Спосіб зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення

Реферат: Спосіб зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення включає застосування сорбенту. При цьому як сорбент використовують фракції клиноптилоліту розміром 1,0-4,0 мм, який вносять по поверхні водного дзеркала, з розрахунку 281,7 кг/га. UA 122549 U (12) UA 122549 U UA 122549 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі рибництва, зокрема до способів очищення води від забруднювачів, і може бути використана для очищення водойм рибогосподарського призначення від кадмію та одержання екологічно безпечної продукції аквакультури. Серед чинників, які впливають на екосистему водойм, сполуки важкого металу - кадмію посідають особливе місце, оскільки вони є одними з найбільш широко поширених токсикантів [1]. Токсичність кадмію тісно пов'язана з його фізико-хімічними властивостями, електронною конфігурацією, іонізацією, електронегативністю, величиною окисно-відновного потенціалу тощо [2]. Йому властива висока біологічна активність, здатність затримуватися в організмі, поширеність завдяки діяльності людини та висока міграційність [3]. Кадмій у водойми надходить природним шляхом (в процесі вилуговування ґрунтів, поліметалевих і мідних руд або в результаті розкладання гідробіонтів) чи, найчастіше - як наслідок діяльності людини. Останнє зумовлене тим, що завдяки своїм фізичним властивостям, він знайшов широке застосування в техніці та промисловості (особливо, починаючи з 50-х років XX століття) [4]. Основні сфери його застосування це: антикорозійне покриття (кадміювання) чорних металів, особливо в тих випадках, коли вони контактують з морською водою, а також для виробництва нікеле-кадмієвих електричних акумуляторів і батарей. Цей метал входить до складу багатьох сплавів, як легкоплавких, що застосовуються як припої, так і тугоплавких зносостійких (наприклад, з нікелем). Крім цього, він використовується в стрижняхсповільнювачах атомних реакторів та напівпровідниках [5]. Досить довго даний елемент використовувався для виробництва барвників (пігментів) і як стабілізатор у виробництві пластмас (наприклад, поліхлорвінілу), однак нині, через високу токсичність, в цих цілях він практично не використовується [6]. Розчиненими формами кадмію в природних є, головним чином, мінеральні та органомінеральні комплекси [7]. Основною формою кадмію є його сорбовані сполуки. Більшість з них здатні мігрувати трофічними ланцюгами та накопичуватись в організмі гідробіонтів [8]. Зокрема, зниження концентрації розчинених сполук кадмію у водоймі відбувається за рахунок процесів сорбції, випадання в осад гідроксиду і карбонату кадмію та споживання їх гідробіонтами [9]. Найбільш токсичний для гідробіонтів кадмій у вільній іонній формі і, трохи менш, його комплексні сполуки з органічними речовинами низької і середньої молекулярної маси [10]. Загалом, токсичність полівалентних металів залежить від ступеня їх окислення у водному середовищі. Найчастіше метали з більш високим ступенем окислення більш токсичні за інших [11]. Прояв токсичних властивостей кадмію змінюється в залежності від чинників навколишнього середовища, стадії онтогенезу і таксономічного стану [12]. Навіть незначні концентрації кадмію здатні викликати незворотні функціональні порушення, деформації, а іноді і смерть гідробіонтів. Через свою здатність накопичуватись у планктоні та рибі він здатний викликати, тим самим, токсичний ефект верхніх ланок трофічного ланцюга, в тому числі і людини [13]. Так, у річкових незабруднених і малозабруднених водах кадмій міститься в субмікрограмових концентраціях, а у забруднених і стічних водах його концентрація може досягати десятків мікрограмів в 1 дм. Граничнодопустима концентрація (ГДК) кадмію у 3 воді санітарно-побутового призначення становить 0,001 мг/дм , а ГДК для води 3 рибогосподарського призначення - 0,0005 мг/дм [14]. Таким чином, розроблення способу зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення має виключно важливе значення для вирощування екологічно чистої рибної продукції в умовах антропогенного навантаження на водні екосистеми. Найбільш близьким по суті до способу, що заявляється, є спосіб комплексної очистки води [Україна, Пат. № 79392, бюл. № 8, 2013 р. Одеський Національний Університет імені 1.1. Мечнікова "Біосорбційний спосіб очистки води від кадмію"], який передбачає адсорбцію кадмію на суміші глини з хітозаном на стадії передочистки і адсорбцію на біофільтрах на стадії доочистки води. Недоліком відомого способу є необхідність використання ступеневого очищення води та використання біофільтрів, що не є доцільним в умовах водойм рибогосподарського призначення. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб зниження вмісту кадмію у водоймах, що був оптимальним рибогосподарського призначення. Згідно з запропонованим способом, зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення здійснюється за допомогою адсорбційних властивостей клиноптилоліту – алюмосилікату, який успішно використовується як природний фільтр в будівництві, хімічній промисловості, сільському господарстві [15]. Від стильбіту і інших схожих цеолітів його можна відрізнити за оптичними властивостями, пластинчастою спайністю з перламутровим відливом в поєднанні з характерною табличною формою кристалів [16]. Від іншого поширеного цеоліту – 1 UA 122549 U 5 10 15 20 гейландиту він відрізняється порівняно низькими показниками заломлення, більш високим вмістом кремнезему, а також натрію і калію (сумарна кількість Na і K в його складі вища вмісту Са), поведінкою під час дегідратації, здатністю виборчого вилучення цезію з розчинів. Так, гейландит стає аморфним за t~350 °C, а клиноптилоліт залишається стійким до t~700 °C [17]. Спосіб здійснюється наступним чином. Клиноптилоліт фракції 1,0-4,0 мм вносять по поверхні води, з розрахунку 281,7 кг/га. Він опускається на дно водойм, постійно адсорбуючи кадмій та його сполуки, тим самим значно зменшуючи їх концентрацію. Технічне рішення щодо розроблення способу зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення ґрунтується на результатах власних досліджень. ПРИКЛАД. У червні-вересні 2015 р. на базі ДП ДГ Львівської дослідної станції Інституту рибного господарства НААН проводили апробацію запропонованої корисної моделі. Заміри виконували у ставу № 24 (12) площею 0,14 га, який наповнюється водою річки Верещиці. Глибина ставу становить 1-1,5 м. Впродовж місяця щотижня проводили забори зразків води. Результати опрацьовували статистично, об'єднавши у групи по чотири заміри (п=12-16): група І - чотири заміри у період 02-23.06.2015 до внесення цеоліту, група II - три наступні заміри (30.0614.07), група III - три подальші заміри (21.07-04.08), група IV - чотири останні заміри (11.0801.09). Статистичне опрацювання даних проводили використанням t-критерію Стьюдента для порівняння середнього значення вибірки із значенням нормативного показника, вміст кадмію 3 порівнювали, починаючи від величини 0,005 мг/дм . При внесенні клиноптилоліту, за умов належного контакту вже за кілька годин відносна кількість сорбованого металу сягає можливого максимуму - 95 %. Вміст кадмію продовжує знижуватись протягом тривалого часу: спершу в 1,39 раза, у групі III - у 2,14 раза і в кінці періоду досліду, який тривав 90 діб - у 2,81 раза (таблиця). Таблиця Динаміка вмісту плюмбуму у водоймі рибогосподарського призначення, мг/кг І а 0,0041±0,0011 Група II а 0,003±0,0017 III ь 0,0019±0,0007 IV ь 0,0015±0,0003 Достовірна відмінність при: а-Р - 0.01; b – Ρ - 0.001. 25 30 35 40 45 50 З даних таблиці видно, що у перших двох групах маємо вірогідність різниці за Ρ=0,01, з часом вміст металу знижується і у групах III та IV вміст іонів відрізняється з Ρ=0,001. Отже, запропонований спосіб можна рекомендувати для зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ: 1. Колесник Η.Л. Важкі метали в екосистемі ставів та їх вплив на рибопродуктивність і харчову цінність риби в умовах інтенсивного вирощування: дис. канд. с.-г. наук: 06.02.03 / Колесник Наталія Леонідівна. – К., 2012. – 191 с. 2. Моисеева Т.И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши: Технофильность, биоаккумуляция и экотоксикология / Моисеева Т.И. – М.: Наука, 2006. – 216 с. 3. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем / Г.К. Будников // Соросовский образовательный журнал. – 1998. – № 5 – С. 23–29. 4. Зигель X. Некоторые особенности токсичности металлов / X. Зигель, А. Зигель. – М.: Мир, 1993. – 368 с. 5. Справочник по гидрохимии. Тяжелые металлы. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://biology.krc.karelia.ru/misc/hydro/mon5.html. 6. Рябчиков А.М. Изменения природной среды в результате производственной деятельности / А.М. Рябчиков // Метеорология и гидрология. – 1974. – № 3. – С. 9–16. 7. Грициняк І.І. Біологічне значення та токсичність важких металів для біоти прісноводних водойм (огляд) / І.І. Грициняк, Н.Л. Колесник // Рибогосподарська наука України. – 2014. – № 2. С. 31–45. 8. Гуменюк Г.Б. Вміст і міграція міді, кобальту, кадмію та свинцю в екосистемі Тернопільского ставу / Г.Б. Гуменюк // Наукові записки Тернопільського пед. університету ім. В. Гнатюка. – 2001. – № 3(14). – С. 191–193. – (Серія: Біологія. Спецвипуск: Гідроекологія). 9. Воробьев В.И. Биогеохимия и рыбоводство / Воробьев В.И. – Саратов: МП Литера, 1993. – 224 с. 2 UA 122549 U 5 10 15 20 10. Колесник Н.Л. Розподіл важких металів серед компонентів прісноводних екосистем (огляд) / Н.Л. Колесник // Рибогосподарська наука України. – 2014. – № 3. – С. 35–54. 11. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-х т. Т. 3. [Пер. с англ. А. Ленинджер]. – Μ.: Мир, 1985. – Т. 3. – 1985. – 320 с. 12. Страйер Л. Биохимия / Страйер Л. – М.: Мир, 1984. – 532 с. 13. Евтушенко Н.Ю. Формы нахождения тяжелых металлов в воде и накопление их рыбами в условиях тепловодного выращивания / Н.Ю. Евтушенко, Ю.М. Сытник, Η.Η. Осадчая // Вторая всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологии: мат. Т. 1. – СПб., 1991. – С. 178. 14. Содержание металлов в экосистеме и окрестностях рекреационного и рыбоводного пруда Бугач // М.И. Гладышев, И.В. Грибовская, Е.А. Иванова [и др.] // Водные ресурсы. – 2001. – Т. 28, № 3. - С. 320–328. 15. Яновська Е.С. Наукові основи безвідходної технології доочищення промислових стічних вод від сумішей іонів важких металів / Е.С. Яновська, І.В. Затовський, М.С. Слободяник // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. - 2008. - № 5. - С. 50-54. 16. Тарасевич Ю.И. Физико-химические свойства закарпатского клиноптилолита и его применение в качестве фильтрующего материала при очистке воды / Ю.И. Тарасевич, Г.Г. Руденко, В.А. Кравченко, В.Г. Поляков // Химия и технология воды. - 1979. - Том 1(1). - С. 66-69. 17. Тарасевич Ю.И. Кристаллохимический принцип избирательности природных цеолитов к крупноразмерным катионам / Ю.И. Тарасевич // Химия и технология воды. - 1989, - Том 11(4). – С. 305-310. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Спосіб зниження вмісту кадмію у водоймах рибогосподарського призначення, що включає застосування сорбенту, який відрізняється тим, що як сорбент використовують фракції клиноптилоліту розміром 1,0-4,0 мм, який вносять по поверхні водного дзеркала, з розрахунку 281,7 кг/га. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3