Спосіб зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах

Реферат: Спосіб зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах включає застосування цеоліту як сорбенту. Цеоліт вносять у водойму з розрахунку 250-300 кг/га, рівномірно розподіляючи по всій площі. UA 115739 U (12) UA 115739 U UA 115739 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до екології, зокрема до способів зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах, і може бути використана у рибогосподарських підприємствах для очищення водойм рибогосподарських ставів від забруднювачів та одержання безпечної рибної продукції. Важким металам належить особливе місце серед найнебезпечніших забруднювачів води. Вони належать до найбільш розповсюджених і небезпечних забруднюючих речовин, які широко використовуються у багатьох промислових виробництвах і зі стічними водами потрапляють до водойм та підземних водоносних горизонтів. Значна кількість цих сполук надходить також у воду через атмосферу й ґрунт. Екологічна небезпека важких металів полягає не тільки у безпосередньому їх впливі на організм, але й у тому, що вони активно поглинаються фітопланктоном і по харчовому ланцюгу можуть потрапити до організму людини. Традиційними способами вилучення важких металів із водних розчинів досягається різними методами, а саме: шляхом хімічного осадження, зворотного осмосу, адсорбції, іонного обміну, електродіалізу, коагуляції, цементації, електролізу, електро-коагуляції тощо (Способ извлечения ионов тяжёлых металлов: патент RU 2525307; Способ очистки гальваностоков от ионов тяжёлых металлов: патент RU 2525902; Способ очистки природных и сточных вод фильтрованием: патент RU 2297983; Способ очистки промышленных сточных вод от тяжёлых металлов: патент RU 2497759; Способ сорбционной очистки воды от тяжёлых металлов: патент RU 2199384; Петрус Р., Мальований М., Сакалова Г., Бунько В. Застосування природних сорбентів у природоохоронних цілях // Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Сер.: Лісівництво та декоративне садівництво, 2012. - 171 (1). С. 139-144; S. Wangand Y. Peng, Natural zeolites as effective adsorbents in water and wastewater treatment, Chem. Eng. J., 2010, 156, 11). Недоліками відомих способів є те, що вони переважно розроблені для очищення стічних вод і їх неможливо безпосередньо застосувати на рибогосподарських підприємствах. Близьким по суті до способу, що заявляється, є спосіб очищення рибогосподарських водойм за допомогою вапна (патент України № 38180), який включає фільтрацію води за допомогою вапна, яке при заповненні ставів водою засипають у ємності на водонапуску у кількості 50 кг/га, причому використане вапно через кожні 20 діб заміняють новим протягом всього періоду вирощування риби. До недоліків відомого способу належить його недостатня ефективність. Найбільш близьким по суті до способу, що заявляється, є спосіб очищення рибогосподарських водойм за допомогою цеоліту (патент України № 41084), який включає фільтрацію води за допомогою цеоліту, який при заповненні ставів водою засипають у ємкості на водонапуску у кількості 50 кг/га, причому використаний цеоліт через кожні 20 діб заміняють новою порцією протягом всього періоду вирощування риби. Заявлений спосіб і прототип мають спільні ознаки, а саме: включають використання цеоліту як сорбент для очищення заповнених водою ставів від важких металів. Недоліками прототипу є його недостатня ефективність стосовно очищення всієї гідроекосистеми водойми, враховуючи те, що із сорбентом контактує вода, яка надходить в ставок під час його наповнення, причому взаємодія цеоліту і води відбувається тільки в процесі напуску води. Окрім цього реалізація даного способу трудомістка, оскільки включає періодичну заміну сорбенту. Заявлений нами спосіб усуває недоліки прототипу і забезпечує ефективне зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах, тих, що надходять із водою або у воду з ґрунту та повітря. В основу корисної моделі поставлена задача - створити новий, ефективний, простий у виконанні спосіб очищення гідроекосистеми від важких металів за рахунок використання природного мінералу цеоліту. Поставлена задача вирішується тим, що цеоліт вносять у водойму з розрахунку 250-300 кг/га, рівномірно розподіляючи по всій площі. Технічний результат способу зумовлений як використанням як сорбенту - цеоліту, у достатній кількості, так і способом його внесення, що забезпечує прояв високих сорбційних властивостей даного природного матеріалу. Цеоліт - мінерал, який часто використовують як фільтр для очищення води в штучних озерах, ставках, акваріумах. Популярність цеолітів як адсорбентів обумовлена їх низькою вартістю та відсутністю складної підготовки до використання. Тим більше, що в Україні є великі поклади цеоліту, зокрема один із найбільших - Сокирницьке родовище природних цеолітів на Закарпатті, де мінеральний склад цеолітової породи представлений клиноптилолітом 60-90 %. Природні цеоліти є кристалічними гідратованими алюмосилікатами з пористою каркасною структурою, що містить воду, лужні та лужноземельні катіони. Завдяки своїм особливостям 1 UA 115739 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 добре поглинають аміак. Цеоліт стабілізує рН води, зв'язує феноли і важкі метали, запобігає появі водоростей. Цеоліт можна використовувати для очищення води рибницьких ставів від неорганічних та мінеральних забруднювачів, у тому числі Плюмбуму та Кадмію. За умов належного контакту і часу застосування, відсоток адсорбованих цеолітом металів із води може сягати 90-95 % можливого максимуму. Отже, застосування цеоліту в оптимальній кількості, внесеного рівномірно по всій площі поверхні водойми забезпечує ефективне зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах. При проведенні патентно-інформаційного пошуку заявником виявлено технічні рішення, які містять суттєві ознаки, спільні із заявленим способом очищення гідроекосистем від важких металів (Спосіб очищення рибогосподарських водойм за допомогою цеоліту, патент України № 41084), який включає застосування цеоліту як сорбенту. Однак, наявність зазначених, спільних із прототипом ознак недостатня для отримання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, які за сукупністю ознак повністю співпадають із заявленим способом, не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію корисної моделі - "Новизна". У патентній і науково-теоретичній інформації не знайдено технічних рішень, які б містили ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату тим, що цеоліт вносять у водойму з розрахунку 250-300 кг/га, рівномірно розподіляючи по всій площі. Заявлений спосіб належить до екології, зокрема до способів зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах, і може бути використана в рибогосподарських підприємствах для очищення водойм рибогосподарських ставів від забруднювачів для одержання безпечної рибної продукції. Повністю відповідає критерію корисної моделі -"Промислова придатність". Таким чином, заявлене технічне рішення є новим, придатним до відтворення засобом, тобто відповідає всім умовам патентної спроможності корисної моделі, відповідно до статті 7, розділу II Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" № 1771-111, 2000 р. Порядок здійснення способу. Реалізацію заявленого способу здійснюють наступним чином: у рибогосподарських підприємствах у воді, фітопланктоні або рибі, у яких встановлено наявність, а особливо перевищення норм вмісту важких металів, вносять у водойми цеоліт у кількості, в залежності від концентрації важких металів, 250-300 кг/га, рівномірно по всій площі. Ефективність заявленого способу і його переваги перед прототипом підтверджені прикладом конкретного виконання способу. Приклад конкретного використання способу. Дослідження проведені у червні-вересні 2015 р. на базі Львівської дослідної станції Інституту рибного господарства НААН (смт Великий Любінь, Городоцького р-ну, Львівської обл.). Заміри виконувались у ставі № 24 (12) площею 0,14 га, який живиться водою річки Верещиці. Глибина ставу становила 1-1,5 м. Протягом місяця, щотижня проводили забори зразків води, фітопланктону та товстолоба. Після останнього забору по поверхні води було внесено цеоліт у кількості 280 кг/га. Було використано цеоліт, що постачається ТзОВ "Сокирницький цеолітовий завод" фракції 1,0-4,0 мм. Протягом наступних двох місяців, щотижня повторювали забір зразків. Під час кожного забору відбирали по 4 зразка. У ході досліджень проводився контроль вмісту Плюмбуму та Кадмію у воді, фітопланктоні та м'язовій тканині риби. Вміст важких металів (ВМ) визначали методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії після сухого озолення на спектрофотометрі С-115М1. Результати опрацьовували статистично, об'єднавши у групи по три-чотири заміри (n=12-16): група I - чотири заміри у період 02-23.06.2015 до внесення цеоліту, група II - три наступні заміри (30.06-14.07), група III - три подальші заміри (21.07-04.08), група IV - чотири останні заміри (11.08-01.09). Визначали динаміку вмісту ВМ у воді, фітопланктоні та м'язовій тканині риби; проводили також порівняння вмісту металів у воді та м'язовій тканині риб із ГДК цих металів. Для статистичної обробки даних використовували t-критерій Ст'юдента для порівняння середнього значення вибірки із значенням нормативного показника: вміст Плюмбуму та Кадмію у воді 3 порівнювали із 0,1 та 0,005 мг/дм , а вміст цих металів у рибі - із показниками 1,0 та 0,2 мг/кг сирої ваги. За результатами досліджень встановили, що середні значення вмісту ВМ у воді знаходились в межах норми, хоча окремі заміри фіксували незначне перевищення ГДК Плюмбуму. При внесенні цеоліту відмічено зменшення в середньому концентрації ВМ. При цьому вміст у воді свинцю зменшувався у 1,9 раз у групі II порівняно із групою І. Вміст Кадмію 2 UA 115739 U продовжував зменшуватись протягом тривалого часу: спершу у 1,39 раз, у групі III - у 2,14 рази і у кінці періоду спостережень - у 2,81 рази (таблиця). Таблиця Динаміка вмісту ВМ у компонентах гідроекосистеми, мг/кг Рb Cd Вміст металу у воді у фітопланктоні у м'язовій тканині товстолоба у воді у фітопланктоні у м'язовій тканині товстолоба І a 0,092±0,014 21,1±5,5 0,711±0,352 II с 0,048±0,012 18,7±3,3 b b 0,674±0,153 0,0019±0,0007 0,209±0,082 с 0,071±0,03 0,003±0,002 0,288±0,071 c 0,086±0,045 а IV b 0,073±0,027 17,3±7,3 с b b 0,769±0,183 0,0041±0,001 0,359±0,091 0,122±0,065 IIІ с 0,075±0,011 13,2±4,5 0,452±0,13 с с 0,0015±0,0003 0,163±0,044 с 0,062±0,021 c с с b Достовірна відмінність при: - р = 0.05; - р = 0.01; - р = 0.001. 5 10 15 20 У випадку фітопланктону вміст металів знижувався, причому у випадку Кадмію спостерігалось послідовне і більш суттєве зменшення вмісту цього металу. Так, якщо порівнювати із групою І, у групах II-IV за Плюмбумом відбулось зниження середніх величин групи на 11 %, 38 % та 18 % відповідно, а за Кадмієм - на 20 %, 42 % та 55 %. Таке зниження є більш суттєвим, аніж зниження вмісту металів у воді і може бути обумовлене не тільки безпосередньою дією адсорбенту, а й приростом біомаси фітопланктону в очищеній від ВМ воді. Вміст свинцю і кадмію у м'язах товстолоба зменшувався, причому більш помітно у випадку Кадмію, досягаючи в останній групі зниження на 49,5 % відносно середнього значення цього показника у першій групі. Помітне зниження спостерігалось і в випадку Плюмбуму в останній групі до 37 %. Отже, внесення цеоліту дозволило значимо знизити рівень іонів Плюмбуму та Кадмію у воді, фітопланктоні та рибі. При цьому, зниження вмісту Плюмбуму у воді відбувалось безпосередньо після внесення цеоліту, а вміст іонів Кадмію поступово знижувався протягом усього періоду спостереження. Помітне зниження вмісту Плюмбуму у м'язах товстолоба спостерігалось через 1,5-2 місяці після внесення цеоліту, зниження вмісту Кадмію відбувалось дещо швидше. Таким чином, приклад конкретного використання способу підтверджує його ефективність. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб зниження вмісту важких металів в гідроекосистемах, який включає застосування цеоліту як сорбенту, який відрізняється тим, що цеоліт вносять у водойму з розрахунку 250-300 кг/га, рівномірно розподіляючи по всій площі. Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3