Adsorpsjonsrensing av jord fra tungmetaller. Tungmetaller er de farligste grunnstoffene som kan forurense jorda
Oppfinnelsen angår feltet Jordbruk. Metoden for å rense jord fra tungmetaller inkluderer dyrking av planter av fytomelioranter på forurenset jord med påfølgende fjerning. Safflor brukes som en phytomeliorant plante. Saflorfrø blir sådd i forurenset jord med en hastighet på 20-22 kg/ha, modne planter bringes til slutten av blomstringsfasen og begynnelsen av å dø av. nedre blader, hvoretter fytomelioranten fjernes fullstendig fra jorden. Fullstendig absorpsjon av tungmetallioner er sikret. 3 tab.
Oppfinnelsen vedrører landbruk og kan brukes ved gjennomføring av spesielle tiltak for å redusere innholdet av giftige konsentrasjoner av tungmetaller i forurenset jordsmonn for å gjenopprette eller forbedre agrokjemiske indikatorer som er nødvendige for å oppnå miljøvennlige produkter.
For tiden søker innenlandske og utenlandske forskere etter planter - hyperakkumulatorer, hvis egenskaper gjør det mulig å effektivt utvinne tungmetaller fra forurenset jord.
Litteraturkilder rapporterer at jordgjenvinning eller å rense den fra forurensning ved hjelp av planter er en relativt ny metode (ti år gammel), økologisk og progressiv. Det gjør det mulig å eliminere eller begrense overføringen av tungmetaller langs kjeden fra mennesker til jord og grunnvann uten å skade miljøet.
I analoge verk viser forfatterne at for fytoremediering av forurenset jord (rensing ved hjelp av planter), brukes følgende akkumulerende planter: kost, oljereddik, amaranth og til og med ville planter.
Den nærmeste analogen til oppfinnelsen når det gjelder helheten av hovedtrekkene er en metode for å rense jord fra tungmetaller ved å dyrke planter - fytomeliranter på forurenset jord med påfølgende fullstendig fjerning fra jorda (se RU 2282508, CL A01B 79/ 02, 27.0.2006).
Ulempene med analogt arbeid inkluderer studiet av bare ett forurensningsstoff - cesium, koeffisienten for biologisk akkumulering av forurensningen for avlingene som brukes, er ikke angitt, det er ikke noe klart konsept for høstingsperioden, siden avlinger ble brukt ulike grupper teknologiske krav og utviklingsbiologi.
Formålet med oppfinnelsen er å forbedre den økologiske tilstanden til naturlige og kulturelle biogeocenoser ved å redusere innholdet av giftige konsentrasjoner av tungmetaller i jordsmonnets rotlag.
Det tekniske resultatet er en mer fullstendig absorpsjon av tungmetallioner (bly, kadmium og kobber) fra jordløsningen samtidig som det skapes en optimal dekning av det forurensede området av saflorplanter.
I hovedsak oppnås oppgaven ved at saflor dyrkes på forurenset jord, frø blir sådd med en hastighet på 60-80 planter per m 2 (20-22 kg/ha), etterfulgt av bringe og fullstendig fjerning av planter til fasen av slutten av blomstringen og begynnelsen av døden til de nedre bladene.
Den foreslåtte såhastigheten gir fullstendig dekning av plantens rotsystem når det gjelder volumet av forurenset jord. Ved en lavere såhastighet er dekningen ikke fullstendig, og med en høyere hastighet reduseres produktiviteten til den overjordiske massen kraftig og som et resultat total fjerning av tungmetaller fra saflorplanter.
Eksempel på en spesifikk implementering
Forsøkene ble utført på territoriet til avløpsrenseanlegget i Istra.
Planter ble sådd om våren for hånd, etterfulgt av raking.
Jordprøver ble tatt før såing og rett etter høsting av saflor.
Høsting ble utført ved å bringe utviklingen av planter til fasen av slutten av blomstringen og begynnelsen av døden til de nedre bladene.
Resultatene som ble oppnådd i løpet av eksperimentet i felten beviser overbevisende at saflor kan tilskrives planter - hyperakkumulerende stoffer av tungmetaller.
Det er interessant å merke seg at, som regel, når det dyrkes på forurenset jord, selv i hyperakkumulanter, overstiger ikke innholdet av metaller som bly, kadmium og kobber i planteprøver 1,2 i den overjordiske delen; henholdsvis 0,5-1 og 10-12 mg/kg tørrvekt (tabell 1).
Basert på presenterte resultater og data om innhold av tungmetaller (mobil form) i jorda ble koeffisienten for biologisk akkumulering (absorpsjon) beregnet (tabell 2).
Som kjent, hvis koeffisienten for biologisk akkumulering av giftstoffer i planter, selv når det gjelder overjordisk masse, er større enn én, kan denne arten klassifiseres som hyperakkumulerende stoffer; i eksemplet under vurdering ble en høy CBN TA også oppnådd i rotdelen av forsøksplantene.
En analyse av bioproduktiviteten til planter i blomstringsfasen avslørte ingen manifestasjon av den toksiske effekten av forurenset jord på vekst og utvikling av saflor - gjennomsnittlig tørrvekt av stilkene var 557 g, røttene - 143 g cm 2, hhv. Såing av frø utføres manuelt med en hastighet på 60-80 planter per 1 kvm. m.
Med fortykket såing, over 80 planter / m 2, ble det notert en nedgang i produktiviteten til den overjordiske massen med gjennomsnittlig 16%, plantene sakket etter i veksten, saflorrotsystemet hadde en mindre masse, tilsynelatende, da avlingene er komprimert, saflorplanter manifesterer allelopati - gjensidig hemming av vekst og utvikling.
Resultatene av testing av saflor når den brukes som fytomeliorant beviser overbevisende høy effektivitet lagringskapasitet av planter for å redusere innholdet av tungmetaller i jordas rotlag.
Rengjøringsmetoden inkluderer følgende aktiviteter:
Jordforberedelse for såing;
Såing av phytomeliorant med en hastighet på 60-80 planter/m 2 (20-22 kg/ha), sådybde 4-5 cm;
Utviklingen av saflorplanter bringes til fasen av slutten av blomstringen og begynnelsen av døden til de nedre bladene, deretter fjernes de fullstendig fra den forurensede jorden.
Den foreslåtte metoden gjør det mulig å øke effektiviteten av fytosanering betydelig, og ved etablering av opphavsrett gir den grunnlag for utvikling av spesifikasjoner for ulike ordninger for fytorehabilitering av forurensede områder.
Informasjonskilder
1. Baran S., Kzhyvy E. Phytoremediation av jord forurenset med bly og kadmium ved bruk av kost / Påvirkning av naturlige og antropogene faktorer på sosioøkosystemer, 2003. Nr. 2. - S.39-44.
3. Zhadko S.V., Daineko N.M. Akkumulering av tungmetaller etter treslag i gatene i Gomel. // Izv. Gomel. statsuniversitet, 2003. Nr. 5. - S.77-80.
4. Kudryashova V.I. HM akkumulering ville planter. - Saransk - 2003 - S.10, 18, 50, 78.
5. Rakotosson Voahirana. Les metaux lourds et la phytorenediation: l "etat de l" art. // Eau, ind., plager. 2003. nr. 260. - C.45-48.
En metode for å rense jord fra tungmetaller ved å dyrke planter - fytomelioranter på forurenset jord med påfølgende fjerning, dessuten brukes saflor som plante - phytomeliorant, saflorfrø blir sådd i forurenset jord med en hastighet på 20-22 kg/ha, voksne planter bringes til blomstringssluttfasen og begynnelsen av døden til de nedre bladene, hvoretter phytomelioranten fjernes fullstendig fra jorden.
UDC 546.621.631
JORD JORDRENGJØRING FRA TUNGMETALLER1
A.I. Vezentsev, M.A. Trubitsyn,
L.F. Goldovskaya-Piristaya, N.A. Volovicheva
Belgorod State University, 308015, Belgorod, st. Seier, 85
Resultatene av å studere evnen til leire i Belgorod-regionen til å absorbere Pb(II)- og Cu(II)-ioner fra vann- og bufferjordekstrakter presenteres. Under forsøket ble det optimale forholdet leire:jord etablert, hvor fjerning av tungmetaller fra jord er mest effektivt.
Stikkord: leiresorbenter, jord, sorpsjonsaktivitet, montmorillonitt, tungmetaller.
Industriell bruk av tungmetaller er svært mangfoldig og utbredt. Det er derfor fytotoksisitet og skadelig akkumulering i jord, som regel, observeres i nærheten av bedrifter. Tungmetaller samler seg i de øvre humushorisontene av jorda og fjernes sakte under utvasking, forbruk av planter og erosjon. Humus og det alkaliske miljøet i jorda bidrar til absorpsjon av tungmetaller. Toksisiteten til tungmetaller som kobber, bly, sink, kadmium osv. for avlinger i naturlige forhold uttrykt som en nedgang i avlingen av kommersielle avlinger på åkrene.
Det finnes flere metoder for gjenvinning av jord som er forurenset med tungmetaller og andre forurensninger:
Fjerning av det forurensede laget og dets begravelse;
Inaktivering eller reduksjon av den toksiske effekten av forurensninger ved bruk av ionebytterharpikser, organiske stoffer som danner chelatforbindelser;
Kalking, påføring av organisk gjødsel som absorberer forurensninger og reduserer deres inntreden i planter.
Innføringen av mineralgjødsel (for eksempel fosfat, reduserer den toksiske effekten av bly, kobber, sink, kadmium);
Dyrking av forurensningstolerante avlinger.
For tiden i verden praksis for økologisk raffinering fruktbar jord Mineralaluminosilikatadsorbenter brukes i økende grad: forskjellige leire, zeolitter, zeolittholdige bergarter, etc., som er preget av høy absorpsjonsevne, motstand mot miljøpåvirkninger og kan tjene som utmerkede bærere for å fikse forskjellige forbindelser på overflaten under deres modifisering.
Materialer og metoder for forskning
denne jobben er en fortsettelse av tidligere studier av leire i Gubkinsky-distriktet i Belgorod-regionen, som potensielle sorbenter for å rense fruktbar jord fra tungmetaller.
1 Arbeidet ble støttet av Russian Foundation for Basic Research, prosjekt nr. 06-03-96318.
I dette arbeidet ble leire fra Kyiv-suiten til Sergievsky-forekomsten i Gubkinsky-distriktet brukt som sorbenter, som var forskjellige i materialsammensetning og egenskaper: K-7-05 (mellomlag) og K-7-05 YuZ (nedre lag) . Jordprøver K-8-05 og nr. 129, tatt på territoriet til Gubkinsko-Starooskolsky industriregion, ble brukt som rengjøringsobjekter. Foreløpige studier har vist at leirene i Sergievsky-avsetningen absorberer kobber- og blyioner godt fra modellvannløsninger. Det ble derfor utført ytterligere studier med vann og bufferekstrakter fra jorda.
Det vandige ekstraktet ble fremstilt i henhold til standardprosedyren. Essensen av metoden ligger i utvinningen av vannløselige salter fra jorden med destillert vann i et forhold mellom jord og vann på 1: 5. Konsentrasjonen av metallioner ble bestemt ved den fotokolorimetriske metoden på et KFK-3-01-instrument i henhold til de passende metodene for hvert metall.
Bufferekstraktet fra jorda ble fremstilt i henhold til standardmetoden til Central Institute of Agrochemical Services for Agriculture (TsINAO) ved bruk av en ammoniumacetatbufferløsning med en pH på 4,8. Dette ekstraksjonsmidlet er akseptert av den agrokjemiske tjenesten for utvinning av sporstoffer tilgjengelig for planter. Den opprinnelige konsentrasjonen av mobile former for kobber og bly tilgjengelig for planter i bufferekstraktet ble bestemt ved atomabsorpsjonsspektrometri.
Sorpsjon av kobber- og blyioner ble utført kl konstant temperatur(20 °C), under statiske forhold i 90 minutter. Forholdet mellom sorbent:sorbat var: 1:250; 1:50; 1:25; 1:8 og 1:5.
Diskusjonen om resultatene
En studie av vannekstraktet, som ble tilberedt i 4 timer, viste at konsentrasjonen av vannløselige kobberforbindelser er ubetydelig og utgjør 0,0625 mg/kg (i form av Cu2-ioner). Vannløselige blyforbindelser ble ikke påvist.
Startkonsentrasjonen av tungmetallioner i bufferekstrakter fra jord var: for K-8-05 jord: Cu2+ 2,20 mg/kg, Pb2+ 1,20 mg/kg; for jord nr. 129: Cu2+ 4,20 mg/kg, Pb2+ 8,30 mg/kg.
Resultatene av å bestemme graden av rensing av jord K-8-05 med leire K-7-05 (mellomlag) og K-7-05 YuZ (nedre lag) er presentert i tabell 1.
Tabell 1
Rensegraden av bufferekstraktet fra jorda K-8-05, masse, %
Sorbentforhold: sorbatleire K-7-05 (mellomlag) leire K-7-05 YuZ (nedre lag)
Cu2+ Pb2+ Cu2+ Pb2+
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
Resultatene presentert i tabell 1 viser at med en økning i forholdet sorbent:sorbat fra 1:250 til 1:5, øker rensegraden av bufferekstraktet fra kobberioner med K-7-05 leire fra 45,5 til 95,5 %, og fra blyioner - fra 33,3 til 83,3%.
Rensegraden av bufferekstraktet med leire K-7-05 YuZ med samme økning i forholdet økte fra 54,5 til 95,5 % (for Cu2+) og fra 33,3 til 83,3 % (for Pb2+).
Merk at den opprinnelige konsentrasjonen av kobberioner var høyere enn for blyioner. Derfor er det mer effektivt å rense bufferekstraktet fra kobberioner med disse leirene enn fra blyioner.
tabell 2
Rensegraden av bufferekstraktet fra jord nr. 129 med K-7-05 leire (mellomlag), vekt. %
Forhold mellom sorbent: Cu2+ sorbat +
1: 250 39,3 66,7
Merk: med leire K-7-05 YuZ ble eksperimentet ikke gjort på grunn av mangel på tilstrekkelig mengde av prøven.
Resultatene presentert i tabell 2 viser at rensegraden av bufferekstraktet fra jord nr. 129 med leire K-7-05 med en økning i forholdet sorbent:sorbat fra 1:250 til 1:5 øker fra 39,3 til 93,0 % (for kobberioner) og fra 66,7 til 94,0 % (for blyioner).
Det skal bemerkes at i denne jorda var den opprinnelige konsentrasjonen av kobberioner lavere enn blyioner. Derfor kan vi anta at effektiviteten av rensing fra kobberioner av denne jorda ikke er dårligere enn for K-8-05-jord.
For å klargjøre mekanismen for sorpsjon av tungmetaller, vurderte vi sammensetningen og tilstanden til ionebytterkomplekset av leirholdige bergarter i Belgorod-regionen. Det er fastslått at kationbytterkapasiteten til de studerte prøvene varierer fra 47,62 til 74,51 mekv/100 g leire.
Gjennomført omfattende studie syre-base egenskaper av leire. Bestemmelse av aktiv surhet bekreftet at alle leire har en alkalisk karakter. Samtidig er pH i saltekstraktet fra de samme prøvene i området 7,2-7,7, noe som indikerer at disse leirene har en viss andel utskiftbar surhet. Kvantitativt er denne verdien 0,13-0,22 mmol-eq/100 g leire og skyldes det lave innholdet av tilstrekkelig mobile utskiftbare protoner. Verdien av summen av utskiftbare baser svinger innenfor et ganske bredt område på 19,6 - 58,6 mmol-ekvivalenter / 100 g leire. Under hensyntagen til dataene som ble oppnådd, ble det formulert en hypotese om at sorpsjonskapasiteten til de studerte leireprøvene med hensyn til tungmetaller i stor grad bestemmes av ionebytteprosessene.
Fra det utførte arbeidet kan følgende konklusjoner trekkes.
Med en økning i forholdet mellom sorbent: sorbat fra 1: 250 til 1: 5, øker graden av jordrensing: fra 40 til 95% (for kobberioner) og fra 33 til 94% (for blyioner) ved bruk av leire fra Sergievsky-forekomsten (K-7- 05) som en sorbent.
De studerte leirene er en mer effektiv sorbent for kobberioner enn for blyioner.
Det er fastslått at det optimale forholdet mellom leire: jord er 1: 5. Med dette forholdet er graden av jordrensing:
For kobberioner, ca. 95 % (vekt)
For blyioner, ca. 83 % (vekt)
Bibliografi
1. Bingham F.T., Costa M., Eichenberger E. Noen spørsmål om toksisiteten til metallioner. - M.: Mir, 1993. - 368 s.
2. Galiulin R.V., Galiulina R.A. Fytoekstraksjon av tungmetaller fra forurenset jord // Agrokjemi.- 2003.- №3. - S. 77 - 85.
3. Alekseev Yu.V., Lepkovich I.P. Kadmium og sink i planter av engfytocenoser // Agrokjemi. - 2003. - Nr. 9. - S. 66 - 69.
4. Dayan U., Manusov N., Manusov E., Figovsky O. Om mangel på gjensidig avhengighet mellom de abiotiske og antropeiske faktorene/// International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology ISJAEE, 2006.-№ 3(35). - S. 34 - 40.
5. Vezentsev A.I., Goldovskaya L.F., Sidnina N.A., Dobrodomova E.V. Zelentsova E.S. Bestemmelse av de kinetiske avhengighetene til sorpsjonen av kobber- og blyioner av bergartene i Belgorod-regionen Nauchnye Vedomosti BelSU. Serien Naturvitenskap.- 2006. - Nr. 3 (30), utgave 2. - S.85-88
6. Goldovskaya-Piristaya L.F., Vezentsev A.I., Sidnina N.A., Zelentsova E.S. Undersøkelse av det totale innholdet og innholdet av mobile former for kadmium i jordsmonnet i Gubkinsko-Starooskolsky industriregion Nauchnye Vedomosti BelGU. Serie "Naturvitenskap".- 2006. - Nr. 3 (23), utgave 4. - S.65-68.
7. Retningslinjer for bestemmelse av tungmetaller i jordbruksjord og planteproduksjon.- M.: TsINAO, 1992.-61s.
8. Statlig kontroll av vannkvaliteten. - M.: IPK. Forlag av standarder, 2001. - 690 s.
SORPSJONSRENSING AV JORD FRA TUNGMETALLER A.I. Vesentsev, M.A. Troubitsin, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva
Belgorod State University, 85 Pobeda Str., Belgorod, 308015 [e-postbeskyttet] edu. no
Resultater fra forskning på evnen til leire i Belgorod-regionen til å absorbere ioner Pb(II) og Cu(II) fra vann- og bufferjordekstrakter presenteres. Under eksperiment av det optimale forholdet leire:malt med mest effektiv rensing fra tungmetaller er etablert.
Stikkord: leiresorbenter, jord, sorpsjonsaktivitet, montmorillonitt, tungmetaller.
Når jord og vegetasjon er forurenset med tungmetaller, brukes følgende metoder:
1) Begrenser inntrengning av tungmetaller i jorda. Når du planlegger bruken av gjødsel, pleiemidler, plantevernmidler, kloakkslam, er det nødvendig å ta hensyn til innholdet av tungmetaller i dem og bufferkapasiteten til jorda som brukes. Dosebegrensning pga miljøkrav, er en nødvendig tilstandøkologisering av landbruket.
Inntoget av tungmetaller i planter kan reduseres ved å endre næringsregimet, ved å skape konkurranse om inntreden av giftstoffer og gjødselkationer i røttene, og ved utfelling av tungmetaller i roten i form av tungtløselige bunnfall.
2) Fjerning av tungmetaller utover rotlaget oppnås på følgende måter:
Fjerning av forurenset jordlag;
Tilbakefylling av det forurensede laget med ren jord;
Å dyrke avlinger som absorberer HM og fjerner plantemassen deres fra åkeren;
Ved å spyle jord med vann og vannløselige (vanligvis organiske) forbindelser som danner vannløselige komplekse forbindelser med tungmetaller, brukes produkter fra landbruksavfall som organiske ligander;
Vasking av jorda med en løsning for utvasking av HM fra de øvre horisontene til en dybde på 70–100 cm og deretter avsette dem på denne dybden i form av vanskelig løselige sedimenter (på grunn av påfølgende vasking av jorda med reagenser som inneholder anioner som danner nedbør med tungmetaller).
3) Binding av HM i jord til lavdissosiasjonsforbindelser. Redusering av inntaket av tungmetaller i planter kan oppnås ved avsetning i jorda i form av utfelling av karbonater, fosfater, sulfider, hydroksyder; med dannelse av lavdissosierende komplekse forbindelser med stor molekylvekt. på beste måte, som gir en betydelig reduksjon i innholdet av tungmetaller i planter, er felles påføring av gjødsel og kalk. Mest effektive tiltak fører til reduksjon i mobiliteten til bly i jord, er leire (zeolittpåføring) og fellespåføring av kalk og organisk gjødsel. Bruken av et komplett utvalg av kjemiske hjelpemidler (organisk og mineralgjødsel, kalk og organiske stoffer) reduserer innholdet av flerverdige metaller i jorda med 10-20%.
4) Adaptive-landskap jordbrukssystemer som en faktor for å optimalisere den økologiske situasjonen ved jordforurensning med HM.
Forskjellige typer og avlingsvarianter akkumulerer ulik mengde HM i planteprodukter. Dette skyldes selektiviteten til rotsystemene til individuelle planter til dem og det særegne ved deres metabolske prosesser. HM akkumuleres i større grad i røttene, mindre i den vegetative massen og generative organer. Samtidig akkumulerer visse grupper av kulturer selektivt visse giftstoffer. Utvalget av avlinger for dyrking på jord av en viss grad og art av forurensning er det enkleste, billigste og mest effektiv måte optimalisering av bruken av forurenset jord.
Phytoremediation
Mikroorganismer er ikke i stand til å fjerne tungmetaller som er skadelige for menneskers helse (arsen, kadmium, kobber, kvikksølv, selen, bly, samt radioaktive isotoper av strontium, cesium, uran og andre radionuklider fra jord og vann. Planter er i stand til å trekke ut fra miljøet og konsentrere seg i sitt eget vev ulike elementer.Det er ikke vanskelig å samle og brenne plantemassen, og den resulterende asken kan enten begraves eller brukes som sekundære råvarer.
Metoden for å rense miljøet ved hjelp av planter ble kalt fytoremediering- fra det greske "phyton" (plante) og det latinske "remedium" (gjenopprette).
Phytoremediation- et sett med metoder for å rense vann, jord og atmosfærisk luft ved hjelp av grønne planter.
Historie
De første enkle metodene for behandling av avløpsvann - vanningsfelt og filtreringsfelt - var basert på bruk av planter.
Først Vitenskapelig forskning ble utført på 50-tallet i Israel, men den aktive utviklingen av metodikken fant sted først på 80-tallet av XX-tallet.
Planten påvirker miljø på en rekke måter, de viktigste er:
rhizofiltrering - røtter absorbere vann og kjemiske elementer som er nødvendige for plantens liv;
fytoekstraksjon - akkumulering av farlige forurensninger i kroppen til en plante (for eksempel, tungmetaller);
Phytovolatilization - fordampning av vann og flyktige kjemiske elementer (As, Se) av planteblader;
fytotransformasjon:
1. fytostabilisering - overføring av kjemiske forbindelser til en mindre mobil og aktiv form (reduserer risikoen for spredning av forurensning);
2. fytodegradering - nedbrytning av planter og symbiotiske mikroorganismer av den organiske delen av forurensning;
Fytostimulering - stimulering av utviklingen av symbiotiske mikroorganismer involvert i renseprosessen. Mikroorganismer spiller hovedrollen i nedbrytningen av forurensning. Planten er et slags biofilter som skaper et habitat for dem (gir oksygentilgang, løsner jorda. I denne forbindelse skjer renseprosessen også utenfor vekstsesongen (i ikke-sommerperioden) med noe redusert aktivitet.
Kort beskrivelse
Forurensninger er stoffer av menneskeskapt opprinnelse som kommer inn i miljøet i mengder som overstiger det naturlige inntaksnivået.
Jordforurensning er en type menneskeskapt nedbrytning, der innholdet av kjemikalier i jord utsatt for menneskeskapt påvirkning overstiger det naturlige regionale bakgrunnsnivået. Overskuddet av innholdet av visse kjemikalier i det menneskelige miljøet på grunn av deres inntak fra menneskeskapte kilder er en miljøfare.
Vedlagte filer: 1 fil
Med utvidelsen av miljøovervåking av jordsmonns tilstand begynte metoder for å bestemme innholdet av syreløselige (1 N HCI, 1 N HNO3) HM-forbindelser å bli mye brukt. Ofte blir de gitt navnet "betinget bruttoinnhold av HM." Bruken av fortynnede løsninger av mineralsyrer som reagenser sikrer ikke fullstendig nedbrytning av prøven, men gjør at hoveddelen av forbindelsene av kjemiske elementer av teknogen opprinnelse kan overføres inn i løsningen.
De mobile formene for HM inkluderer elementer og forbindelser av jordløsningen og den faste fasen av jorda, som er i en tilstand av dynamisk likevekt med de kjemiske elementene i jordløsningen. For å bestemme mobile HM-er i jord, brukes svakt saltvannsløsninger som ekstraksjonsmiddel, med en ionestyrke nær ionestyrken til naturlige jordløsninger: (0,01–0,05M CaCI 2, Ca(NO 3) 2, KNO 3). Innholdet av potensielt mobile forbindelser av kontrollerte elementer i jordsmonn bestemmes i et ekstrakt på 1 N. NH4CH3COO ved forskjellige pH-verdier. Dette ekstraksjonsmidlet brukes også med tilsetning av kompleksdannende midler (0,02–1,0 M EDTA).
For analyse velges oftest de øvre lagene av jorda (0–10 cm), noen ganger analyseres fordelingen av forurensninger i jordprofilen. De øvre horisontene spiller rollen som en geokjemisk barriere for strømmen av stoffer som kommer fra atmosfæren. Under forholdene i utvaskingsvannregimet kan forurensninger trenge dypt inn i og samle seg i illuviale horisonter, som også fungerer som geokjemiske barrierer.
Det sanitære og hygieniske kriteriet for miljøkvalitet er maksimalt tillatt konsentrasjon (MPC) av kjemikalier i miljøobjekter. MPC tilsvarer det maksimale innholdet av et kjemikalie i naturlige gjenstander som ikke forårsaker en negativ (direkte eller indirekte) innvirkning på menneskers helse (inkludert langsiktige konsekvenser).
Den toksiske effekten av ulike kjemikalier på levende organismer er preget av en generell sanitær indikator, som ofte brukes som LD-50-indikator (dødelig dose), som viser massen av stoffet som kom inn i kroppen til forsøksdyr (mus, rotter) ) og forårsaket døden til 50 % av dem. Enheten for denne indikatoren er mg av stoffet/kg av massen til forsøksdyret. Direkte kontakter til en person med jorda er ubetydelige og skjer indirekte gjennom andre komponenter: jord - plante - person; jord - plante - dyr - mann; jord - luft - mann; jord - vann - mann. Bestemmelsen av MPC i jord er redusert til den eksperimentelle bestemmelsen av disse stoffenes evne til å opprettholde konsentrasjonen av stoffer som er akseptable for levende organismer i vann, luft og planter i kontakt med jorda. Det er derfor MPC for kjemikalier for jord er satt ikke bare i henhold til den generelle sanitære indikatoren, som er vanlig for andre. naturlige miljøer, samt av tre andre indikatorer: translokasjon, migrerende vann og migrasjonsluft.
Translokasjonsindikatoren bestemmes av jordsmonnets evne til å gi innhold av kjemikalier på akseptabelt nivå i planter (reddik, salat, erter, bønner, kål, etc. tjener som testkulturer).
Følgelig bestemmes migrerende vann og migrerende luft av jordens evne til å sikre at innholdet av disse stoffene i vann og luft ikke er høyere enn MPC. Imidlertid er sanitære og hygieniske standarder for jordkvalitet ikke uten ulemper; den viktigste er at betingelsene for modelleksperimentet for å bestemme MPC og de naturlige forholdene er svært forskjellige.
Et av trinnene for å løse problemet med miljøregulering var en tilnærming basert på å bestemme den tillatte belastningen på jorda, under hensyntagen til dens bufferegenskaper, som sikrer jordas evne til å begrense mobiliteten til kjemikalier som kommer utenfra, evnen å rense seg selv. Slike tilnærminger utvikles i Russland og andre land.
Men det er veldig vanskelig å utvikle MPC for hver type jord. Det er tilrådelig å utvikle kjemiske standarder for jord-geokjemiske assosiasjoner, forent av fellesheten til de grunnleggende fysiske og kjemiske egenskapene som bestemmer deres motstand mot kjemisk forurensning.
På neste trinn, for en rekke kjemiske elementer, ble AECs (omtrent tillatte konsentrasjoner) av disse elementene utviklet for jordsmonn som er forskjellige i de viktigste egenskapene (surhet og granulometrisk sammensetning). De ble utviklet ikke på grunnlag av en standardisert eksperimentell metode, men på en generalisering av tilgjengelig informasjon om forholdet mellom belastningsnivået på jordsmonnet, jordsmonnets tilstand og tilstøtende miljøer.
Tabell 3
Liste over store jordforurensende kjemikalier som maksimalt tillatte konsentrasjoner er fastsatt for
Stoffer |
MAC i jord, mg/kg |
Fareklasse |
Mangan |
||
Formaldehyd |
||
Benz(a)pyren |
||
Acetaldehyd |
||
4 Metoder for å rense jord fra tungmetaller
Evnen til å omdanne metaller til en mobil form er grunnlaget for jordrensingsmetoder ved vasking, ekstraksjon, kjemisk utluting, elektrodialyse og elektrokinetisk behandling. Metaller fjernes fra jorda i form av løsninger, som behandles ved ionebytting, reagensutfelling, fordampning, membranseparasjon, elektrokjemisk utfelling, elektrodialyse for å oppnå faste rester med et lite volum, egnet for deponering i søppelfyllinger, deponeringssteder for skadelige stoffer.
Når du velger en metode for utvinning av metaller, tas mengden i jorda, sammensetningen og dispersjonen av den faste fasen i betraktning. Metaller som er i utvekslingsform ekstraheres av saltløsninger assosiert med karbonater-løsninger av syrer, med oksider av jern og mangan-kjemiske reduksjonsmidler, med organisk materiale-løsninger av kompleksdannende midler, i form av sulfider-kjemiske oksidasjonsmidler.
I biologiske metoder for å øke mobiliteten til tungmetaller, brukes mikroorganismer og planter for å trekke dem ut av jorda. Mobiliteten til metaller øker:
- som følge av biomineralisering av organiske stoffer som inneholder metaller.
- i løpet av oksidative reaksjoner som oppstår med deltakelse av mikroorganismer i prosessene for bioutlekking;
- som et resultat av endringer i pH, Eh i jordmiljøet i løpet av biologiske prosesser;
- i dannelsen av løselige metallkomplekser med organiske stoffer syntetisert og utskilt av mikroorganismer og planterøtter;
- i bioreduksjon av metaller med organiske stoffer under oksygeniske forhold;
- som et resultat av overføring av metaller til en flyktig form under metylering og transalkylering.
Fiksering av tungmetaller i jord reduserer deres tilgjengelighet for planter og migrasjon gjennom næringskjeder.
Et av alternativene for å redusere biotilgjengeligheten til tungmetaller er innføring av sorbenter i jorda.
Fra ulike sorbenter av naturlig og kunstig opprinnelse brukes zeolitter, bentonitter, rød leire, aske, fosfater, torv, gjødsel, kompost, damslam, biomasse av mikroorganismer på ulike bærere, avfallsull, silke, avfall som inneholder tannin og fiber. Generelle krav til sorbenter: pH 6,0-7,5, tilgjengelig og relativt billig.
En teknologi, kalt Bio Metal Sludge Reactor (BMSR), designet for å behandle jord, slam, fast avfall, bruker bakterien Ralstonia metallidurans. Bakterier solubiliserer metaller med syntetiserte sideroforer og adsorberer metaller på celleoverflaten med metallinduserte ytre membranproteiner, celleveggpolysakkarider og peptidoglykaner. Bakterier er motstandsdyktige mot tungmetaller. Metaller fjernes fra cellen ved antiport med protoner, noe som fører til akkumulering av OH - ioner i det periplasmatiske rommet, alkalisering av det ytre miljø og dannelse av karbonater og bikarbonater. Metallioner eksportert fra cytoplasma danner karbonater og bikarbonater i overmettede konsentrasjoner på celleoverflaten og rundt cellen og krystalliserer på cellebundne metaller som fungerer som krystalliseringssentre. Dette resulterer i et høyt forhold mellom metall og biomasse (0,5 til 5,0). Slike bakterier fjerner metaller fra løsning i den sene fasen av eksponentiell vekst eller i den stasjonære vekstfasen, noe som er praktisk for utvinning av metaller fra forurenset jord ved ex situ-metoder. Bakterier har spesielle egenskaper som forårsaker lav sedimenteringshastighet av bakterieceller sammenlignet med organiske jordpartikler og leirjordpartikler. Dette gjør det mulig å skille jordpartikler og celler med absorbert metall ved utfellingsmetoden. Bakterier med adsorberte metaller, som er i den vandige fasen etter separering, fjernes lett fra sistnevnte ved flotasjon eller flokkulering.
5 Generell informasjon om Ralstonia metallidurans
Fig.1 Bilde av Ralstonia metallidurans
Cellestruktur og metabolisme
R. metallidurans er en gramnegativ, stavformet bakterie. Dermed deler de de strukturelle egenskapene til gramnegative bakterier, slik som peptidoglykanholdige cellevegger, lamellholdige ytre membraner og periplasmatiske rom.
R. metallidurans har evnen til å bruke ulike substrater som en kilde til karbon. Den kan vokse autotrofisk ved å bruke molekylært hydrogen som energikilde og karbondioksid som en kilde til karbon. I tillegg, i nærvær av nitratrepresentanter, kan den vokse anaerobt. De vokser ikke på fruktose og dens optimale veksttemperatur er 30 C.
Økologi
På grunn av dens evne til å motstå virkningen av giftige metaller, har bruken av denne funksjonen innen biologisk restaurering blitt studert.
Patologi
Det ble funnet at R.metallidurans ikke er patogen for mennesker.
Anvendelse innen bioteknologi
R. metallidurans har vist seg å kunne produsere enzymer som kan brukes til å lage brenselceller. Disse enzymene er i stand til å oksidere hydrogen, noe som til slutt kan føre til elektrisitetsproduksjon.
6 Teknologi for rensing av jord fra tungmetaller
Ved rengjøring med BMSR-teknologi føres forurenset jord inn i en strømningsreaktor med røreverk, hvor vann og næringsstoffer (acetat-5g/l, nitrogen-0,5g/l, fosfor-0,05g/l) tilføres, bakterier. innføres (i mengden 108 celler/ml). Jorden er forhåndsfraksjonert for å fjerne store agglomerater, rusk osv. Partikkelstørrelsen i reaktoren bør ikke være mer enn 2 mm. pH holdes på 7,2. Den hydrauliske oppholdstiden i reaktoren er 10 til 20 timer.
Under behandlingen overføres forurensende metaller fra jordpartiklene til bakterieveggene. Etter behandling i reaktoren deponeres slammet i en kum som vann tilsettes. I nærvær av bakterier har jordpartikler gode sedimentasjonsegenskaper og legger seg i sumpen i løpet av 1-2 timer. Bakterier som inneholder metaller forblir i suspensjon, som fra sumpen kommer inn i bunnfellingstanken (karafelen). Et flokkuleringsmiddel tilsettes, hvoretter biomasseslammet kan dehydreres og tørkes. Innholdet av metaller i biomassen til bakterier er: Zn-8-25, Pb-3-5, Cd-0,16-0,25. Denne biomassen kan forbrennes ved pyrometallurgisk behandling for å produsere aske med høyt metallinnhold som kan gjenvinnes ved utlekking, eller med påfølgende lagring av asken på et deponi. Innholdet av tungmetaller i den rensede jorda reduseres med 5-10 ganger. Jord behandlet med bakterier ved nøytral pH ved bruk av BMSR-teknologi kan gjenbrukes. Avløpsvann inneholder svært lave konsentrasjoner av metaller og kan resirkuleres.
Beregning av prosessen med jordbioremediering fra tungmetaller.
Det ble tatt jordprøver fra en lokalitet på 6 ha på 9 cm (0,09 m dybde). Blyinnholdet er 50 mg/kg.
1. Bestemmelse av volumet av forurenset jord.
V p \u003d S p × H
V p \u003d 6000 m 2 × 0,09 \u003d 540 m 3
2. Vekt av forurenset jord.
R n = V n × d
R p \u003d 540 m 3 × 1,2 t / m 3 \u003d 648 t
3.Total vekt av tungmetaller.
1 kg jord - 2,5 g HM
1 tonn jord - 2500 kg HM
640 t jord - x kg HM
x = 640 t × 2,5 t = 320 t
IBU for mikroorganismer Ralstonia metallidurans er 8 m 3 /t HM.
x m 3 - 640 t
Still inn mengden amofos.
For 1 t HM - 24 kg AMF
R AMP = 320 × 24 = 7680 kg AMP
Løselighet av AMP = 18 kg/m 3 .
Vannvolum.
1 m 3 H 2 O - 18 kg AMP
x m 3 H 2 O -104,8 kg
V i \u003d 104,8 / 18 \u003d 5,82 t
7680 t + 5,82 t = 7686 t
Valg av nettsted
Jordharving
Transport for utbedring
Sliping opp til 2 mm
bakterie
Laster inn i bioreaktoren
Næringsstoffer
bosetting
flokkuleringsmiddel
karaffel
Dehydrering
pyrometallurgisk behandling
Lagring på gravplasser
Fig.2 Teknologisk skjema for jordbiosanering fra tungmetaller.
BULLETIN OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES, 2008, bind 78, nr. 3, s. 247-249
FRA FORSKERENS ARBEIDSBOK
Artikkelen er viet beskrivelsen av en enkel og jordbesparende metode for rensing fra tungmetaller - fytoekstraksjon, som består i å så og dyrke i en viss tidsperiode spesielt utvalgte arter av landbruksplanter i forurensede områder for å utvinne metaller fra jord ved rotsystemet og akkumulere dem i overjordisk biomasse.
R.V. Galiulin, R.A. Galiulina
Tungmetaller er en stor gruppe kjemiske grunnstoffer med en atommasse på mer enn 50 c.u. De faller i jorda forskjellige måter: som en del av gass- og støvutslipp, atmosfærisk nedbør, vanningsvann, forurenset av industriavløp, etc. En person kan få "sin andel" av tungmetaller ikke bare direkte med innåndet luft og jordstøv, men også gjennom mat produsert på forurenset jordbruksareal. Ond påvirkning tungmetaller per person er at en rekke av deres forbindelser er preget av høy toksisitet og kreftfremkallende egenskaper. Utslipp fra metallurgiske industrier er spesielt farlige, og forårsaker en økning i sykelighet og dødelighet fra ondartede neoplasmer, blant hvilke lungekreft inntar førsteplassen. I denne forbindelse blir problemet med å rense jord fra tungmetaller relevant for territoriene til de såkalte økologisk ugunstige regionene, som inkluderer Chelyabinsk.
Forfatterne jobber ved Institute for Fundamental Problems of Biology, Russian Academy of Sciences. GALIULIN Rauf Valievich - Doktor i geografi, ledende forsker, laboratoriet for funksjonell økologi. GA-LIULINA Roza Adkhamovna - forsker ved samme laboratorium.
Binsk-regionen. Denne regionen opptar en av de ledende stedene i landet når det gjelder konsentrasjon industriell produksjon. Forurensning av luftbassenget og territoriene rundt jernholdige metallurgibedrifter når titalls kilometer. I følge romskyting, teknologisk forurensning av landene i regionen med tungmetaller dekker 29,5 tusen km2 ved sin Totalt areal 87,9 tusen km2.
I mellomtiden er forskjellige metoder kjent for å rense jord fra tungmetaller, blant disse er fytoekstraksjon av spesiell interesse. Den består i å så og dyrke i en viss periode på forurensede områder spesielt utvalgte arter av jordbruksplanter for å trekke ut tungmetaller fra jorda ved rotsystemet og akkumulere dem i overjordisk biomasse, som deretter utnyttes. Samtidig økes akkumuleringskoeffisienten av metaller i planter på grunn av innføringen av fytoekstraksjonseffektorer i jorda. Denne teknologien anses som enkel å implementere, skånsom mot jorda og kostnadseffektiv sammenlignet med mekaniske og fysisk-kjemiske tilnærminger. Så, mekaniske metoder er assosiert med å kutte av det mest forurensede overflatelaget og plassere det i deponier (sekvestrering), eller blande det med mindre forurensede dypere jordlag ved plantasjepløying (fortynning), eller dekke det med "importert" ren jord ( jording). Fysisk-kjemiske rensemetoder er basert på å vaske jorda med spesielle reagenser for å trekke ut tungmetaller fra den (kjemoekstraksjon) eller rense den ved å utsette det forurensede laget for direkte elektrisk strøm gjennom elektroder (elektrokinetisk sanering).
Observasjoner viser at det er bedre å bruke spesielt utvalgte typer landbruksplanter til fytoekstraksjon enn ville hyperakkumulatorplanter.
GALIULINA, GALIULINA
arter, som blåaktig yarutka (Thlaspi caer-ulescens), rødbeter (Alyssum murale), Gallers rezuha (Cardaminopsis halleri), etc. Selv om de akkumulerer flere titalls ganger flere metaller enn andre planter, utmerker de seg ved lav veksthastighet og liten overjordisk biomasse. I mellomtiden har fytoekstraksjon, som enhver annen tilnærming til jordopprydding, en rekke av sine egne egenskaper.
Innholdet av tungmetaller i jorda i det forurensede området bør være akseptabelt for planter, det vil si at det ikke skal forårsake uttalte fytotoksiske symptomer hos frøplanter (misfarging, pigmentering og gulfarging av blader, veksthemming, etc.), som vil karakterisere deres toleranse for tungmetaller og samtidig evnen til å absorbere sistnevnte rotsystem og flytte til den overjordiske biomassen på grunn av strømmen skapt av fordampning av vann fra bladoverflaten til planter.
Planter som brukes til å rense jorda, bør være forskjellige høy hastighet dyrke og produsere stor overjordisk biomasse, ha et dypt rotsystem, høy motstand mot sykdommer og skadedyr, være lydhør overfor konvensjonell jordbrukspraksis, være lett å høste og uattraktiv for husdyr og ville dyr for ikke å forårsake tilfeller av tungmetaller. overjordisk biomasseforgiftning.
For å øke akkumuleringen av tungmetaller i planter, er det nødvendig å bruke de såkalte fytoekstraksjonseffektorene i form av komplekser blant polyaminopolyeddiksyrer, slik som etylendiamintetraeddiksyre (EDTA), dihyd(D DD A), dietylentriaminpentaeddiksyre ( DTPA), etylen-bis(oksyetylentriamin)tetraeddiksyre (ETTA), etyl(E DP A), cykloheksan-trans-1,2-diamintetraeddiksyre (CDTA), etc. Disse stoffene er i stand til å danne sterke vannløselige intrakomplekse forbindelser med mange metaller, øker løseligheten, mobiliteten til metaller i jorda, og derfor deres absorpsjon av rotsystemet og akkumulering i overjordisk biomasse. Vanligvis introduseres fytoekstraksjonseffektorer i form av vandige løsninger av deres salter under planter i fasen av å nå sin maksimale overjordiske biomasse. Denne teknikken tillater flere såing og dyrking av planter i løpet av en vekstsesong, noe som betyr å redusere tiden for å rense jord fra tungmetaller. Det bør også bemerkes at ved innføring av fytoekstraksjonseffektorer i jorda bør regnværsdager unngås for å redusere risikoen for grunnvannsforurensning med tungmetaller pga.
en økning i innholdet deres i jordløsningen og migrasjon langs jordprofilen.
Rensing av jord fra tungmetaller må utføres inntil relevante sanitære og hygieniske standarder er nådd, det vil si maksimalt tillatte konsentrasjoner (MAC) eller tilnærmet tillatte konsentrasjoner (AEC). Samtidig anses en periode på 5-10 år som økonomisk mulig for fytoekstraksjon. Det siste stadiet av fytoekstraksjon er høsting, innsamling og utnyttelse av overjordisk plantebiomasse forurenset med tungmetaller, siden høsting av hele rotbiomassen, i utgangspunktet mettet med tungmetaller, er praktisk talt umulig. Den overjordiske biomassen av planter kan senere brukes til å utvinne ikke-jernholdige metaller fra den ved fortørking, asking og etterfølgende spesialbehandling.
Utsiktene til metoden ovenfor for å rense jord fra tungmetaller er bevist av resultatene av et vegetativt eksperiment med grå sennep, eller sarepta (Brassica juncea), og utlutet chernozem fra jordbruksland i nærheten av Chelyabinsk. Denne typen sennep er mye brukt i praksisen med å rense jord fra tungmetaller. Eksperimentet simulerte en situasjon knyttet til akkumulering av kobber og nikkel i flere år i jorda på et sted som ligger i innflytelsessonen til metallurgi- og energibedrifter i Chelyabinsk. Valget av disse metallene for eksperimentet er ikke tilfeldig, siden kobber og nikkel, sammen med krom, sink, bly og kadmium, er blant de viktigste jordforurensningene i verden. Jorden ble behandlet med vandige løsninger av kobber- og nikkelsalter i mengder på 100 mg/kg, deretter ble sennepsfrø sådd og vekst og utvikling av planter ble observert i flere uker. Da sennepen nådde maksimal overjordisk biomasse, ble den mest brukte i praksis fytoekstraksjonseffektor EDTA introdusert under plantene i form vandig løsning dets natriumsalt i doser fra 1 til 10 mmol/kg. En uke senere ble den overjordiske sennepsbiomassen kuttet, tørket, og innholdet av kobber og nikkel i den ble analysert. Som det viste seg, med en økning i dosen av EDTA, økte koeffisientene for akkumulering av tungmetaller, det vil si forholdet mellom innholdet av metaller i planten og jord (jordrensepotensialet) i forhold til kontrollen (uten introduksjon av EDTA) for kobber med 2,8-43,6 ganger, for nikkel - 1,8-25,3 ganger (tabell 1).
Beregninger utført ved bruk av eksponentiell avhengighet viste at mangfoldet av såing og dyrking av sennep med bruk av fytoekstraksjonseffektoren reduserer tiden for å rense jorden fra tunge skadedyr betydelig.
BULLETIN OF THE RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES bind 78< 3 2008
JORDRENGJØRING FRA TUNGMETALLER VED HJELP AV PLANTER
Tabell 1. Verdier av akkumuleringskoeffisienter av kobber og nikkel for sennep sizoy (forhold mellom metallinnhold i plante og jord) avhengig av dosene av EDTA introdusert i jorda
Cu og Ni, 100 mg/kg hver 0,09 0,21
Det samme + EDTA, 1 mmol/kg 0,25 0,37
» , 5 mmol/kg 1,20 2,51
» , 10 mmol/kg 3,92 5,32
Akkumulasjonsforhold
Tabell 2. Tid for å nå de opprinnelige bakgrunnskonsentrasjonene av kobber (31,6 mg/kg) og nikkel (63,5 mg/kg) i jorda med flere såinger og dyrking av blåsennep i løpet av en vekstsesong og påføring av EDTA
enkelt dobbelt alternativ
Cu og Ni, 100 mg/kg hver 14,9 22,5 7,4 11,3
Det samme + EDTA, 1 mmol/kg 7,4 8,8 3,7 4,4
» , 5 mmol/kg 6,6 7,9 3,3 3,9
» , 10 mmol/kg 5,8 6,9 2,9 3,4
Avslutningsvis vil jeg bemerke at dagens presserende oppgave er implementeringen av denne metoden for systematisk tilbakeføring av knappe dyrkbar jord til avlingsrotasjoner etter rengjøring ved hjelp av planter i territoriene til økologisk vanskeligstilte regioner. Uten tvil er storstilt implementering av fytoekstraksjon, så vel som enhver annen metode for jordrensing, fornuftig, forutsatt at den massive teknogene forurensningen av land er alvorlig
R.V. Galiulina, R.A. Galiulina - 2012
I.P. Balabina, N.P. Nevedrov, E.P. Protsenko og A.V. Prusachenko - 2013
