждого отхода в отдельности: рН, химическое потребление кислорода (ХПК) водной вытяжки, и проведено сравнение полученных значений с допустимыми (табл.2).

Таблица 2
Физико-химические свойства материала для биологической рекультивации нарушенных земель
Показатель Допустимые значения ШСП ИАИ+ОПО Компонентный состав смеси ИАИ+ОПО:ШСП
3:1 2:1 1:1 1:2 1:3
pH 5,5-8,5 12,4 7,2 7,4 7,5 8,4 8,7 10,8
ХПК, мгО/дм3 Не более 5000 859 9568 5912 4875 3680 3005 2425

Материал для биологической рекультивации нарушенных земель при массовом соотношении ИАИ+ОПО:ШСП 3:1 характеризуется превышением допустимых нормативных значений ХПК водной вытяжки.

Материал для биологической рекультивации нарушенных земель при массовом соотношении ИАИ+ОПО:ШСП 1:2; 1:3 характеризуется превышением допустимых нормативных значений pH водной вытяжки.

На основании полученных результатов установлено, что значения показателей рН и ХПК водной вытяжки материала для биологической рекультивации нарушенных земель при массовом соотношении ИАИ+ОПО:ШСП 2:1-1:1 соответствуют нормативным требованиям и материал может быть рекомендован к использованию.

Материал для биологической рекультивации нарушенных земель, содержащий ИАИ и ОПО сооружений биологической очистки городских сточных вод текущего выхода (характеризующийся наихудшими физико-химическими свойствами) и мелкодисперсную фракцию (<0,5 мм) шлама содового производства в предложенном соотношении был исследован на фитотоксичность по методике «Определения фитотоксичности методом проростков».

В составе материала были использованы шламы содового производства, обезвоженные традиционными методами отстаивания в шламонакопителях (исходные шламы содового производства 4 класса опасности, pH 12,8) и обезвоженные путем центрифугирования с выделением в процессе обработки мелкодисперсной фракции размером менее 0,5 мм (мелкодисперсная фракция шламов содового производства 5 класс опасности, pH 7,8) (табл.3).

Таблица 3
Результаты исследования фитотоксичности материала для биологической рекультивации нарушенных земель
Компоненты ИАИ+ОПО:ШСП Проростки семян овса, шт. Проростки семян гороха, шт. Общая всхожесть, шт.
контроль (плодородная почва) 4 3 7
исходные шламы содового производства (4 класс опасности, рН=12,8)
1:1 0 0 0
2:1 2 5 7
мелкодисперсная фракция шламов содового производства (5 класс опасности, pH=7,8)
1:1 2 4 6
2:1 3 6 9

Полученные результаты позволили установить нецелесообразность использования при изготовлении материалов для биологической рекультивации исходных шламов содового производства (4 класс опасности, pH 12,8).

В эксперименте с мелкодисперсной фракцией шламов содового производства (5 класс опасности, pH 7,8) общая всхожесть семян при использовании состава ИАИ+ОПО:ШСП 1:1 сопоставима с общей всхожестью в контрольном опыте. Общая всхожесть семян в контрольном опыте ниже, чем при использовании состава ПАИ+ОПО:ШСП 2:1.

Результаты оценки фитотоксичного эффекта материала для биологической рекультивации нарушенных земель представлены в табл.4.

Таблица 4
Фитотоксичный эффект материала для биологической рекультивации нарушенных земель
Компоненты ИАИ+ОПО:ШСП Фитотоксичный эффект, %
1:1 (исходные шламы содового 4 класс опасности, pH=12,8)производства 100
2:1 (исходные шламы содового 4 класс опасности, pH=12,8)производства 37
1:1 (мелкодисперсная фракция 5 класс опасности, рН=7,8) 13,1
2:1 (мелкодисперсная фракция 5 класс опасности, pH=7,8) 7,2

Самый высокий фитотоксичный эффект - 100% у пробы с компонентным соотношением ИАИ+ОПО:ШСП (исходные шламы содового производства 4 класс опасности, рН 12,8) 1:1. Самый низкий фитотоксичный эффект - 7,2% у пробы с компонентным соотношением ИАИ+ОПО:ШСП (мелкодисперсная фракция 5 класс опасности, pH 7,8) 2:1, что сопоставимо с контрольным опытом и свидетельствует о целесообразности использования предложенного материала для биологической рекультивации нарушенных земель.

Материал для биологической рекультивации нарушенных земель содержит органические соединения и биогенные элементы (соединения азота и фосфора), находящиеся в легкодоступной для растений форме, в результате этого дополнительное внесение минеральных удобрений не требуется.

Преимущество предлагаемого технического решения состоит в том, что оно позволяет получить материал для биологической рекультивации без ограничения области применения из дешевого и распространенного сырья, что значительно снижает стоимость материала и расширяет сырьевые ресурсы для его получения.

Материал для биологической рекультивации нарушенных земель, включающий шлам содового производства и обезвоженный избыточный активный ил, содержащий минеральные и органические вещества, отличающийся тем, что содержит шлам содового производства мелкой фракции размером менее 0,5 мм, полученной в результате центрифугирования при скорости вращения 3800-4200 об/мин и времени центрифугирования 12-18 мин с pH водных вытяжек 8,2-8,5, а обезвоженный избыточный активный ил или смесь обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников после очистки городских хозяйственно-бытовых стоков, причем обезвоженный избыточный активный ил представляет собой отход текущего выхода или отход, стабилизированный в естественных условиях от 1 года до 10 лет, и содержит ингредиенты в следующем соотношении, мас.%:
органические вещества - 49-67,
минеральные вещества - 33-51, в т.ч. общий азот до 5,7%, фосфор до 7,4%,
при этом массовое соотношение шлама содового производства к обезвоженному избыточному активному илу или смеси обезвоженного избыточного активного ила и осадка первичных отстойников составляет 2:1-1:1.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к композиционному влагоудерживающему материалу, который может быть использован в растениеводстве для улучшения водно-воздушного и питательного режима почвы, а также восстановления растительности на почвах разного типа.

Изобретение относится к способу связывания немонолитных оксидных неорганических материалов отверждаемыми композициями, а также к отвержденным композициям, которые могут быть получены указанным способом.
Изобретение относится к области мелиорации земель в районах нефтегазодобычи, в частности к композиционному мелиоративному материалу. Композиционный материал включает буровой отход, портландцемент в количестве от 5 до 10% от объема бурового отхода, углерод технический от 0,5 до 1% от объема бурового отхода, известь негашеную от 3 до 5% от объема бурового отхода, торф от 20 до 40% от объема бурового отхода, песок от 10 до 30% от объема бурового отхода, фосфоросодержащее минеральное удобрение от 20 до 30 кг на 1 т композиционного материала.
Изобретение относится к способу закрепления грунтов и фундаментов. Способ заключается в обработке последних содержащим латексный полимер закрепителем, применяемым в смеси с водой.
Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации почв, загрязненных нефтью. Для снижения токсичности почв и затрат на мелиорацию используют 3 вида глин различного химического состава с добавлением мелассы и биопрепарата Линекс в следующих соотношениях, масс.%: глина диалбекулит - 38-40; глина ирлит 1 - 28-32; глина ирлит 7 - 16-20; меласса - 8-12; биопрепарат Линекс - 2-4.
Изобретение относится к составам для химического закрепления почв и грунтов и может быть использовано в сельском хозяйстве для борьбы с водной и ветровой эрозией, а также при строительстве дорог и других земляных сооружений.
Изобретение относится к области способов химического закрепления почв и грунтов и может быть использовано в сельском хозяйстве для борьбы с водной и ветровой эрозией, а также при строительстве дорог и других земляных сооружений.
Изобретение относится к области рекультивации нарушенных земель в условиях Крайнего Севера и может быть использовано при восстановлении почвенно-растительного покрова, нарушенного в результате производственно-хозяйственной деятельности человека.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и касается состава для восстановления биопродуктивности глинистых почв. .
Изобретение относится к области сельского и городского хозяйств. Способ включает обработку верхнего слоя субстрата открытых спортивных площадок водным раствором реагента. В качестве реагента используют 1%-ный водный раствор перекиси водорода. Обработку верхнего слоя субстрата спортивных площадок с травяным покрытием осуществляют путем полива дождеванием циклом по 5 поливов в сутки в течение 5 дней в количестве 20 т на один полив. После обработки реагентом удаляют вспученную на поверхность открытых спортивных площадок органическую массу, выдерживают перерыв в обработке в течение двух дней. Затем повторяют цикл обработки травяного покрытия также путем проведения полива дождеванием 1%-ным водным раствором перекиси водорода и в случае необходимости проводят подсев семян дернообразующих злаков для восстановления травяного покрытия открытых спортивных площадок. Способ позволяет повысить интенсивность и снизить сроки формирования травяного покрытия и упростить уход за травяным покрытием. 1 пр.
Изобретение относится к области сельского и городского хозяйств. В способе осуществляют механическое удаление верхнего травянистого слоя газона с органическим материалом до песка, вносят в оставшийся субстрат с корневой системой и органическим материалом 10% раствор перекиси водорода путем 4-этапного полива дождеванием. Причем первый полив осуществляют из расчета 20 т раствора перекиси водорода на 0,8 га. Удаляют вспученную на поверхность массу органического материала, затем осуществляют последующие три полива в течение двух суток по мере появления темных пятен органического материала на песке до получения на поверхности субстрата чистого песка без органического материала. Осуществляют два промывочных полива и подсыпают песок для последующего высевания в него семян дернообразующих злаков. Способ позволяет повысить интенсивность и снизить сроки формирования сильной корневой системы травяного газонного покрытия, сократить сроки восстановления газонов. 1 пр.
Изобретение относится к области сельского хозяйства и мелиорации. Способ включает глубокое рыхление почвы, внесение удобрений и раствора сульфата железа и полив повышенной оросительной нормой. При этом в качестве удобрения в верхний слой почвы вносят карбамидоформальдегидное удобрение, насыщенное раствором сульфата железа и инкрустированное фосфогипсом. После завершения промывки удобрение перемещают в нижнюю часть пахотного горизонта. Способ обеспечивает эффективное рассоление орошаемых солонцовых земель с улучшением структуры почв, повышением их плодородия и эрозионной устойчивости без нанесения вреда окружающей территории и растениям.

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен биопрепарат для биоремедиации нефтезагрязненных почв для климатических условий Крайнего Севера. Биопрепарат содержит твердый субстрат-носитель и иммобилизованный на его поверхности консорциум углеводородокисляющих микроорганизмов, включающий штаммы Bacillus vallismoris ВКПМ В-11017, Exguobacterium mexicanum ВКПМ B-11011, Serratia plymuthica VKM B-2819D, Rhodococcus sp. BKM Ac-2626D и минеральный питательный субстрат для бактерий. Преимуществом изобретения является высокая степень очистки почв и грунтов от нефти и нефтепродуктов (на 87-88%) в условиях холодного климата Крайнего Севера за короткий промежуток времени (60 суток). 3 з.п. ф-лы, 9 табл., 3 пр.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для ремедиации нефтемешламов, для очистки почвы или грунта от загрязнений нефтепродуктами. Ремедиатор содержит органоминеральный комплекс - носитель углерода, азота и фосфора в соотношении 100:1:3. Комплекс представляет собой многоразмерную ячеистую структуру с порами и каналами размером 60-200 нм в виде сыпучего порошка. Порошок получают из осадков сточных вод и активного ила путем механической, овицидной и реагентной обработки. Активный ил содержит бактериальную микрофлору. Обеспечивается повышение степени очистки нефтезагрязненных грунтов путем увеличения активирующей способности, сокращение времени восстановления нефтезагрязненных грунтов, увеличение пористости грунта и повышение гумуфикации грунта. 5 ил., 1 табл.
Наверх