Кондиционер почвы

 

Изобретение относится к природоохранным технологиям и предназначено для восстановления загрязненных почв и их эксплуатации в условиях сильного химического и физического прессинга. В кондиционере почвы в качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si от 5 - 45%, при этом по крайней мере одно из указанных веществ, расход которого составляет 50-10000 кг на 1 га, находится в некристаллической форме с частицами размером не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100-20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с частицами размером не более 5 см. В качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п., химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, кварцевый песок, силикат кальция, силикат магния и т.п., а также молотые кремнийсодержащие горные породы, например песок, песчаник, цеолит, туф и т.п. Кондиционер почвы обеспечивает снижение уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами, улучшение водно-воздушных свойств верхнего горизонта почв, усиление устойчивости растений к неблагоприятным условиям роста. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к средствам для рекультивации почвы и может быть использовано для восстановления загрязненных почв при решении задач озеленения городов.

Кондиционерами почвы являются вещества, предназначенные для восстановления, поддержания, усиления естественного плодородия почв, улучшения газо- и водообмена, поддержания физических свойств, снижения действия на растения различных загрязнителей и т.д.

Озеленение экологически неблагоприятных территорий (в больших городах, в тепличных хозяйствах, в зонах, загрязненных тяжелыми металлами, нефтепродуктами и другими поллютантами) является одной из важных задач по улучшению условий жизни человека и восстановлению нарушенных экосистем.

Традиционные методы озеленения городов и рекультивации техногенных ландшафтов в основном связаны с использованием насыпных почв [1], что определяет большие материальные затраты, а также возникновение вторичных очагов химического загрязнения.

В ряде случаев указанная технология не может выполнить свои природоохранные и санитарные функции в связи с многократно возрастающим потоком загрязняющих веществ.

Деградация верхнего слоя почвы в городах и промышленных зонах сопряжена непосредственно с химическим загрязнением и с резким ухудшением водоудерживающих, адсорбционных, поглотительных свойств и деградацией структуры почвы.

Кондиционеры почвы включают в общем случае как минеральные, так и органические компоненты и их смеси.

Наиболее близким к изобретению является кондиционер почвы, в котором в качестве минерального компонента использован доменный шлак, включающий, в частности, кремнийсодержащее вещество - оксид кремния [2].

Однако действие указанных кондиционеров в условиях сильно загрязненных городских территорий с низкой поглотительной способностью почв малоэффективно по отношению к различным поллютантам.

Поэтому в реальных условиях больших городов, теплиц и химически загрязненных территорий требуется частая замена почвы. Обеззараживание почвы или ее консервирование после достижения опасного для человека или растений загрязнения должно проводиться на специальных полигонах, что связано с большими затратами.

Целью изобретения является разработка длительно действующего и эффективного кондиционера почвы на основе экологически безопасных и высокоэффективных твердых кремнийсодержащих соединений, который позволяет снизить уровень загрязнения тяжелыми металлами, улучшить водно-воздушные свойства верхнего горизонта почв, усилить устойчивость растений к неблагоприятным условиям роста.

Указанная цель достигается тем, что в кондиционере почвы в качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si 5 - 45%, при этом по крайней мере одно из указанных веществ, расход которого составляет 50 - 10000 кг на 1 га, находится в некристаллической (аморфной) форме с размером частиц не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100-20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с размером частиц не более 5 см.

При этом обеспечиваются максимальный эффект обеззараживания грунта, дезактивации поллютантов, создания оптимальных почвенных условий роста и развития растений и повышения устойчивости растений к экстремальным условиям.

В кондиционере почвы в качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы металлургической (в том числе и цветных металлов), цементной, химической, фармацевтической, пищевой, энергетической, деревообрабатывающей промышленностей и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п.

При этом снижаются общие затраты, утилизируются отходы промышленности.

В кондиционере почвы в качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, или кварцевый песок, или силикат кальция, или силикат магния и т.п.

При этом обеспечивается полная экологическая безопасность.

В кондиционере почвы в качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы молотые кремнийсодержащие горные породы, например песок, песчаник, цеолит, туф и т.п., которые более экологически безопасны, чем отходы промышленности, и дешевле химически чистых соединений.

В кондиционере почвы в качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы одновременно твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства, химически чистые кремнийсодержащие соединения и молотые кремнийсодержащие горные породы, исходя из экономической целесообразности и местных условий.

Одно из используемых в кондиционере веществ является высоко дисперсным аморфным соединением кремния, которое способно давать в водный раствор высокое (6 - 20 мг/л SiO₂) количество монокремниевых кислот. Эти кислоты нейтрализуют действие тяжелых металлов, оптимизируют питание растений и микроорганизмов, повышают их устойчивость к неблагоприятным условиям. Высокая площадь поверхности этого твердого кремниевого соединения способствует повышению поглотительной способности почв. В качестве аморфного соединения кремния могут быть использованы тонкодисперсный кремнезем, силикат кальция, цеолиты, туфы.

Другим веществом в кондиционере является твердое кремнийсодержащее соединение, обеспечивающее прочность и высокую водо- и газопропускающую способность почв. В качестве этого соединения могут быть использованы пески, молотая горная порода, грубые шлаки.

Изготовление предложенного кондиционера может быть осуществлено путем сухого смешивания на месте проведения рекультивационных работ двух или более компонентов с почвой или рекультивируемым грунтом в указанных выше дозах.

Ниже представлены результаты экспериментов.

Пример. Исследования проведены в лаборатории генезиса и эволюции почв Института почвоведения и фотосинтеза РАН в 1997 г.

Были использованы климатические камеры с вегетационными сосудами (0,1 0,1 0,2 м) при постоянном увлажнении на уровне 15-20% и температуре 20-25^oC. Эксперименты проводились с уплотненным верхним горизонтом серой лесной почвы (юг Московской области), в которую добавляли подвижные формы свинца и цинка (Pb(CH₃COO)₂ в дозе 500 мг Pb/кг и Zn(NO₃)₂ в дозе 1000 мг Zn/кг).

В качестве кондиционеров почвы использовались следующие смеси кремниевых соединений: Смесь 1 - зола сахарного тростника, состоящая на 40% из Si некристаллической формы, представляющая собой твердый отход с размером частиц 0,7-1 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов, и отход сталелитейной промышленности, состоящий на 40% из Si кристаллической формы с твердыми частицами размером 2-3 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов, взятых в соотношении 1 : 1 (по 3000 кг/га соответственно).

Смесь 2 - те же отходы в соотношении зола сахарного тростника: отход сталелитейной промышленности - 3 : 1 (10000 кг/га и 3000 кг/га соответственно).

Смесь 3 - шлак от фосфорной промышленности, состоящий на 19% из Si некристаллической формы в виде твердого отхода с размером частиц 0,5-0,7 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов, и отход сталелитейной промышленности, состоящий на 40% из Si кристаллической формы с твердыми частицами размером 2-3 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов, взятых в соотношении 1 : 1 (по 3000 кг/га соответственно).

Смесь 4 - шлак от фосфорной промышленности, состоящий на 19% из Si некристаллической формы с твердыми частицами размером 0,5-0,7 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов, и отход тепловой электростанции, состоящий на 35% из Si некристаллической формы с твердыми частицами размером 2-3 мм, не содержащий поллютантов или канцерогенов. Указанные отходы взяты в соотношении 1 : 1 (по 3000 кг/га соответственно).

Для сравнения в почву были внесены только зола сахарного тростника в дозе 10000 кг/га, отход сталелитейной промышленности в дозе 3000 кг/га и отход тепловой электростанции в дозе 10000 кг/га.

В качестве сельскохозяйственной культуры использовался ячмень сорта "Московская-9", наблюдение над которым осуществляли в течение месяца.

Изучаемыми параметрами были рост, вес и процентное содержание проросших семян (определяют степень устойчивости растений), уровень загрязнения почвы тяжелыми металлами (Pb, Zn), водно-воздушные свойства почвы (плотность).

Повторность экспериментов - трехкратная. Полученные результаты подвергали математической обработке с целью определения доверительного интервала НСР₀₅. Данные экспериментов представлены в таблице.

Здесь вариант 1 соответствует золе сахарного тростника, вариант 2 - отходу сталелитейной промышленности, вариант 3 - отходу тепловой электростанции, вариант 4 - смеси 1, вариант 5 - смеси 2, вариант 6 - смеси 3, вариант 7 - смеси 4. В контроле отходы и смеси не вносились.

Во всех исследуемых вариантах наблюдалось снижение плотности почвы, уменьшение уровня химического загрязнения и улучшение роста растений. Наиболее эффективными были смеси 2 и 4. Общая корреляция между изменением изучаемых параметров физико-химических свойств почвы и ростом растения не была отмечена. Это объясняется многофакторностью как негативного влияния уплотнения и химического загрязнения почвы, так и влияния кремнийсодержащих отходов промышленности. Кроме того, необходимо отметить, что различные отходы имеют различную степень влияния на тот или иной фактор, определяющий плодородие почв.

Проведенные эксперименты показали, что при создании грунта для озеленения больших городов и химически загрязненных территорий. Наиболее эффективны кондиционеры почвы, представляющие смеси различных по свойствам отходов.

Таким образом, предложенные кондиционеры почвы обеспечивают: - увеличение количества зеленых насаждений на экологически неблагоприятных территориях, - снижение материальных затрат по замене и захоронению грунта, используемого при озеленении городов, - улучшение экологической обстановки (уменьшение подвижности тяжелых металлов, снижение запыленности и загрязненности городских районов, улучшение качества воздуха) загрязненных территорий и территорий, испытывающих сильное физическое давление, - утилизацию кремнийсодержащих отходов промышленности.

Источники информации: 1. Ерохина В.И., Жеребцов Г.П., Вольфтруб Т.И., Покалов О.Н. Щурова Г.В. Озеленение населенных мест. Справочник. - М.: Стройиздат, 1987, с. 43-57.

2. Патент РФ N 2078068, C 05 F 11/02, 1995.

Формула изобретения

1. Кондиционер почвы с минеральным компонентом, отличающийся тем, что в качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si 5 - 45%, при этом по крайней мере одно из указанных веществ, расход которого составляет 50 - 10000 кг на 1 га, находится в некристаллической форме с частицами размером не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100 - 20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с частицами размером не более 5 см.

2. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых кремнийсодержащих веществ использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы металлургической (в том числе и цветных металлов), цементной, фармацевтической, химической, пищевой, энергетической, деревообрабатывающей промышленностей и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п.

3. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых кремнийсодержащих веществ использованы химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, кварцевый песок, силикат кальция, силикат магния и т.п.

4. Кондиционер по п.1, отличающийся тем, что в качестве твердых кремнийсодержащих веществ использованы молотые кремнийсодержащие горные породы, например песок, песчаник, цеолит, туф и т.п.

5. Кондиционер по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что в качестве твердых кремнийсодержащих веществ использованы одновременно твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства, химически чистые кремнийсодержащие соединения и молотые кремнийсодержащие горные породы.

РИСУНКИ

Рисунок 1