Спосіб відновлення родючості грунту після його очищення від важких металів

1. Спосіб відновлення родючості ґрунту після його очистки від забруднення важкими металами, що включає внесення в ґрунт торфу і органічного добрива та інкубування при зволоженні, який відрізняється тим, що як органічне добриво застосо C2 1 3 ють застосовувати різні осади після очищення побутових стічних вод (осад сирий із відстійників, осад зброжений, активний мул та ін.) [Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. - Ленинград: Стройиздат, 1988. - С.40-48]. Незважаючи на різноманітність складу таких осадів, вони, як правило, містять значну кількість удобрювальних елементів та мають бактеріальну природу. Проте, використання їх зв'язано з екологічним ризиком внаслідок підвищеного вмісту в них важких металів. Тому для перетворення бідних пісчаних ґрунтів в родючі рекомендують вносити вищеназвані осади в поєднанні з іншими органічними добривами. Так, відомий спосіб обробітку ґрунту сумішшю озерного мулу або осадів, утворених при очищенні побутових стічних вод (активного мулу), з торфом, взятих у співвідношенні 1:1-2. Норма внесення такого добрива у випадку використання активного мулу складає 50-100т/га в перерахунку на суху речовину (тобто »2,5-5г на 100г ґрунту). У випадку кислого ґрунту (рН £4,5) для його нейтралізації пропонують попередньо проводити вапнування. Для підвищення ефективності таких добрив автори рекомендують також в деяких випадках додавати мінеральні добрива [Евилевич А.З., Евилевич М.А. Утилизация осадков сточных вод. Ленинград: Стройиздат, 1988. - С.68-69]. Проведені дослідження показали, що цей спосіб (найбільш близький за технічною сутністю та досягненим ефектом до рішення, що заявляється) дозволяє покращити структуру пісчаних ґрунтів та являється надійним засобом перетворення таких ґрунтів у родючі, він також ефективний для освоєння боліт. Проте, відомий спосіб передбачає внесення у ґрунт все ж відносно великої кількості забрудненого важкими металами активного мулу, що не є раціональним в разі обробітку ґрунтів, які були очищені від цих металів. Крім того, як показали наші дослідження, при його застосуванні не забезпечується необхідний рівень показників структурного стану та мікробіологічної активності відновлених ґрунтів, а, отже, і їх родючості. Задачею винаходу, який заявляється, є розробка ефективного способу відновлення родючості ґрунту після очищення його від забруднення важкими металами шляхом оптимізації його структурного стану та підвищення мікробіологічної активності. Поставлена задача вирішена запропонованим способом відновлення родючості ґрунту після його очищення від забруднення важкими металами, який включає внесення в ґрунт активного мулу і торфу та інкубування при зволоженні до досягнення необхідних структурних показників стану ґрунту, в якому в ґрунт додатково вносять органічне добриво, а активний мул вносять у вигляді водної суспензії, яку одержують попереднім культивуванням біоценозу активного мулу в поживному середовищі, що містить набір джерел вуглецю, азоту та фосфору при масовому співвідношенні С:N:Р, що дорівнює 100:5:1, відповідно. Найкращим являється внесення в ґрунт торфу та органічних добрив у співвідношенні 1:1-2. Загальна кількість добрив, яку вносять в ґрунт, знахо 88016 4 диться в межах звичайних норм (2,5-5г на 100г ґрунту, тобто 50-100т/га). Одержаний після попередньо проведеного культивування активний мул вносять в ґрунт в кількості 0,05-0,3%. В разі обробітку кислих ґрунтів рекомендується попередньо проводити їх нейтралізацію, наприклад, вапнуванням. Як органічні добрива, що додатково вносять, можуть бути використані: трава бобових, сухий курячий послід, відходи харчових виробництв та ін. В якості нативного активного мулу можна використовувати осад, який відбирають на станції біохімічного очищення побутових стічних вод, з мулових площадок очисних споруд та ін. Активний мул, який належить вносити в ґрунт, попередньо вирощують культивуванням біоценозу нативного мулу в поживному середовищі на водній основі при оптимальному співвідношенні джерел вуглецю, азоту, фосфору. Вихідну кількість поживних речовин та посівну дозу нативного мулу визначають із розрахунку тієї кількості активного мулу, яку необхідно внести в ґрунт в складі одержаної в результаті культивування суспензії. Наведені нижче конкретні приклади здійснення винаходу показують, що проведене попередньо культивування біоценозу активного мулу в поживному середовищі оптимального складу та внесення його в ґрунт в більш активному стані і в запропонованому поєднанні з іншими джерелами поживних речовин, дозволяє значно покращити показники структурного стану та мікробіологічої активності ґрунту, який до того очистили від забруднення важкими металами, і тому відновити його родючість, до того ж практично виключається повторне забруднення ґрунту важкими металами, які звичайно містить нативний активний мул, завдяки значному зниженню посівних доз останнього. Таким чином, поставлена задача успішно вирішена із досягненням необхідного технічного результату. Приклад 1 Для імітації обробітку ґрунту в стаціонарних умовах зразки ґрунту розміщають в спеціальних пластмасових колонках діаметром 7 та висотою 10см із запорним краном в нижній конусоподібній частині. Чорноземний ґрунт, забруднений міддю до 580мкг/г (відповідає »6 ПДК по валовому вмісту міді в ґрунті), очищають в ґрунтовій колонці біовилужуванням відомим способом - обробленням культурою бактерій Bacillus fastidiosus ВКПМ В 4368 в рідкому синтетичному поживному середовищі, що містить вуглеводи, при посівній дозі 106 клітин на 1 г ґрунту та інкубацією на протязі 14 діб при вологості 70% та температурі 22°С до досягнення рівня рН=4,5 з подальшим промиванням водою [Патент України №58557, МПК7 В09С1/10, опубл. Бюл. №8 від 15.08.03, С.2]. Одержаний в результаті біовилужування ґрунт має такі характеристики: рН=4,5; органічний вуглець 0,8%; валовий вміст міді 40мкг/г (0,4 ПДК); вміст мікроорганізмів 2×107 клітин на 1г ґрунту; вміст водостійких агрегатів розміром >0,25мм - 10%. 5 Одержаний таким чином ґрунт обробляють для відновлення його родючості (приклади 2-5). В прикладі 1 та в прикладах 2-5 визначення вмісту водостійких агрегатів та кількості мікроорганізмів в 1г ґрунту проводять за відомими методиками. Вміст водостійких агрегатів (Х,%) визначають методом мокрого просіювання наважки ґрунту (s, г) на ситі з діаметром отворів 0,25мм з подальшим висушуванням одержаної фракції агрегатів розміром >0,25мм, після чого визначають її масу (m, г) та проводять розрахунок за формулою: X = m / s × 100, % [Вадтонина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. - М : Изд-во МГУ, 1986. - С.50]. Кількість мікроорганізмів в 1г ґрунту визначають чашковим методом при глибинному посіві 10разово розбавленої досліджуваної ґрунтової суспензії на агаризовану ґрунтову витяжку [Большой практикум по микробиологии / Т.В.Аристовская, М.Е.Владимирская, М.М.Голлербах. -М: Высш. шк., 1962. - С.76,90]. Приклад 2 (порівняльний) 200г одержаного за прикладом 1 ґрунту поміщають у ґрунтову колонку та обробляють відомим способом (прототип): добавляють 1г вапна, забезпечуючи нейтралізацію до рівня рН=6,8, і потім вносять 8г суміші, що містить 5,3г торфу та 2,7г нативного активного мулу (співвідношення ~2:1). Використовують нативний активний мул, який був відібраний на станції біохімічної очистки побутових стічних вод. Ґрунт інкубують при вологості 60-70% та температурі 20-22°С протягом 4 місяців, періодично відбираючи проби для визначення його структурних показників та мікробіологічної активності. Приклад 3 Спочатку готують поживне середовище для вирощування активного мулу, розчиняючи у воді ацетат натрію (10г/дм3), сульфат амонію (1г/дм3) та амофос (0,2г/дм3), при цьому витримується відоме оптимальне для вирощування біоценозу активного мулу співвідношення С:N:Р, що дорівнює 100:5:1, відповідно [Голубовская Э.К. Биологические основы очистки води. - М: Высш. шк., 1978, С.244]. В поживне середовище з рН=6,8 вносять нативний активний мул, який був одержаний на станції біохімічної очистки побутових стічних вод, в посівній дозі 0,2г/дм3 та культивують мікроорганізми протягом 2 діб при температурі 18-26°С. Після закінчення процесу концентрація мікроорганізмів активного мулу в суспензії складає 0,85г/дм3; рівень рН суспензії при цьому піднімається до 9,2. В результаті такого культивування відбувається не лише нарощування маси мікроорганізмів, але і їх омолоджування, збільшення метаболічної активності, тобто активування. В ґрунтову колонку поміщають 200г ґрунту, який одержано за прикладом 1, добавляють туди 1г вапна для забезпечення рівня рН=6,8 і після 88016 6 перемішування вносять 3,9г подрібненого торфу, 3,9г подрібненої трави бобових та 300 см3 приготовленої як описано вище суспензії активного мулу в поживному середовищі. Кількість активного мулу, що вносять у ґрунт, становить 0,25г (0,12 %). Масове співвідношення торф:органічне добриво складає 1:1. Після перемішування ґрунту зі суспензією його вологість дорівнює 70%. Інкубацію проводять при температурі 18-22°С, підтримуючи рівень вологості 60-70% та періодично відбираючи зразки ґрунту для аналізу. Приклад 4 Процес попереднього культивування нативного мулу проводять як описано в прикладі 3, проте тривалість культивування скорочують до 1 доби. Одержують суспензію активованого біоценозу активного мулу в поживному середовищі із вмістом мікроорганізмів 0,43г/дм3. Процес інкубування в ґрунтовій колонці проводять так, як описано в прикладі 3, проте кількість активованого мулу, який вносять у вигляді 300см3 суспензії в поживному середовищі складає 0,13г (0,06%), а співвідношення торф:органічне добриво - 1:1. Приклад 5 Процес попереднього культивування нативного активного мулу проводять так, як описано в прикладі 3, але одержану протягом 2 діб суспензію відстоюють 2 години і одержують суспензію з концентрацією мікроорганізмів 1,7г/дм3. В ґрунтову колонку з 200г ґрунту після нейтралізації вапнуванням вносять 2,6г торфу, 5,2г трави бобових та 300см3 суспензії з вмістом активованого біоценозу активного мулу 0,51г (0,25%); співвідношення торф:органічне добриво складає 1:2. В таблиці наведені результати визначення структурних показників в пробах ґрунтів, які оброблено за прикладами 2-5, а також дані про вміст в них мікроорганізмів (мікробіологічну активність). Табличні дані вказують на те, що запропонований спосіб дозволяє через 2-2,5 місяці інкубування ґрунту досягнути оптимальних показників мікробіологічної активності і забезпечити необхідний рівень вмісту водостійких агрегатів, причому на протязі всього терміну спостереження процесу інкубації ці показники залишаються стабільно високими, тобто відбувається повне відновлення показників родючості чорноземного ґрунту після його очищення від забруднення важкими металами. В той же час використання відомого способу з такою метою не дає бажаних результатів: досягається лише незначне покращення структурних показників при низькому рівні мікробіологічної активності ґрунтів. До того ж, завдяки значно зниженій затраті вихідного (нативного) активного мулу у порівнянні з відомим способом обробітку ґрунту (на 1-2 порядки), у запропонованому способі практично неможливе повторне забруднення ґрунту важкими металами за рахунок внесення їх з активним мулом. 7 88016 8 Таблиця. Спосіб обробітку ґрунту Тривалість інкубування, місяці 0.5 Вміст водостійких агрегатів D >0.25мм, % 10 Кількість мікроорганізмів в 1г ґрунту, клітин/г 1.5 28 108 2.0 30 8 × 107 4.0 35 6 × 107 0.5 38 108 1.5 65 5 × 108 2.0 63 109 2.5 63 2 × 109 4.0 63 2 × 109 0.5 30 7 × 107 1.5 65 5 × 108 2.0 64 109 2.5 64 109 4.0 62 109 0.5 39 2 × 108 1.5 66 6 × 108 2.0 64 2 × 109 2.5 63 2 × 109 4.0 62 2 × 109 Відомий спосіб, Приклад 2 Запропонован. спосіб, Приклад 3 Приклад 4 Приклад 5 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко Підписне 6 × 107 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601