Фіторемедіаційний спосіб очищення ґрунтів від важких металів

Реферат: Фіторемедіаційний спосіб очищення ґрунтів від важких металів включає висів та вирощування не менше 30 діб злакових рослин на ґрунтах, забруднених важкими металами; скошування фітомаси та її утилізацію. Попередньо визначають тип та рівень забруднення важкими металами, розробляють схему очищення ґрунтів залежно від особливостей забруднення ґрунтів, для очищення використовують монокультурні насадження кукурудзи або пшениці. UA 76416 U (54) ФІТОРЕМЕДІАЦІЙНИЙ СПОСІБ ОЧИЩЕННЯ ҐРУНТІВ ВІД ВАЖКИХ МЕТАЛІВ UA 76416 U UA 76416 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до сільського господарства та екології, стосується вирощування таких представників злакових культур, як пшениця та кукурудза на ґрунтах, забруднених важкими металами, та спирається на властивості означених культур до вибіркового накопичення у своїх тканинах окремих важких металів. Відомий спосіб очищення ґрунтів від важких металів (Пат. 2359444 РФ, МПК А01В79/02. Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов / Е.К. Батовская (RU), В.П. Зволинский (RU), A.M. Салдаев (RU). - №2007119743/12; Заяв. 28.05.2007; Опубл. 27.06.2009.), який включає вирощування амаранту (сорту Багряний) та солодки голої шляхом вирощування розсади або багаторічного вирощування з насіння; їх скошування з подальшою утилізацією фітомаси. Ознаками, спільними з аналогом, є: - вирощування рослин на ґрунтах, забруднених важкими металами; - скошування та утилізація рослин на відповідних етапах їх вегетації. Недоліком аналога є те, що використання солодки голої потребує її вирощування упродовж кількох років або застосування розсади, що ускладнює його технологію та значно піднімає собівартість. Найбільш близьким за суттю та досягнутому результату є відомий спосіб (Пат. 2229203 РФ, МПК А01В79/02, В09С1/00. Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов / В.В. Ревин (RU), Л.Т. Самкаева (RU), В.И. Кудряшова (RU). - № 2002126837/12; Заяв. 07.10.2002; Опубл. 27.05.2004.), який передбачає спільне вирощування складноцвітих, бобових та злакових у співвідношенні 1:1:1 при нормах висіву насінин 1,5-22,9 млн. шт./ га з подальшим скошуванням під час вегетації кілька разів, висушуванням та видаленням із ґрунту. Ознаками, спільними з найближчим аналогом, є: - висів та вирощування не менше 30 діб злакових рослин на ґрунтах, забруднених важкими металами; - скошування фітомаси та її утилізація. Недоліками найближчого аналога є те, що він більш складний у використанні через застосування різних культур, які вимагають витримування відповідності їхнього співвідношення, та вартісний через вищу ціну на насіння бобових і складноцвітих. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити фіторемедіаційний спосіб очищення ґрунтів від важких металів, який шляхом висіву злакових культур, вирощування рослин не менше ніж 30 діб, подальшого їх скошування та утилізації отриманої фітомаси дозволяє зменшити витрати, спростити технологію та прискорити процес очищення ґрунтів від важких металів. Для здійснення фіторемедіації необхідно лише висівання злакових, зокрема кукурудзи або пшениці (можливе застосування різних комбінацій їх почергового висівання, залежно від особливостей забруднення ґрунтів), з подальшим скошуванням фітомаси та її утилізацією (наприклад, шляхом "виведення" в геологію - захоронениям). Суттєвими ознаками способу є: - визначення типу та рівня забруднення важкими металами; - розробка схеми очищення залежно від особливостей забруднення; - висів та вирощування монокультур злакових рослин не менше 30 діб; - скошування фітомаси та її утилізація шляхом захоронения або отримання з неї важких металів для їх подальшого використання у виробництві. Відмінними від найближчого аналога ознаками способу є: - визначення типу та рівня забруднення важкими металами; - розробка схеми очищення залежно від особливостей забруднення ґрунтів; - використання монокультурних насаджень кукурудзи або пшениці. Спосіб здійснюють таким чином: визначають рівень забруднення ґрунтів важкими металами; розробляють схему застосування рослин-фіторемедіантів, в якій передбачають: вибір злакових монокультур та чергу їх використання; строки та норми висіву, термін вирощування. Схема включає використання злакових монокультур пшениці або кукурудзи відповідної щільності висіву (залежно від рівня забруднення), у тому числі й із чергуванням зазначених рослин як упродовж поточного сезону, так і кількох сезонів; у випадку перевищення гранично допустимих концентрацій (ГДК) до 1,5 разів, вирощування забезпечують до стадії кущіння, при більшому перевищенні важкими металами тривалість вирощування обмежують часом значного ступеня розвитку некрозів у рослин; ґрунт обробляють за технологією посіву відповідних зернових культур, висівання також здійснюють відповідно до технології, але, за необхідності, ущільнюють норми висіву вдвічі. Для висівання кукурудзи при ущільненому висіві відстань між рядками зменшують до 20-25 см. Після початку інтенсивного пожовтіння нижніх листків рослин (не 1 UA 76416 U 5 10 15 менше ніж через 30 діб після появи сходів) та певного гальмування ростових процесів зелену масу краще скосити й утилізувати. У разі сприятливих умов росту пшениці, скошування можна здійснити таким чином, щоб рослини могли продовжувати вегетацію з повторним скошуванням фітомаси в подальшому. Але більш ефективним є повторне засівання ділянки та вирощування рослин із подальшою утилізацією фітомаси. Запропонований спосіб є найбільш прийнятним для очищення ґрунтів від важких металів із найменшими витратами для степової зони, яка характеризується нестачею вологи. Приклад конкретного виконання. Для апробування способу було проведено дослідження в лабораторних умовах. Визначали вміст важких металів у контрольному та дослідному зразках; результати досліджень наведено в таблиці 1. Визначення важких металів у ґрунті та рослинах проводили методом атомноабсорбційної спектрометрії з полум'яною і безполуменевою атомізацією. У дослідному ґрунті № 1 виявлено перевищення ГДК за цинком, міддю, кадмієм та свинцем. У дослідному ґрунті № 2 концентрації міді, кадмію та свинцю були наближеними до ГДК. У контрольному ґрунті перевищень вмісту важких металів не спостерігалося. Таблиця 1 Вміст важких металів у досліджених ґрунтах Лабораторний номер зразка ґрунту 1 2 Контроль Допустимі рівні (ГДК) 20 25 Вміст важких металів, мг/кг Zn 36,32 3,22 1,01 23,0 Сu 5,30 2,89 0,41 3,0 Cd 13,86 0,62 0,30 0,7 Pb 48,30 18,56 6,24 20,0 Hg 0,08 0,05 0,08 0,25 Було сформовано шість експериментальних груп ґрунтів (по дві кожного з дослідних зразків та дві контрольних) з вагою по 1 кг кожна, засипаних у ємності розмірами 0,5 × 0,1 м. У кожному досліді висівали по 30 зернин кукурудзи або пшениці, які вирощували в умовах фітотрону до 50ї доби вегетації (подальше вирощування припиняли через значний ступінь розвитку некрозів на дослідних ґрунтах). Вирощування кукурудзи та пшениці на ґрунтах, забруднених важкими металами, в лабораторних умовах показало неоднакову здатність цих культур до вибіркового накопичення важких металів при різному рівні забруднення. Дані щодо накопичення пшеницею важких металів наведено в таблиці 2. Установлено, що пшениця вибірково накопичує в значних кількостях цинк, мідь та кадмій як на ґрунтах із високим вмістом важких металів, так і на ґрунтах, забруднених у концентраціях до рівня ГДК. 30 Таблиця 2 Вміст важких металів у пшениці, вирощеній на експериментальних ґрунтах Лабораторний номер зразка 1 2 Допустимі рівні (ГДК) Zn 117,70 94,18 50,0 Вміст важких металів, мг/кг Сu Cd Pb 46,02 8,22 10,71 21,51 3,15 7,15 30 0,3 5,0 Hg < 0,01 < 0,01 0,1 Дані щодо вибіркового накопичення кукурудзою важких металів наведено в таблиці 3. У кукурудзи спостерігалося підвищене накопичення цинку, кадмію й свинцю на обох дослідних ґрунтах. 35 2 UA 76416 U Таблиця 3 Вміст важких металів у кукурудзі на експериментальних ґрунтах Лабораторний номер зразка 1 2 Допустимі рівні (ГДК) 5 10 Zn 83,50 100,12 50,0 Сu 27,82 13,17 30 Вміст важких металів, мг/кг Cd Pb 18,24 34,67 1,07 36,53 0,3 5,0 Hg < 0,01 < 0,01 0,1 Обидві культури добре накопичують у своїх тканинах важкі метали. Виходячи з отриманих даних, доцільно рекомендувати використання пшениці для очищення ґрунтів у першу чергу від цинку та міді, тоді як кукурудзи - від кадмію та свинцю. Таким чином, запропонований фіторемедіаційний спосіб очищення ґрунтів від важких металів дозволяє достатньо ефективно в умовах недостатньої зволоженості степової зони здійснювати очищення ґрунтів від важких металів. При цьому ефективність накопичення важких металів кукурудзою та пшеницею при комплексному забрудненні ґрунтів є неоднаковою. Це дозволяє планувати індивідуальні схеми очищення ґрунтів залежно від особливостей їхнього забруднення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Фіторемедіаційний спосіб очищення ґрунтів від важких металів, що включає висів та вирощування не менше 30 діб злакових рослин на ґрунтах, забруднених важкими металами; скошування фітомаси та її утилізацію, який відрізняється тим, що попередньо визначають тип та рівень забруднення важкими металами, розробляють схему очищення ґрунтів залежно від особливостей забруднення ґрунтів, для очищення використовують монокультурні насадження кукурудзи або пшениці. Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3