ГУМИНОВЫЙ КОНЦЕНТРАТ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВОГО КОНЦЕНТРАТА (ВАРИАНТЫ). СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ПРИМЕСЕЙ, СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ВЯЗКОТЕКУЧИХ СРЕД, СПОСОБ ДЕТОКСИКАЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД, СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОЧВ ИЗ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ГРУНТОВ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПОЧВ, СПОСОБ КОМПОСТИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ, СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ОСАДКОВ ВОДОПРОВОДНЫХ ВОД Российский патент 1999 года по МПК C07C63/33 C05F11/02 C10F7/00 C25B3/02 C02F1/28 C02F1/58 B01D37/03 C25B9/00 B09B1/00 B09C1/08 A01B79/02 A62D3/00 C02F11/14 

Изобретение относится к области охраны и восстановления окружающей среды, более точно к технологиям, обеспечивающим восстановление загрязненных техногенными продуктами объектов окружающей среды, а точнее заявляемое изобретение касается гуминового концентрата, способа его получения, устройства для электрохимического получения гуминового концентрата, способа очистки вод от неорганических, органических и микробиологических примесей, способа обезвоживания вязкотекучих сред, способа детоксикации органических соединений, способа утилизации осадков сточных вод, способа создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод.

Заявляемое изобретение найдет применение в сельском хозяйстве, в коммунальном хозяйстве больших городов, на предприятиях, деятельности которых сопутствует образование загрязняющих окружающую среду органических, минеральных и/или микробиологических отходов.

Гуминовые вещества чрезвычайно широко распространены в природе и составляют основную, а иногда преобладающую часть каустобиолитов угольного ряда (горючие сланцы, ископаемые угли, торф) и природных гумитов (почв, торфа, бурого и окисленного каменного угля, а также речных, озерных и морских донных отложений).

Важнейшую часть гуминовых веществ составляют гуминовые кислоты.

Гуминовые кислоты - высокомолекулярные органические соединения с молекулярным весом от 5 до 100 КД. Поскольку каждая их молекула содержит по нескольку десятков кислых групп, они относятся к многоосновным кислотам. Для выделения их из природных субстанций гумитов и/или каустобиолитов угольного ряда, где они находятся в водонерастворимом состоянии, в виде свободных кислот или их водонерастворимых солей, используется щелочная водная экстракция, как правило, при избытке щелочного реагента. Для этого на практике используются гидроокись калия, натрия, аммония или органические основания, с которыми гуминовые кислоты образуют водорастворимые соли. В результате получается экстракт с высоким значением pH, содержащий соли гуминовых кислот и избыток щелочи. При этом именно за счет значительного отрицательного заряда анионов гуминовых кислот, приводящего к взаимному отталкиванию макромолекул и их гидратации, обеспечивается хорошая растворимость и высокая дисперсность таких систем. Однако сфера применения щелочных экстрактов гуминовых кислот весьма ограничена, так как высокие значения pH делают их, при использовании в значительных количествах, токсичными для микроорганизмов и растений, а высокий отрицательный заряд ухудшает их сорбционные, флокулирующие и структурообразующие свойства.

В то же время свободные гуминовые кислоты, образующиеся в водных системах при pH ниже 3, вследствие того, что их макромолекулы не несут заметного отрицательного заряда, агрегируются, подвергаются дегидратации и выпадают из водных систем в виде хлопьевидных нерастворимых осадков. При этом удельная поверхность их контакта с жидкой фазой и, как следствие, сорбционная, агрегирующая, реакционная способность резко снижаются. Поэтому наибольший практический интерес представляют переходные состояния молекул гуминовых кислот, когда они частично диссоциированны. pH таких систем колеблется в интервале от 3,5 до 8.

Комплекс ценных свойств гуминовых кислот и их производных предопределяет их использование в сельском хозяйстве, животноводстве, медицине и для решения многих экологических задач.

Известен способ получения гуматов, включающий дробление и измельчение исходных природных гумитов (торфа или угля), обработку экстрагентом (раствором щелочи или органического основания) при механическом перемешивании, разделение твердой фазы (осадка) от жидкой фазы (гумата) и сушку гумата.

(Гуминовые удобрения, теория и практика их применения. Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, Киев, 1962, ч. 2, с. 528).

Недостатки способа заключаются в низкой интенсивности и большой длительности процесса, в результате чего из сырья преимущественно извлекаются фульвокислоты и низкомолекулярные фракции гуминовых кислот. При этом происходит набухание измельченного сырья с образованием гомогенной массы, чрезвычайно плохо разделяющейся на твердую (отход) и жидкую (полезный продукт) фазы.

Недостатки данного способа устранены в другом способе, включающем интенсивную обработку исходного сырья низкочастотными акустическими колебаниями и кавитирующими вибрационными струями, что резко увеличивает извлечение и выход гуминовых кислот из исходного сырья за счет его доокисления и повышает биологическую активность получаемого гумата (RU, A, 2042422 B 01 J 8/16, 1991 г).

Однако эти способы пригодны только для получения водорастворимых солей гуминовых кислот.

В процессе экстракционного извлечения в раствор гуматов переходит большое количество высокодисперсных частиц исходного сырья, глинистых минералов и других растворимых и легко диспергируемых примесей. Так, зольность гуматов составляет 26-70%. Предварительной обработкой исходного сырья, например угля, минеральными кислотами, например серной кислотой, добиваются некоторой деминерализации, что позволяет снизить зольность гуматов до 12-20%. Однако этот прием значительно удорожает и усложняет производство гуматов. (Кроме того, в получаемых экстрактах обычно присутствуют остатки непрореагировавшей щелочи).

Щелочная реакция растворов гуматов и наличие в них остатков непрореагировавшей щелочи ограничивает применение гуматов областью регуляторов роста и развития растений и антидотов, где гуматы применяются в низких концентрациях (0,005-0,1%). В качестве веществ для детоксикации почв, земель, грунтов, вод, промышленных и бытовых отходов гуматы не применимы. Кроме того, из-за большого расхода щелочи стоимость гуматов сравнительно высока.

Известны способы выделения гуминовых кислот из растворов гуматов путем их подкисления до pH ниже 3. Так, например, известен способ выделения гуминовых кислот из растворов гуматов, включающий их осаждение кислотой, фильтрацию и сушку. (SU, A, 169112, C 07 C 63/33, 1966).

При подкислении раствора гуматов происходит замена катионов щелочных металлов или аммония на ионы водорода, и водонерастворимые свободные гуминовые кислоты выпадают в осадок. При этом происходит необратимое коагулирование коллоидов и полимеризация молекул гуминовых кислот, в результате чего резко сокращается площадь поверхности, блокируются реакционноспособные центры и падает их физико-химическая и биологическая активность. Вместе с гуминовыми кислотами в осадок выпадает большое количество минеральных примесей.

С целью снижения зольности выделенные гуминовые кислоты подвергают многократной обработке щелочью, фильтрованию, переосаждению и промывке.

Известный способ обладает низкой эффективностью, малой производительностью, высоким расходом реагентов (щелочи и кислоты). К недостаткам относятся также технологические сложности разделения осадка (гуминовых кислот) и жидкой фазы (щелочного раствора), большой расход воды на промывку осажденных гуминовых кислот и высокие энергетические затраты на их последующую сушку.

Кроме того, в процессе многократной обработки гуминовые кислоты частично теряют свою нативную (природную) структуру и утрачивают многие ценные свойства.

Известен также способ получения гуминовых кислот, включающий обработку раствора солей гуминовых кислот постоянным электрическим током в диафрагменном электролизере с ионообменной катионитовой мембраной (SU, A, 181131, C 07 C 63/33).

Данный способ осуществляется в устройстве, содержащем электролизную ванну, покрытые платиной анод и катод, катионитовую мембрану, разделяющую электролизную ванну на анодную и катодную зоны, источник постоянного тока, патрубки для подвода и отвода электролита.

Согласно указанному способу щелочной экстракт, содержащий раствор гумата натрия и сульфата натрия помещают в анодное, отделенное ионообменной катионитовой мембраной пространство двухкамерного электролизера. В катодное пространство помещают раствор сульфата натрия. При наложении достаточной разности потенциалов на электродах протекает процесс электролиза воды. При этом анодное пространство подкисляется, катодное - подщелачивается. Как только pH анодного пространства становится ниже трех, из раствора начинает выпадать свободная водонерастворимая гуминовая кислота, которая отделяется затем от аналита в других аппаратах. Одновременно в катодном пространстве образуется раствор натриевой щелочи, возвращаемый на стадию щелочной экстракции исходного продукта, так как катионитовая мембрана пропускает в катодное пространство только катионы натрия и задерживает анионы гуминовой кислоты. Процесс можно осуществлять только в двух или более камерном электролизере, поскольку необходимо поддерживать кислую среду в анодном пространстве, а в катодном пространстве в процессе электролиза накапливается щелочной раствор гидроокиси натрия. В едином межэлектродном пространстве при указанных режимах в электролите непрерывно протекает процесс взаимодействия щелочи с гуминовой кислотой с образованием исходного гумата натрия, то есть суммарно происходит лишь электролиз воды без образования конечного продукта.

К недостаткам способа следует отнести высокое омическое сопротивление мембраны, приводящее к большим энергопотерям и разогреву электролита. При этом имеет место значительная удельная энергоемкость процесса за счет непрерывного, интенсивного протекания реакции электролиза. Необходимость относительно частой замены мембраны усложняет конструкцию устройства, снижает надежность работы электролизера. Для осуществления способа необходимы специальные аппараты для отделения образовавшейся гуминовой кислоты от аналита. Способ позволяет получать непосредственно только один продукт - водонерастворимые гуминовые кислоты. При этом получаемый продукт - выпавшие в осадок гуминовые кислоты - составляет только часть объема аналита, что делает необходимым их последующее выделение из него. Это является самостоятельной сложной проблемой. Более того, получаемые таким образом водонерастворимые гуминовые кислоты при очень высокой стоимости имеют низкую физико-химическую активность из-за малой доступности их реакционноспособных центров, что не позволяет их использовать для решения многих сельскохозяйственных, экологических и промышленных задач.

Именно из-за отсутствия эффективных технологий получения гуминовых кислот с высокой физико-химической и биологической активностью многие экологические и сельскохозяйственные задачи решаются путем применения не собственно гуминовых кислот, а содержащих их различных природных материалов - гумусированных почв, торфа, донных отложений (например, сапропеля), бурого угля (например, измельченного лигнита и леонардита). Эти материалы применяются именно из-за наличия в их составе гуминовых веществ, оказывающих комплекс положительных действий на почвы, грунты, рекультивируемые земли, свалки, отходы. Поскольку гуминовых кислот в таких материалах сравнительно немного и они находятся в сравнительно малоактивном состоянии, такие материалы необходимо применять в больших количествах. При этом происходит загрязнение обрабатываемых объектов балластными веществами и вредными компонентами, что значительно снижает конечный положительный эффект.

Известны различные способы очистки поверхностных, подземных и сточных вод, а также технологических растворов от минеральных, органических и микробиологических загрязнений.

Так, известен способ биологической очистки вод от органических примесей, включающий минерализацию органических примесей аэробными микроорганизмами при интенсивном насыщении воды кислородом (например, Мочалов И.П., Родзиллер И. Д., Жук Е.Г. Очистка и обеззараживание сточных вод малых населенных мест. Л., Стройиздат, 1993, с. 71-73).

Данный способ, широко применяемый в практике очистки сточных вод, имеет много недостатков, важнейшими из которых являются сравнительно низкая удельная производительность и эффективность из-за малой скорости биохимического окисления органических веществ сточной жидкости, сравнительно высокая энергоемкость из-за больших затрат энергии на аэрацию воды, сложность организации и ведения процесса очистки воды из-за чувствительности активного ила к составу загрязнений; а также образование большого количества осадков в виде активного ила, чрезвычайно трудно поддающегося обезвоживанию и дальнейшей утилизации. Кроме того, данный способ не применим для очистки воды поверхностных водоемов в случае их залпового или систематического загрязнения, так как практически невозможно произвести наращивание активного ила, особенно в зимнее время, и осуществить взвешивание активного ила по всему объему воды путем аэрации.

Известен также способ очистки вод от неорганических, органических и микробиологических примесей, включающий введение в воду, бактерицидных и иных реагентов, отстаивание и удаление образовавшегося осадка (например, там же. с. 113, 121, 124).

В качестве реагентов используют минеральные коагулянты (сернокислый алюминий, сернокислое или хлорное железо и т.д.), органические флокулянты (полиакриламид и производные на его основе), различные комбинации коагулянтов и флокулянтов, бактерицидные вещества (хлор, озон и др.).

К недостаткам этого способа относятся сравнительно большая стоимость коагулянтов и флокулянтов, бактерицидных веществ, зависимость эффективности процесса очистки воды от состава и концентрации загрязняющих примесей и температуры, образование большого количества осадков трудно поддающихся обезвоживанию и дальнейшей утилизации. Серьезным недостатком известного способа является также невозможность использования его для очистки вод поверхностных водоемов из-за токсичности реагентов и возможности загрязнения ими воды водоемов.

Результатом деятельности предприятий, производств являются вязкотекучие суспензии, например осадки городских сточных вод, буровые растворы, которые подлежат транспортировке от места их образования и скоплению на специальных площадях, где их стараются максимально возможно обезвредить и захоронить с тем, чтобы они не являлись причиной загрязнения окружающей среды.

Однако перевозка текучих суспензий является технологически сложной задачей, при том, что исходные суспензии, подвергнутые обезвоживанию до приобретения ими сыпучих свойств, были бы более легко транспортабельны и подлежали бы более надежному захоронению.

Известен способ обезвоживания таких суспензий, заключающийся в фильтровании исходного продукта через специально созданные сложные в конструктивном отношении устройства, с последующим отводом фильтрата и таким образом частичным обезвоживанием исходного продукта (SU, A, 1212494).

Однако указанный способ не обеспечивает получения исходного продукта в сыпучем состоянии, и, кроме того, процесс фильтрования постоянно прерывается из-за того, что фильтрующая поверхность забивается частицами дисперсной фазы суспензии и отложениями солей. Кроме того, в процессе фильтрования происходит обрастание фильтрующей поверхности колониями микроорганизмов, которые закрепляются на ней и быстро растут.

Известен также способ обработки суспензий, включающий введение в суспензию реагентов-коагулянтов или флокулянтов (Гвоздев Б.С., Ксенофонтов. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. Москва. Химия. 1988). В качестве коагулянтов применяют сернокислый алюминий, хлорное железо. В качестве флокулянтов применяют синтетические, преимущественно органические соединения на основе полиакриламида. Введение и перемешивание в суспензии реагентов приводит к укрупнению частиц дисперсной фазы суспензии, в результате чего их можно отделить от жидкой фазы, например, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием. Недостатки известного способа заключаются в сравнительной дороговизне коагулянтов и особенно флокулянтов, в необходимости применения специальных технических средств для разделения твердой и жидкой сред, а именно: отстойников, фильтров и центрифуг. Но главный недостаток заключается в получении продукта, влажность которого превышает предел текучести, в результате чего его транспортировка и дальнейшая переработка сильно затруднены.

Окружающая природная среда значительно разрушается из-за токсикации почв, грунтов, природных и сточных вод, из-за образования различного рода отходов, полигонов по захоронению бытовых и промышленных отходов, содержащих токсичные, канцерогенные и мутагенные органические соединения, а именно: углеводороды нефти и нефтепродуктов, полициклические ароматические углеводороды (антрацен, бензапирен, дибенз (a, h) антрацен и т.д.), полихлорированные ароматические углеводороды (полихлорбензофураны, полихлорбифенилы, диоксины и т.д.), пестициды, а также и другие химикаты органического происхождения.

Известно несколько групп способов детоксикации таких органических соединений. Так, известен способ детоксикации диоксинов путем их разложения в процессе фотолиза, протекающего как на солнечном свете, так и при облучении ультрафиолетовым светом. (Worthy W. Chem. Eng. News, 1983, 6 June, p. 51-56). Известен способ уничтожения отходов, содержащих диоксины, путем их сжигания при температуре выше 2220^o. Chem. Eng. News, 1985, v. 63, N 102, p. 7).

Известен также способ детоксикации хлорорганических соединений путем их микробиологического разложения. (J. A. Bumpus, M. Tien, D.Wright et al., Science, 1985, v. 228, N 4706, p.1434 -1436; J.Dusheek, Science News, 1985, v.127, N 25, p. 391). Однако все эти способы характеризуются низкой эффективностью, высокой стоимостью и наличием отходов (в случае сжигания).

Известен способ устранения углеводородного загрязнения почв, включающий применение модифицированного алкилхлорсиланом высокодисперсного порошка двуокиси кремния с закрепленными на его поверхности органическими радикалами (SU, A, N 1289875).

Данный способ не обеспечивает эффективной детоксикации органических соединений, а его применение для устранения углеводородного загрязнения почв экономически не целесообразно из-за высокой стоимости модифицированного алкилхлорсилана. Кроме того, это вещество по отношению к почве является ксенобиотиком и ухудшает ее агрохимические свойства.

Известен способ детоксикации ядохимикатов, содержащихся в почве и растениях, включающий нанесение на объекты, содержащие ядохимикаты, веществ гумусовой природы, при этом в качестве веществ гумусовой природы применяют соли гуминовых кислот (SU, A, N 460037). Применяемый в данном способе гумат натрия при концентрации свыше 0,01% является фитотоксичным веществом и угнетает не только растения, но и почвенную микрофлору. Гумат натрия при концентрации в растворе 0,005-0,01% оказывает стимулирующее действие на рост и развитие растений. При этом эффект снижения содержания ядохимикатов в растениях обусловлен не столько их разложением, сколько снижением концентрации за счет большой массы растений.

Известный способ практически не применим для детоксикации почв и других объектов с высоким уровнем загрязнения персистентными органическими поллютантами, так как степень детоксикации чрезвычайно мала и экспериментально не подтверждается, находясь на уровне погрешности опыта. При этом весьма велика опасность засоления природных объектов.

Окружающая природная среда значительно разрушается также осадками городских сточных вод, образующимися на станциях аэрации, содержащими большое количество токсичных компонентов, в частности, соли тяжелых металлов, а также мутагенные, канцерогенные и иные вредные вещества. По этой причине разрабатываются методы по детоксикации и складированию осадков сточных вод с тем, чтобы максимально возможно исключить загрязнение окружающей среды.

Известен способ обработки осадков сточных вод с целью их обезвоживания, заключающийся в смешивании осадков сточных вод с известью, взятой в количестве 50-350% от массы сухого осадка, последующем уплотнении полученной массы до влажности 93-96%, а затем механическом обезвоживании до влажности 60-80%. Обезвоженный продукт используют в сельском хозяйстве для удобрения и подщелачивания кислых почв, а в случае его сжигания происходит регенерация извести, которую можно повторно использовать (SU, A, 468894).

Указанный способ не обеспечивает детоксикацию осадков сточных вод и приводит к загрязнению окружающей среды их токсичными компонентами.

Известен способ депонирования осадков сточных вод в золоотвалах и хвостохранилищах с последующей вспашкой мест депонирования (SU, A, 515482). Однако объемы образующихся осадков сточных вод значительно превышают объемы золоотвалов и хвостохранилищ, которые к тому же расположены в отдаленных горнодобывающих и перерабатывающих районах. Кроме того, указанная технология не обеспечивает детоксикации осадков сточных вод и приводит к загрязнению окружающей среды токсичными компонентами осадков сточных вод.

Известен способ утилизации осадков сточных вод, включающий их смешивание с торфом и минеральными компонентами и внесение в почву в качестве органоминерального удобрения (SU, A, 836005).

Известен также способ утилизации осадков сточных вод, заключающийся в их смешивании с каменноугольной золой в соотношении (20 : 1) - (1 : 9) и внесении в почву в качестве органоминерального удобрения (SU, A, 387920).

Смешивание осадков с торфом, другими органическими и неорганическими веществами не приводит к удалению или связыванию токсичных компонентов, в результате чего содержащиеся в осадках сточных вод ионы тяжелых металлов мигрируют в растения и грунтовые воды, отравляя тем самым продукцию растениеводства и загрязняя подземные воды. Кроме солей тяжелых металлов, в осадках сточных вод содержатся хлорорганические соединения, полициклические ароматические углеводороды, другие вредные мутагенные и канцерогенные вещества, и применение указанных способов не приводит к снижению их отрицательного действия на окружающую среду и человека.

При этом использование осадков сточных вод в качестве удобрений возможно в ограниченном количестве и периодически, то есть согласно нормам внесения, и в определенный период времени, в то время как их образование на станциях аэрации городов происходит непрерывно. Затраты на складирование и хранение удобрений из осадков, особенно в черте города или в пригородах с последующим выводом на достаточно удаленные поля, делают их применение в сельском хозяйстве экономически не выгодным.

Кроме того, при высыхании осадки сточных вод легко подвергаются ветровой эрозии, в результате происходит загрязнение воздушного бассейна пылью, обладающей сильным канцерогенным действием. По этим причинам применение осадков сточных вод в качестве удобрений запрещено.

Известно создание плодородной почвы (техногенной почвы) из естественных (песок, глина, супесь, суглинок, гравийно-песчаная смесь) и искусственных (отходы горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности, золошлаковые отходы, строительные грунты и т.п.) грунтов с целью восстановления почвенного покрова, рекультивации и озеленения строительных площадок, отвалов и свалок, участков пустынных земель и солончаков, а также восстановление агрофизических и агрохимических свойств и плодородия деградированных почв, в том числе почв влажного тропического и субтропического климатических поясов, почв теплиц и оранжерей.

Известны две основные группы способов создания почв на естественных и искусственных грунтах. Первая группа включает способы, основанные на внесении в грунты или на их поверхность не характерных для почв веществ, обладающих структурообразующими и влагозадерживающими свойствами. Вторая группа включает способы, основанные на внесении в грунты или на их поверхность естественных компонентов почвы или собственно плодородных почв.

Так, известен способ увеличения полевой влагоемкости песчаных почв и грунтов, включающий внесение гидрофобных частиц талька и кремнийорганических порошков (SU, A, 286375, A 01 B 79/00, 1969).

Недостаток известного способа заключается в том, что применение чужеродных для почв веществ не решает главной задачи, то есть создания плодородной почвы как сложной природной системы с набором определенных физико-химических, агрохимических, микробиологических и других свойств. Кроме того, такой способ увеличения влагоемкости грунтов экономически не приемлем из-за большого расхода достаточно дорогих веществ.

Известен способ образования плодородного слоя почвы, включающий нанесение на слой грунта сапропелевого ила с гумусовыми частицами (SU, A, 934943, A 01 B 79/00, 1980).

Известен способ рекультивации земель, включающий нанесение на грунт гумусированного слоя почвы (SU, A, 1391521, A 01 B 79/00, 1986).

Как известно, именно гумус определяет основные свойства и плодородие почв. Поэтому внесение в грунты или на их поверхность гумусосодержащих материалов - сапропелевого ила, торфа или гумусированной почвы является естественным способом создания плодородного слоя почвы. Однако стоимость добычи и транспортировки сапропеля или торфа обходится очень дорого, а гумусированные почвы дефицитны, особенно в районах, где необходимо создание плодородной почвы, то есть в местах строительства, размещения горных предприятий, отвалов, свалок. Кроме того, выемка сапропеля, торфа и особенно плодородной почвы из мест их естественного залегания и распространения приводит к необратимому разрушению сложившихся экосистем. То есть для восстановления, рекультивации и озеленения нарушенных и загрязненных в результате хозяйственной деятельности земель в одном месте, необходимо нарушить сложившиеся природные экосистемы в другом месте. Следует также отметить, что вместе с гумусосодержащими почвами в новые места переносятся семена сорняков, вредные насекомые и возбудители болезней растений, животных и человека.

Но самый главный недостаток известного способа заключается в том, что содержание гумуса в гумусированной почве не превышает несколько процентов, а остальное приходится на долю минеральной части почвы и воду. То есть основная часть расходов приходится на выемку, транспортировку и укладку балласта, не оказывающего главного влияния на свойства грунтов.

Известно, что в процессе интенсивной эксплуатации почв происходит их деградация с частичной или полной потерей основных агрофизических и агрохимических свойств и плодородия. Главными причинами деградации почв и потери ими плодородия являются: быстрое разложение и минерализация органического вещества почв, физико-химическое выветривание (разрушение) минерального вещества почв, вымывание из почв питательных элементов, отсутствие адсорбционных центров в почве.

Известен способ восстановления свойств и плодородия деградированных почв, включающий внесение в почвы больших доз минеральных удобрений и природного гумуса (см., например, Крупнов А.А., Базин Е.Т., Полов М.В. Использование торфа и торфяных месторождений в народном хозяйстве. М., Недра, 1992, с. 140).

Недостатки данного способа заключаются в сравнительно быстрой минерализации природного гумуса, который вносится в почву в составе торфа, быстром вымывании минеральных удобрений. Кроме того, в почвы вместе с торфом вносятся семена сорняков и возбудители болезней растений.

Известен также способ восстановления свойств и плодородия деградированных почв, включающий внесение в почвы природного гумусосодержащего вещества, минеральных веществ и удобрений (см., например, там же, с. 112).

Недостатки данного способа включают сравнительно быструю минерализацию природного гумусосодержащего вещества, в качестве которого используется торф, в результате чего из почвы вымываются питательные вещества, и она быстро теряет свои свойства и плодородие.

Известен способ получения удобрений из органических отходов (например, твердых бытовых отходов, осадков сточных вод, отходов обработки древесины, навоза), включающий их компостирование в аэробных и анаэробных условиях при внесении минеральных удобрений (см. , например, Воспроизводство гумуса и хозяйственно-биологический круговорот органического вещества в земледелии. Рекомендации. Москва, ВО "Агропромиздат", 1989, с. 15-16, 42-43, 11).

Однако процесс компостирования очень продолжительный, при этом 70-80% органического вещества минерализуется и только 20-30% повергается гумификации.

Известен также способ утилизации органических отходов промышленности и коммунального хозяйства, включающий смешивание отходов с торфом и известковой мукой, и совместное компостирование и использование компоста в качестве органоминерального удобрения (см., например, Крупнов А.А., Базин Е.Т., Попов М.В., Использование торфа и торфяных месторождений в народном хозяйстве. М., Недра, 1992, с. 69-70).

При этом процесс компостирования очень длительный при высоком расходе природного органического вещества торфа (от 1,5 до 3 тонн на одну тонну отходов). Кроме того, до 70% органического вещества минерализуется и только до 15-30% органического вещества гумифицируется.

Таким образом, при компостировании органических отходов происходит два противоположно направленных процесса трансформации органического вещества, минерализации с образованием простых химических соединений и гумификации с образованием устойчивых к разложению сложных органических веществ, определяющих плодородие почв. Одной из проблем современного сельского хозяйства является проблема снижения содержания гумуса в почвах, вызванная применением интенсивных технологий возделывания земли, длительным и активным применением минеральных удобрений, увеличивающейся долей пропашных культур и недостаточным поступлением в почву органических удобрений. По этой причине очень важным является восстановление и повышение содержания гумуса в почвах за счет внесения удобрений, содержащих преимущественно гумифицированные, органические вещества.

Очистка водопроводной воды с использованием коагулянтов, флокулянтов, дезодорирующих и обеззараживающих средств сопровождается образованием сравнительно больших объемов осадков.

В осадках содержатся минеральные вещества, преимущественно илистые и глинистые минералы природного происхождения; сернокислый алюминий, используемый в качестве коагулянта при очистке воды, различные органические вещества как природного происхождения, так и искусственно вносимые в воду для интенсификации процессов ее очистки.

Известны способы обработки осадков водопроводных станций, приводящие к обезвоживанию осадков в естественных или искусственных условиях. Полученные осадки складируют на специально приготовленных площадях (см., например, Николадзе Г. И. Технология очистки природных вод. М., Высшая школа, 1987, с. 347-349).

Складирование осадков является единственным практически используемым способом, так как многочисленные попытки утилизации осадков в качестве добавок при производстве кирпича, керамических изделий, цемента и т.д., не дают положительного результата из-за высоких затрат на методы специальной подготовки и обработки осадков.

Складирование осадков приводит к отчуждению и нерациональному использованию больших участков земли, дефицит и высокая стоимость которых характерна для больших городов.

Таким образом, сегодня многие насущные проблемы защиты и восстановления объектов окружающей среды не находят своего удачного решения из-за отсутствия дешевых, доступных и экологически безопасных препаратов и основанных на их применении технологий природоохранных мероприятий.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать новый продукт такой структуры и такого состава и способ его получения в таких режимах и на таких установках, которые позволили бы производить в промышленных масштабах гуминовый концентрат, имеющий высокую физико-химическую и биологическую активность, что позволило бы эффективно и надежно осуществлять охрану и восстановление объектов природной среды путем очистки воды от примесей, обезвоживания вязкотекучих сред, детоксикации органических соединений, утилизации осадков сточных вод, создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановление свойств и плодородия деградированных почв, а также компостирования загрязняющих природную среду органических отходов и утилизации осадков водопроводных вод.

Эта задача решается тем, что создан новый гуминовый концентрат из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, который согласно изобретению содержит гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Благодаря заявляемому изобретению новый гуминовый концентрат обладает высокой сорбционной, ионной, флокулирующей и агрегирующей и биологической активностью.

Возможно, что гуминовый концентрат согласно заявляемому изобретению представляет собой продукт, полученный электрохимическим путем из солей гуминовых кислот, образованных при экстрагировании щелочным реагентом названного природного сырья, и содержит гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Вариантом заявляемого изобретения является гуминовый концентрат, представляющий собой продукт, получение которого осуществлено путем электролиза водных растворов солей гуминовых кислот, предварительно экстрагированных щелочным реагентом из природного сырья, проводимого при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов, обеспечивающего образование на поверхности анода целевого гуминового концентрата, непрерывно выводимого из зоны электролиза.

В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно, чтобы гуминовый концентрат содержал от около 0,5 до около 27,0 мас.% гидратированных гуминовых кислот, от около 0,5 до около 27,0 мас.% солей гуминовых кислот, от около 0,5 до около 2,5 мас.% минеральных компонентов исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, представленных преимущественно полимерными соединениями железа, алюминия, кремния, химически связанных с содержащимися гуминовыми кислотами, и воду, максимальное количество которой составляет около 90 мас.%.

При идентификации и оценке заявляемого концентрата возможно руководствоваться следующими характеристическими показателями: содержанием в этом новом продукте гуминовых кислот, катионов щелочного реагента, влажностью, зольностью, количеством - COOH и -OH групп, растворимостью в воде при разной исходной влажности продукта, pH-продукта.

Наиболее целесообразно получение гуминового концентрата осуществлять путем электролиза водных растворов солей гуминовых кислот, предварительно экстрагированных щелочным реагентом из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, с образованием целевого продукта и его выводом из электролита, при этом согласно заявляемому изобретению названный электролиз проводят в единой зоне между анодом и катодом при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидросильных ионов, с образованием на поверхности анода целевого гуминового концентрата, содержащего гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически соединенные с содержащимися гуминовыми кислотами, при этом удаление целевого концентрата с этой поверхности осуществляют непрерывно.

Целесообразно согласно изобретению использовать анод, выполненный из графита.

Для обеспечения высокого выхода продукта целесообразно согласно изобретению использовать анод, имеющий поверхностное покрытие из двуокиси рутения.

Целесообразно для заявляемого электрохимического получения заявляемого гуминового концентрата использовать устройство, включающее электролизную ванну с анодом и катодом, соединенными с источником электрического тока, имеющую подводящие и отводящие патрубки, в котором согласно изобретению катод представляет собой электролизную ванну в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с торцевыми стенками, а анод выполнен в виде барабана, коаксиально с зазором, установленного в названном желобе с возможностью вращения относительно своей продольной оси, при этом заявляемое устройство имеет приспособление для удаления целевого продукта с цилиндрической поверхности барабана.

Вариант выполнения заявляемого устройства состоит в том, что приспособление для удаления целевого продукта выполнено в виде скребка, установленного с возможностью изменения угла касания с поверхностью барабана, что обеспечивает полноту удаления продукта с поверхности анода.

Возможно целесообразно для электрохимического получения заявляемого гуминового концентрата использовать устройство, включающее электролизную ванну с анодом и катодом, соединенными с источником электрического тока, имеющую подводящие и отводящие патрубки, в котором согласно изобретению имеется по меньшей мере один катод, представляющий собой электролизную ванну в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с поперечными стенками, и по меньшей мере один анод, который выполнен в виде диска, установленного в желобе с возможностью вращения относительно его продольной оси, при этом заявляемое устройство имеет по меньшей мере два приспособления для удаления целевого продукта с каждой торцевой поверхности названного диска.

Заявляемые устройства позволяют получать в заявляемых условиях электрохимического процесса гуминовый концентрат, содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот, минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Вариант выполнения заявляемого устройства состоит в том, что каждое приспособление для удаления целевого продукта с торцевой поверхности анода представляет собой скребок, установленный с возможностью изменения угла его наклона относительно соответствующей торцевой поверхности диска, что позволят обеспечить полноту удаления продукта с поверхности анода.

Целесообразно для заявляемого электрохимического получения заявляемого гуминового концентрата использовать устройство, включающее электролизную ванну с анодом и катодом, соединенными с источником электрического тока, имеющую подводящие и отводящие патрубки, в котором согласно изобретению катод представляет собой электролизную ванну в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с торцевыми стенками, а анод выполнен в виде барабана, коаксиально с зазором установленного в названном желобе и выполненного из электропроводящего материала горизонтального бесконечного транспортера, натянутого на названный барабан с помощью по меньшей мере одного натяжного ролика, установленного вне электролизной ванны и соприкасающегося с внутренней поверхностью транспортера, при этом заявляемое устройство имеет по меньшей мере одно приспособление для удаления целевого продукта с поверхности бесконечного транспортера. Заявляемое устройство позволяет получать в условиях заявляемого электрохимического процесса гуминовый концентрат, содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Вариант выполнения заявляемого устройства состоит в том, что названный барабан установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, что обеспечивает перемещение ленты транспортера и позволяет непрерывно выводить продукт из реакционной зоны.

Вариант выполнения заявляемого устройства состоит в том, что натяжной ролик установлен с возможностью вращения вокруг свой оси, что обеспечивает перемещение ленты транспортера и позволяет непрерывно выводить продукт из реакционной зоны.

В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно, чтобы приспособление для удаления целевого продукта с поверхности бесконечного транспортера было выполнено в виде скребка, установленного с возможностью изменения угла касания с внешней поверхностью бесконечного транспортера, что обеспечивает полноту удаления продукта с поверхности анода.

Поставленная задача решается также благодаря способу очистки воды от примесей, включающему введение в воду реагента, обеспечивающего химическое связывание названных примесей путем образования нерастворимого осадка, последующее отстаивание вод и удаление образовавшегося осадка, при котором согласно изобретению в качестве реагента, обеспечивающего химическое связывание примесей, используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, в количестве от около 0,01 до около 1,50% от массы очищаемой воды, что позволяет удалять из воды взвешенные примеси, микроорганизмы и ионы тяжелых металлов.

В соответствии с изобретением, для улучшения качества очистки после введения в воду названного гуминового концентрата, в воду вводят гидроокись кальция в количестве 5-30% от массы введенного гуминового концентрата.

Поставленная задача решается также благодаря способу обезвоживания вязкотекучих сред, осуществляемому путем отведения из этих сред воды, в котором согласно изобретению перед отведением воды в исходные среды последовательно вводят сначала от около 0,1 до около 3,0 мас.% гуминового концентрата, полученного электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащего гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, и затем вводят от около 1 до около 30 мас.% по меньшей мере одного измельченного природного материала, выбранного из группы, включающей кальций и магнийсодержащие манералы и породы.

Для ускорения процесса обезвоживания в соответствии с заявляемым изобретением целесообразно в качестве природного материала использовать известняк.

Поставленная задача решается также благодаря способу детоксикации органических соединений, осуществляемому путем связывания их природными органическими материалами, причем согласно изобретению в качестве такого материала используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Для связывания и последующего полного разложения органических загрязнений согласно изобретению целесообразно использовать гуминовый концентрат, в который предварительно введены микродозы водорастворимых соединений металлов переменной валентности для ускорения разложения органических соединений.

Целесообразно согласно изобретению использовать гуминовый концентрат в количестве от около 0,05 до около 10,0 мас.% от массы обрабатываемого материала, загрязненного органическими соединениями как оптимальный интервал для получения положительного эффекта.

Поставленная задача решается также благодаря способу утилизации осадков сточных вод, включающему их обезвоживание, при котором согласно изобретению в обезвоженные осадки сточных вод вводят гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, взятый в количестве от около 0,1 до около 10,0% от массы обезвоженного осадка сточных вод, после чего полученную массу совместно с бытовыми и/или промышленными отходами складируют в виде слоев, при этом каждый слой полученной массы укладывают сверху каждого слоя бытовых и/или промышленных отходов для формирования гидроизолирующих и газоизолирующих слоев, разделяющих тело свалки. Согласно заявляемому изобретению целесообразно первый и последний складируемые слои образовывать из полученной массы осадка сточных вод и названного гуминового концентрата.

Поставленная задача решается также благодаря способу создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, осуществляемому путем внесения в названные грунты и почвы природных органических материалов, при котором согласно изобретению в качестве природных органических материалов используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Для формирования монтморилонитового комплекса, структурирования и повышения удерживающих воду и питательные вещества свойств целесообразно согласно изобретению после внесения названного гуминового концентрата в грунты и почвы вносить кальций-, магний- и кремнийсодержащие вещества.

Целесообразно согласно изобретению названный гуминовый концентрат вносить в названные грунты и почвы в виде смеси с кальций-, магнийсодержащими веществами, после чего в грунты и почвы вносить кремнийсодержащие вещества.

Согласно изобретению целесообразно в качестве кальцийсодержащего материала использовать мел, мергель, известняк, гипс, известь.

Согласно изобретению целесообразно в качестве магнийсодержащего материала использовать доломит, магнезит, магниевую известь.

Согласно изобретению целесообразно в качестве кремнийсодержащего материала использовать диоксид кремния, имеющий удельную площадь поверхности по меньшей мере 20 кв. м на 1 грамм названного материала.

Поставленная задача решается также благодаря способу компостирования органических отходов, включающему внесение при перемешивании в органические отходы природного органического материала и минеральных веществ, компостирование полученной смеси в условиях ее аэрации при температуре 25-30^oC до получения органоминерального удобрения, при котором согласно изобретению в качестве природного органического материала используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированыне гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами.

Согласно изобретению целесообразно в качестве минеральных веществ использовать мел, известняк, гипс, доломит или магнезит.

Поставленная задача решается также благодаря способу утилизации осадков водопроводных вод, включающему их обезвоживание, при котором согласно изобретению в обезвоженные осадки водопроводных вод вводят от около 0,05 до около 10,0 мас.% гуминового концентрата, полученного электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащего гидротированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, после чего полученный продукт вносят в грунт и/или почву и восстанавливают свойства и повышают плодородие грунтов и почв.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания гуминового концентрата, способа получения гуминового концентрата, устройств для электрохимического получения гуминового концентрата, способ очистки воды от примесей, способа обезвоживания вязкотекучих сред, способа детоксикации органических соединений, способа утилизации осадков сточных вод, способа создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, способа компостирования органических отходов и способа утилизации осадков водопроводных вод, а также конкретных примеров на заявляемые объекты защиты и фигур, на которых:
фиг. 1 схематично изображает устройство для электрохимического получения гуминового концентрата согласно изобретению,
фиг. 2 - то же, разрез в направлении линии П-П на фиг. 1,
фиг. 3 схематично изображает другой вариант выполнения устройства для электрохимического получения гуминового концентрата согласно изобретению,
фиг. 4 - то же, разрез в направлении линии IV-IV на фиг. 3,
фиг. 5 схематично изображает еще один вариант выполнения устройства для электрохимического получения гуминового концентрата согласно изобретению,
фиг. 6 - то же, вид сверху.

Согласно заявляемому изобретению создан новый продукт - гуминовый концентрат из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами. Различное соотношение названных компонентов заявляемого гуминового концентрата позволяет варьировать химические, физические, физико-механические свойства этого продукта и успешно использовать его для решения тех или иных задач, направленных на охрану и восстановление природной среды.

Высокая эффективность гуминового концентрата, как ионообменного, сорбционного, флокулирующего и структурообразующего материала связана с тем, что в нем молекулы гуминовых кислот находятся в переходном гидратированном состоянии, когда лишь часть их кислотных групп диссоциирована, что характерно для многих биоорганических молекул. В характеристике гуминового концентрата это отражено, как различное соотношение в нем гуминовых кислот и гуматов. pH таких систем колеблется в безопасных для биообъектов пределах. В зависимости от степени диссоциированности молекул гуминовых кислот в концентрате, продукт способен к растворению в воде из сухого или влажного состояния. В то же время содержит значительное количество недиссоциированных кислотных групп и, имея более низкий, чем в гуматах отрицательный заряд, гуминовые кислоты в таком состоянии формируют в водных системах пространственные структуры, обеспечивающие их хозяйственнополезные свойства.

Заявляемый гуминовый концентрат, помимо названных выше компонентов, содержит незначительное количество органоминеральных и минеральных примесей, состав которых зависит от использованного исходного природного сырья. Под природным сырьем понимаются природные гумиты и каустобиолиты угольного ряда - горючие сланцы, ископаемые угли, торф.

В отличие от заявляемого гуминового концентрата исходное сырье в зависимости от происхождения, кроме практически не гидратированных гуминовых кислот, может содержать: свободный углерод, гумины, битум, минеральную часть, основными компонентами которой являются алюмосиликаты.

Для торфов и малолитифицированных бурых углей характерны различимые глазом различные растительные остатки: лигнины, целлюлоза, карбогидратные соединения, моно-, ди-, три-, полисахариды, азот- и серусодержащие производные (аминокислоты, гликозиды, замещенные тиолы, сульфиды, пептиды).

Более конкретно заявляемый гуминовый концентрат может содержать от около 0,5 до около 27,0 мас.% гидратированных гуминовых кислот, от около 0,5 до около 27,0 мас. % солей гуминовых кислот, от около 0,5 до около 2,5 мас.% минеральных компонентов исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, представленных преимущественно полимерными соединениями железа, алюминия, кремния, химически связанных с содержащимися гуминовыми кислотами, и от 70 до 90 мас. % воды. pH заявляемого гуминового концентрата может составлять таким образом величину от 3,0 до 8,0.

Заявляемый гуминовый концентрат можно характеризовать тремя его основными типами (A, B, и C).

Тип A - гуминовый концентрат, содержащий (по сухому веществу) 90 и более мас.% гидратированных гуминовых кислот. Продукт имеет влажность 70-85% и консистенцию водонерастворимой пастообразной или сырой сыпучей массы с pH 3-4.

Тип B - гуминовый концентрат, содержащий (по сухому веществу) от 90 до 60 мас. % гидратированной гуминовой кислоты, имеющей влажность 90-75%, pH 4-6,5. Продукт представляет собой желеобразную массу, растворимую в воде, однако теряющую водорастворимость после высушивания.

Тип C - гуминовый концентрат, содержащий (по сухому веществу) от 60 до 5 мас. % гидратированной гуминовой кислоты, имеющий влажность 90-80% и pH 6,5-8. Продукт представляет собой легко растворимую в воде массу вязкотекучей консистенции, не теряющую водорастворимости при высушивании.

Зольность сухой части гуминовых концентратов всех типов варьируется в пределах 5-10 мас.% (по сухому веществу).

Согласно заявляемому изобретению целесообразно названный гуминовый концентрат получать путем электролиза водных растворов солей гуминовых кислот, осуществляемого в единой зоне между анодом и катодом при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов. В указанных режимах на поверхности анода образуется целевой продукт, удаление которого с этой поверхности осуществляется непрерывно.

В соответствии с заявляемым изобретением, целесообразно при получении нового гуминового концентрата использовать анод, выполненный из материала, свойства и природа которого обеспечивают выполнение указанного выше условия - установление на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов. Помимо сказанного, материал анода должен обеспечивать в условиях наложения на электрод положительного потенциала, надежное прилипание - адгезию на аноде образующегося целевого продукта - заявляемого гуминового концентрата и, таким образом, исключить возможность выпадение получаемого продукта в виде осадка в электролите с последующим растворением в нем. Кроме того, материал анода должен иметь механическую прочность, достаточную для возможности осуществлять непрерывное удаление с анода целевого продукта, исключив его повреждение. Непрерывное удаление с анода целевого продукта надежно исключает его пассивацию. Согласно заявляемому изобретению таким материалом может быть, например, графит, двуокись рутения. В соответствии с заявляемым изобретением, при осуществлении описанного способа получения используют анод, выполненный, например, из графита или двуокиси рутения.

При осуществлении заявляемого способа получения гуминового концентрата в единую межэлектродную зону вводят водный раствор гуматов, полученный путем щелочной экстракции исходного сырья. Условия электрохимического процесса подбираются так, чтобы в первый момент на аноде протекал разряд анионов гуминовых кислот с образованием адгезированной на поверхности анода пленки пространственного полимера, обладающего высокой вязкостью и практически фиксирующей находящиеся в прианодном пространстве анионы гуминовых кислот. Благодаря этому в пленке одновременно протекают: процесс подкисления с переходом анионов гуминовых кислот в свободные кислоты и удалением из прианодного пространства ионов щелочных металлов и/или аммония и процесс электроосмотического обезвоживания. Глубина протекания этих процессов зависит, как сказано выше, от анодного потенциала, материала анода, а также концентрации гумата, и времени от момента образования полимерной пленки до ее удаления. Это позволяет в течение одного процесса получать целую гамму различных продуктов (гуминовых концентратов), которые различаются степенью замещения щелочных катионов на водород в многоосновных гуминовых кислотах. По мере протекания электрохимического процесса электролит обогащается щелочью и его возвращают на стадию экстракции.

Заявляемый способ не требует дополнительных устройств для отделения целевого продукта от электролита. Способ позволяет непосредственно получать целую гамму продуктов на основе гуминовых кислот, различающихся растворимостью, влажностью и кислотностью, как это сказано выше.

Осуществление описанного способа возможно с помощью устройства для электрохимического получения гуминового концентрата из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащего гидратированные гумитовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с названными гуминовыми кислотами.

Заявляемое устройство содержит электролизную ванну - катод 1 (фиг. 1), выполненную в виде цилиндрического желоба, с торцевыми стенками 2 и 3, на которых расположены подводящий и отводящий патрубки 4 и 5. Возможно расположение подводящего 4 и отводящего 5 патрубков на цилиндрической поверхности ванны 1 один напротив другого (на фиг. 1 не показано). В днище ванны 1 имеется сливной патрубок 6 для удаления осадка, образующегося в электролите при осуществлении электролиза, и представляющего собой нерастворимые примеси исходной соли гуминовых кислот. В ванне на валу 7 коаксиально с зазором 8 установлен барабан-анод 9. Левый и правый концы вала 7 опираются на подшипники 10 и 11 (выполненные, например, из диэлектрического материала), обеспечивающие возможность вращения вала 7. Цилиндрическая поверхность барабана-анода 9 покрыта специальным электродным материалом, например графитом, двуокисью рутения, торцевые стенки барабана-анода 9 покрыты диэлектрическим материалом. Одним концом вал 7 соединен посредством муфты 12 (выполненной, например, из диэлектрического материала) с приводом 13, число оборотов которого может регулироваться. На другом конце вала 7 установлено токоподводящее приспособление 14, соединенное с положительным полюсом источника постоянного тока 15. Приспособление 14 обеспечивает подвод тока на барабан-анод 9 через вращающийся вал 7. Ванна 1, установленная на раме 16, соединена с отрицательным полюсом источника постоянного тока 15 и заземлена.

Заявляемое устройство содержит приспособление 17 (фиг. 2) для удаления целевого продукта с цилиндрической поверхности барабана-анода 9, установленное на ванне 1. Приспособление 17 содержит скребок 18, установленный с возможностью изменения угла касания с цилиндрической поверхностью барабана-анода 9.

Приспособления 10, 11, 12 (фиг. 1) и 17, 18 (фиг. 2) обеспечивают электрическую изоляцию барабана-анода 9 от ванны-катода 1.

Заявляемое устройство электрохимического получения нового гуминового концентрата работает следующим образом.

Исходный водный раствор соли гуминовых кислот, например гумат натрия или калия, полученный путем обработки исходного сырья раствором щелочного реагента и отделенный путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования подают через патрубок 4 в ванну-катод 1. Возможна подача раствора гумата как вдоль ванны 1, так и поперек ее (на фиг. 1 не показано).

После заполнения ванны 1 водным раствором соли гуминовых кислот, приводом 13 посредством муфты 12 и вала 7 приводят во вращательное движение барабан-анод 9.

От источника постоянного тока 15 через приспособление 14 и вал 7 на барабан 9 подают положительный потенциал, а на ванну 1 подают отрицательный потенциал. В зазоре 8 между цилиндрической частью ванны-катода 1 и барабана-анода 9 протекает процесс электролиза раствора соли гуминовых кислот с образованием на цилиндрической поверхности барабана-анода 9 слоя гуминового концентрата. Плотность тока и скорость вращения барабана-анода 9 устанавливают, исходя из необходимости получения гуминового концентрата типа A, B или C. Например, при использовании графитового анода для получения гуминового концентрата типа A плотность тока устанавливают в диапазоне 300-600 А/м², концентрация исходного раствора гумата должна составлять 4-8 мас.%, период очищения электрода должен составлять 3-10 секунд. Для получения гуминового концентрата типа B плотность тока устанавливают в диапазоне 100-400 А/м², концентрация исходного раствора гумата должна составлять 6-9 мас.%, период очищения электрода должен составлять 2-5 секунд. Для получения гуминового концентрата типа C плотность тока устанавливают в диапазоне 50-200 А/м², концентрация исходного раствора гумата должна составлять 8-10 мас.%, период очищения электрода должен составлять 1-3 секунды.

При вращении барабана-анода 9 выделившийся в зоне электролиза (в зазоре 7) на части цилиндрической поверхности барабана-анода 9 гуминовый концентрат выводят из раствора и далее удаляют с этой поверхности скребком 18 приспособления 17 и направляют на складирование или расфасовку.

В установившемся режиме работы устройства раствор соли гуминовых кислот непрерывно подают через патрубок 4 в ванну-катод 1 и непрерывно отводят из нее. В прошедшем через зону электролиза (зазор 8) растворе соли гуминовых кислот понижается концентрация органической составляющей раствора и повышается pH. Отводимый из ванны-катода раствор направляют на повторное использование в качестве экстрагента для обработки исходного сырья. В зависимости от pH этого раствора в него дополнительно вводят щелочной реагент.

В процессе электролиза раствора соли гуминовых кислот из него выпадают в виде осадка углеродные и глинистые компоненты исходного сырья, которые по мере накопления удаляют из ванны-катода 1 через сливной патрубок 6.

Получение заявляемого концентрата возможно осуществлять с помощью другого устройства для электрохимического получения гуминового концентрата из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходного сырья, химически связанные с содержащимися в концентрате гуминовыми кислотами.

Заявляемое устройство содержит электролизную ванну-катод 1 (фиг. 3, 4), выполненную в виде горизонтально установленного желоба, разделенного поперечно установленными стенками 19 (фиг. 3) на отдельные секции 20, при этом на торцевых стенках 2 и 3 установлены подводящий 4 и отводящий 5 патрубки, предназначенные для подвода и отвода раствора соли гуминовых кислот. Раствор соли гуминовых кислот заполняет весь объем ванны 1, переливаясь через стенки 19. В каждой секции 20 с двух противоположных сторон могут быть выполнены подводящий и отводящий патрубки, а также может быть выполнен сливной патрубок. В каждой секции 19 между парой стенок 19 имеется анод 21 (фиг. 3, 4), выполненный в виде диска, каждая торцевая поверхность которого образует с каждой противолежащей стенкой 19 зоны 22 и 23 (фиг. 3) электролиза. При этом аноды 21, имеющиеся в каждой секции 19, соединены между собой общим валом 7, установленным с возможностью вращения вокруг его продольной оси в подшипниках 10 и 11, выполненных, например, из диэлектрического материала. На одном из концов вала 7 установлена муфта 12, выполненная из диэлектрического материала и соединяющая вал 7 с приводом 13. На другом конце вала 7 имеется токоподводящее приспособление 14, соединенное с положительным потенциалом источника 15 постоянного тока. Ванна 1, имеющая стенки 2,3 и 19, соединена с отрицательным потенциалом источника 15 постоянного тока.

Устройство снабжено приспособлением 17 для удаления целевого продукта с торцевых поверхностей анодов 21, которое содержит скребки 18, установленные по обе стороны торцевых поверхностей каждого анода 21 с возможностью изменения угла наклона относительно этих торцевых поверхностей.

Подшипники 10 и 11, муфта 12 и приспособление 17 со скребками 18 обеспечивают электрическую изоляцию каждого анода 21 и вала 7 от ванны-катода 1, установленной на раме 16.

Описанное устройство для электрохимического получения нового гуминового концентрата работает следующим образом.

Исходный раствор соли гуминовых кислот по патрубку 4 подают в ванну-анод 1, все секции которой заполняются при переливе раствора через стенки 19. Посредством привода 13 во вращение приводится вал 7 и аноды 21. От источника постоянного тока 15 на аноды 21 подают положительный потенциал, а на ванну 1 и стенки 2, 3, 19 - отрицательный. В помощью источника постоянного тока 15 между анодами 21 и стенками-катодами 2,3,19 устанавливают разность потенциалов, достаточную для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкую, чем потенциал разряда гидроксильных ионов.

В каждой секции 20 в зонах 22 и 23 происходит электролиз раствора соли гуминовых кислот. Механизм выделения гуминового концентрата на каждом аноде 21 аналогичен описанному выше. То есть анионы гуминовых кислот движутся к аноду 21 и, разряжаясь на нем, оседают на его поверхности. При медленном вращении каждого анода 21 слой осевшего на его торцевых поверхностях гуминового концентрата выводятся из раствора соли гуминовых кислот (электролита).

Приспособление 17 с помощью скребков 18 удаляет слой образовавшегося гуминового концентрата с торцевых поверхностей дисков 21 и направляет полученный продукт на складирование или затаривание.

Процесс протекает непрерывно, то есть вращающиеся электроды 21 непрерывно выводят из электролита целевой продукт.

Пройдя через секции 20, раствор соли гуминовых кислот отводится из ванны 1 через отводящий патрубок 5. Из ванны 1 выходит щелочной раствор, его направляют на повторную обработку исходного сырья в качестве экстрагента.

Возможна подача исходного раствора соли гуминовой кислоты сразу во все секции 20 через патрубки 4 и отвод через патрубки 5, имеющиеся в каждой секции 20. В этом случае процесс получения гуминового концентрата происходит в каждой секции 2 в одинаковых условиях и является наиболее рациональным, а отработанный раствор в полном объеме возвращается в качестве экстрагента для обработки исходного сырья.

При эксплуатации заявляемого устройства происходит выпадение в осадок содержащихся в исходном растворе минеральных примесей, поэтому из каждой секции 20 периодически осуществляют вывод образовавшегося осадка через патрубок 6.

Описанный выше способ получения гуминового концентрата возможно также осуществлять с помощью устройства для электрохимического получения гуминового концентрата из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов, химически связанные с содержащимися в концентрате гуминовыми кислотами.

Заявляемое устройство содержит электролизную ванну-катод 1 (фиг. 5), выполненную в виде горизонтально установленного желоба с торцевыми стенками 2 и 3 (фиг. 6), на которых закреплены подводящий и отводящий патрубки 4 и 5, предназначенные для подвода исходного раствора гумата и отвода отработанного гумата. На ванне 1 имеется сливной патрубок 6.

В ванне 1 на валу 7 коаксиально с зазором 8 установлен барабан-анод 24 (фиг. 5). Вал 7 опирается на подшипники 10 и 11, выполненные, например, из диэлектрического материала), обеспечивающие возможность вращения вала 7. Торцевые стенки барабана-анода 24 или внутренние поверхности торцевых стенок 2 и 3 покрыты диэлектрическим материалом. Одним своим концом вал 7 соединен посредством муфты 12 (выполненной, например, из диэлектрического материала) с приводом 13, количество оборотов которого может регулироваться. На другом конце вала 7 установлено токоподводящее приспособление 14, соединенное с положительным потенциалом источника 15 постоянного тока. Приспособление 14 обеспечивает подвод тока на барабан-анод 24 через вращающийся вал 7. Ванна 1, установленная на раме 16 соединена с отрицательным потенциалом источника 15 постоянного тока и заземлена. На раме 16 установлен натяжной ролик 25 (фиг. 5) и поддерживающий ролик 26 (фиг. 5). На барабане 24 и ролике 25 установлен бесконечный транспортер 27 (фиг. 5,6) так, что барабан 24 и ролик соприкасаются с внутренней поверхностью бесконечного транспортера 27 (из электропроводящего материала).

Ролик 25 может быть снабжен приводом (на фиг. не показан).

Заявляемое устройство содержит приспособление 17 для удаления целевого продукта - гуминового концентрата, которое закреплено на раме 16 со стороны ролика 25 и содержит скребок 18, установленный с возможностью изменения угла касания с внешней поверхностью транспортера 27.

Подшипники 10 и 11, муфта 12, ролики 15 и 16, приспособление 17 и скребок 18 обеспечивают электрическую изоляцию анода 24, 27 от катода 1.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Исходный водный раствор гумата подают в электролизную ванну 1 через патрубок 4 и заполняют ванну 1 до установленного уровня. Приводом 13 барабан 24 приводится во вращение, которое передается на транспортер 27 и на ролики 25 и 26. Возможно приводить во вращение ролик 25 (от привода, который на фиг. не показан), сообщающий движение транспортеру 27, а барабан 24 не вращать. В этом случае транспортер 27 скользит по цилиндрической поверхности барабана 24.

От источника 15 постоянного тока на барабан 24 и соответственно на транспортер 27 подают положительный потенциал, а на ванну 1 - отрицательный. То есть барабан 24 и транспортер 27 являются анодом, а ванна 1 - катодом. В зазоре 8, который является зоной электролиза, протекает электрохимический процесс, сущность которого изложена выше, сопровождающийся выделением из раствора и оседанием на внешней поверхности транспортера 27 целевого гуминового концентрата.

Образовавшийся гуминовый концентрат с помощью транспортера 27 выводится из зоны электролиза (зазор 8) и поступает к ролику 25, где происходит его удаление с поверхности транспортера 27 скребком 18, входящего в состав приспособления 17. Этот гуминовый концентрат является целевым продуктом и отводится на складирование или растаривание.

Очищенная от гуминового концентрата внешняя поверхность транспортера 27 вновь поступает в зону электролиза (зазор 8).

Таким образом, процесс получения гуминового концентрата осуществляется непрерывно. При этом исходный раствор гумата непрерывно подается в ванну 1 через патрубок 4 и, пройдя электролиз, непрерывно отводится из ванны 1 через патрубок 5. Отработанный раствор гумата направляется на повторное использование в качестве экстрагента для обработки исходного сырья.

Выпадающий из раствора гумата (в процессе электролиза) осадок, содержащий преимущественно глинистые и углеродные примеси (характерные для исходных гумитов 4 каустобиолитов) по мере его накопления периодически удаляют из ванны 1 через сливной патрубок 6.

Предлагаемый новый продукт - гуминовый концентрат может быть успешно использован для решения ряда экологических и сельскохозяйственных проблем.

Благодаря заявляемому изобретению, стало возможным без применения дорогостоящих коагулянтов и флокулянтов эффективно очищать воду, включая воду водоемов, от органических и других примесей с получением осадков, легко поддающихся сжиганию без образования токсичных соединений и утилизации путем компостирования и/или захоронения на полигонах.

При осуществлении заявляемого способа очистки вод в исходную жидкость, содержащую растворимые и нерастворимые неорганические, органические и микробиологические загрязнения вводят при перемешивании описанный выше гуминовый концентрат. При этом происходит сорбция растворимых в воде примесей, коагуляция и флокуляция дисперсных (нерастворимых) примесей. Являясь природным полимером, гуминовый концентрат образует пространственные структуры, включающие в себя растворимые и нерастворимые органические и неорганические примеси.

Как было сказано выше, заявляемый и предлагаемый к использованию гуминовый концентрат включает молекулы, ассоциаты и агрегаты. Структура гуминового концентрата содержит элементы, имеющие сродство к микроорганизмам. По этой причине происходит поверхностная и объемная сорбция вирусов на ассоциатах гуминового концентрата, а также сорбция молекул, ассоциатов и агрегатов концентрата на микробных клетках, зоо- и фитопланктоне. При этом поверхностные физико-химические свойства микробиологических примесей, как объекта воздействия, уже не играют существенной роли, а определяются физико-химическими свойствами гуминового концентрата.

После введения гуминового концентрата возможно введение в воду кальциевой извести (гидроокиси кальция). При этом гуминовый концентрат связывается кальцием и переходит в водонерастворимую форму с образованием легко оседающих хлопьев, включающих в себя загрязнения. Если количество гуминового концентрата для характерных видов и концентраций загрязняющих примесей составляет 0,01-2,5 мас.% от массы обрабатываемой воды, то количество извести по сухому веществу составляет 5-30% от массы гуминового концентрата.

Обработанную гуминовым концентратом и кальциевой известью воду отстаивают, осадок удаляют и обезвоживают любым из известных способов (отстаиванием, фильтрацией, центрифугированием и т. д.). Обезвоженный осадок сжигают при температуре не менее 800^oC, так как при этой температуре разлагаются вещества гуминового концентрата без образования каких-либо вредных соединений или токсичных газов. Обезвоженный осадок также компостируют и получают ценное удобрение. Если осадок содержит токсичные вещества, то его захоранивают на специальных полигонах.

В случае очистки загрязненной воды водоема, образующиеся хлопья оседают на дно и не оказывают вредного влияния на окружающую среду.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять обезвоживание вязкотекучих сред.

Заявляемый способ обезвоживания вязкотекучих сред позволяет получать сыпучий продукт легко поддающийся транспортировке и последующей переработке.

При осуществлении заявляемого способа вязкотекучие среды (суспензии), которые требуется максимально возможно обезводить, смешивают с взятыми в количестве 0,1-3,0 мас.% гуминовым концентратом в малорастворимой форме.

Гуминовый концентрат при введении в суспензии сорбируется на поверхности минеральных и органических компонентов суспензии или сорбируют их на своей поверхности, устраняя контрастность в проявлении ими поверхностных физико-химических свойств. Наибольшее влияние гуминового концентрата на исходную суспензию, как показали исследования, проявляются при введении названного концентрата в количестве 0,1 - 3,0 мас.%. Далее в суспензию с присутствующими в ее составе 1-30 мас.% измельченных, например, до частиц размером 0,25 мм природных материалов, а именно Ca-содержащих пород и/или минералов и/или Mg-содержащих пород и/или минералов. Примерами названных природных материалов могут служить доломит, известняк, мергель, силикагель. Введение названных материалов приводит к формированию хорошо структурированной сыпучей массы, иными словами, гуминовый концентрат, взаимодействия с магнием, в случае доломита, или с кальцием, в случае известняка, в суспензии образует водонерастворимые соединения - гумат магния или гумат кальция, которые, соединяя органические и минеральные компоненты, создают прочную объемную структуру, обладающую прочностью, в порах и капиллярах которых находится жидкая фаза.

Внешнее проявление положительного эффекта заключается в переходе суспензии из текучего состояния в связно-структурированное или вязкопластичное состояние. При этом вода из пор и капилляров такой среды легко отводится под действием собственного веса, давления или механическим путем.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять детоксикацию органических соединений.

Заявляемый способ детоксикации органических соединений позволяет обеспечить эффективное связывание токсичных, мутагенных, канцерогенных и других токсичных органических соединений, после чего происходит ускоренное их разложение.

Для этого гуминовый концентрат в количестве от около 0,05 до около 10% типа А или В вводят в объекты, содержащие органические экотоксиканты, в первую очередь происходит адсорбция последних на высокомолекулярных гуминовых кислотах, присутствующих в значительном количестве в заявляемом концентрате. Адсорбция происходит по типу гидрофобного взаимодействия и/или ковалентного связывания. После образования комплекса протекают процессы дехлорирования полихлорированных органических соединений с параллельно-последовательными реакциями окисления-гидроксилирования полихлорированных и полициклических соединений. Процессы окисления-гидроксилирования значительно ускоряются при введении в гуминовый концентрат, микродоз водорастворимых соединений металлов переменной валентности, например никеля, марганца и т.д., которые являются катализаторами этих процессов.

Такого рода трансформация органических ксенобиотиков переводит их из персистентного (устойчивого) состояния в доступное для микробиологической деструкции состояние. При высоких уровнях загрязнения объектов окружающей среды органическими соединениями их микрофлора находится в угнетенном состоянии и не способна существенно влиять на ксенобиотики. Поскольку гуминовый концентрат является естественным компонентом почв, то есть тем субстратом, на котором обитают и хорошо развиваются микроорганизмы, то его внесение обеспечивает повышение активности микрофлоры. При этом микроорганизмы, сорбируясь на гуминовых кислотах активно разрушают сконцентрированные там органические ксенобиотки. Ускорение разложения органических поллютантов достигается путем совместного введения в загрязненные ими объекты гуминового концентрата и углеводородокисляющих и других микроорганизмов. Эффективно также внесение микроорганизмов в уже обработанные гуминовым концентратом объекты.

Наряду с детоксикацией органических поллютантов, применение гуминового концентрата обеспечивает повышение влагоемкости и плодородия почв, улучшение структуры и свойств грунтов. Также увеличивается связность и устойчивость к водной и ветровой эрозии различного рода отходов и повышается степень очистки технических растворов, природных и сточных вод от разных примесей.

Заявляемый способ позволяет осуществлять детоксикацию компостов и осадков сточных вод за счет необратимого связывания и перевода в неподвижное состояние подвижных форм тяжелых металлов.

Для этого гуминовый концентрат в количестве от около 0,1 до около 10,0 мас. % перемешивают с компостом и/или осадками сточных вод, после чего их вносят на поле в качестве гумусированного органоминерального удобрение в дозе 20-40 т/га по сухому веществу один раз в четыре-пять лет.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять утилизацию осадков сточных вод.

Заявляемый способ утилизации осадков сточных вод позволяет проводить захоронение бытовых и промышленных отходов, исключая при этом ухудшение экологического состояния окружающей среды.

Используемый в этом способе гуминовый концентрат, взятый в количестве от около 0,1 до около 10,0 мас.% образует с присутствующими в осадках сточных вод ионами тяжелых металлов водонерастворимые соединения. Образование водонерастворимых соединений катионов тяжелых металлов с гуминовым концентратом исключает их миграцию и предотвращает тем самым поступление в подземные воды и в растения (при депонировании осадков сточных вод). Образующиеся при этом соединения действуют подобно коллоидному клею, скрепляя минеральные и органические частицы осадка и формируя из них объемно-пространственную структуру. Обладая высокой влагоемкостью, гуминовый концентрат удерживает воду в виде физически связанной и иммобилизованной воды, обеспечивая тем самым дополнительное сцепление частиц осадка электростатическими и капиллярными силами. В совокупности это приводит к резкому увеличению сопротивления фильтрации воды через слой такого осадка, причем коэффициент фильтрации осадка, численно равный скорости фильтрации, становится равными или меньшим коэффициенту фильтрации рекомендуемого в качестве изолирующего грунта суглинка (10^-3 м/сутки).

Доза внесения гуминового концентрата в осадки сточных вод определяется общим содержанием катионов тяжелых металлов, степенью обезвоживания осадков (их влажностью), отношением концентрацией органического и минерального вещества и составляет 0,1-15% от массы сухого вещества осадков.

Согласно заявляемому изобретению полученная указанным образом масса представляет собой материал, который возможно складировать на полигонах для захоронения бытовых и промышленных отходов (на свалках городских и промышленных отходов), используя в качестве изолирующего материала.

Технологиями обустройства и содержания полигонов по захоронению бытовых и промышленных отходов предусматривается их размещение в специально подготовленных котлованах с бетонным или водонепроницаемым глинистым основанием. При этом отходы укладываются слоями толщиной 2 м и каждый слой должен быть изолирован друг от друга слоем изолирующего грунта толщиной 0,3 м. В качестве изолирующих грунтов должны применяться суглинки или глины, обладающие низким коэффициентом фильтрации (10^-3 м/сутки). Слои изолирующего грунта должны разделять тело свалки и препятствовать развитию интенсивных микробиологических, газогенерирующих и тепловых процессов. Но самое главное, изолирующие слои должны исключать проникновение поверхностных вод от дождей, таяния снегов и т.д., а также подземных вод в тело свалки, так как вода, насыщаясь в теле свалки вредными и токсичными веществами и превращаясь в токсичный фильтрат, загрязняет затем почву, поверхностные и подземные воды. При этом потребности в изолирующих грунтах таковы, что необходимо строить специальные карьеры по добыче суглинка и глины.

В практике обустройства и содержания полигонов по захоронению бытовых и промышленных отходов изолирующие слои грунта не укладывают из-за отсутствия природных источников суглинка и глины или высокой стоимости их добычи. По этой причине такие полигоны превращаются в зоны экологического бедствия прежде всего из-за загрязнения окружающей среды фильтратом.

Согласно изобретению на каждый слой отходов (бытовых или промышленных) укладывают слой из массы осадков сточных вод и гуминового концентрата, при этом слой массы осадков сточных вод и гуминового концентрата укладывают первым в основание свалки и на ее поверхность после окончания захоронения отходов. Слой отходов должен составлять при этом 1,5-2,5 м, а слой из массы осадков сточных вод и гуминового концентрата 0,2-0,5 м.

Таким образом, слои из массы осадков сточных вод и гуминового концентрата, изолируя слои отходов (бытовых и промышленных) друг от друга и от проникновения в них воды, разделяют тело свалки на отдельные слои, между которыми прекращаются процессы тепло-, массо- и газообмена. При этом решается самый главный вопрос - предотвращение поступления воды, образуемой при дожде, таянии снегов, паводках, которая, будучи насыщенной кислородом, значительно ускоряет процессы окисления органического вещества и, как следствие, вызывает усиление выделения газов из тела свалки. Кроме того, предотвращается образование фильтрата, то есть воды, прошедшей через тело свалки и насыщенной токсичными ионами тяжелых металлов, вредными полициклическими ароматическими углеводородами, канцерогенными хлорорганическими соединениями и т.д. и которая является главным источником загрязнения подземных и поверхностных вод.

Таким образом, фиксируя в осадках сточных вод ионы тяжелых металлов и делая их водонепроницаемыми, гуминовый концентрат в составе слоев осадков сточных вод изолирует тело свалки и, тем самым, предотвращают вторичное загрязнение окружающей природной среды. Кроме того, благодаря заявляемому способу решается вопрос о депонировании осадков сточных вод, как источнике загрязнения окружающей среды. Благодаря изобретению предотвращается отчуждение земель под карьеры, предназначенные для выемки суглинка и глины, используемых для образования изолирующих слоев на полигонах для складирования бытовых и промышленных отходов. При этом исключаются затраты на добычу природного грунта из указанных карьеров.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять создание почв из естественных и искусственных грунтов и восстанавливать свойства и плодородие деградированных почв.

Естественные грунты (песок, гравий, песчано-гравийная смесь, супесь, суглинок, глина) характерны для районов строительства различных зданий, сооружений, дорог и т.д. Такие грунты подвержены водной и ветровой эрозии, так как их поверхность не защищена растительным, в том числе травянистым покровом. Растительный покров на таких грунтах не развивается вообще или развивается очень медленно. Для озеленения (задернения) таких грунтов на их поверхность укладывают слой привозной почвы толщиной 10-30 см, на которой и развивается растительность, защищая грунт и создавая благоприятный экологический фон.

Засоленные в результате деятельности человека земли и природные солончаки, а также загрязненные органическими веществами, в том числе нефтепродуктами, и неорганическими веществами, в том числе тяжелыми металлами, земли целесообразно отнести не к почвам, а к грунтам, так как в них нарушены или полностью прекращены характерные для почв процессы, а произрастающая на них растительность токсикологически опасна для животных и человека.

Засоленные земли подвергают мелиорации различными методами, в том числе промывают водой, а загрязненные земли либо собирают и захоранивают в специальных могильниках, либо засыпают инертными материалами с последующей укладкой слоя привозной почвы.

Пустынные и полупустынные земли, не являющиеся почвами в собственном смысле этого слова, также целесообразно отнести к естественным грунтам. Почвы на этих землях создают преимущественно за счет укладки привозных почв с большим содержанием гумуса.

Искусственные грунты в основном представляют собой депонированные на соответствующих площадях в виде терриконов, отвалов и свалок отходы промышленности и строительства. Эти грунты включают шлак и золу металлургических предприятий, теплоэлектростанций, мусоросжигательных заводов, отходы переработки и обогащения полезных ископаемых, строительный мусор и т.д.

Озеленение таких грунтов осуществляют преимущественно путем нанесения на них слоя привозной почвы, торфа или компоста на основе торфа.

Общеизвестно, что основу плодородия почвы и всех ее основных свойств составляет гумус. Основу гумуса составляют преимущественно кальциевые и магниевые соли гуминовых кислот.

Внесение в естественный и искусственные грунты, а также в деградированные почвы, для которых характерно полное отсутствие или малое содержание гумусоподобных веществ, гуминовых кислот и/или их производных является эффективным путем создания почв. Источником гуминовых кислот и их производных в этом случае являются не почвы, сапропели и торф, выемка из мест естественного распространения которых приводит к разрушению сложившихся экосистем, а энергетически малоценный, доступный и дешевый бурый уголь, а также не имеющий никакой практической ценности окисленный в пластах каменный уголь. Так, если в лучших почвах - черноземах максимальное содержание гуминовых веществ составляет 1-9%, а в торфе - 20-10%, то в буром угле их содержание составляет 40-80%, а в окисленных углях - до 90%. Основная же масса почв содержит от 0,15 до 3% гуминовых веществ.

Почвы из естественных и искусственных грунтов создают следующим образом.

Гуминовый концентрат, содержащий в количестве от около 0,5 до около 2,0 мас. % вносят в верхний слой грунта на глубину 10-30 сантиметров. Внесение осуществляют пропиткой грунта раствором гуминового концентрата, подачей гуминового концентрата в зону механического воздействия на грунт при его вспашке или культивации, предварительным нанесением на поверхность грунта при последующем вспашке и/или культивации.

Гуминовый концентрат легко смешивается с частицами грунта и сорбируется на их поверхности. Гуминовый концентрат со всеми металлами, кроме металлов первой группы, образует водонерастворимые соли - гуматы. Так, в грунте гуминовый концентрат образует гумат кальция, гумат магния, гумат железа, гумат алюминия и т.д. С тяжелыми металлами гуминовый концентрат образует водонерастворимые гуматы, что приводит к детоксикации грунта, то есть к потери им токсичности по отношению к микроорганизмам и растениям. Будучи связанными в водонерастворимые соединения, тяжелые металлы теряют способность мигрировать по профилю грунта в подземные и поверхностные воды и в растения. Гуминовый концентрат обладает большой влагоемкостью и высоким склеивающим действием, что приводит к резкому увеличению влагоемкости грунта и образованию характерной для почв структуры. Грунт при этом закрепляется и приобретает повышенную устойчивость к водной и ветровой эрозии.

В грунтах с малым содержанием соединений кальция и магния часть внесенного гуминового концентрата необходимо нейтрализовать. Для этого в грунт вносят кальций и/или магний-содержащие материалы, в также кремнийсодержащие материалы. Например, в качестве кальцийсодержащих веществ вносят гашеную известь, измельченный мел, мергель, известняк (известковую муку), гипс. В качестве магнийсодержащего материала вносят магниевую известь, измельченный доломит (доломитовую муку) и/или магнезит. При этом, чем выше степень помола кальций- и магнийсодержащих материалов, тем выше эффективность их действия.

В качестве кремнийсодержащего материала в грунт вносят измельченный аморфный кремнезем (диоксид кремния) или кремнийсодержащие отходы промышленности, например кремнийсодержащие отходы металлургического производства.

Гуминовый концентрат с кальций- и магнийсодержащими веществами образует соответственно гумат кальция и гумат магния, то есть основу естественного (природного) гумаса. При этом длительность контактирования гуминового концентрата с материалом грунта составляет не менее 2 месяцев, то есть в течение 2 месяцев после внесения гуминового концентрата формируется техногенная почва с набором полезных свойств.

В отдельных случаях, то есть особо ценных и дорогих участков земли, в грунты вносят не собственно гуминовый концентрат, а гуматы кальция и/или магния, полученные путем смешивания и компостирования гуминового концентрата с соответствующими дисперсными кальций и/или магнийсодержащими материалами. Аналогично восстанавливают свойства и плодородие деградированных почв.

Как в случае внесения в грунт гуминового концентрата и кальций- и/или магнийсодержащих материалов, так и в случае внесения в грунт приготовленных гуматов кальция и магния, происходит изменение минералогического состава грунтов создаваемых почв. Направленность процессов трансформации минеральных компонентов грунта включает преимущественно образование минералов монтмориллонитовой группы в присутствии соединений кремния. Без соединений кремния наблюдается некоторое разрушение минералов группы глауконита. Одновременно с этим увеличивается влагоемкость грунта. Формируется характерная для почв структура, активизируется микрофлора и стимулируется рост и развитие растений.

Предотвращается быстрая минерализация органического вещества почв, которая сменяется его гумификацией, резко снижается скорость вымывания органических и минеральных питательных веществ, создаются адсорбционные центры в почве, накапливаются и рационально используются питательные вещества.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять компостирование органических отходов.

Внесение в органические отходы гуминового концентрата привод к изменению видового состава микроорганизмов, участвующих в процессах трансформации органического вещества. Органические и минеральные вещества гуминового концентрата являются своего рода матрицей для синтеза гумусовых веществ из промежуточных продуктов разложения органического вещества. В совокупности при компостировании в присутствии гуминового концентрата происходит преимущественная гумификация, а не минерализация органического вещества отходов.

Согласно заявляемому изобретению с помощью заявляемого гуминового концентрата предлагается осуществлять утилизацию осадков водопроводных станций.

Для этого предварительно сгущенный и обезвоженный осадок водопроводных станций смешивают с гуминовым концентратом, содержащим гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных природных гумитов и/или каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами. При этом происходит взаимодействие растворимой (подвижной) части алюминия (преимущественно катионов сульфата алюминия) с молекулами названного гуминового концентрата с образованием нерастворимой соли - гумата алюминия. При этом полностью снимаются токсические свойства алюминия, то есть происходит детоксикация осадков. Органические компоненты осадков активно адсорбируются гуминовым концентратом и совместно с минеральным компонентами осадков образуют стабильное органоминеральное сырье. Гуминовый концентрат придает связность, высокую влагоемкость, устойчивость к ветровой и водной эрозии, что определяет возможность утилизации осадков водопроводных станций в качестве добавок, улучшающих водно-эрозионные водоудерживающие и адсорбционные свойства грунтов при их рекультивации, а также улучшающих свойства деградированных почв и повышающих их плодородие.

Для лучшего понимания настоящего изобретения приводится примеры его осуществления, которые ни в коей мере не ограничивают заявляемого изобретения.

Пример 1
В электролизер с анодами из титановых дисков, покрытых слоем двуокиси рутения, подают водный раствор гумата натрия с концентрацией 8%. Скорость оборотов анодов составляет 10 об/мин, плотность тока на аноде 400 А/м² . В процессе электролизера на анодах образуется гуминовый концентрат типа B, содержащий гуминовые кислоты - 14%, гумат натрия - 5%, связанные минеральные компоненты - 1%, воду - 80% и имеющий pH 6,0. Консистенция гуминового концентрата гелеобразная: получаемый продукт растворим в воде до концентрации 3% по сухому веществу. Выход по току 58%.

Полученный гуминовый концентрат характеризуется:
1. Элементным составом C = 51,8%, H = 2,9%, N = 0,64%, O = 44,1% и S = 0,6%.

2. Общей кислотностью (мэкг/г) = 4,0±0,3,
содержанием OH-групп (МЭкв/г) = 2,2±0,2,
3. Составом минеральной части в мг/г сухого вещества:
Al = 3,50, Ca = 15,15, Cu = 0,25, Mg = 2,22, Mn = 0,33, Sr = 0,21, Zn = 0,64, Fe = 10,9, Na = 20,23, Si = 0,08.

4. Гель-хроматограммой с практически единственным пиком с центром при 25000 дальтон, причем не менее 60% молекулярной массы располагается и интервале 22000-27000 дальтон.

5. Спектром ЯМР¹³, в котором присутствуют три хорошо разделенные полосы, соответствующие алкильным, ароматическим и карбоксильным углеродам, а также полностью отсутствуют поглощения при 50-100 м.д., относящиеся к углеродам, связанным с OH-группами карбогидратных фрагментов.

Пример 2
В электролизер с графитовым анодом подают водный раствор гумата натрия с концентрацией 9%, полученного путем щелочной экстракции бурого угля. Скорость оборотов анода устанавливают равной 15 об/сек, плотность тока на аноде 100 А/м².

В процессе электролиза на аноде образуется гуминовый концентрат типа C, содержащий гидратированные гуминовые кислоты 1,7%, гуматы натрия - 9%, связанные минеральные компоненты 0,8%, воду 89,5%, имеющей pH 7,5. Получаемый продукт имеет консистенцию вязкотекучей массы, хорошо растворимой (10% по сухому веществу) в воде. Выход по току составляет 45%. Другие характеристики полученного гуминового концентрата в основном аналогичны указанным в примере 1.

Пример 3
В электролизер с анодом, представляющем собой бесконечный транспортер, выполненный из углеграфитового материала подают водный раствор гумата калия концентрацией 5%. Скорость оборотов барабана, направляющего бесконечный транспортер-анод составляет 4 об/мин, плотность тока 500 А/м². В процессе электролиза на аноде образуется гуминовый концентрат типа A, содержащий: гидратированные гуминовые кислоты 25%, гумат калия 1,5%, связанные минеральные компоненты 2,5%, воду - 71%, Продукт имеет pH 3,5, пастообразную консистенцию и плохо растворим в воде (0,3% по сухому веществу). Выход по току 45%.

Другие характеристики полученного гуминового концентрата в основном аналогичны указанным в примере 1.

Пример 4
Очистке подвергают сточную жидкость молочного завода, содержащую 0,18% растворенного органического вещества, представленного в основном белками и полисахаридами.

В исходную жидкость при перемешивании вводят в виде 5% водного раствора гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 2.

При этом наблюдается образование хлопьев. После осаждения хлопьев надосадочную жидкость сливают и анализируют на содержание водорастворимого органического вещества методом лиофильной сушки и взвешивания сухого вещества. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Как видно из таблицы 1, наиболее эффективная очистка воды от растворенных органических примесей происходит при дозе внесения активированных гуминовых кислот в пределах 0,01-2,5 мас.%.

Образующийся после осаждения хлопьев осадок подвергают компостированию по стандартной методике. Установлено, что после компостирования осадок является ценным удобрением и, кроме того, значительно улучшает структуру и повышает влагоемкость почвы.

Пример 5
При аварийной разгерметизации трансформатора сточные воды предприятия загрязнены полихлорбифенилами (ПХБ). Контроль за содержанием ПХБ осуществляют с помощью газожидкостной хроматографии с предварительной экстракцией гексаном и концентрированием. В исходную жидкость, содержащую 0,08 мг/л полихлорбифенилов, вводят в виде 5%-ного водного раствора гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 2.

После чего весь объем жидкости перемешивают. При введении гуминового концентрата раствор окрашивается и приобретает светло-коричневый цвет. Затем в жидкость вводят раствор извести Ca(OH)₂ в количестве 15% от массы гуминового концентрата.

После осаждения примесей надосадочную жидкость анализируют на валовое содержание ПХБ. Зависимость снижения содержания ПХБ в воде от дозы гуминового концентрата (на сухое вещество) представлены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, оптимальная доза гуминового концентрата составляет 0,02-1,0% от массы обрабатываемой воды.

Образующийся при осаждении примесей осадок подвергают сжиганию в муфельной печи при температуре 800-900^oC. При этом происходит полное сгорание органического вещества осадка без образования вредных газов и токсичных соединений.

Пример 6
Производят очистку хозяйственно-бытовых сточных вод, пробы которых отбирают на городской станции аэрации. В исходную сточную жидкость вводят в виде 5%-ного раствора гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 2 в количестве от 0,5% (по сухому веществу) от массы обрабатываемой воды. Затем в жидкость вводят раствор извести и после осаждения образующихся при этом хлопьев анализируют воду на содержание в ней примесей. Показатели загрязнения исходной и очищенной воды при дозе внесения извести 5% (от массы кислоты) приведены в таблице 3.

Установлено, что с увеличением количества извести улучшаются водоотдающие свойства осадка. Осадок обезвоживают на центрифуге и подвергают как компостированию, так и сжиганию.

Пример 5
Проводят исследование очистки сточных вод углеобогатительной фабрики, содержание примесей в которых составляет 30 г/л. В пробы исходной воды вводят соответственно 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,3% гуминового концентрата, аналогично полученному в примере 1, и определяют скорость осаждения, чистоту слива и содержания твердого в осадке. Результаты представлены в таблице 4.

Для оптимальной дозы гуминового концентрата 0,05% определяемой по максимальной чистоте слива и максимальному содержанию твердого в осадке, то есть в сгущенном продукте, проводят исследования влияния гидроокиси кальция на эффективность очистки сточных вод углеобогатительной фабрики. Количество гидроокиси кальция изменялось от 5 до 100% от массы гуминового концентрата.

Результаты представлены в таблице 5.

Как видно из таблицы 5, наиболее оптимальным является расход гидроокиси кальция от 5 до 30%, так как при этом достигается максимальная скорость осаждения примесей, приемлемая чистота слива и максимальное содержание твердого в осадке.

Пример 7
На полигоне захоронения твердых и приравненных к ним промышленных отходов проводят экспериментальные исследования очистки фильтрата, то есть воды, прошедшей через массу свалки и насыщенной примесями различного рода. Главными токсичными примесями фильтрата являются соли тяжелых металлов, органические соединения, микроорганизмы разных видов.

Посредством дренажной канавы, выполненной вокруг полигона, производится сбор фильтрата в бассейн-накопитель.

Очистка фильтрата проводилась непосредственно в бассейне-накопителе. В полевых условиях раздельное внесение гуминового концентрата и извести было затруднено, поэтому в лабораторных условиях был отработан состав реагента, содержащий гуминовый концентрат и известь (30% по сухому веществу от массы гуминового концентрата).

Реагент вносят в количестве 0,2% (2 кг на один куб. метр) в бассейн накопитель, емкость которого составляет 300 м³, производилось перемешивание реагента с фильтратом с помощью струи насоса и отстаивание в течение 4 часов.

Результаты представлены в таблице 6.

Из таблицы 6 следует, что гуминовый концентрат эффективно очищает и фильтрует от микроорганизмов, тяжелых металлов и органических и неорганических примесей.

Образующийся после очистки осадок, составляет 12-15% от объема фильтрата и насосом закачивается в тело свалки.

Пример 8
Отработанный буровой раствор, представляющий собой суспензию бентонитовой глины в воде, практически не поддается сгущению и обезвоживанию и по этой причине сливается на буровых установках в глиняные амбары, то есть в ямы, вырытые в земле, загрязняя почву.

В такой раствор вводят от 0,1 до 10 мас.% гуминового концентрата, содержащего аналогичный полученному в примере 2.

При перемешивании образуется раствор, цвет которого меняется от светло-коричневого до черного. Пробы раствора до внесения ГК и после подвергают фильтрации через мембранный фильтр при величине разряжения равного 400 мм водяного столба. По объему фильтрата, площади фильтрования и длительности определяют скоростью фильтрования по формуле.

V = Q/(S•t),
где
V - скорость фильтрации, м/сутки;
S - площадь фильтрации, м²;
Q - объем фильтрата, м³;
t - время фильтрации, сутки.

Результаты представлены в таблице 7.

Как видно из таблицы 7, с увеличением концентрации ГК происходит снижение скорости фильтрования, то есть суспензия хуже отдает воду. Максимальное влияние гумитового концентрата проявляется в диапазоне концентрации 0,1-3 мас.%.

Далее в обработанный раствор при перемешивании вводят измельченный до крупности 0,25 мм доломит в количестве от 1 до 30% от массы сухого вещества раствора. Экспериментально установлено, что при концентрации гуминового концентрата 3 мас.% внесение 7 мас.% доломита превращает текучую глинистую суспензию в пластичный материал, консистенция которого эквивалентна консистенции бентонитовой глины при влажности 42-46%. Во всех случаях введение доломита в количестве от 1 мас.% до 30 мас.% способствует образованию вязко-пластичного и даже твердого материала из текучего глинистого раствора. Такой материал при депонировании обезвоживается за счет отжатия воды, причем, чем больше масса материала, тем больший объем воды отделяется от него, то есть в этом случае имеет место самое простое гравитационное обезвоживание материала с образованием сыпучего продукта, пригодного для транспортировки обычными средствами и для складирования, не ухудшая при этом экологическую обстановку окружающей среды.

Пример 9
Осадки городских сточных вод после длительного депонирования на полях аэрации содержат 85% влаги и имеют pH 6. В осадки при перемешивании вносят гуминовый концентрат аналогичный полученному в примере 3, в количестве 1 мас.% к массе осадка. Затем осадок, содержащий гуминовый концентрат, смешивают с измельченным до частиц размером 0,25 мергелем из расчета 7% мергеля от массы осадка сточных вод. В результате образуется хорошо структурированная, комкующаяся масса, которую можно транспортировать обычными средствами и депонировать в виде холмов, при этом за счет возникающего в таких холмах давления массы, лежащих сверху слоев происходит постоянная потеря осадком значительной части воды, то есть его обезвоживание.

Пример 10
Проводят лабораторные испытания процесса детоксикации супесчаной почвы, загрязненной сырой нефтью. Изучают возможность восстановления плодородия почвы путем включения углеводородов нефти в почвенные структуры с последующим их разложением. Влагоемкость супесчаной почвы, не подвергнувшейся загрязнению нефтью, составляет 33,2%. Влагоемкость супесчаной почвы, загрязненной нефтью, определению не поддается, так как образцы из-за большого содержания нефти не высушиваются полностью.

В загрязненные нефтью образцы почвы вводят гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 1. Установлено, что 0,5% гуминового концентрата полностью связывает нефть в количестве 5-7% и структурирует почву в течение 2 месяцев. Отобранные образцы хорошо высыхают, что показывает на равномерное распределение нефти по объему почвы и на увеличение гидрофильности почвы. Влагоемкость таких образцов составляет около 60%.

Для оценки пригодности почвы для роста и развития растений высаживались семена пшеницы и горчицы. Опыт проводят в условиях климатической камеры при освещенности 7000 лк и продолжительности дня 16 часов в сосудах емкостью 0,5 л. Во все варианты, включая контрольный, в начале опыта вносят минеральную подкормку, включающую NPK и микроэлементы. Повторность 3-кратная. В качестве контроля берут растения, выращенные на дерново-подзолистой почве. Учитывают сырой вес наземной части растений через 3 недели после высева семян.

Результаты приведены в таблице 8.

Таким образом, использование гуминового концентрата обеспечивает эффективную детоксикацию почвы от углеводородов нефти.

Пример 11
Полевые испытания процесса детоксикации почв проводят на территории, прилегающей к конденсаторному заводу. Почвы на этой территории загрязнены полихлорбифенилами (ПХБ), при этом на экспериментальном участке среднее содержание ПХВ составляет 102,2 мг/кг. Участки примерно с одинаковым уровнем загрязнения разбивают на две группы, в одну из которых вносят гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 1, в количестве 1% от массы почвы в слое 10 см. На каждой из двух групп участков производят поверхностную вспашку на глубину 15 см с целью перемешивания почвы и ГК. Отбор проб почвы с участков проводят через 5 и через 15 месяцев.

Определение концентрации ПХБ в образцах проводят с использованием модифицированного метода (Unites States Environmental Protection Agency. Environmental Monitoring and Support Laboratory. EPA Test Method. Base/Neutral and Acids-Method 625, July 1982) на хромато-масс-спектрометре Hewlett PACKARD MSD 5972.

Результаты приведены в таблице 9.

Отмечено, что введение в почву гуминового концентрата сразу же устраняет запах, характерный для хлорсодержащих ароматических соединений. Наблюдаемая динамика изменения содержания изомеров показывает, что в присутствии ГК происходит как сорбция, так и разложение ПХБ. При этом более высокохлорированные изомеры переходят в менее хлорированные, концентрация которых сначала возрастает, а затем падает, то есть наблюдается процесс последовательного дехлорирования.

Также наблюдается более значительный рост продуктов разложения полихлорированных бифенилов в случае дополнительного внесения в почву микроорганизмов.

Кроме определения содержания ПХБ в образцах почвы, проводят оценку снижения общей токсичности загрязненной почвы по состоянию Azotobacter, микроводорослей и других почвообитающих организмов. Результаты такого биотеста для почвы приведены в таблице 10.

Таким образом, введение гуминового концентрата в загрязненную ПХБ почву обеспечивает ее эффективную детоксикацию.

Пример 12
Экспериментальные исследования проводят на образцах дерново-подзолистой почвы, загрязненных дибензо-п-диоксинами с концентрацией последних 100 мг на один килограмм почвы. В первую группу образцов почвы вносят 0,5% гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 3. Во вторую группу образцов, помимо ГЦ, вносят микродозу (0,01 мг на килограмм почвы) металла переменной валентности (никеля) в виде его водорастворимой соли. Контрольная группа образцов ГЦ и две другие группы образцов выдерживают в течение 30 дней при температуре 25^oC. Влажность образцов почвы составляет 60%. Результаты анализов на содержание диоксинов представлены в таблице 11.

Из таблицы 11 следует, что содержание дибензо-п-диоксинов в почве с гуминовыми кислотами составило 43% от контрольного варианта, а в случае наличия следов никеля 24%.

Пример 13
Эффективность детоксикации осадков городских сточных вод (ОСВ) гуминовым концентратом оценивают по содержанию тяжелых металлов в растениях, выращенных на почве, в которую вносят ОСВ, а также по количеству цитогенетических нарушений, вызванных как тяжелыми металлами, так и другими токсикантами, содержащимися в ОСВ.

Содержание тяжелых металлов в ОСВ составляет:
кадмия - 96 мг/кг, цинка - 7894 мг/кг, никеля - 325 мг/кг, хрома - 329 мг/кг, меди - 1732 мг/кг сухого вещества.

ОСВ, обработанные активированным гуминовым концентратом, аналогичный полученному в примере 3, в количестве 1% вносились в почву в разном соотношении.

На образцах почвы выращивают ячмень. Установлено, что урожайность ячменя на ОСВ с гумитовым концентратом на 80-101% выше урожайности на контрольном образце (дерново-подзолистой почве). Во всех случаях разбавления ОСВ почвой (1:1 и 1:10) урожайность на 50-80% выше урожайности на контрольном образце.

В таблице 12 приведены результаты анализа содержания тяжелых металлов в ячмене.

Как видно из таблицы 12 содержание тяжелых металлов в растениях зависит от дозы концентрата. При максимальной дозе 1,5% содержание кадмия уменьшается от 1,6 до 2,6 раз и становится ниже либо равно фоновому уровню. Содержание цинка снижается в 1,3-1,8 раз. Содержание хрома снижается в 1,5 раз, а содержание никеля снижается до уровня фона.

Двухлетними полевыми испытаниями установлено, что значительной миграции тяжелых металлов при обработке ОСВ активированным гуминовым концентратом не происходит. В таблице 13 приведено значение содержания тяжелых металлов в почве в % к предыдущему полевому сезону, когда были внесены ОСВ в почву.

Как видно из таблицы 13, гуминовый концентрат значительно снижает скорость выноса тяжелых металлов из почвы, то есть имеет место их эффективное связывание.

Кроме этого, гуминовый концентрат значительно снижает число цитогенетических нарушений в растениях (на примере ячменя как наиболее чувствительной культуры) не только по отношению к ОСВ, но даже такому традиционному удобрению, как навоз (таблица 14).

Таким образом, гуминовый концентрат обеспечивает эффективную детоксикацию компостов из городских органических отходов и осадков городских сточных вод, загрязненных тяжелыми металлами.

Пример 14
На стадии аэрации проводят исследования по влиянию гуминового концентрата на эффективность механического обезвоживания ОСВ и коэффициент фильтрации.

Используемая технология включает сбраживание, ОСВ в метантенках, промывку, уплотнение, введение органического флокулянта типа "Prestol" и механическое обезвоживание на фильтр-прессах, причем процесс обезвоживания длится 1,5 часа. При введении гуминового концентрата в водорасторимой форме (в виде геля) в количестве от 0,1 до 1% происходило резкое уменьшение эффективности обезвоживания, а при дозе внесения от 1 до 15% обезвоживания практически не происходило.

Введение в ОСВ гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 3, в количестве от 0,1 до 15% не оказывает никакого влияния на эффективность обезвоживания, если период времени от внесения до окончания обезвоживания не превышает 2-4 часов. Если этого период времени больше, то наблюдается снижение эффективности обезвоживания и практически полное ее прекращение. Причем, чем выше доза концентрата, тем быстрее снижается эффективность обезвоживания.

В таблице 15 даны значения коэффициента фильтрации суглинка, механически обезвоженного ОСВ, в которой затем вводили гуминовый концентрат в количестве от 0,1 до 15%.

В интервале концентраций активированного гуминового концентрата от 0,1 до 15% наибольший эффект наблюдается при дозе 1%.

По этой причине все дальнейшие эксперименты проводились с механическим обезвоживанием ОСВ, содержание активированного гуминового концентрата с которых составляло 1%.

Эксперименты проводились на полигоне захоронения твердых бытовых и приравненных к ним промышленных отходов.

В теле свалки был вырыт котлован, днище которого и боковые стенки были закрыты гидроизолирующим материалом (гидростеклоизолом) так, чтобы исключить возможность поступления воды в котлован. Затем котлован наполовину был засыпан слоем отходов, на которое затем был уложен слой ОСВ, содержащий гуминовый концентрат. Толщина слоя составляла 0,3 м.

Стандартным методом полива воды в шурф с использованием приборов А.К.Болдырева и Г.Н.Каменского определяют коэффициент фильтрации, когда через трое суток установился расход воды. Коэффициент фильтрации составил: Кф = 3,5 • 10^-4 м/сутки. После этого котлован полностью засыпают отходами. В целом, обустройство котлована обеспечивает возможность поступления в него воды только сверху через слой осадка ОСВ. В теле котлована обустроены скважины для измерения уровня воды, которая могла бы фильтроваться через изолирующий слой ОСВ, содержащий гуминовый концентрат, а также для отбора проб воды.

Воду выливают на верхний слой отходов так, чтобы фиксированный объем воды полностью попадал на изолирующий слой. Всего было вылито 24 м³ воды за два месяца, что составляет две годовые нормы по атмосферным осадкам (район Москвы). Коэффициент фильтрации определялся по формуле:

где
E - экспериментально установленное значение пористости массы отходов;
So - площадь поперечного сечения котлована;
L - измерение уровня воды за время t;
Sф - площадь фильтрования, то есть площадь изолирующего слоя;
t - время фильтрования.

За первые 10 суток коэффициент фильтрации составил: Кф = 4,2 • 10^-4 м/сутки, а за двухмесячный период наблюдений коэффициент фильтрации составил: Кф = 6,2 • 10^-5 м/сутки.

Для сравнения, коэффициент фильтрации плотной глины составил: Кф.г. = 10^-3 м/сутки.

Установлено, что при однократной заливке через изолирующий слой проходит только 0,4% воды.

Таким образом, обработанные гуминовым концентратом ОСВ приобретают водоизолирующие (водоупорные свойства), значительно превосходящие такие же свойства природных глинистых грунтов.

Так как вода не проникает через изолирующий слой, то принципиально отсутствуют причины для миграции (вымывания) из ОСВ тяжелых металлов и других токсикатов.

Тем не менее были проведены анализы на содержание в воде, которая в небольшом количестве, но все-таки профильтровалась через изолирующий слой. Для сравнения анализируют воду, которая на соседнем (контрольном) участке фильтровалась через слой отходов, где не был уложен изолирующий слой.

Результаты приведены в таблице 16.

Как видно из таблицы 16, обустройство в теле свалки изолирующего слоя из обработанных гуминовым концентратом ОСВ не только не увеличивает содержание тяжелых металлов в воде, но значительно снижает не содержание в фильтрате за счет дополнительной их сорбции.

Пример 15
При обустройстве полигонов для захоронения бытовых и промышленных отходов верхний изолирующий слой является и рекультивирующим слоем. Задернение поверхности тела свалки является одним из признаков сравнительно благополучного ее состояния. Осадки сточных вод являются хорошим удобрением. Образование на поверхности слоя чистых ОСВ сплошного травянистого покрова происходит крайне медленно из-за наличия в осадках фитотоксичных веществ и низкой влагоудерживаемой емкости.

Поэтому применение чистых ОСВ невозможно для рекультивации поверхности свалок. Дополнительную опасность представляет возможность их пыления при высыхании.

Оценка возможности применения ОСВ, обработанных гуминовым концентратом, аналогичным полученному в примере 3 проводят на полигоне. Рекультивирующий слой из ОСВ укладывают на поверхность тела свалки, определяют его возможное пыление, а также высевают культуры ячменя, пшеницы и люпина, которые после созревания анализируют на содержание в них тяжелых металлов (таблица 17).

Установлено, что если пыление сухого осадка начинается при скорости ветра 1,2-1,4 м/с, то при содержании в ОСВ 1% гуминового концентрата, пыление не происходит даже при скорости ветра свыше 15-20 м/с.

Таким образом, содержание в осадках сточных вод всего 1 мас.% гуминового концентрата снижает содержание тяжелых металлов в растениях в среднем на 30-50%.

Пример 16
В качестве образцов грунтов используют:
1. Песок (мелкий, светло-желтого цвета, содержание песчаных фракций - 97,7%, содержание глинистых фракций - 2,3%),
2. Супесь (буро-коричневого цвета, содержание песчаных фракций 82%, содержание глинистых фракций - 17%),
3. Суглинок (буро-коричневого цвета, содержание песчаных фракций 37%, содержание глинистых фракций - 63%),
4. Глина (красновато-бурого цвета, содержание песчаных фракций 0,8%, содержание глинистых фракций - 99,2%),
В качестве образцов гуминовых веществ используют:
- гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 1,
- гумат кальция (смесь гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 1, с измельченным известняком при соотношении "гуминовый концентрат: известняк = 1:1"),
- гумат магния (смесь гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 3, с измельченным доломитом при соотношении компонентов 1:1),
- кремнийсодержащий материал (отходы металлургического завода, содержащие 95% аморфного диоксида кремния SiO₂, 4,6% углерода и 0,4% оксидов железа, кальция и алюминия, площадь поверхности составляет 20 м²/г).

Проводят измерение взаимодействия гуминового концентрата и гуматов с образцами грунтов в разных условиях, изучалось их влияние на свойства грунтов и проводилось биотестирование.

Первую часть исследований проводят на стеклянных колонках диаметром 2 и 5 см и высотой 70 см, которые заполнялись образцами грунтов. Гуминовый концентрат и гуматы наносят на поверхность образцов грунтов как в сухом виде, так и виде водных суспензий, отношение компонентов в которых составляло 1: 2, 1: 5, 1:10, 1:15. Концентрация гуминового концентрата и гуматов составляет 0,1-1% по сухому веществу от массы образца грунта. Изучают сухие образцы грунта и влажные. В колонки элюируют воду, объем которой соответствовал годовой норме атмосферных осадков (по 400 мл).

Установлено, что заметной разницы в проникновении сухих образцов гуминового концентрата и водных суспензий гуматов в объем грунтов не существует.

Наибольшую скорость проникновения гуминового концентрата и гуматов наблюдают в сухих грунтах и очень сильное замедление скорости движения во влажных грунтах. Скорость движения этих веществ во влажных грунтах в 2-3 раза меньше скорости их движения в сухих грунтах.

Наибольшее проникновение гуминового концентрата и гуматов в образцы грунта происходит в течение первых трех часов и составляет для песка 2,5 см, для супеси 0,9 см, для суглинка 0,7 см и для глины - 0,6 см. В течение двух недель гуминовый концентрат в песке проникает на 5 см, в супеси - на 4,5 см, в суглинке - на 3,6 см и в глине - 2,8 см. В контрольных образцах (без внесения гуминового концентрата и гуматов) вода проходит через колонку с песком за 15 часов, через колонку с супесью - за 24 часа, через колонку с суглинком - за 2 суток.

Полученные результаты указывают на крайне низкую подвижность вносимых гуминовых веществ. Во всем диапазоне разбавления гуминового концентрата и гуматов водой наибольшая скорость их проникновения в образцы грунта наблюдалась при соотношении 1:10, однако для практического применения эта скорость также является не значительной.

Установлено, что в случае высушивания образцов грунта с внесенными в них образцами гуминового концентрата и гумата, характер движения гуминовых веществ резко изменяется. Так, образцы грунтов, содержащие гуминовый концентрат и гуматы, высушивают при температуре 160^oC, 80^oC и 30^oC. После этого образцы размалывают и загружают в колонки. Затем в колонки приливалась вода. Наблюдают быстрое движение гуминовых веществ со скоростью, практически совпадающей со скоростью движения воды в образцах грунта, не содержащих эти вещества.

Наибольшее количество органического вещества вымывается при прохождении через грунт первых 200-400 мл водного столба. При дальнейшем промывании количество вымываемого из грунтов органического вещества уменьшается. Максимальное же количество вымываемого из грунтов органического вещества не превышает 10% от внесенной дозы гуминовых веществ.

При высушивании грунтов с гуминовым концентратом и гуматами происходит структурные изменения, приводящие к увеличению подвижности этих гуминовых веществ в грунтах. Это свойство может быть использовано для внесения гуминового концентрата и гуматов в глубинные слои грунтов.

Важнейшим климатическим фактором может стать сезонное промерзание грунтов. Установлено, что при промерзании и оттаивании грунтов с внесенными в них гуминовым концентратом и гуматом низкая подвижность гуминовых веществ сохраняется. В случае же промерзания и оттаивания предварительно высушенных грунтов, содержащих гуминовый концентрат и гуматы, высокая подвижность этих гуминовых веществ сохраняется, хотя становится меньше их подвижности без замораживания и оттаивания.

Таким образом, результаты выполненных исследований указывают на необходимость применения специальных приемов для внесения и распределения гуминового концентрата и гуматов в массе грунта, например рыхление грунта перед и после внесения этих веществ.

Целесообразно гуминовый концентрат и гуматы вносить в грунты осенью, так как при замораживании и последующем оттаивании изменения их подвижности не происходят, а увеличение времени взаимодействия гуминовых веществ с грунтами положительно влияет на их агрохимические свойства.

Для обеспечения возможности введения гуминового концентрата и гуматов в глубинные слои грунтов, целесообразно предварительно высушить грунты вместе с гуминовыми веществами, а затем обеспечить доступ воды с поверхности грунта.

Пример 17
Происходило изучение изменения некоторых агрофизических и агрохимических свойств указанных выше образцов (пример 16) при выдерживании (компостировании) грунтов с добавлением гуминового концентрата и гуматов в течение 0,5, 1 и 2 месяцев. Во время выдерживания грунта периодически перемешивают и поддерживают их влажность от 12 до 22%. Определяют pH водной вытяжки, влагоемкость грунтов и их адсорбционные свойства (на примере адсорбции фосфатов). Проводят также биотестирование, то есть определяют процент всхожести семян и средний вес одного ростка.

Результаты представлены в таблицах 18, 19, 20, 21.

Время выдерживания образцов грунтов с гуминовым концентратом и гуматами практически не влияет на pH водной вытяжки и влагоемкость. Адсорбционные свойства грунтов улучшаются с увеличением времени компостирования.

Анализ инфракрасных спектров иловой фракции супеси показывает, что при введении гумата кальция почти исчезает полоса 915 нм (нанометры), определяющая минералы группы монтмориллонита, а при введении грунта магния появляется полоса 838 нм, отвечающая за мусковит. Гумат кальция и магния подавляют полосы 2924 и 2850 нм, отвечающие за сильно адсорбированную воду, недоступную для растений. Установлено, что гумат кальция и магния переводят всю воду в доступное для растений состояние (увеличиваются полосы 3410 и 3400 нм).

Таким образом, гуматы кальция и магния улучшают водные адсорбционные свойства грунта, но уменьшают содержание минералов монтмориллонитовой группы при появлении минералов класса слюд.

Внесение гуминового концентрата, а также гумата кальция и гумата магния вместе с кремнеземом меняет направление минералообразующего процесса. Так, внесение в супесь гумата кальция вместе с кремнеземом увеличивает полосу 1620 нм, что означает увеличение количества монтмориллонита, и уменьшает интенсивность полосы 1430 нм, что означает уменьшение содержания глауконита. Полоса 915-920 нм не изменяется. Таким образом, гумат кальция вместе с кремнеземом способствует образованию новых минералов монтмориллонитовой группы, характерных для плодородных почв.

Гумат магния вместе с кремнеземом также способствует образованию минералов монтмориллонитовой группы (увеличивается интенсивность полос 1620 и 915 нм), однако при этом разрушение минералов группы глауконита происходит в меньшей степени. Установлено, что оптимальное содержание кремнезема составляет 0,5-5% от массы гуминового концентрата, гумата кальция и гумата магния, при этом площадь поверхности частиц кремнезема должна составлять около 20 мг²/г.

На указанных образцах грунтов проводят изучение жизнедеятельности типичных почвенных микроорганизмов B.Subtilis и Azotobacter sp. Установлено, что гуминовый концентрат и гуматы не ингибируют рост и развитие микроорганизмов, а при наличии питательных веществ происходит их быстрое развитие. В целом отмечалась закономерность: если в исходном состоянии образцы грунта содержали 10³-10⁵ КОЕ/г почвенных микроорганизмов, то к моменту созревания почвы, то есть через 2 месяца их было 10⁶-10⁷ КОЕ/г.

Таким образом, в грунте с большим содержанием соединений кальция и/или магния целесообразно вносить активированный гуминовый концентрат, а в грунты с малым содержанием соединений кальция и/или магния целесообразно вносить гуматы кальция и/или магния. При этом в кислые грунты целесообразно вносить гумат кальция, а в щелочные грунты - гумат магния. Посев семян или высадку растений целесообразно проводить через 2 месяца после внесения гуминовых веществ.

Пример 18
После завершения строительства автомобильной дороги образуется значительная площадь естественных грунтов, представленных, в основном, легким суглинком, на которой отсутствовал почвенный слой. С целью образования плодородного почвенного слоя толщиной 0,2-0,3 м на выровненную вспаханную поверхность поливом равномерно наносят 8%-ную суспензию гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 1, из расчета 1% концентрата по сухому весу к массе формируемого почвенного слоя. Затем производят обработку поверхности дисковым культиватором с предварительным внесением известковой муки из расчета 0,3% к массе формируемого почвенного слоя. Через 2-3 месяца полученный слой техногенной почвы вспахивают, культивируют и засевают травами, что приводит к задернению поверхности. Степень задернения в первый сезон высева трав составляет 94-96% обрабатываемой площади.

Пример 19
На солончаковых почвах проводят оценку эффективности применения гуминового концентрата для восстановления их плодородия.

Засоленные почвы характеризуются высоким содержанием сульфатов, хлоридов и карбонатов магния, кальция и натрия (Na⁺ - 0,6 г/кг почвы, Mg⁺ - 3,8 г/кг почвы, Ca⁺² - 4,6 г/кг почвы). Значение pH почв составляет 8,8.

С целью связывания избыточных солей и нормализации pH почвы в нее в осенний период времени вносят гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 3, с использованием техники для внесения удобрений и последующей их заделкой в почву. Всего вносят 3% гуминового концентрата по сухому веществу к массе почвы. Осенью следующего года на опытном участке площадью 1,5 га высаживают озимую пшеницу. К моменту высева пшеницы pH почвы составляет 6,1.

Эффективность действия гуминового концентрата оценивают по величине урожая зерна на обработанном и контрольном, то есть не обработанном, участках. На обработанном участке урожайность зерна составляет 12,6 центнера с гектара, а на контрольном участке 1,2 центнера с гектара. То есть урожай увеличился в 10,5 раза.

Пример 20
Эксперименты по восстановлению тропических почв и грунтов проводят на древней железистой коре выветривания (супесчаного и суглинистого гранулометрического состава). В изучаемые грунты вносят гуминовый концентрат, гумат кальция (смесь гуминового концентрата с измельченным известняком), гуминовый концентрат, аналогичный полученному в примере 3, с диоксидом кремния (смесь активированного гуминового концентрата с отходом металлургического завода), гумат кальция с диоксидом кремния. Содержание гуминового концентрата и гумата кальция составляет 1% по сухому веществу от массы грунта (по сухому веществу), а содержание диоксида кремния составляет 3% от массы гуминового концентрата и гумата кальция.

Изучаемые грунты помещают в пластиковые колонки диаметром 5 см и высотой 30 см. На первом этапе определяли pH и влажность образцов. На втором этапе в образцы вносят суперфосфат (исходя из расчета 50 кг фосфата на один гектар), после чего приливали воду и в пробах воды, прошедшей через грунты, определяли содержание фосфора.

Полученные результаты представлены в таблицах 22 и 23.

Как видно из таблицы 22, внесение гуминового концентрата, гумата кальция и двуокиси кремния приводит к нейтрализации кислой реакции образцов и значительно увеличивает их влагоемкость.

Как следует из таблицы 23 внесение в образцы гуминового концентрата и гумата кальция снижает вынос фосфатов максимально на 23-25%, а внесение в образцы гуминового концентрата или гумата кальция с добавками кремнезема снижает вынос фосфатов максимально на 60%. Это означает, что в первом случае расход удобрений может быть снижен на 25%, а во втором - на 60%.

При выдерживании образцов до 2 месяцев наблюдают увеличение их влагоемкости и еще более значительное снижение выноса фосфатов, то есть положительный результат от применения способа увеличивается.

Пример 21
Почва в теплице использовалась в течение 8 лет для выращивания цветов и представляла собой сыпучую пылевидную массу, обильный полив и большие дозы удобрений не оказывали на ее плодородие заметного влияния. С целью восстановления свойств и плодородия на каждый килограмм отработанной почвы добавляют 100 граммов песка, 200 граммов суглинка и 30 граммов гуминового концентрата, аналогичного полученному в примере 2, (предварительно разбавленного водой в соотношении 1:1).

Смесь выдерживают в течение 10 дней при температуре 19-22^oC, а затем проводят ее известкование путем перемешивания с 10%-ным известковым раствором из расчета 10 г раствора на один килограмм почв. Затем смесь выдерживают при положительной температуре 50 дней. Общее время выдержки составляет 2 месяца.

В восстановленную почву высаживают семена и черенки цветов. Установлено, что почва приобрела характерную структуру, оптимальную влагоемкость и восстановила свое плодородие. Отмечено, что растения, выращенные на этой почве, не были подвержены заболеванию корневыми гнилями без применения каких-либо химических средств защиты растений.

Пример 22
Измельченную зеленую растительную массу помещали в компостные ямы и путем поверхностного полива обрабатывали их раствором гуминового концентрата, аналогично полученному в примере 2 в количестве 0,1 мас.% от количества растительной массы. Помимо этого, были заложены варианты, где зеленую массу обрабатывали раствором сульфата аммония в качестве подкормки аммонийным азотом микроорганизмов в количестве 0,1 мас.% от количества растительной массы и добавляли в зеленую массу соединения кальция, в частности молотый известняк, в количестве 0,5 мас.%, а также были заложены варианты совместного применения этих реагентов.

Компостирование проводилось в течение 4 недель при t=20^oC. В качестве показателя скорости и осаждения гумификации определялось содержание гуминовых кислот в компостируемой массе. Результаты представлены в таблице 24.

Установлено, что при компостировании обработанной гуминовым концентратом растительной массы в природных условиях (в компостных штабелях, уложенных на почве), в компостной массе развивается большое количество дождевых червей, в то время как в не обработанной растительной массе дождевых червей не наблюдалось.

Полученные результаты показывают, что в присутствии гуминового концентрата образуется большее количество гуминовых кислот, то есть в процессе компостирования происходит преимущественная гумификация, а не минерализация органического вещества.

Пример 23
Осадок водопроводной станции, содержащий 4% органических веществ, 4% минеральных веществ, в том числе 0,5% сульфата алюминия и 92% воды обезвоживался до влажности 65-70%. После этого в осадок вносили гуминовый концентрат в количестве от 0,01 до 10% (по сухому веществу в пересчете на сухое вещество осадка).

Оценка влияния гуминового концентрата на свойства осадка показала, что уже с концентрации 0,05% свойства осадка резко ухудшаются: увеличивается его связность, влагоемкость, устойчивость к водной эрозии. При содержании гуминового концентрата свыше 10% практически все свойства осадка определяются свойствами концентрата. То есть в диапазоне от 0,05 до 10% гуминовый концентрат эффективно влияет на физико-механические свойства осадка.

Обработанный гуминовым концентратом осадок вносили в песчаный грунт в количестве от 0,05 до 700% от массы грунта, что составило от 1 до 14000 тонн на гектар. После этого в песчаном грунте, в осадке, не обработанном гуминовым концентратом, и в грунте, в который был внесен обработанный гуминовым концентратом осадок, определялось содержание подвижного алюминия и проводилось тестирование на прорастание семян кресс-салата.

В таблице 25 приведены результаты анализов для дозы внесения обработанных осадков в грунт, равный 2000 г/га, то есть 100% от массы грунта при содержании гуминового концентрата в осадке 0,05%, 0,25%, 0,5% и 1%.

Таким образом, обработка осадка активированным гуминовым концентратом, позволяет его утилизировать в качестве добавки в грунты при их рекультивации, а также для улучшения свойства повышения плодородия почв.

Гуминовый концентрат из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда содержит гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами. Способ получения названного гуминового концентрата включает осуществление электролиза водных растворов солей гуминовых кислот, экстрагированных щелочным реагентом из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, проводимого в единой зоне между анодом и катодом при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов, с образованием на поверхности анода целевого гуминового концентрата и непрерывное удаление названного концентрата из зоны электролиза и с поверхности анода. Устройство для осуществления указанного способа получения названного выше гуминового концентрата включает электролизную ванну-катод в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с торцевыми стенками, имеющего подводящие и отводящие патрубки, и анод, выполненный либо в виде барабана, установленного коаксиально с зазором в указанном желобе, либо выполненный в виде диска, установленного в указанном желобе с возможностью вращения относительно его продольной оси, либо выполненный в виде барабана, установленного в названном желобе и натянутого на названный барабан бесконечного горизонтального транспортера. Устройство имеет также приспособление для удаления целевого продукта с поверхности анода. Способ очистки воды от примесей, способ обезвоживания вязкотекучих сред, способ детоксикации органических соединений, способ утилизации осадков сточных вод, способ создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв, способ компостирования органических отходов, способ утилизации осадков водопроводных вод осуществляют при использовании указанного гуминового концентрата. Достигается повышение эффективности выделения гуминового концентрата, а также охраны и восстановления объектов окружающей среды. 12 с. и 20 з.п. ф-лы, 25 табл. 6 ил.

1. Гуминовый концентрат из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащий гуминовые кислоты, отличающийся тем, что он содержит гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами. 2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что он получен электрохимическим путем из солей гуминовых кислот, образованных при экстрагировании щелочным реагентом природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, и содержит гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами. 3. Концентрат по п.2, отличающийся тем, что его получение осуществлено путем электролиза водных растворов солей гуминовых кислот предварительно экстрагированных щелочным реагентом из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, проводимого при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов, обеспечивающего образование на поверхности анода целевого гуминового концентрата, непрерывно выводимого из зоны электролиза. 4. Концентрат по п.3, отличающийся тем, что он содержит около 0,5 - 27,0 мас.% гидратированных гуминовых кислот, около 0,5 - 27,0 мас.% солей гуминовых кислот, около 0,5 - 2,5 мас.% минеральных компонентов исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, представленных преимущественно полимерная соединениями железа, алюминия, кремния, химически связанных с содержащимися гуминовыми кислотами, и воду, максимальное количество которой составляет около 90 мас.%. 5. Способ получения гуминового концентрата путем осуществления электролиза водных растворов солей гуминовых кислот, экстрагированных щелочным реагентом из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда с образованием целевого продукта и его выводом из электролита, отличающийся тем, что названный электролиз проводят в единой зоне между анодом и катодом при установлении на аноде электрического потенциала, достаточного для разряда анионов гуминовых кислот, но более низкого, чем потенциал разряда гидроксильных ионов, с образованием на поверхности анода целевого гуминового концентрата, содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, при этом удаление названного концентрата с поверхности анода осуществляют непрерывно. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют анод, выполненный из графита. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют анод, имеющий поверхностное покрытие из двуокиси рутения. 8. Устройство для электрохимического получения гуминового концентрата, содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, включающее электролизную ванну с соединенными с источником электрического тока анодом и катодом, имеющую подводящие и отводящие патрубки, отличающееся тем, что катод представляет собой корпус электролизной ванны, выполненной в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с торцевыми стенками, а анод выполнен в виде барабана, установленного коаксиально с зазором в названном желобе с возможностью вращения относительно своей продольной оси, при этом устройство имеет приспособление для удаления целевого продукта с поверхности барабана. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что приспособление для удаления целевого продукта с цилиндрической поверхности барабана выполнено в виде скребка, установленного с возможностью изменения угла касания с поверхностью барабана. 10. Устройство для электрохимического получения гуминового концентрата (варианты), содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, включающие электролизную ванну с анодом и катодом, соединенными с источником электрического тока, имеющую подводящие и отводящие патрубки, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере один катод, представляющий собой электролизную ванну в виде горизонтально установленного желоба с торцевыми стенками, и по меньшей мере один анод, который выполнен в виде диска, установленного в желобе с возможностью вращения относительно его оси, при этом оно имеет по меньшей мере два приспособления для удаления целевого продукта с каждой торцевой стороны. 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что каждое приспособление для удаления целевого продукта с торцевой поверхности анода представляет собой скребок, установленный с возможностью изменения угла его наклона относительно соответствующей торцевой поверхности анода. 12. Устройство для электрохимического получения гуминового концентрата, содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, включающее электролизную ванну с анодом и катодом, соединенными с источником электрического тока, имеющую подводящие и отводящие патрубки, отличающееся тем, что катод представляет собой электролизную ванну в виде горизонтально установленного цилиндрического желоба с торцевыми стенками, а анод выполнен в виде барабана, установленного коаксиально с зазором в названном желобе и выполненного из электропроводящего материала бесконечного горизонтального транспортера, натянутого на названный барабан с помощью по меньшей мере одного натяжного ролика, установленного вне электролизной ванны и соприкасающегося с внутренней поверхностью транспортера, при этом устройство имеет по меньшей мере одно приспособление для удаления целевого продукта с поверхности бесконечного транспортера. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что названный барабан установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что натяжной ролик установлен с возможностью вращения вокруг своей оси. 15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что приспособление для удаления целевого продукта с поверхности бесконечного транспортера выполнено в виде скребка, установленного с возможностью изменения угла касания с внешней поверхностью транспортера. 16. Способ очистки воды от примесей, включающий введение в воду реагента, обеспечивающего связывание названных примесей путем образования нерастворимого осадка, последующее отстаивание воды и удаление образовавшегося осадка, отличающийся тем, что в качестве реагента, обеспечивающего связывание примесей, используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, в количестве около 0,01 - 1,5% от массы очищаемой воды. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что совместно или после введения в воду названного гуминового концентрата в воду вводят гидроокись кальция в количестве 5 - 30% от массы введенного гуминового концентрата. 18. Способ обезвоживания вязкотекучих сред путем отведения из них воды, отличающийся тем, что перед отведением воды в исходные среды последовательно вводят около 0,1 - 3,0 мас.% гуминового концентрата, полученного электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, и около 1 - 30 мас.% по меньшей мере одного измельченного природного материала, выбранного из группы, включающей кальцийсодержащие, магнийсодержащие минералы и породы. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что в качестве природного материала используют доломит, известняк. 20. Способ детоксикации органических соединений путем связывания их органическими материалами, отличающийся тем, что в качестве органических материалов используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что используют гуминовый концентрат, в который предварительно введены микродозы водорастворимых соединений металлов переменной валентности. 22. Способ по п.20, отличающийся тем, что используют гуминовый концентрат в количестве около 0,1 - 10,0% от массы обрабатываемого материала, загрязненного органическими соединениями. 23. Способ утилизации осадков сточных вод, включающий их обезвоживание, отличающийся тем, что в обезвоженные осадки сточных вод вводят гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися гуминовыми кислотами, взятый в количестве около 0,5 - 10,0% от массы обезвоженного осадка сточных вод, после чего полученную массу совместно с бытовыми и/или промышленными отходами складируют в виде слоев, при этом каждый слой полученной массы укладывают сверху каждого слоя бытовых и/или промышленных названных отходов. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что первый и последний складируемые слои образуют из полученной массы осадка сточных вод и названного гуминового концентрата. 25. Способ создания почв из естественных и искусственных грунтов и восстановления свойств и плодородия деградированных почв путем внесения в названные грунты и почвы органических материалов, содержащих гуминовые кислоты, отличающийся тем, что в качестве органических материалов используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами. 26. Способ по п.25, отличающийся тем, что после внесения названного гуминового концентрата в грунты и почвы вносят кальций-, магний- и кремнийсодержащие вещества. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что названный гуминовый концентрат вносят в названные грунты и почвы в виде смеси с кальций-, магнийсодержащими веществами, после чего в грунты и почвы вносят кремнийсодержащие вещества. 28. Способ по п.27, отличающийся тем, что в качестве кальцийсодержащего материала используют мел, мергель, известняк, гипс, известь. 29. Способ по пп. 27 и 28, отличающийся тем, что в качестве магнийсодержащего материала используют доломит, магнезит, магниевую известь. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала используют аморфный диоксид кремния, имеющий удельную площадь поверхности по меньшей мере 20 м² на 1 г названного материала. 31. Способ компостирования органических отходов, включающий внесение при перемешивании в органические отходы органического материала, содержащего гуминовые кислоты, и минеральных веществ, компостирование полученной смеси в условиях ее аэрации до получения органоминерального удобрения, отличающийся тем, что в качестве органического материала используют гуминовый концентрат, полученный электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащий гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами,
32. Способ утилизации осадков водопроводных вод, включающий их обезвоживание, отличающийся тем, что в обезвоженные осадки водопроводных вод вводят около 0,05 - 10,0 мас.% гуминового концентрата, полученного электрохимическим путем из природных гумитов и каустобиолитов угольного ряда и содержащего гидратированные гуминовые кислоты, соли гуминовых кислот и минеральные компоненты исходных гумитов и каустобиолитов угольного ряда, химически связанные с содержащимися в гуминовом концентрате гуминовыми кислотами, после чего полученный продукт вносят в грунты и/или почву и восстанавливают свойства и повышают плодородие грунтов и почв.