Способ иммобилизации свинца в загрязненных почвах

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки загрязненных свинцом почв территорий промышленных предприятий, а также для повышения экологической устойчивости почвогрунтовых конструкций в городской среде и садово-огородных товариществах городских агломераций. Способ иммобилизации свинца в загрязненных почвах включает внесение в почву сорбента на основе природных материалов. Сорбент готовят путем смешивания сухих извести и сапропеля в соотношении 5:1 и равномерно вносят на поверхность почвы в весенний период времени (март-апрель) в дозах 0,5-1,5 т/га. Использование данного изобретения позволяет повысить эффективность иммобилизации свинца в гумусово-аккумулятивном горизонте почв при использовании недорогих природных сорбентов. 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в целях детоксикации загрязненных свинцом почв территорий промышленных предприятий. Также изобретение может быть использовано для повышения экологической устойчивости почвогрунтовых конструкций в городской среде и садово-огородных товариществах городских агломераций.

Свинец является приоритетным загрязняющим элементом среди тяжелых металлов. Источники поступления свинца в объекты окружающей среды имеют место во многих сферах хозяйственной деятельности и быта человека: металлургия, химическая промышленность, теплоэнергетика, добывающая промышленность, автотранспорт, твердые бытовые отходы и прочие [1].

Депонируясь в почве в колоссальных концентрациях, свинец вызывает необратимые экосистемные изменения. Территории, испытывающие мощный антропогенный пресс, зачастую загрязнены свинцом. Наибольшими содержаниями свинца отличаются почвы промышленных территорий и лентические участки почв прилегающих к автомагистралям [2].

Проблема загрязнения почв промышленных территорий требует специфических решений. Так как наличие на территориях промышленных комплексов почв с озелененной дневной поверхностью является обязательным условием, закрепленным законодательно. Однако рост растений ингибируют токсичные концентрации свинца. Поэтому в настоящее время крайне важными являются технологии, позволяющие снизить токсичность почв и увеличить экологическую стойкость и срок службы почвогрунтовых конструкций в урбосреде.

Одним из наиболее выгодных и относительно эффективных способов очистки почв является фиторемидиация - очистка почв от металлов с помощью растений фитомилиорантов. Однако этот метод требует значительных временных затрат и малоэффективен для территорий с повышенным уровнем загрязнения [3].

Детоксикация почв с «ураганными» концентрациями свинца методом фиторемедиации не представляется возможной. Поэтому иммобилизация свинца insitu возможна только с применением сорбционного метода. Сегодня сорбционный способ очистки почв является одним из самых эффективных среди стабилизационных методов. Важным аспектом является использование сорбентов на основе экологически чистых природных материалов, позволяющих увеличивать буферные свойства почв, не вызывая побочных сопутствующих загрязнений.

Известен способ удержания тяжелых металлов, мигрирующих в техногенных потоках загрязнения [4]. Сущность способа заключается в создании на путях миграции потока поглотительных барьеров за пределами источника загрязнения. Барьер представляет собой цепь скважин, в которые нагнетают гелеобразующие растворы с временем гелеобразования 1-1,5 ч, формирующие гель, например щавелево-алюмосиликатный, поглощающий тяжелые металлы.

Недостатком известного способа является то, что барьер частично проницаем для жидкого потока и сорбционное насыщение происходит достаточно быстро, за 50-85 суток, что ограничивает срок действия данного устройства по своему прямому назначению. Также в результате миграции, расширяется зона поражения почвенных горизонтов, т.к поглотительные горизонты устанавливаются за пределами источника загрязнения. Использование этого способа не эффективно в засушливый период, т.к необходим мощный водный сток.

Аналоговым является метод использования экстрагент-сорбента [2]. Данный экстрагент-сорбент для очистки почвы, включающий поверхностно-активное вещество, дополнительно содержит хвою, кору, опилки, и/или лигнин, и/или бумажную пыль, и/или цеолит, и живицу. Наличие его в почве ограничивает миграцию тяжелых металлов со сточными водами за счет образования комплексов, которые в то же время легко усваиваются растениями. Такой метод не достаточно эффективен для его использования на территории промышленных комплексов. Кроме того, до конца не исследованы дозы внесения продукта на единицу площади.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ очистки почв от тяжелых металлов гуминовыми кислотами из природноокисленных углей. Повышенная сорбционная емкость обусловлена введением в состав гуминовых кислот новых реакционных центров для связывания с ионами металлов [6].

Недостатком этого способа является использование в качестве действующего вещества производных полезных ископаемых, которые достаточно трудно получить. Остается открытым вопрос срока службы сорбента, не указано, через какой промежуток времени осуществлять внесение последующих доз сорбента, требующихся для фиксации вновь поступающих в почвы выбросов промышленных предприятий. К тому же, применение отходов угледобычи на удаленных территориях повышает финансовую стоимость данного способа очистки.

Целью нашей разработки является создание доступного, экономичного и эффективного способа иммобилизации свинца в гумусово-аккумулятивном горизонте почв с использование недорогих природных сорбентов.

Технической задачей изобретения является иммобилизация подвижных форм свинца в загрязненных почвах с целью ограничения их миграции в сопредельные компоненты экосистем и поглощения их растениями.

Технический результат достигается тем, что в известном способе иммобилизации свинца в загрязненных почвах путем внесения в почву сорбента на основе природных материалов, согласно изобретению, сорбент готовят путем смешивания сухих извести и сапропеля в соотношении 5:1 и равномерно вносят на поверхность почвы в весенний период времени (март-апрель) в дозах 0,5-1,5 т/га.

За счет этого происходит увеличение рН почвенного раствора и возрастает емкость почвенного поглощающего комплекса, что обуславливается увеличением доли минеральных и органо-минеральных почвенных коллоидов, которые обеспечивают мощное накопление тяжелых металлов, их долгосрочную иммобилизацию (3-5 лет) в гумусово-аккумулятивном горизонте загрязненных почв и препятствуют миграции тяжелых металлов в другие компоненты экосистем.

Сапропель (с греч. sapros - гнилой pelos - ил) илистое перегнившее отложение растительного и животного происхождения на дне замкнутых водных бассейнов. В состав сапропеля входят как органические вещества, так и минеральные (макро- и микроэлементы, гуминовые и аминокислоты и др.). По количеству входящего в состав органического вещества можно выделить следующие виды сапропелей: органические (зольность до 30%), органо-минеральные (зольность 30-50%), минерально-органические (зольность 50-70%) и минерализованные (зольность 70-85%).

Наиболее интенсивная минерализация наблюдается при меньшей зольности. При показателе зольности 34,5% и влажности до 93% сапропель минерализуется в большей степени. В процессе минерализации изменяется химический состав сапропеля. В 1,5-2 раза возрастает количество водорастворимых веществ и гуминовых кислот, но снижается содержание органических веществ и легкогидролизуемых соединений.

Входящие в состав сапропеля органические вещества минерализуются постепенно, что позволяет использовать его как удобрение для повышения гумификации почв. Действие может длиться до двух и более лет. Достаточно высокую степень минерализации сапропеля, в первые годы после его внесения в почву, можно объяснить наличием большого количеств легкогидролизуемых веществ. Со временем интенсивность минерализации снижается, так как остаются вещества, трудноразлагаемые микроорганизмами.

В нашем изобретении мы предлагаем сапропель смешивать с известью - компонентом, способствующим снижению кислотности и токсичности почв. Это позволит снизить темпы минерализации сапропеля и увеличить срок его действия, сохраняя буферную способность почвы, экономить средства на очистку почв с применением технологий exsitu и onsite.

Исследование проводилось в лабораторных условиях. Изучалось действие рекультиванта на буферные свойства серой почвы г. Курска. Моделировалось загрязнение почв свинцом дозой, равной 10 ПДК (320 мг/кг). В качестве загрязняющего вещества использовали оксид свинца (РbО). Рекультивант (композиция извести и сапропеля) вносился в двухлитровые контейнеры с почвой в дозах 5, 10, 15 г/сосуд, что соответствует 0,5; 1; 1,5 т/га.

При определении водородного показателя использовали ионометрический метод. Анализируя результаты мониторинга временных изменений почвенного раствора в водной вытяжки при 40 дневной экспозиции в вариантах опыта с внесенным препаратом, отмечались скачкообразные изменения показателя первые 25 сут, но затем тренды выходили на устойчивые плато. На контроле происходило заметное снижение и на 25 сут также стабилизировалось. Наиболее высокие показатели щелочности - 8, отмечены в варианте опыта с дозой внесения рекультиванта 15 г/сосуд, наименьший показатель реакции среды () - на контроле (Фиг. 1). Действие рекультиванта обеспечивает повышение щелочности серой почвы, что определенно снизит мобильность свинца в почве.

Определение массовых концентраций подвижных форм свинца в образцах проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС). Подвижные формы свинца извлекались ацетатно-аммонийным буферным раствором (рН=4,8). В ходе анализа полученных данных отметили, что мобильность свинца при внесении рекультиванта резко снижается, на 82,5-89,8% относительно контроля. Это объясняется внесением тонкодисперсной фракции в составе сапропеля, что увеличивает емкость почвенного поглощающего комплекса и обеспечивает сорбцию свинца на минеральных и органо-минеральных коллоидах. Минимальная доля подвижных форм свинца отмечена при дозе внесенного рекультиванта - 5 г/сосуд (Табл. 1).

Полученные результаты в ходе выполнения эксперимента убедительно доказывают, что применение рекультиванта на основе извести и сапропеля эффективно снижает концентрации подвижных форм свинца в загрязненных почвах.

Источники информации

1. Безуглова О.С. Урбопочвоведение: учебник / О.С. Безуглова, С.Н. Горбов, И.В. Морозов, Д.Г. Невидомская; Южный федеральный университет.

2. Неведров Н.П., Дюканова Е.Н., Неведрова Н.Ю. Содержание тяжелых металлов в поверхностных горизонтах почв функциональных зон Курской городской агломерации //НАУЧНЫЕ ВЕДОМОСТИ Белгородского государственного университета. Серия Естественные науки. - Белгород: изд-во Бел-ГУ, 2016. №11 (232). Выпуск 35, с. 139-145.

3. Патент РФ №2080668. Экстрагент-сорбент для очистки почвы, 1997.

4. Патент РФ №2050334. Способ удержания тяжелых металлов, мигрирующих в техногенных потоках загрязнения, 1995.

5. Патент РФ №2365078 А4 (13)235078 (51), МПК А01В 79/02 (2006.01). Способ очистки почв от тяжелых металлов 2006/01.

6. Патент KZ №25902, KZ (13) В (11) 2590251, C02F 11/01 (16.07.2012). Способ очистки загрязненных почв от тяжелых металлов. - Ростов н/Д, 2012. - 264 с.

Способ иммобилизации свинца в загрязненных почвах путем внесения в почву сорбента на основе природных материалов, отличающийся тем, что сорбент готовят путем смешивания сухих извести и сапропеля в соотношении 5:1 и равномерно вносят на поверхность почвы в весенний период времени (март-апрель) в дозах 0,5-1,5 т/га.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности, может быть использовано в аридных условиях для восстановления нефтезагрязненных земель. Способ восстановления нефтезагрязненных почв, характеризующийся определением ареала и глубины загрязнения почв, определением типа почвы, вида нефтяного загрязнения, отбором и проведением лабораторных исследований по определению концентрации нефти и нефтепродуктов, внесением в почву сорбента, в качестве которого используют рисовую шелуху, количество которой зависит от степени загрязнения почвы.

Способ очистки загрязненных локальных участков, в котором для очистки грунтовых вод по контуру бурят скважины. В скважинах располагают иглофильтры с образованием в грунте высококонцентрированного фильтрата воронкообразной формы.

Изобретение относится к утилизации бытовых и прочих органических отходов, а также к охране окружающей среды. Способ включает сортировку и удаление неразлагающихся со временем отходов, вывоз мусора за пределы жилого массива, вспашку после уборки сельскохозяйственных культур.

Изобретение относится к охране окружающей среды, а именно к применению избыточного активного ила очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод, характеризуется тем, что избыточный активный ил стабилизируют, уплотняют, обеззараживают и обезвоживают, устанавливают класс опасности, который не должен быть выше IV, определяют состав и концентрацию биогенных элементов в избыточном активном иле, проводят расчет дозы вносимого в почву избыточного активного ила и устанавливают достаточность усвояемых форм азота, фосфора и калия, устраняют дефицит калия в избыточном активном иле путем внесения в него калийных удобрений, проводят известкование нефтезагрязненных земель на кислых почвах до получения значений водородного показателя (pН), близких к нейтральным, вносят избыточный активный ил с калийными удобрениями в нефтезагрязненные земли под вспашку, производят орошение и поддержание почвы во влажном состоянии, проводят производственный контроль почвы.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для очистки почв городов центральной полосы от загрязнений тяжелыми металлами. Технической задачей изобретения является снижение токсичных концентраций тяжелых металлов в метровой почвенной толще.

Изобретение относится к охране окружающей среды, переработке отходов и может быть использовано для переработки всех видов твердых бытовых и производственных отходов.
Изобретение относится к области рекультивации нарушенных земель и может быть использовано для восстановления почвенно-растительного покрова на эрозионно-опасных участках тундровых земель.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а конкретно к сооружениям для контроля за состоянием грунтовых вод при поливе животноводческими стоками в зоне функционирования индустриального животноводства.

Изобретение позволяет увеличить скорость очистки грунта от загрязнений углеводородами в 5 раз. Способ очистки грунта, загрязненного нефтью и нефтепродуктами, с использованием биопрепарата включает внесение в грунт полного минерального удобрения, поддержание влажности грунта, его периодическое рыхление или перепахивание, приготовление из сухого биопрепарата, содержащего водорастворимую защитную среду и микроорганизмы - деструкторы углеводородов нефти, включающие бактерии рода Rhodococcus, готовой к применению водной дисперсии и ее нанесение на загрязненный грунт, используют биопрепарат, содержащий в качестве бактерии рода Rhodococcus штамм бактерии Rhodococcus jialingie 1kp, а также дополнительно содержащий штамм бактерии Lysinibacillus xylanilyticus 5 rb и штамм дрожжей Yarrowia lipolytica 2kp, высушенные микроорганизмы в котором взяты в массовом соотношении Rhodococcus jialingie 1kp : Lysinibacillus xylanilyticus 5 rb : Yarrowia lipolytica 2kp = (1-2):(1-1,5):(2-3).

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может найти применение для улучшения деградированных пастбищ. Способ включает рыхление дернины, подсев трав и полукустарников - улучшателей, обладающих виолентностью и патиентностью: волоснеца гигантского (Elymus giganteas Vahl.), житняков (Agropyron desertorum (Fisch.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки загрязненных свинцом почв территорий промышленных предприятий, а также для повышения экологической устойчивости почвогрунтовых конструкций в городской среде и садово-огородных товариществах городских агломераций. Способ иммобилизации свинца в загрязненных почвах включает внесение в почву сорбента на основе природных материалов. Сорбент готовят путем смешивания сухих извести и сапропеля в соотношении 5:1 и равномерно вносят на поверхность почвы в весенний период времени в дозах 0,5-1,5 тга. Использование данного изобретения позволяет повысить эффективность иммобилизации свинца в гумусово-аккумулятивном горизонте почв при использовании недорогих природных сорбентов. 1 ил., 1 табл.

Наверх