Суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів

Реферат: Суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів включає органічний та мінеральні компоненти. Як органічний компонент суміш містить сапропель мінералізованих горизонтів. Як мінеральні компоненти суміш містить трепел та анальним. Кількісний вміст сапропелю мінералізованих горизонтів становить від 10 до 70 % мас. від загальної маси суміші. Співвідношення трепелу і анальциму становить 1:(1…5), відповідно. UA 99424 U (12) UA 99424 U UA 99424 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до охорони навколишнього середовища, а саме до рекультивації ґрунтів, забруднених важкими металами та органічними сполуками, які сприяють формуванню ґрунтовтоми, та може бути використана в рослинництві, комунальному, лісовому та інших областях народного господарства для рекультивації ґрунтів і зменшення ґрунтовтоми при багаторічному беззмінному вирощуванні рослин. Відома суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів забруднених важкими металами і нафтопродуктами, основу якої складають природний силікагель, глауконіт і сечовина (патент РФ2406579 С2 В09С1/08, 20.06.2010). Основним суттєвим недоліком відомої суміші є те, що до її складу входить синтезована органічна сполука, зокрема, сечовина, що унеможливлює використання суміші для органічного землеробства. Крім того, сечовина в ґрунті під дією ферменту уреази при високих температурах дуже швидко розкладається. Сорбційна спроможність кремнієвмістних природних мінералів значно зменшується за відсутності компонентів природного органічного походження, за рахунок яких утворюються полікремнієві кислоти, що забезпечують адсорбцію забруднювачів як мінерального, так і органічного походження. Використання відомої суміші не доцільне для вирощування монокультур у багаторічних насадженнях. Крім того, відома суміш є ефективною не на всіх типах ґрунтів, що забруднені як важкими металами, так і органічними сполуками, які сприяють формуванню ґрунтовтоми. Відома також суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів забруднених важкими металами ґрунтів, яка передбачає для цієї мети використання карбонатного сапропелю (1311204191001, С09K17/14, С09K/01:00, 20.08.1995). Недоліком відомого винаходу є низька сорбційна спроможність сапропелю, що потребує високих доз внесення та обтяжливих фінансових витрат. Карбонатний сапропель доцільно використовувати лише на кислих ґрунтах, що суттєво обмежує ефективність застосування природного матеріалу. Найбільш близьким технічним рішенням є суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів забруднених важкими металами, яка як органічну основу містить сапропель, а як мінеральні компоненти - цеоліт та глинозем (1311204910701, С09K17/00, 27.11.19951). Використання відомої суміші, яка містить сапропелю - 60-70 %, цеоліту - 23-27 % та глинозему - 7-13 %, є ефективним у випадках забруднення ґрунтів важкими металами, але у випадках забруднення ґрунтів органічними сполуками, які сприяють формуванню ґрунтовтоми, зокрема фенолів, не дає суттєвого результату. Також, внесення відомої суміші в ґрунт не забезпечує підвищення стійкості рослин до важких металів і органічних сполук токсиноутворювачів і рослини важко адаптуються до високої концентрації важких металів. Задачею корисної моделі є удосконалення суміші для рекультивації та детоксикації ґрунтів, в якій за рахунок складу компонентів та їх співвідношення, досягається відновлення (родючості) біологічних властивостей різних типів ґрунтів що забруднені важкими металами та органічними сполуками, зокрема фенолами; знижується ґрунтовтома; зменшується токсичність ґрунтів і пригнічується розвиток фітотоксичних мікроорганізмів. Поставлена задача вирішується сумішшю для рекультивації та детоксикації ґрунтів, що включає органічний компонент та мінеральні компоненти, в якій, згідно з корисною моделлю, як органічний компонент суміш містить сапропель мінералізованих горизонтів, як мінеральні компоненти суміш містить трепел та анальцим, при цьому кількісний вміст сапропелю мінералізованих горизонтів становить від 10 до 70 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення трепелу і анальциму становить 1:(1…5) відповідно. Підвищення адсорбційної спроможності суміші на кислих або засолених ґрунтах, що забруднені важкими металами та органічними сполуками, зокрема фенолами, досягається за рахунок присутності в складі суміші природних кремнієвмісних мінералів, таких як анальцим і трепел, які в присутності сапропелю мінералізованих горизонтів утворюють полікремнієві кислоти, а їх синтез призводить до формування кремнієвого гелю, що призводить до зменшення рухливості важких металів і формування хімічних комплексів не доступних для рослинних організмів. Крім того, присутність в складі суміші мінералів, до складу яких входять 32 елементи, в т.ч. кремній (40-52 %) та рідкісноземельні метали, позитивно впливає на зменшення токсичності ґрунту в результаті зв'язування фенольних сполук, тобто пригнічується розвиток фітотоксичних мікроорганізмів, що призводить до підвищення стійкості рослин до важких металів і органічних сполук токсиноутворювачів і рослини легко адаптуються до високої концентрації важких металів, що позитивно позначається на ростових процесах і розвитку рослин, сприяє підвищенню їхньої стійкості до стрес-факторів. Всі ці фактори надають 1 UA 99424 U 5 10 можливість рекультивації різних типів ґрунтів при багаторічному беззмінному вирощуванні рослин та підвищення їхньої стійкості до абіотичних і біотичних чинників. Вивчення суміші, що заявляється, для рекультивації та детоксикації ґрунтів, забруднених важкими металами і органічними сполуками, проводилось в лабораторних і польових дослідах. Для кращого розуміння матеріалів опису наводимо конкретні приклади. Приклад 1 На території НБС, що зазнає антропогенного тиску від функціонування ТЕЦ-5 із щорічними викидами забруднювачів у межах 24435,6 тонн (5,3 разу більше норми), закладено дослідні ділянки для визначення рекультиваційної спроможності суміші, що заявляється, щодо важких металів. Для рівномірного перемішування сорбента-меліоранта із забрудненим важкими металами ґрунтом проводили оранку на глибину 15-20 см з одночасним боронуванням. Через місяць після проведеної дослідної рекультивації проводили відбір зразків ґрунту для визначення важких металів (таблиця 1). Таблиця 1 Результати рекультивації сірого лісового ґрунту, в % Варіант досліду Карбонатний сапропель Суміш: природний силікагель - 30 %, глауконіт - 69,7 %, сечовина - 0,3 мас. % Суміш: сапропель - 60 %, цеоліт - 27 %, глинозем - 13 % Суміш: сапропель мінералізованих горизонтів - 50 %, анальцим - 30 %, трепел - 20 мас. % Елементи Свинець Кадмій 15,4 11,8 Доза, кг/га 1000 Мідь 21,3 Цинк 20,9 200 48,7 49,2 39,6 200 53,9 58,4 200 71,3 74,8 Хром 12,4 Кобальт 2,1 27,3 25,8 8,4 47,1 34,8 31,6 10,0 68,5 51,8 59,4 21,6 15 20 25 Як видно із результатів досліджень, наведених у таблиці 1, внесення запропонованої суміші, яка містить сапропель мінералізованих горизонтів - 50 %, анальцим - 30 % і трепел - 20 мас % у 1,4-10,2 разу перевищує рекультиваційну спроможність відомих матеріалів. Приклад 2 Визначення рекультиваційної та детоксикаційної здатності різних матеріалів щодо органічних сполук, зокрема фенолів, проводили в лабораторних умовах на тест-культурах: кукурудзі і пшениці та у виробничих умовах на території плодового саду на багаторічних насадженнях горіха волоського, персика, абрикоси. В модельних експериментах рослини вирощували на сірому лісовому ґрунті протягом 30 діб. Доза матеріалу складала для карбонатного сапропелю - 1 г на 250 мл ґрунту; суміші, що містить природний силікагель, глауконіт, сечовину - 0,2 г; суміші, що заявляється, - 0,2 г на 250 мл ґрунту. Проведені дослідження доводять доцільність використання суміші, до складу якої входять сапропель мінералізованих горизонтів, анальцим і трепел, для рекультивації та детоксикації ґрунтів щодо органічних сполук, зокрема фенолів (табл. 2). 30 2 UA 99424 U Таблиця 2 Вміст фенолів у сірому лісовому ґрунті при внесенні різних матеріалів Варіанти досліду Контроль Карбонатний сапропель Суміш: природний силікат гель - 30 %, глауконіт - 69,7 %, сечовина - 0,3 мас. % Суміш: сапропель - 60 %, цеоліт -27 %, глинозем - 13 % Суміш: сапропель мінералізованих горизонтів - 50 %, анальцим - 30 %, трепел - 20 мас. % 5 Рухливі фенольні сполуки, мг/кг ґрунту Водно-ацетонова фракція Спиртова фракція Озима Озима Кукурудза Кукурудза пшениця пшениця 37,9 31,5 146,5 141,8 40,3 35,7 161,3 155,4 31,7 30,9 140,7 138,1 34,6 33,5 149,3 140,6 21,8 19,2 114,1 109,5 Для з'ясування можливості подолання ґрунтовтоми в плодових садах проводились порівняльні дослідження впливу заявлюваної суміші та відомих матеріалів на кількісні показники фенольних речовин, які є основним алелопатичним чинником ґрунтовтоми в монокультурі, у ґрунті під деревами персика, абрикоси і горіха волоського (табл. 3). Таблиця 3 Сумарний вміст фенолів у прикореневому шарі ґрунту з-під плодових рослин у листопаді, мг/кг Доза кг/га Варіант досліду Карбонатний сапропель: до внесення 1000 після внесення Суміш: природний сапропель - 30 %, глауконіт 69,7 %, сечовина - 0,3 мас. % до внесення 200 після внесення Суміш: сапропель - 60 %, цеоліт - 27 %, глинозем 13 % до внесення 200 після внесення Суміш:сапропель мінералізованих горизонтів 50 %, анальцим - 30 %, трепел - 20 мас. % до 200 внесення після внесення 10 15 Плодові рослини Персик Абрикос 105,6 106,3 85,3 86,7 Горіх волоський 82,9 85,4 105,2 85,0 83,5 98,5 80,1 78,3 105,3 85,6 83,7 101,7 81,4 79,1 105,2 85,1 83,2 45,6 38,1 37,9 Внесення суміші, що заявляється, під плодові рослини, сприяє зменшенню ґрунтовтоми в насадженнях. Рівень фенольних речовин, які вважаються основним фактором ґрунтовтоми, знизився після внесення суміші в середньому в 2,2 разу. Це доводить перспективність використання суміші, яка містить сапропель мінералізованих горизонтів, анальцим і трепел при беззмінному вирощуванні багаторічних насаджень, різних видів рослин у розсадниках, зокрема, з закритою кореневою системою в ємкостях з невеликим об'ємом субстрату. Крім того, на експериментальних ділянках досліджувалась токсичність ґрунту та розвиток фітотоксичних мікроорганізмів (табл. 4). З'ясовано, що на фоні суміші, що заявляється, спостерігається суттєве зменшення токсичності ґрунту та інгібування розвитку фітотоксичних мікроорганізмів. 3 UA 99424 U Таблиця 4 Токсичність ґрунту та розвиток фітотоксичних мікроорганізмів при внесенні різних матеріалів під багаторічні насадження персика Варіант досліду Карбонатний сапропель Суміш: природний сапропель - 30 %, глауконіт - 69,7 %, сечовина - 0,3 мас. % Суміш: сапропель - 60 %, цеоліт 27 %, глинозем - 13 % Суміш: сапропель мінералізованих горизонтів - 50 %, анальцим - 30 %, трепел - 20 мас. % 5 10 15 Токсичність, УКО 39,4 Кількість фітотоксичних мікроорганізмів бактерії гриби актиноміцети 22,3 10,3 2,9 31,5 15,9 7,1 2,1 30,8 15,1 6,8 1,8 11,7 3,8 1,5 0,4 Отримані результати свідчать про високу рекультиваційну та детоксикаційну спроможності запропонованої суміші. Отже, саме за рахунок використання в суміші таких кремнієвмісних компонентів, як анальцим та трепел, які в присутності природного органічного компоненту сапропелю мінералізованих горизонтів утворюють полікремнієві кислоти, збільшується адсорбційна здатність суміші до фенолів та важких металів, підвищується адаптивна спроможність рослин на різних типах ґрунтів, як до посухи, так і до засолення, стимулюється розвиток ґрунтової мікробіоти, активізуються окисно-відновні процеси, підвищується родючість ґрунту. Таким чином, запропонована суміш є високоефективною, як для ґрунту, так і для рослин. Суміш є ефективною при використанні на різних типах ґрунтів. При цьому забезпечується зменшення фітотоксичності ґрунту. Крім того, забезпечується рекультивація ґрунтів при багаторічному беззмінному вирощуванні рослин та підвищення їхньої стійкості до абіотичних і біотичних чинників. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Суміш для рекультивації та детоксикації ґрунтів, що включає органічний та мінеральні компоненти, яка відрізняється тим, що як органічний компонент суміш містить сапропель мінералізованих горизонтів, як мінеральні компоненти суміш містить трепел та анальцим, при цьому кількісний вміст сапропелю мінералізованих горизонтів становить від 10 до 70 % мас. від загальної маси суміші, а співвідношення трепелу і анальциму становить 1:(1…5), відповідно. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4