Внесение в почву борной кислоты благодаря участию бора в формировании комплексных соединений металлов с производными полисахаридов пектином и рамногалактуронаномII при формировании сети в матрице клеточной стенки значительно повышает вынос растениямиремедиантами тяжелых металлов из почвы. Существует способ биологической очистки почвы от тяжелых металлов с помощью растенийремедиантов. В предлагаемом способе фиторемедиации в почву вносится борная кислота в низких дозах 0110 кг га что позволяет в десятки раз увеличить вынос...
Поделитесь работой в социальных сетях
Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск
Способ биологической очистки почв от тяжелых металлов.
1. Краткое описание разработки.
Внесение в почву борной кислоты, благодаря участию бора в формировании комплексных соединений металлов с производными полисахаридов пектином и рамногалактуронаном-II при формировании сети в матрице клеточной стенки, значительно повышает вынос растениями-ремедиантами тяжелых металлов из почвы. Этот принцип использован при разработке способа фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами. Способ разработан для защиты и восстановления природных ресурсов, является экологически чистым, мало-затратным.
2. Преимущества разработки и сравнение с аналогами.
Существует способ биологической очистки почвы от тяжелых металлов с помощью растений-ремедиантов. В предлагаемом способе фиторемедиации в почву вносится борная кислота в низких дозах (0,1-1,0 кг/га), что позволяет в десятки раз увеличить вынос растениями-ремедиантами тяжелых металлов из загрязненной почвы и регулировать вынос из почвы определенных металлов.
3. Области коммерческого использования разработки.
Фиторемедиация загрязненных тяжелыми металлами почв с использованием борной кислоты до целевых критических значений: 1) в сельском хозяйстве (для земледелия, садоводства, животноводства); 2) в ландшафтном строительстве (для рекреационного землепользования); 3) в городском хозяйстве (для организации зон отдыха на восстановленных территориях); 4) на особо охраняемых природных территориях (для обеспечения условий существования редких и исчезающих видов).
4. Форма защиты интеллектуальной собственности.
Получен Патент на изобретение № 2342822 «Способ биологической очистки почв от тяжелых металлов» от 10.01.2010 г.
Разработчик ФГБУН ИЛ КарНЦ РАН.
Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм> |
|||
| 19057. | Определение массовой доли тяжелых металлов в пробах почв Тульской области | 345.6 KB | |
| Состояние окружающей природной среды является важнейшим фактором определяющим жизнедеятельность человека и общества. Высокие концентрации многих химических элементов и соединений обусловленные техногенными процессами обнаружены в настоящее время во всех природных средах: атмосфере воде почве растениях. Почва - особое природное образование обладающее рядом свойств присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов образуют почвенный профиль возникающих в результате преобразования поверхностных... | |||
| 12104. | Способ очистки почв от нефтепродуктов | 17.65 KB | |
| Разработан биотехнологический метод очистки и ремедиации почв при нефтехимическом загрязнении. Определены периоды очищения почв высоких широт от некоторых нефтепродуктов: газового конденсата дизельного топлива мазута машинного масла. Очищение окультуренной подзолистой почвы агрозем от легких углеводородов происходит в течение одного вегетационного периода. | |||
| 5040. | Изучение экологической обстановки в местах проживания населения посредством обнаружения ионов тяжелых металлов в растениях, как маркера экологического благополучия | 38.04 KB | |
| В большинстве случаев речь идет о поглощении малых доз свинца и накоплении их в организме пока его концентрация не достигает критического уровня необходимого для токсического проявления. Пища является доминирующим источником поступления свинца в организм человека во всех возрастных группах населения. Важным источником поступления свинца в организм младенцев и детей младшего возраста может быть отравленный организм матери в следствие молоко или же попадание в организм пищи содержащей загрязненную почву пыли или старой свинцовой... | |||
| 12178. | Способ очистки вод от нефти и нефтепродуктов | 17.17 KB | |
| Изобретение относится к очистке сточных вод от нефти и нефтепродуктов. Он отличается тем что иммобилизация бактерий флокулами происходит непосредственно в очищаемой воде а бактерии для очистки воды от нефтепродуктов выделяются из местных природных сред загрязненных нефтепродуктами для повышения сорбционной емкости. Предлагаемый способ позволяет достигнуть ПДК нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов. | |||
| 12011. | Порошковые препараты наночастиц благородных металлов и способ их получения | 23.55 KB | |
| В общем случае методы синтеза наночастиц благородных металлов делятся на две категории: методы основанные на диспергировании объемного образца и методы основанные на синтезе коллоидных частиц из солей и или кислот с использованием химических восстановителей или облучения. Вне зависимости от способа получения препараты наночастиц благородных металлов представляют собой водные суспензии которые имеют ограниченный срок хранения. Реализация данного подхода предусматривает следующие основные этапы: синтез наночастиц стабилизацию биосовместимым... | |||
| 13336. | Определение содержания кислоторастворимых форм металлов (свинец, медь, цинк, никель, железо) в пробах почв Тульской области методом атомно-абсорбционной спектроскопии | 343.76 KB | |
| Высокие концентрации многих химических элементов и соединений обусловленные техногенными процессами обнаружены в настоящее время во всех природных средах: атмосфере воде почве растениях. Почва особое природное образование обладающее рядом свойств присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов образуют почвенный профиль возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды воздуха и организмов... | |||
| 19135. | Оценка состояния плодородия почв и динамики изменения агрохимических показателей, проведение крупномасштабного агрохимического обследования почв хозяйства «Хомутинка» Нижнеомского района Омской области | 23.02 MB | |
| Очень низкие объемы применения минеральных и органических удобрений, прекращение работ по химической мелиорации, продолжающаяся эрозия, упрощение рекомендуемых обработок почвы, использование тяжелой сельскохозяйственной техники ведут к усилению деградации почв. В отдельных случаях плодородие пахотных земель приближается к критическому уровню, что в конечном итоге отрицательно сказывается на эффективности растениеводства. | |||
| 3781. | Индивидуальные и коллективные средства радиационной, химической и биологической защиты | 163.76 KB | |
| Средства индивидуальной и коллективной защиты предназначены для сохранения боеспособности личного состава и обеспечения выполнения боевых задач в условиях применения противником оружия массового поражения, а также в условиях воздействия неблагоприятных и поражающих факторов внешней среды | |||
| 1026. | Разработка предложений по совершенствованию контроля качества тяжелых бетонных смесей на предприятии ООО «ПКФ Стройбетон | 150.4 KB | |
| Во втором разделе описывается существующие технологии контроля качества бетона на различных этапах его использования: при погрузке транспортировке укладке уходе за бетоном. Показатели качества бетона и бетонной смеси. Приготовление бетонной смеси и ее использование в строительстве. | |||
| 12277. | Использование местного функционального сырья для повышения биологической ценности сухарных изделий | 83.84 KB | |
| Использование местного функционального сырья для повышения биологической ценности сухарных изделий Специальность: 5А321001 Технология производства и переработки пищевых продуктов Технология хлебопекарного макаронного и кондитерского производств ДИССЕРТАЦИЯ на соискание академической степени магистра Научный руководитель: к. Бухара 2013 2 Задание по... | |||
Ухудшающиеся экологические условия оказывают негативное влияние на почву — вследствие загрязнения снижается урожайность и проявляется токсичный эффект.
Благодаря самоочищению почвы происходит постепенное удаление вредных веществ, однако этот процесс занимает достаточно длительное время, а кроме того, скорость процессов загрязнения в техногенной среде ощутимо превышает скорость процессов самоочищения.
Поэтому активно применяются методы искусственного очищения почвы.
Для очистки почвы от загрязнения разработаны различные технологические методы, и регулярно внедряются новые. В первую очередь следует использовать для очистки почвы наиболее экологические и безопасные способы, не забывая про эффективность и финансовые затраты.
Методы очистки почвы
Если рассматривать способы очистки загрязненной почвы, то можно разделить их по принципу действия на следующие категории:
- химические методы очистки.
- физические методы очистки.
- биологические методы очистки.
Физические методы очистки почвы
1) Электрохимическая очистка.Применяется для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, различных нефтепродуктов, фенолов. На чем основана работа метода электрохимической очистки? В процессе движения электрического тока сквозь почву осуществляется электролиз воды, электрокоагуляция, реакции электрохимического окисления и электрофлотации. Степень окисления фенола находится в пределах от 70 до 90 процентов.
Качественный уровень обеззараживания почвы при электрохимической очистке приближается к ста процентам (минимальный показатель — 95%). Метод позволяет удалять из почвы также такие вредные элементы как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и др.
К минусам метода можно отнести достаточно высокую стоимость (100-250$ за 1 м³ почвы).
2) Электрокинетическая очистка.
Используется для очищения почвы от цианидов, нефти и производных нефти, тяжелых металлов, цианидов, хлористых органических элементов. Типы почв, к которым может успешно применяться электрокинетическая очистка — глинистые и суглинистые, насыщенные влагой частично или полностью.
Технология основана на применении таких процессов как электрофорез и электроосмос. Уровень контроля и воздействия на процессы очищения почвы достаточно высокий. Для использования метода требуется применение химических реактивов или растворов поверхностно-активных веществ.
Эффективность электрокинетической очистки почвы составляет от 80 до 99 процентов. Стоимость несколько ниже чем при электрохимической очистке (100-170$ за 1 м³ почвы).
Химические методы очистки почвы
1) Метод промывки.
Технологии химической очистки почвы подразумевают использование растворов поверхностно-активных веществ или сильные окислители (активный кислород и хлор, щелочные растворы). В основном метод применяется с целью очистки почвы от нефти. Эффективность при методе промывки составляет до 99%.
После того как почва очищена, можно проводить ее рекультивацию.
Из минусов химических методов очистки почвы можно отметить длительные сроки (1-4 года в среднем) и значительное количество загрязненной воды, которую тоже приходится очищать перед выбросом в окружающую среду.
Биологические методы очистки почвы
1) Фитоэкстракция.
Технология очистки засоренных вредными веществами почв методом фитоэкстракции — это выращивание определенных видов растений на загрязненных участках грунта.
Фитоэкстракция демонстрирует хорошие результаты при очистке почвы от медных, цинковых и никелевых соединений, а также кобальта, свинца, марганца, цинка и хрома. Для удаления подавляющего количества указанных элементов из почвы, нужно обеспечить несколько циклов растительных культур.
По окончании процесса фитоэкстракции растения следует собрать и сжечь. Полученный после сжигания пепел считается вредными отходами и подлежит утилизации.
Еще один биологический метод — целенаправленное усиление активности специфической микрофлоры почвы, которая занимается разложением нефти. Также, допустимо добавление определенных микробных культур в почву.
В результате создаются благоприятные условия для микроорганизмов, которые осуществляют утилизацию нефтепродуктов и нефти.
Не менее интересная статья также есть на нашем сайте (прочитано — 7 746 раз)
Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ очистки почв от тяжелых металлов включает выращивания растений фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением. В качестве растения - фитомелиоранта используют сафлор. Семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы. Обеспечивается полное поглощение ионов тяжелых металлов. 3 табл.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при проведении специальных мероприятиях по снижению содержания в загрязненных почвенных ценозах токсичных концентраций тяжелых металлов с целью восстановления или улучшения агрохимических показателей, необходимых для получения экологически безопасной продукции.
В настоящее время отечественными и зарубежными исследователями ведется поиск растений - гипераккумулянтов, свойства которых позволяют эффективно извлекать тяжелые металлы из загрязненной почвы .
В литературных источниках сообщается, что рекультивация грунтов или очистка их от загрязнений с помощью растений является сравнительно новым методом (десять лет), экологическим и прогрессивным. Он позволяет исключить или ограничить перенос тяжелых металлов по цепочке от человека к грунтам и грунтовым водам без ущерба для окружающей среды .
В аналоговых работах авторами показано, что в целях фиторемедиации загрязненных почв (очистка при помощи растений) используют следующие растения - аккумулянты: ракитник, редька масличная, амарант и даже дикорастущие растения .
Наиболее близким аналогом к изобретению по совокупности основных существенных признаков является способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений - фитомелирантов на загрязненных почвах с последующим их полным удалением из почвы (см. RU 2282508, Кл. A01B 79/02, 27.0.2006).
К недостаткам аналоговой работы следует отнести изучение только одного загрязнителя - цезия, не указан коэффициент биологического накопления загрязнителя по используемым культурам, нет четкого понятия о сроке уборки, поскольку использовались культуры разных групп технологических требований и биологии развития.
Задачей изобретения является улучшение экологического состояния естественных и культурных биогеоценозов за счет снижения содержания токсичных концентраций тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почв.
Технический результат - более полное поглощение ионов тяжелых металлов (свинец, кадмий и медь) из почвенного раствора при создании оптимального покрытия растениями сафлора загрязненной площади.
По сущности поставленная задача достигается тем, что на загрязненных почвах возделывают сафлор, семена высевают из расчета 60-80 растений на м 2 (20-22 кг/га) с последующим доведением и полным удалением растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.
Предлагаемая норма высева обеспечивает полный охват корневой системой растения по объему загрязненной почвы. При меньшей норме высева охват не полный, а при большей норме снижается резко продуктивность надземной массы и, как следствие, общий вынос тяжелых металлов растениями сафлора.
Пример конкретного выполнения
Опыты проводились на территории очистных сооружений г.Истры.
Проводили весенний посев растений вручную с последующей заделкой граблями.
Пробы почв отбирали до посева и сразу после уборки сафлора.
Уборку проводили, доведя развитие растений до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев.
Полученные результаты в ходе выполнения эксперимента в полевых условиях убедительно доказывают, что сафлор может быть отнесен к растениям - гипераккумулянтам тяжелых металлов.
Интересно отметить, что, как правило, при выращивании на загрязненных почвах, даже у гипераккумулянтов, содержание таких металлов, как свинец, кадмий и медь в растительных образцах по надземной части не превышает 1,2; 0,5-1 и 10-12 мг/кг сухой массы соответственно (табл.1).
На основании представленных результатов и данных по содержанию тяжелых металлов (подвижная форма) в почве произведен расчет коэффициента биологического накопления (поглощения) (табл.2).
Как известно, если у растений даже по надземной массе коэффициент биологического накопления токсикантов больше единицы, то данный вид может быть отнесен к гипераккумулянтам, в рассматриваемом примере высокий КБН TA достигнут и по корневой части опытных растений.
Анализ биопродуктивности растений в фазу цветения не выявил проявления токсичного влияния загрязненной почвы на рост и развитие сафлора - средняя сухая масса стеблей составила 557 г, корней - 143 г см 2 соответственно. Посев семян проводится вручную из расчета 60-80 растений на 1 кв. м.
При загущенном посеве, свыше 80 раст./м 2 , отмечали снижение продуктивности надземной массы в среднем на 16%, растения отставали в росте, корневая система сафлора имела меньшую массу, видимо при уплотнении посевов у растений сафлора проявляется аллелопатия - взаимное угнетение роста и развития.
Результаты испытании сафлора при использовании в качестве фитомелиоранта убедительно доказывают высокую эффективность аккумулирующей способности растений для снижения содержания тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почвы.
Способ очистки включает следующие мероприятия:
Подготовка почвы к посеву;
Посев фитомелиоранта из расчета 60-80 раст./м 2 (20-22 кг/га), глубина заделки семян 4-5 см;
Доводят развитие растений сафлора до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, затем полностью удаляют их из загрязненной почвы.
Предлагаемый способ позволяет существенно повысить эффективность фитосанации, и при установлении авторского права дает основание для разработки ТУ различных схем фитореабилитации загрязненных территорий.
Источники информации
1. Баран С., Кжывы Е. Фиторемедиация почв, загрязненных свинцом и кадмием, при помощи ракитника / Влияние природных и антропогенных факторов на социоэкосистемы, 2003. №2. - С.39-44.
3. Жадько С.В., Дайнеко Н.М. Накопление тяжелых металлов древесными породами улиц г.Гомеля. // Изв. Гомел. гос.ун-та, 2003. №5. - С.77-80.
4. Кудряшова В.И. Аккумуляция ТМ дикорастущими растениями. - Саранск - 2003 г. - С.10, 18, 50, 78.
5. Rakotosson Voahirana. Les metaux lourds et la phytorenediation: l"etat de l"art. // Eau, ind., nuisances. 2003. №260. - C.45-48.
Способ очистки почв от тяжелых металлов путем выращивания растений - фитомелиорантов на загрязненных почвах с последующим их удалением, причем в качестве растения - фитомелиоранта используют сафлор, семена сафлора высевают в загрязненную почву из расчета 20-22 кг/га, доводят взрослые растения до фазы окончания цветения и начала отмирания нижних листьев, после чего фитомелиорант полностью удаляют из почвы.
Поступление тяжелых металлов в растение регулируется органическим веществом почвы. При взаимодействии ТМ с органической составляющей почвы образуются соли гуминовых кислот, металлы вовлекаются в малоподвижные (плохо доступные растениям) комплексные соединения. Происходит процесс нейтрализации токсичных ТМ, поступающих в почву, поэтому существенное влияние на способность почвы к самоочищению оказывает прочность связей ТМ - органическое вещество почвы (Соколов, Черников, 2008).
Наземные экосистемы, в частности почва, являются основной производительной силой промышленного сырья и продуктов питания для человека. Качественная продукция не должна содержать токсические концентрации ТМ. Такую продукцию можно получить, возделывая культуры только на почвах с нормальным содержанием этих элементов.
Почвы, содержащие ТМ в количествах превышающих ПДК, требуют обязательной детоксикации. Мероприятия по приведению ТМ в загрязненных почвах к фоновым концентрациям крайне необходимы как для оздоровления почвенного покрова и получения качественной аграрной продукции, так и для предотвращения загрязнения ТМ грунтовых вод, которое происходит в результате миграции ТМ вниз по почвенному профилю (Соколов, Черников, 2008; Постников, 2009).
Разработки способов детоксикации загрязненных ТМ почв ведутся давно. В.А. Королёв пишет: «Все методы очистки грунтов можно разделить на три группы:
- 1) методы удаления (изъятия) токсичных соединений из грунта (промывка, экстракция и выщелачивание, электрохимическое и электрокинетическое удаление);
- 2) методы локализации (закрепления) токсикантов в пределах почвенного горизонта (механические защитные экраны (барьеры), химическая иммобилизация);
- 3) методы деструкции загрязнений (подавления токсичности) в массиве грунта (газовая и химическая нейтрализация, гидролитическое разложение, окисление, микробиологическая деструкция)» (Королёв, 2001).
Д.С. Орлов выделяет три группы методов очистки и обезвреживания почв от загрязнений ТМ: механические, химические и агротехнические (Орлов, Васильевская, 1994).
Технология электрохимического метода очистки загрязненных тяжелыми металлами почв основана на переносе ТМ под действием постоянного электрического поля, первостепенную роль при этом играют процессы электроосмоса и электрофореза. При применении электрокинетической технологии представляется возможным с достаточной точностью контролировать и управлять процессами очистки, что является явным преимуществом данного метода. Силовые линии электрического поля перемещают тяжелые металлы в ходе процесса очистки и распределяют их по расположению электрода, причем скорость процесса регулируется напряженностью поля.
Электроды устанавливаются в почве на расстоянии 2-5 метров друг от друга и погружаются на глубину 2 метров. В зависимости от природы извлекаемого токсиканта устанавливаются следующие параметры электрокинетиче- ского процесса: напряженность поля, плотность тока, напряжение на электродах. Исходные концентрации контоминантов в почвах могут быть уменьшены в 5-10 раз. Эффективность очистки достаточно высокая (около 90 %), но такие показатели очистки достигаются только при применении химических реагентов или растворов поверхностно активных веществ. Стоимость электрокинетической очистки почв довольно высока и составляет 130-150 долларов США за 1 м 3 (Новиков).
Химическая детоксикация почв основана на химическом осаждении ТМ в результате помещения токсичной почвы в реактор с реакционно-способной смесью (100 мг/кг сероводорода в азоте, известь, сульфат натрия, оксиды железа, органический углерод). Преимущества данной технологии в том, что она применима для почв с различными физико-химическими свойствами. Эффективность способа зависит от рационально подобранного взаимодействия реа- гент-экотоксикант. В результате обработки почвы реакционной смесью возможна фиксация 90% ТМ. Явным недостатком является то, что почву невозможно очистить на месте, требуется ее сбор и перемещение в реактор.
Существуют так же химические методы очистки загрязненных ТМ почв, позволяющие вносить реакционную смесь непосредственно на загрязненную площадь, при этом пахотный слой очищаемой почвы не оказывает значительного влияния на функционирование экосистемы в целом.
Одним из таких методов является способ очистки черноземов от тяжелых металлов, который отличается тем, что в качестве сорбирующей реагентной смеси применяется органоминеральный компост. При приготовлении компоста смешиваются следующие реагенты: перегной крупнорогатого скота, фосфо- гипс, суперфосфат простой. Сочетание данных компонентов зависит от уровня содержания щелочных металлов и должно соответствовать следующим долям в % от общей массы:
- фосфогипс 10,0-15,0;
- суперфосфат простой 0,8-1,0;
- перегной крупнорогатого скота 84,0-89,2.
Доза внесения смеси составляет 100-110 т/га. Необходимым параметром является содержание в смеси органического вещества - около 20 % с реакцией среды (pH) 6,0-6,5. Полученную реагентную смесь заделывают в почву культиваторами на глубину 0,25 м. По истечении 4-5 лет внесение органоминерального компоста в почву повторяют снова (Патент РФ № 2492944, 2013).
Данный метод обладает спектром недостатков. Способ не решает проблему удаления поллютантов из почв, а лишь на время (4-5 лет) переводит подвижные формы ТМ в почве в труднодоступные для растений. Также происходит снижение активности всех микроэлементов, что негативно сказывается на плодородии почвы. Наиболее явным и основным недостатком химического метода очистки по сравнению с другими является внесение вторичных загрязнителей в очищаемую почву. В состав реакционных смесей, применяемых в процессе ремедиации, входят различные химикаты, которые аккумулируются почвенным покровом и могут вызвать вторичное загрязнение поллютантами другой природы.
Биологические методы очистки почв, а в частности фиторемедиация, в некоторой мере решают две основные проблемы: они более экономичны и не требуют внесения в почву специальных смесей, растворов, реагентов (вторичные загрязнители отсутствуют). В последнее время все чаще используются способы восстановления экосистем при помощи живых растений. Ученые считают перспективным применение растений в целях очистки почв от ТМ и радионуклидов (Ebbs et al, 2008; Kramer, 2000).
Фиторемедиация представляет собой выращивание в течение установленного временного периода на загрязненном участке специально подобранных видов растений-гипераккумуляторов, накапливающих тяжелые металлы корневой системой и переносящих их в надземную биомассу (Квеситадзе и др., 2005; Титов и др., 2007; Chaney et al., 1997, Salt, et al., 1998). При подборке растений- ремедиаторов основополагающую роль играет аккумулирующая способность по отношению к тяжелым металлам (Прасад, 2003; Квеситадзе и др., 2005; Титов и др., 2007). По способности накапливать ТМ все растения условно делят на:
- гипераккумуляторы - растения, способные выживать в почвах с высоким содержанием токсикантов (ТМ) и сорбировать их в большом количестве в своих органах за счет защитных физиологических механизмов к избытку ТМ;
- аккумуляторы - растения, способные накапливать металлы в больших количествах в надземной биомассе при невысоком их содержании в почве;
- индикаторы - растения, накапливающие ТМ таким образом, что содержание металла в растении равно его содержанию в экотопе;
- исключители (эксклюдеры) - устойчивые к ТМ растения, которые сохраняют низкую концентрацию ТМ в побегах при высоком уровне загрязнения экотопа (Baker, 1981; Antosiewicz, 1992; Saraswat, Rai, 2009).
Термин «гипераккумулятор» был предложен Чейни (Chaney, 1983, 1997) для обозначения растений, накапливающих свыше 1000 мг/кг абсолютно сухой массы РЬ, 10 000 - Zn; 100 - Cd (Титов и др., 2007). Умеренными аккумуляторами называют растения, в органах которых концентрации тяжелых металлов довольно высокие, но не достигают установленного порога (Титов и др., 2007).
Так же принято считать, что растения, у которых транслокационный фактор или коэффициент транслокации (отношение содержания металла в побегах к его содержанию в корнях) больше единицы, являются гипеаккумуляторами, в то время как не являющиеся гипераккумуляторами растения имеют более высокое содержание металла в корнях, чем в побегах (Титов и др., 2007).
A.J.M. Baker пишет: «У металлофитов имеются значительные различия как в накоплении тяжелых металлов, так и в концентрациях ТМ, переносимых ими, а так же явно отличаются пороги токсичности. Но все же существуют растения, у которых концентрации тяжелых металлов в побегах существенно превосходят токсичные. Такие растения при выращивании на загрязненных почвах накапливают ТМ в своих надземных органах значительно больше, нежели обычные растения, произрастающие в этом же месте» (Baker, 1994).
УДК 546.621.631
СОРБЦИОННАЯ ОЧИСТКА ПОЧВ ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ1
А.И. Везенцев, М.А. Трубицын,
Л.Ф. Г олдовская-Перистая, Н.А. Воловичева
Белгородский государственный университет, 308015, г. Белгород, ул. Победы, 85
Представлены результаты исследования способности глин Белгородской области поглощать ионы РЬ (II) и Си (II) из водной и буферной почвенных вытяжек. В ходе эксперимента установлено оптимальное соотношение глина: почва, при котором очистка почвы от тяжелых металлов наиболее эффективна.
Ключевые слова: глинистые сорбенты, почва, сорбционная активность, монтмориллонит, тяжелые металлы.
Промышленное использование тяжелых металлов весьма многообразно и распространено широко. Именно потому фитотоксичность и вредная аккумуляция в почвах, как правило, наблюдается вблизи предприятий. Тяжелые металлы накапливаются в верхних гумусовых горизонтах почвы и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии. Гумус и щелочная среда почвы способствуют поглощению тяжелых металлов. Токсичность таких тяжелых металлов, как медь, свинец, цинк, кадмий и др. для сельскохозяйственных культур в природных условиях выражается в понижении урожая коммерческих культур на полях .
Существует несколько методов рекультивации почв, зараженных тяжелыми металлами и другими поллютантами:
Удаление загрязненного слоя и его захоронение;
Инактивация или снижение токсического действия поллютантов с помощью ионообменных смол, органических веществ, образующих хелатные соединения;
Известкование, внесение органических удобрений, сорбирующих поллютанты и снижающих их поступление в растения.
Внесение минеральных удобрений (например фосфатных, снижает токсическое действие свинца, меди, цинка, кадмия);
Выращивание культур, устойчивых к загрязнению .
В настоящее время в мировой практике для экологического рафинирования плодородных почв все большее применение находят минеральные алюмосиликатные адсорбенты: различные глины, цеолиты, цеолитсодержащие породы и т.д., которые характеризуются высокой поглотительной способностью, устойчивостью к воздействиям окружающей среды и могут служить прекрасными носителями для закрепления на поверхности различных соединений при их модифицировании .
Материалы и методы исследования
Данная работа является продолжением ранее проведенных исследований глин Губкинского района Белгородской области, как потенциальных сорбентов для очистки плодородных почв от тяжелых металлов .
1 Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ, проект № 06-03-96318.
В данной работе в качестве сорбентов использовали глины киевской свиты Сергиевского месторождения Губкинского района, различные по вещественному составу и свойствам: К-7-05 (средний слой) и К-7-05 ЮЗ (нижний слой). В качестве объектов очистки были использованы образцы почв К-8-05 и №129, отобранные на территории Губ-кинско-Старооскольского промышленного района. Предварительные исследования показали, что глины Сергиевского месторождения хорошо поглощают ионы меди и свинца из модельных водных растворов . Поэтому дальнейшие исследования были проведены с водной и буферной вытяжкой из почвы.
Водную вытяжку готовили по стандартной методике. Сущность метода заключается в извлечении водорастворимых солей из почвы дистиллированной водой при отношении почвы к воде 1: 5 . Концентрацию ионов металлов определяли фотоколори-метрическим методом на приборе КФК-3-01 по соответствующим методикам для каждого металла .
Буферную вытяжку из почвы готовили по стандартной методике Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО) с помощью ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН - 4,8. Этот экстрагент принят агрохимической службой для извлечения доступных растениям микроэлементов . Исходная концентрация подвижных, доступных растениям форм меди и свинца в буферной вытяжке была определена методом атомно-абсорбционной спектрометрии.
Сорбцию ионов меди и свинца проводили при постоянной температуре (20 °С), в статических условиях в течение 90 минут. Соотношение сорбент: сорбат составляло: 1: 250; 1: 50; 1: 25; 1: 8 и 1: 5.
Обсуждение результатов
Проведенное исследование водной вытяжки, которую готовили в течение 4-х часов, показало, что концентрация водорастворимых соединений меди незначительна и составляет 0,0625 мг/кг (в пересчете на ионы Си2). Водорастворимые соединения свинца не обнаружены.
Исходная концентрация ионов тяжелых металлов в буферных вытяжках из почв составила: для почвы К-8-05: Си2+ 2,20 мг/кг, РЬ2+ 1,20 мг/кг; для почвы № 129: Си2+ 4,20 мг/кг, РЬ2+ 8,30 мг/кг.
Результаты определения степени очистки почвы К-8-05 глинами К-7-05 (средний слой) и К-7-05 ЮЗ (нижний слой) представлены в таблице 1.
Таблица 1
Степень очистки буферной вытяжки из почвы К-8-05, масс, %
Соотношение сорбент: сорбат Глина К-7-05 (средний слой) Глина К-7-05 ЮЗ (нижний слой)
Си2+ РЬ2+ Си2+ РЬ2+
1: 250 45,5 33,3 54,5 33,3
1: 50 70,5 45,8 68,2 58,3
1: 25 72,3 58,3 79,5 58,3
1: 8 86,4 75,0 87,3 83,3
1: 5 95,5 83,3 95,5 83,3
Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что с увеличением соотношения сорбент: сорбат от 1: 250 до 1: 5 степень очистки буферной вытяжки от ионов меди глиной К-7-05 возрастает от 45,5 до 95,5 %, а от ионов свинца - от 33,3 до 83,3%.
Степень очистки буферной вытяжки глиной К-7-05 ЮЗ с таким же увеличением соотношения возрастала от 54,5 до 95,5 % (для Си2+) и от 33,3 до 83,3 % (для РЬ2+).
К сведению, исходная концентрация ионов меди была больше, чем ионов свинца. Следовательно, очистка буферной вытяжки от ионов меди указанными глинами более эффективна, чем от ионов свинца.
Таблица 2
Степень очистки буферной вытяжки из почвы №129 глиной К-7-05 (средний слой), масс. %
Соотношение сорбент: сорбат Си2+ +
1: 250 39,3 66,7
Примечание: с глиной К-7-05 ЮЗ опыт не был сделан, по причине отсутствия достаточного количества образца.
Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что степень очистки буферной вытяжки из почвы №129 глиной К-7-05 с возрастанием соотношения сорбент: сорбат от 1: 250 до 1: 5 увеличивается от 39,3 до 93, 0 % (для ионов меди) и от 66,7 до 94,0 % (для ионов свинца).
Следует обратить внимание, что в этой почве исходная концентрация ионов меди была меньше, чем ионов свинца. Поэтому можно считать, что эффективность очистки от ионов меди данной почвы не хуже, чем почвы К-8-05.
Для уточнения механизма сорбции тяжелых металлов нами была проведена оценка состава и состояния ионообменного комплекса глинистых пород Белгородской области. Установлено, что катионо-обменная емкость изученных образцов варьирует в пределах от 47,62 до 74,51 мэкв/100 г глины.
Проведено комплексное исследование кислотно-основных свойств глин. Определение активной кислотности подтвердило, что все глины имеют щелочной характер. В тоже время рН солевой вытяжки этих же образцов находится в пределах 7,2-7,7, что указывает на обладание этими глинами определенной долей обменной кислотности. Количественно эта величина равна 0,13-0,22 ммоль-экв/100 г глины и обусловлена незначительным содержанием достаточно подвижных обменных протонов. Величина суммы обменных оснований колеблется в достаточно широких пределах 19,6 - 58,6 ммоль-экв/100 г глины. С учетом полученных данных сформулирована гипотеза, что сорбционная способность изученных образцов глин в отношении тяжелых металлов в значительной степени определяется процессами ионного обмена.
Из проведенной работы можно сделать следующие выводы.
С возрастанием соотношения сорбент: сорбат от 1: 250 до 1: 5 степень очистки почв увеличивается: от 40 до 95% (по ионам меди) и от 33 до 94 % (по ионам свинца) при использовании глины Сергиевского месторождения (К-7-05) в качестве сорбента.
Исследованные глины являются более эффективным сорбентом по отношению к ионам меди, чем к ионам свинца.
Установлено, что оптимальное соотношение глина: почва составляет 1: 5. При таком соотношении степень очистки почвы составляет:
Для ионов меди порядка 95 % (мас.)
Для ионов свинца порядка 83,% (мас.)
Список литературы
1. Бингам Ф.Т., Коста М., Эйхенбергер Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. - М.:Мир, 1993. - 368 с.
2. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв // Агрохимия.- 2003.- №3. - С. 77 - 85.
3. Алексеев Ю.В., Лепкович И.П. Кадмий и цинк в растениях луговых фитоценозов // Агрохимия.- 2003.- № 9. - С. 66 - 69.
4. Dayan U., Manusov N., Manusov E., Figovsky O. On lack of interdependency between the abiotic and antropeic factors/// International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE, 2006.-№ 3(35). - P. 34 - 40.
5. Везенцев А.И., Голдовская Л.Ф., Сиднина Н.А., Добродомова Е.В. Зеленцова Е.С. Определение кинетических зависимостей сорбции ионов меди и свинца породами Белгородской области // Научные ведомости БелГУ. Серия Естественные науки.- 2006.-№3 (30), вып.2. - С.85-88
6. Голдовская-Перистая Л.Ф., Везенцев А.И., Сиднина Н.А., Зеленцова Е.С. Исследование валового содержания и содержания подвижных форм кадмия в почвах Губ-кинско-Старооскольского промышленного района // Научные ведомости БелГУ. Серия «Естественные науки».- 2006.-№ 3(23), вып.4. - С.65-68.
7. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства.- М.:ЦИНАО, 1992.-61с.
8. Г осударственный контроль качества вод. - М.: ИПК. Изд-во стандартов, 2001. - 690 с.
SORPTION PURIFICATION OF SOILS FROM HEAVY METALS A.I. Vesentsev, M.A. Troubitsin, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva
Belgorod State University, 85 Pobeda Str., Belgorod, 308015 vesentsev@bsu. edu. ru
Results of research of ability of clays of the Belgorod region to absorb ions Pb (II) and Cu (II) from water and buffer soil extracts are presented. During experiment of the optimum ratio clay: ground with most effective purification from heavy metals is established.
Key words: clay sorbents, soil, sorption activity, montmorillonite, heavy metals.