ЭКСТРАГЕНТ-СОРБЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ Российский патент 1997 года по МПК G21F9/12 

Изобретение относится к веществам для очистки почвы от тяжелых металлов, в том числе и от радионуклидов.

Основная задача очистки снижение уровня заражения до предельно допустимых величин. Для этой цели используют различные методы, в том числе и биологические.

Известно использование в качестве сорбента химических реагентов [1] осуществляющих фиксацию находящихся в почве радионуклидов. Однако почва после их использования становится малопригодной для сельхозоборота.

Наиболее близким к описываемому является сорбент, представляющий собой опилки, пропитанные поверхностно-активным веществом и другими реагентами [2]
Однако данное средство недостаточно эффективно, оно не обеспечивает качественное извлечение тяжелых металлов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности очистки почвы, более качественное извлечение тяжелых металлов из почвы за счет образования комплексов. Технический результат достигается за счет того, что экстрагент-сорбент для очистки почвы от тяжелых металлов, включающий поверхностно-активное вещество, дополнительно содержит хвою, кору, опилки и/или лигнин, и/или бумажную пыль, и/или цеолит, и/или цеолит и живицу, при этом содержание живицы составляет не менее 10 л на 1 м³ сорбента, а содержание поверхностно-активного вещества составляет не более 40% от количества живицы.

Дополнительно введенные в предложенное вещество компоненты сорбируют каждый соответствующие ему тяжелые металлы.

Опилки, лигнин, бумажная пыль, цеолит могут заменять и дополнять друг друга, взятые, например, в равном количестве, как все указанные, так и некоторые из них. Может быть использован отдельно взятый каждый компонент из указанных эквивалентных. Все они проявляют в данном веществе сорбционные свойства и в совокупности с другими признаками формулы изобретения обеспечивают при всех возможных вариантах их использования общий технический результат: образование комплексов, поглощаемых растениями.

Выбор компонентов и их количественные характеристики базируются на данных, полученных на контрольных испытаниях. Использование живицы и ПАВ в количествах соответственно менее 10 л на 1 м³ сорбента и более 40% от количества живицы приводит к резкому снижению степени удержания тяжелых металлов и радионуклидов в комплексе в ионно-обменной форме, что и является условием для поглощения их растениями.

Экстрагент-сорбент может быть получен следующим образом: живицу смешивают с поверхностно-активным веществом, хвойную муку заливают живицей из расчета 1 т хвойной муки на 150 л живицы и тщательно перемешивают. Хвойные опилки и кора, хвойная мука в смеси с живицей и ПАВ тщательно перемешиваются и смесь выдерживается в течение времени, составляющего не менее суток.

Сущность предложения заключается в следующем.

При радиоактивном заражении местности значительная часть тяжелых металлов с талыми водами и дождем проникает вглубь почвы, что делает данную местность практически непригодной для земледелия, поэтому важной задачей является подготовка почвы. С этой целью для выведения тяжелых металлов в почву вводят экстрагент-сорбент. Наличие в почве экстрагента-сорбента ограничивает миграцию тяжелых металлов со сточными водами за счет образования комплексов, которые в то же время легко усваиваются растениями.

В качестве примера можно рассмотреть, например, исследование подвижности цезия-137 при использовании экстрагента-сорбента в почве Брянской обл.

С целью выяснения влияния экстрагента-сорбента на процесс вымывания цезия-137 из почв Брянской обл. была проведена серия опытов по экстракции образцов почвы растворами кислот и щелочей по следующей схеме:
1. Декальцирование (разрушение комплексов Ca с органическими кислотами) путем обработки 0,05 М раствором серной кислоты;
2. Растворение внешнего слоя гумуса (свободных гуминовых кислот) 0,1 М раствором едкого натра;
3. Растворение аморфных оксидов алюминия и железа (разрушение их комплексов с органическими кислотами) 0,5 М раствором серной кислоты;
4. Растворение внутреннего слоя гумуса (свободных органических кислот, выделившихся при разрушении их комплексов с оксидами алюминия и железа) 0,1 М раствором едкого натра;
5. Повторная обработка оксидов алюминия и железа 0,5 М раствором серной кислоты;
6. Повторное растворение внутреннего слоя гумуса 0,1 М раствором едкого натра.

Анализ проводился следующим образом: навеску почвы весом 60 г помещают в плоскодонную колбу 1.

В плоскодонную колбу 2 помещают навеску 60 г почвы, в которую внесен экстрагент-сорбент (1,5 г). В плоскодонную колбу 1 и колбу 2 вносят воду до полного смачивания почвы, а затем обрабатывают 5 мл 8%-ного раствора аммиачной селитры. После этого экстрагируют почву в каждой колбе 200 мл 0,05 М раствором серной кислоты. Тщательно перемешивают содержимое колбы и оставляют для выделения осадка на 1 ч. Декантируют жидкость с осадка, добавляют 100 мл воды, вновь перемешивают, оставляют на 0,5 ч и декантируют воду. Оба раствора собирают в одну колбу фракция 1.

Аналогично проводят все последующие обработки (см. вышеприведенную схему), получают фракции 2 6, фракции упаривают и активность полученных концентратов измеряют. Полученные результаты представлены в таблице.

При последовательной обработке образцов почвы вышеуказанными реагентами в почве происходят следующие процессы: поскольку цезий, находящийся в почве, связан с ее минеральной частью, то при обработке кислотой образуются подвижные ионные соли сернокислого цезия, которые легко образуют комплексы с органическими кислотами, образующими гумус (гуминовые и др.). При обработке щелочью комплексы органических кислот с цезием-137 переходят в раствор, поэтому активность этой фракции (1 2) велика 160 Бк.

При следующей обработке кислотой из минеральной части почвы освобождается следующая порция цезия-137, которая связывается в комплекс с оставшимися органическими кислотами и вновь вымывается раствором щелочи активность этой фракции (1 2) 53 Бк.

При третьей обработке серной кислотой вновь освобождается часть цезия-137, но органических кислот для образования комплексов в почве практически не осталось, поэтому цезий-137 большей частью вновь связывается с минеральной частью почвы и активность экстракта (фракция 1 6) падает до 13 Бк, тогда как активность минерального остатка почвы все еще велика и составляет 128 Бк.

При внесении в почву экстрагента-сорбента помимо обычных органических кислот в почве присутствуют другие органические соединения, способные образовывать комплексы с цезием-137, причем растворимость этих комплексов меньше растворимости комплексов, образующихся из гумуса.

Поэтому при первой обработке образца почвы серной кислотой образующиеся комплексы в меньшей степени вымываются щелочью и активность соответствующей фракции (II-2) несколько ниже, чем фракции (I-2) 140 Бк по сравнению с 160 Бк.

Однако следующая обработка серной кислотой проходит уже в присутствии значительного количества органической фазы, которая легко связывает освобождающийся из минеральной части цезий-137 в комплекс и вновь значительное количество его вымывается щелочью: фракция II 4 имеет активность 143 Бк по сравнению с 53 Бк фракции 1 4.

Третья обработка серной кислотой в присутствии экстрагента-сорбента позволяет связать в комплекс с органической фазой еще часть цезия-137 и активность фракции II-6 составляет 48 Бк.

Таким образом, внесение в почву экстрагента-сорбента позволяет извлечь из почвы до 88% цезия-137 и это, видимо, не предел, тогда как при отсутствии экстрагента-сорбента аналогичные обработки снимают не более 65% цезия-137, следовательно, можно сделать вывод о том, что эффективность данного вещества при очистке почвы от тяжелых металлов очень высока.

Использование: очистка почвы от тяжелых металлов и радионуклидов. Сущность изобретения: экстрагент-сорбент содержит хвою, кору, опилки и/или лигнин, и/или бумажную пыль, и/или цеолит в смеси с живицей, а также поверхностно-активное вещество не более 40% от количества живицы. Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного распределения сорбента по объему обрабатываемой почвы, а также высокая степень извлечения тяжелых металлов за счет образования комплексов с сорбентом. 1 табл.

Экстрагент-сорбент для очистки почвы от тяжелых металлов, включающий поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что он дополнительно содержит хвою, кору, опилки и/или лигнин, и/или бумажную пыль, и/или цеолит, и живицу, при этом содержание живицы составляет не менее 10 л на 1 м³ сорбента, а содержание поверхностно-активного вещества составляет не более 40% от количества живицы.