Способ очистки загрязненных металлами почв с помощью растениеводческих приемов

(51) 09 1/08 (2006.01) 09 1/10 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ восстановления почв, загрязненных под воздействием техногенных факторов. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности применения, расширение функциональных возможностей и арсенала средств назначения. Это достигается тем, что в предлагаемом способе очистки почвы от тяжелых металлов с помощью растениеводческих приемов, включающем использование растений, способных извлекать загрязнители, включающие свинец, кадмий, из почвы,семена которых высевают на участок загрязненной почвы, согласно изобретению, осуществляют очистку почвы от свинца и/или кадмия, и/или меди и/или цинка в качестве растения используют растение дикого вида, семена высевают осенью, растения скашивают через 80-90 дней после появления всходов, сушат, складируют и утилизируют, повторяя выращивание и утилизацию до достижения нормативно допустимого содержания металлов на дезактивируемом участке.(72) Сарсенбаев Батырбек Аширимбетович Атабаева Сауле Джумагалиевна Кенжебаева Шакизада Кенжебаевна Киршибаев Ерлан Ахметович Жамбакин Кабылбек Жапарович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт биологии и биотехнологии растений республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный центр биотехнологии Республики Казахстан Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВ С ПОМОЩЬЮ РАСТЕНИЕВОДЧЕСКИХ ПРИЕМОВ 19911 Изобретение относится к природоохранным технологиям и может быть использовано для восстановления почв,загрязненных под воздействием техногенных факторов. Известен способ очистки загрязненных металлами грунтов, включающий выемку грунта, его последующее основное выщелачивание, для растворения удаляемых металлов, например железа,стадию цементации, вызывающую осаждение указанных элементов в форме металла, которая осуществляется за счет электрохимического обмена с цинковой пылью, получаемой в стадии электролиза раствора, происходящего из стадии цементации. При этом осуществляют дополнительное введение цинка, предпочтительно на выходе из стадии выщелачивания в виде перколята из отходов производства черной металлургии,особенно пыли электрометаллургического завода.(Заявка 94046089, кл. В 09 С 1/08, 1996). К недостатку известного способа относится его недостаточная эффективность, связанная с необходимостью выемки грунта с последующей дорогостоящей обработкой, которая не улучшает плодородия почвы. Известен также способ биологической мелиорации почвы (очистки почвы от тяжелых металлов с помощью растениеводческих приемов), включающий использование растений (подсолнечник, сорго,суданская трава) способных извлекать загрязнители из почвы (тяжелые металлы кадмий, свинец), семена которых замачивают в растворе физиологически активных соединений, подсушивают и высеивают на загрязненных почвах, в качестве раствора физиологически активных соединений используют комплекс биологически активных веществ (БАВ),полученный на основе,замачивание в котором проводят в течение 15-18 ч. при соотношении семена БАВ 12,5-3,0, а на 7-10 день после появления всходов проводят обработку по всей площади всходов, оставшимся после замачивания семян комплексом БАВ в виде водного раствора при соотношении водаБАВ 151. При этом комплекс биологически активных веществ(БАВ) получают в результате культивированиядо достижения плотности суспензии 60 млн. клеток в 1 мл., с последующим отделением биомассы водорослей от жидкой фракции,отделенную биомассу водорослей подвергают замораживанию-дефростации, после повторной дефростации отделяют клеточный сок,оставшийся твердый остаток настаивают на католите с рН 6-8 в соотношении 13 в течение 20 мин., с последующим разделением на экстракт и твердую фракцию, далее объединяют экстракт с клеточным соком и жидкой фракцией, первичное замораживание биомассы осуществляют при температуре (- 13)- (- 15) С в течение 40-60 минут,а повторное замораживание - при (- 4) С в течение 5 ч.(Пат.2 266 166, кл. В 09 С 1/10, С 12 1/12//(С 12 1/12, С 12 1 89 ), 2005) К недостатку известного способа также относится его недостаточная эффективность и 2 ограниченные функциональные возможности и арсенал средств назначения. Это связано с трудоемкостью получения БАВ, многостадийностью, а также с тем, что способ предусматривает извлечение в качестве загрязнителей почвы только таких тяжелых металлов как кадмий и свинец, а качестве растений использованы только подсолнечник, сорго, суданская трава. Задачей изобретения является создание способа очистки почвы от тяжелых металлов с помощью растениеводческих приемов, позволяющего повысить эффективность его применения, расширить функциональные возможности и арсенал средств назначения. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности применения, расширение функциональных возможностей и арсенала средств назначения. Это достигается тем, что в предлагаемом способе очистки почвы от тяжелых и цветных металлов с помощью растениеводческих приемов, включающем использование растений, способных извлекать загрязнители, включающие свинец, кадмий, из почвы, семена которых высевают на участок загрязненной почвы, согласно изобретению,осуществляют очистку почвы от свинца и/или кадмия, и/или меди и/или цинка в качестве растения используют растение дикого вида,семена высевают осенью, растения скашивают через 80-90 дней после появления всходов, сушат,складируют и утилизируют, повторяя выращивание и утилизацию до достижения нормативно допустимого содержания металлов на дезактивируемом участке. Технический результат обеспечивается применением растений дикого вида. Предлагаемый способ очистки почвы от тяжелых металлов реализуют следующим образом. Участок почвы, загрязненный тяжелыми металлами (например, кадмием, цинком, свинцом, медью) засевают отборными семенами растения дикого вида с использованием необходимых агротехнических мероприятий. В качестве растения используют растение дикого вида- (пырей ползучий), способного концентрировать тяжелые металлы (например,свинец, цинк, медь, кадмий) корнями и надземными органами, растения скашивают, сушат, складируют и утилизируют. Выращивание и утилизацию повторяют (например, два-три раза) для достижения нормативно допустимого содержания металлов на дезактивируемом участке. Посев семян проводят осенью. Плотность посева 30 кг семян на 1 га, глубина заделки - 1 см. Примерно с середины мая начинается вегетация растений,через 80-90 дней растения убирают путем скашивания, определяют концентрацию тяжелых металлов в почве, и биомассе надземных органов и корней растений. Вынос металлов надземными органами растений определяют пересчетом концентрации металла в растениях на биомассу растений с 1 га. 19911 Вынос металла/га - Биомасса растений с 1 га х концентрация металла/единица массы. Степень извлечения металла определяют по формулеИначальная концентрация металла в почве конечная концентрация металла в почве Процент фитоэкстракции (ФЭ, накопление металла в наземных органах) определяют по остаточному количеству металла в почве по формуле ФЭконечная концентрация металла в почве х 100 Начальной концентрации металла в почве Суть экспериментов заключалась в отборе проб растений, выращиваемых на почвах, загрязненных тяжелыми металлами и проб почвы с места произрастания этих растений. После чего определялось количество тяжелых металлов, например, с помощью атомноабсорбционного спектрофотометра -300. Пробоподготовку (дигестацию) проводили с использованием нагревательного блокас добавлением концентрированных азотной и соляной кислот при 955 С согласно стандартных операционных процедур/-06 Дигестация твердых проб для анализа в пламени. Количественное определение проводили методом атомной абсорбции с атомизацией в пламени/-08 Рабочий процесс -300(в пламени). Предлагаемый способ успешно прошел опытные испытания на территории Восточно-Казахстанской области Республики Казахстан, на участках почв,загрязненных тяжелыми металлами, окружающих металлургические предприятия. Содержание загрязнителей в почве и степень их извлечения растениемпредставлены в таблицах 1,2,3. Таблица 1. Содержание свинца в органах, произрастающего вокруг цинкового и свинцового заводов г. Риддер (Восточно-Казахстанская область) Содержание свинца в почве, мг/кг Свинцовый завод,Свинцовый завод, Цинковый завод, юг Свинцовый завод восток,1723,9 мг/кг юг, 3046,0 мг/кг 5990,4 эпицентр мг/кг 12672,4 мг/кг Содержание свинца в органах, мг/кг 101,83,6 233,59,8 125,04,4 287,69,2 16,10,5 59,92,0 81,22,8 232,57,9 273515,1 1331,859,0 2125,372,2 3982,8151,0 Содержание цинка в почве, мг/кг 232,5 Свинцовый завод,Цинковый завод,Цинковый завод, Цинковый завод, юг юг, 3893,0 мг/кг эпицентр 17881,9 север 22990,8 мг/кг 129792,3 мг/кг мг/кг Содержание цинка в органах, мг/кг 409,314,3 1298,946,7 698,725,2 191,87,5 1017,936,6 181,574,7 3194,2108,6 2177,482,7 Таблица 2. Вынос тяжелых металлов органами растений, г/га Растение Таблица 3. Степень извлечения и степень фитоэкстракции тяжелых металлов растением(пырей ползучий) из загрязненных почв за один вегетационный период. Металл Начальная концент- Конечная концент- Степень извлечения Степень фиторация металлов в рация металлов в металлов, И экстракции ФЭ,почве, мг/кг почве, мг/кг Свинец 8711,0 5999,9 1,45 31,0 Цинк 7105,0 5202,0 1,40 27,0 Медь 1668,7 1292,2 1,30 22,5 Кадмий 1444,7 906,3 1,60 37,0 Пример. Казахстанская область), содержащий в качестве Участок почвы (площадь 1 га), расположенный загрязнителей тяжелые металлыцинк, кадмий,вокруг свинцового завода г.Риддер (Восточно- медь, свинец, для очистки почвы осенью засевают 3 19911 семенами растения дикого вида . (пырей ползучий). Посев семян растений проводят осенью. Плотность посева 30 г семян на 1 га, глубина посадки - 3 см. Примерно с середины мая начинается вегетация растений, через 90 дней растения убирают путем скашивания. Определяют загрязнитель в почве и органах растения, после чего его утилизируют, сжигая в установленном месте. Результаты приведены в таблице. Таблица Предельно допустиНачальная Конечная Степень извлечения мая концентрация концентрация концентрация металлов металлов в почве,металлов в почве,металлов в почве,мг/кг мг/кг мг/кг Свинец 100 200 138 1,45 Цинк 300 450 328,5 1,40 Кадмий 3 6 3,78 1,60 Медь 100 120 93 1,30 Как видно из таблицы восстановление почвы на загрязненном участке достигается за один вегетационный период. Для сравнения предлагаемого способа извлечения тяжелых металлов с помощью растениеводческих приемов с ближайшим аналогом приводим таблицу. Таблица Изобретение Известный способ Предлагаемый способ Растение,концентрирующее тяжелый металл Разнотравье суданская трава(пырей ползучий) Как видно из таблицы предлагаемый способ позволяет повысить степень извлечения кадмия в 100 раз, свинца в 1,1 раз. Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность его применения,расширить функциональные возможности и арсенал средств назначения за счет высевания семян растения дикого вида, приспособленных к местным условиям среды без стимуляторов роста, извлечения ряда тяжелых металлов и повышения степени их извлечения. Таким образом предлагаемый способ очистки почвы от тяжелых металлов позволяет повысить эффективность его применения,расширить функциональные возможности и арсенал средств назначения. Извлекаемый из почвы загрязнитель, тяжелый металл Кадмий Свинец Кадмий Свинец ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ очистки почвы от тяжелых металлов,включающий использование растений способных извлекать, загрязнители, включающие свинец,кадмий, из почвы, семена которых высевают на участок загрязненной почвы, отличающийся тем,что осуществляют очистку почвы от свинца и/или кадмия, и/или меди, и/или цинка в качестве растения используют растение дикого вида, семена высеивают осенью,растения скашивают, через 80-90 дней после появления всходов, затем растения утилизируют,повторяя выращивание и утилизацию растений до достижения нормативно допустимого содержания металлов на дезактивируемом участке.