СОСТАВ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МЫШЬЯКОМ Российский патент 2013 года по МПК C09K17/00 

Предлагаемое изобретение относится к области мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими элементами с переменной степенью окисления, проявляющими в почве как окислительные, так и восстановительные свойства и легко переходящими из катионной формы в анионную и обратно.

Известны составы для мелиорации почв, которые сорбируют либо катионные формы элементов - тяжелые металлы (пат. РФ №20491207, МПК C09K 17/00, 1992 г.), либо анионные - сульфаты, нитраты и т.п. (например, органические вещества сапропеля) или соединения молекулярного строения без выраженных зарядов на частицах вещества - нефтепродукты и другие органические соединения (пат. РФ №2198987, МПК E02B 15/04, C02F 1/28, 2003 г.).

Недостатком известных составов является их малая эффективность при наличии в почве элементов с переходной валентностью, существующих как в катионной, так и в анионной форме.

Наиболее близким к предлагаемому является состав для мелиорации почв «Сорбекс» (пат. РФ №2049107, МПК C09K 17/00, 1992 г.) на основе сапропеля, включающий минеральные компоненты, такие как цеолит и глинозем. Обладает высокой сорбционной активностью в отношении подвижных форм тяжелых металлов, в частности меди и цинка, но значительно менее эффективен в отношении элементов с переходной валентностью, в частности мышьяка.

Устранить этот недостаток позволяет предлагаемый состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включающий диатомит, обработанный Fe³⁺, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%:

диатомит, обработанный Fe³⁺ 50-60 голубая глина 40-50.

Компоненты для данного сорбента были выбраны на основании проведенных лабораторных экспериментов.

Трехвалентное железо Fe³⁺ является активным сорбентом анионной формы мышьяка (, и т.п.) в результате образования арсенатов железа:

Однако эти соли неустойчивы, и в результате гидролиза в водном растворе мышьяк вновь переходит в растворимое состояние:

Поэтому трехвалентное железо необходимо закрепить на силикатах диатомита, в результате чего полученные арсенаты железа остаются иммобилизованными.

Аналогичным действием обладает Al³⁺ в составе оксида алюминия (Al₂O₃) - минерала голубая глина:

Однако в этом случае анионные формы мышьяка легко восстанавливаются до катионных форм под воздействием органического вещества почвы:

(электронные органических соединений почвы) = Н₂О + As³⁺

Катионные формы мышьяка могут быть сорбированы только анионными сорбентами (например, органические вещества сапропеля), поэтому для предотвращения процесса восстановления мышьяка в составе должен присутствовать сильный окислитель, переводящий мышьяк в окисленную анионную форму. Трехвалентное железо отвечает этим требованиям, так как легко восстанавливается до двухвалентного и тем самым препятствует процессу восстановления мышьяка.

Fe³⁺+e (электронные органических соединений почвы) = Fe²⁺

Таким образом, состав на основе диатомита и голубой глины должен содержать как собственно сорбенты анионных форм мышьяка, так и окислитель, препятствующий процессам восстановления мышьяка, в данном случае - ионы трехвалентного железа.

Проведенные эксперименты подтверждают эту теорию.

Предложенный состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, содержащий диатомит, обработанный Fe³⁺, и голубую глину, получали следующим образом.

Природный диатомит дробили до размера частиц не более 2 мм для увеличения суммарной площади сорбента. Хлорид железа (III) растворяли в дистиллированной воде до получения насыщенного раствора. Измельченный диатомит помещали в раствор на 24 часа, затем надосадочный раствор сливали, а обработанные железом частицы высушивали до воздушно-сухого состояния.

Голубую глину измельчали до размера частиц не более 2 мм, высушивали до 10-15% влажности. Затем компоненты смешивали в различных пропорциях.

Для изучения действия данной смеси проводили следующий лабораторный опыт.

Аллювиальную почву с фоновым содержанием мышьяка 0 мг/кг искусственно загрязняли раствором арсената натрия Na₃AsO₄. Навеску выдерживали в темном месте при температуре 22-25°C четыре недели. Затем определяли подвижные формы мышьяка. Через неделю анализ повторяли. После установления состояния равновесия в системе навеску обрабатывали различными сорбентами (7 вариантов, 3-кратная повторность). Количество сорбента определялось из расчета дозы внесения 10 т/га. В качестве сорбентов применяли:

- диатомит,

- диатомит, обработанный трехвалентным железом,

- голубая глина,

- смесь диатомита, обработанного трехвалентным железом, и голубой глины,

- СОРБЭКС (сапропель, цеолит, глинозем),

- сапропель,

- цеолит.

Все образцы доводили до 65% влажности и выдерживали без доступа света при температуре 22-25°C в течение 4-х недель, затем производили определение в почве подвижных форм мышьяка. Через неделю анализ повторяли до установления состояния равновесия в системе. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 Содержание подвижных форм мышьяка в почвенной навеске после обработки сорбентами различного состава Сорбент Снижение содержания подвижных форм мышьяка, % pH(H₂O) Диатомит, обработанный Fe³⁺, + голубая глина 87 7,4 Сапропель 63 7,3 Диатомит, обработанный Fe³⁺ 45 7,5 Голубая глина 37 7,8 СОРБЭКС 30 7,5 Диатомит 19 7,3 Цеолит -14 7,3

Из полученных результатов можно сделать следующий выводы.

Наиболее эффективным, иммобилизующим наибольшее количество мышьяка, является состав, содержащий диатомит, обработанный трехвалентным железом, и голубую глину. Значения pH после внесения различных составов остаются в пределах нормы (5,6-7,5), за исключением варианта, когда вносилась голубая глина в чистом виде (7,8).

Аналогичный опыт был проведен с составом с разным процентным соотношением компонентов - диатомита, обработанного трехвалентным железом, и голубой глины. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2 Содержание подвижных форм мышьяка в почве после взаимодействия с составами с разным процентным соотношением компонентов Состав сорбента % снижения подвижных форм мышьяка Диатомит, обработанный Fe³⁺ 100% 45 Диатомит, обработанный Fe³⁺ 80-90% 58 Голубая глина 10-20% Диатомит, обработанный Fe³⁺ 50-60% 87 Голубая глина 40-50% Диатомит, обработанный Fe³⁺ 30-40% 63 Голубая глина 60-70% Диатомит, обработанный Fe³⁺ 10-20% 42 Голубая глина 80-90% Голубая глина 100% 37

Таким образом, оптимальным является состав с соотношением компонентов 50-60% диатомита, обработанного Fe³⁺, и 40-50% голубой глины, снижающий содержание подвижных форм мышьяка в почве на 87% и поддерживающий в почве оптимальный pH - 7,4.

Изобретение относится к области мелиорации почв и может быть использовано при рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими элементами с переменной степенью окисления, проявляющими в почве как окислительные, так и восстановительные свойства и легко переходящими из катионной формы в анионную и обратно. Состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включает диатомит, обработанный Fe³⁺, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%: диатомит, обработанный Fe³⁺ - 50-60, голубая глина - 40-50. Состав снижает содержание подвижных форм мышьяка в почве на 87% и поддерживает в почве оптимальный pH - 7,4. 2 табл.

Состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком, включающий диатомит, обработанный Fe³⁺, и голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес.%:
диатомит, обработанный Fe³⁺ 50-60 голубая глина 40-50