Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами

Код документа: RU2792062C1_20230316

Описание

Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами.

Известен способ мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включающий внесение на поверхность почвы мелиоранта, перемешивание его с мелиорируемым слоем почвы с последующим выращиванием культур. Для этих целей используются один из мелиорантов: фосфоритная мука, цеолит, суперфосфат, сульфид натрия, известняковая мука либо низинный торф [Пат. RU 2597172, 01.12.2014]. Недостатком данного метода является очень высокие дозы внесения мелиорантов: торф и цеолит 100 т/га, известняковая мука 12 т/га, фосфоритная мука 1,5 т/га, суперфосфат и сульфид натрия по 120 кг д.в./га. Кроме того, применение только одного из предложенных мелиорантов, накладывает ограничения в их использовании на почвах с различными химическими и физико-химическими свойствами.

Известен способ рекультивации почв, загрязнённых тяжелыми металлами при помощи внесения сорбент-мелиоранта, состоящего из глауконитового песка, термонеизмененной отвальной породы угольных шахт, синих глин, при соотношении компонентов мас. %, сответственно, 25, 60, 15 [Пат. RU 2356931, 27.05.2009]. Недостатком данного метода является вероятность наличия высоких концентраций тяжелых металлов в отвальной породе и низкая доступность компонентов.

Известны составы для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, на основе сапропеля, цеолита и глинозема, с обработкой кремнийорганической жидкостью [Пат. RU 2049107, 15.10.1992].

Однако сапропель зачастую сам содержит в своем составе достаточно большое количество загрязнителей и, в том числе, тяжелых металлов. Кроме того, предложенный состав достаточно сложный в изготовлении и имеет высокую стоимость.

Известен состав для очистки почв от тяжелых металлов при помощи торфяного мелиоранта, содержащего в своем составе торф верховой нейтрализованный, диатомит и вермикулит при соотношении, мас. % 60, 30, 10 соответственно [Пат. RU 2745456, 03.09.2020]. Недостатком способа является использование в составе смеси верхового торфа, характеризующегося относительно низким содержанием гумусовых соединений, которые наиболее активно участвуют в снижении подвижности тяжелых металлов в почвах.

Наиболее близким техническим решением является способ мелиорации сельскохозяйственных земель при помощи внесения в почву почвоудобрительного материала, в качестве которого используется органоминеральный компост, состоящий из свиного навоза и навоза КРС, суперфосфата и фосфогипса. Компост вносят в почву в дозе 100-110 т/га с последующим культивированием на глубину 20…25 см. [Пат. RU 2492944, 22.03.2012].

Целью изобретения является резкое снижение биодоступности тяжелых металлов в загрязнённых почвах и повышение плодородия почв, за счет использования определённой смеси мелиоративных добавок на основе цеолита, торфа, известняковой муки, суперфосфата, сульфида натрия.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря многокомпонентному составу мелиоративных добавок происходит одновременное использование различных механизмов снижения подвижности тяжелых металлов в загрязнённых почвах, что повышает их эффективность и расширяет спектр рекультивационного действия. В рекомендуемых многокомпонентных мелиоративных добавках задействуются два механизма закрепления тяжелых металлов в почвах: физико-химический и химический.

В качестве компонентов мелиоративных добавок используются:

1. Цеолит осадочный. Кристаллическая решётка цеолитов характеризуется огромной внутреней поверхностью, благодаря чему обладает очень высокой поглотительной способностью (90-120 ммоль/100 г минерала), за счет которой происходит физико-химическое поглощение тяжелых металлов, в том числе необменное. Цеолиты обладают высокой селективностью (избирательным поглощением) по отношению ко многим тяжелым металлам. Внесение цеолита позволяет не только существенно повысить емкость поглощения и буферность почв, но и способствует увеличению запаса элементов питания в почвах (табл. 1).

Таблица 1 - Химический состав цеолитаСоединениеSiO2TiO2Al2O3Fe2O3CaОMgОNa2OMnОK2OСодержание, %65,90.356,192,6517,161,450,160,161,43

2. Торф низинный с фракцией 0-10 мм: Торф представляет собой продукты разложения растительных и животных остатков в анаэробных условиях и высокой влажности. В низинном торфе высокой степени разложения много гумусовых соединений, способных обеспечивать как химическое осаждение тяжелых металлов, так и физико-химическое их закрепление в составе почвенного поглощающего комплекса. Они обладают большим разнообразием функциональных групп, в них много нерастворимых, но химически активных компонентов, комплексы которых с тяжелыми металлами прочны.

3. Известняковая мука представляет собой тонкоизмельченные карбонатные породы, в основном известняки и доломиты. Благодаря высокому содержанию в своем составе карбонатов кальция и магния происходит образование труднорастворимых соединений тяжелых металлов с анионом СО32-. Так, например, при взаимодействии карбонатов с ионом свинца происходит связывание этого элемента в виде малорастворимого минерала церуссита. Кроме того, известкование оказывает очень благоприятное влияние на показатели плодородия кислых почв (подзолистых, дерново-подзолистых, серых лесных и др.). В них наблюдается резкое снижение почвенной кислотности и увеличение суммы обменных катионов оснований, улучшается структура почв, активизируются микробиологические процессы, улучшается количественный и качественный состав почвенной микробиоты.

4. Суперфосфат характеризуется хорошей растворимостью в воде, благодаря чему ионы PO43- способны вступать в взаимодействие с ионами многих тяжелых металлов и переводить их в слаборастворимые соединения, труднодоступные для растений. Кроме того, он является ценным минеральным удобрением, резко улучшающим фосфатный режим почв и повышающим урожайность всех сельскохозяйственных культур.

5. Сульфид натрия - хорошо растворимое в воде соединение. Благодаря содержанию в своем составе аниона S-2 способен к образованию труднорастворимых солей с различными металлами (сульфидов), в том числе с никелем, свинцом и кадмием. В результате химической реакции осаждения катионы тяжёлых металлов значительно снижают свою биодоступность, а, следовательно, и токсичность.

В целях выявления эффективности составов мелиоративных добавок были проведены исследования в условиях лабораторных и полевых опытов. В таблице 2 представлены результаты исследований влияния фракционного состава торфа и цеолита на подвижность тяжелых металлов в почве.

Таблица 2 - Влияние размеров частиц осадочного цеолита и торфа на изменение подвижности тяжелых металлов в почвах, мг/кг почвыМелиорантФракция, ммCdPbNiсод-иеабс. откл-иеоткл. %сод-иеабс. откл-иеоткл. %сод-иеабс. откл-иеоткл. %Осадочный цеолит0,2-1 (к)1,33--20,19--56,18--1-31,490,161225,665,472756,980,813-51,550,221729,509,314657,881,735-101,700,372840,5020,3110158,452,274НСР050,174,55Fф05Торф низинный0-10 (к)1,31--17,17--53,21--0-11,430,12916,10-1,07-649,50-3,71-70-31,18-0,13-1017,02-0,15-159,926,71130-51,22-0,09-718,000,83545,15-8,06-15НСР05Fф05Fф05Fф05

Подвижные формы тяжелых металлов в почве были определены в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера (рН 4,8) [Методические указания…, 1992].

Установлено, что наибольшая эффективность снижения подвижности тяжелых металлов происходит при использовании цеолита с размером частиц 0,2…1 мм. Закономерностей в изменении содержания загрязнителей в вытяжке при использовании различных фракций торфа выявлено не было.

Результаты исследований влияния различного сочетания видов и доз мелиорантов на содержание тяжелых металлов в зерне пшеницы приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние различных сочетаний видов и доз мелиоративных добавок на содержание Cd, Pb, Ni в зерне пшеницы в полевом опыте, мг/кг зерна воздушно-сухой массыВарианткадмийсвинецникельСод-иеабс. откл-иеоткл. %Сод-
ие
абс. откл-иеоткл. %Сод-
ие
абс. откл-
ие
откл.
%
1АК 0,0020,0170,052почва без мелирантов +Cd, Pb, Ni - фон (контроль)0,1410,6041,1103Цт 50 + Им 6 0,096-0,045-320,490-0,114-190,856-0,254-234Тф 50 + Им 60,102-0,039-280,452-0,152-250,615-0,495-455Цт 25 + Тф 250,128-0,013-90,575-0,029-50,7330,377-346Цт 25 + Им 60,099-0,042-300,497-0,107-180,902-0,208-197Тф 25 + Им 60,111-0,03-210,505-0,099-160,635-0,475-438Цт 25 + Тф 25 + Им 60,078-0,063-450,365-0,239-400,511-0,599-549Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сф 0,120,066-0,075-530,328-0,276-460,456-0,654-5910Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Фм 1,50,079-0,062-440,346-0,258-430,588-0,522-4711Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сн 0,120,061-0,08-570,342-0,262-430,475-0,635-5712Им 6 + Сф 0,120,103-0,038-270,473-0,131-220,869-0,241-2213Им 6 + Фм 1,50,119-0,022-160,509-0,095-160,920-0,19-1714Им 6 + Сн 0,120,096-0,045-320,489-0,115-190,900-0,21-1915ВЦт 10 + Им 12 + Сф 0,120,094-0,047-330,437-0,167-280,502-0,608-5516ВЦт 10 + Им 12 + Фм 1,50,107-0,034-240,460-0,144-240,541-0,569-51НСР050,0260,0830,285ПДК0,10,50,5

Наибольшую эффективность в снижении накопления тяжелых металлов в почве показало сочетание Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сф 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, суперфосфат 0,12 т/га) и Цт 25 + Тф 25 + Им 6 + Сн 0,12 (торф 25 т/га, торф 25 т/га, известняковая мука 6 т/га, сульфид натрия 0,12 т/га). Эти смеси позволили получить продукцию содержанием загрязнителей ниже уровня ПДК.

Изобретение позволяет значительно улучшить показатели плодородия почв увеличивая содержание: подвижного фосфора на 8 %, обменного калия на 5 %, гумуса на 9 %, а также позволяет добиться повышения показателей рН на 13 % и суммы обменных катионов оснований на 38 %.

Реферат

Изобретение относится к мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязнённых тяжелыми металлами (ТМ). Для достижения необходимого результата задействуются два механизма снижения биологической доступности ТМ в почве: химический и физико-химический. Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, включает низинный торф, цеолит, известняковую муку в дозах внесения 2,5, 2,5, 0,6 кг/м2 или 25, 25, 6 т/га соответственно, а также суперфосфат или сульфид натрия в дозе внесения 0,012 кг/м2 или 0,12 т/га. Все компоненты предварительно смешиваются в указанных дозах, распределяются по поверхности почвы и равномерно перемешиваются в пахотном слое 0-25 см. Доза внесения мелиоранта зависит от уровня загрязнения почвы ТМ и колеблется от 5 до 6 кг на 1 м2 почвы. Разработанный состав мелиорантов оказывает комплексное положительное влияние на плодородие почв: снижает почвенную кислотность, увеличивает их поглотительную способность, содержание элементов минерального питания и органического вещества. Внесение мелиорантов повышает урожайность культур на 20-30% и снижает содержание ТМ в растениеводческой продукции на 50-60%. 3 табл.

Формула

Состав для мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами, выполненный на основе органических и минеральных компонентов, отличающийся тем, что содержит в своем составе низинный торф, цеолит, известняковую муку в дозах внесения 2,5, 2,5, 0,6 кг/м2 или 25, 25, 6 т/га соответственно, а также содержит суперфосфат или сульфид натрия в дозе внесения 0,012 кг/м2 или 0,12 т/га, при этом все компоненты предварительно смешиваются в указанных дозах, распределяются по поверхности почвы и равномерно перемешиваются в пахотном слое 0-25 см.

Авторы

Патентообладатели

СПК: A01B79/02 B09C1/00

МПК: A01B79/02 B09C1/00

Публикация: 2023-03-16

Дата подачи заявки: 2022-01-14

0
0
0
0
Невозможно загрузить содержимое всплывающей подсказки.
Каталог Поиск по объявлениям