СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ И ГРУНТОВ Российский патент 2018 года по МПК G01N33/24 

Настоящее изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к способу испытания загрязненных почв и грунтов при воздействии атмосферных осадков и других природных факторов в полевых условиях без загрязнения территории. Разработка позволяет дать оценку поведению загрязняющих веществ (ЗВ) в почвах и грунтах для совершенствования системы мониторинга опасных промышленных объектов и разработке мер по санитарной очистке территории при негативном техногенном воздействии.

Из существующего уровня техники известен способ оценки фитотоксичности зараженных ипритом почв в полевых условиях, при этом ипритом и продуктами его разложения заражались образцы почв, на которых выращивались различные растения и определялась их всхожесть и другие особенности роста в зависимости от вносимого количества ЗВ (Медведева Н.Г., Зайцева Т.Б. Микробиологическая трансформация иприта и продуктов его гидролиза. СПб.: Изд-во Политехи. Ун-та, 2015, 168 с). Недостатком метода является то, что загрязнению подвергаются достаточно большие объемы почвы, существует риск вторичного загрязнения окружающей среды, не исследуются особенности поведения ЗВ в загрязненном почвенном слое.

Другим способом исследования подвижности ЗВ в почвах в полевых условиях является внесение ЗВ на определенный участок почвы и анализ содержания этих веществ в течении определенного времени наблюдения (Габричидзе Т.Г., Янников И.М., Зубко Т.Л., Козловская Н.В. Трансформация почвенно-растительного покрова под влиянием мышьяксодержащих соединений и возможность мониторинга // Интеллектуальные системы в производстве, Ижевск, издательство ИжГТУ, 2006. №2 (8). - С. 203-207).

Недостатком метода является необходимость загрязнения территории токсичными веществами, необходимость ее санитарного восстановления, отсутствие возможности изучения процессов выделения ЗВ в фильтрат, прошедший через загрязненный почвенный слой.

Наиболее близким является способ исследований особенностей поведения ЗВ в почвах в полевых условиях на делянках площадью 10-50 кв.м (Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве. Утверждено заместителем Главного санитарного врача СССР В.Е. Ковшило 05.08.82, №2609-82. - 27 с.). Недостатком метода является необходимость загрязнения большого объема почвы и последующего ее обезвреживания, имеется большой риск вторичного загрязнения окружающей среды при сильном загрязнении почвы.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является определение специфики поведения опасных химических ЗВ в поверхностном слое почвы с учетом особенностей структуры региональных почв в условиях воздействия природных факторов региона без загрязнения территории при создании особоопасных производственных объектов, для организации системы их экологического мониторинга, для выбора производственных промплощадок и санации загрязненных территорий в ходе производственной деятельности.

Данная задача решается за счет того, что способ исследования поведения загрязняющих веществ в почвах осуществляется в условиях прямой задачи: при помещении образцов почвы с известной массой и влажностью, загрязненных химическими веществами в количестве, характеризующем техногенное воздействие, в пластиковую колонку высотой 15-20 см с открытой верхней частью, фильтрующим устройством в нижней части, после чего колонка устанавливается в углублении в почве в условия воздействия природных факторов, осуществляется периодический сбор фильтрата, прошедшего через загрязненный слой почвы, и определяется содержание ЗВ в фильтрате.

Установленные при полевых испытаниях в условия воздействия природных факторов колонка или колонки с образцами загрязненных почв и грунтов соединяются легко разборным соединением со сборником фильтрата, изготовленным из герметичной пластиковой емкости с входным отверстием и диаметром, равным диаметру колонки, объем которого рассчитывается исходя из количества атмосферных осадков и периодичности отбора проб фильтрата, после этого колонка со сборником фильтрата устанавливается вертикально в углубление в грунте на величину, соответствующую высоте колонки со сборником фильтрата, с диаметром, соответствующим диаметру колонки и сборника фильтрата; через определенные интервалы времени осуществляется отбор фильтрата из сборника фильтрата, определяется его объем и содержание ЗВ. Установка колонки со сборником фильтрата в углублении в грунте, в отличие от размещения на поверхности, исключает случайное разрушение устройства во время проведения испытаний и, как следствие, загрязнение окружающей среды.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что способ позволяет определить характер поведения ЗВ в почвах с учетом особенностей их строения, а также с учетом особенностей природных факторов и атмосферного воздействия в виде осадков без загрязнения территории, что позволяет разработать практические рекомендации по экологическому контролю и мониторингу особоопасных промышленных объектов, выбору промплощадки под них и разработки методов санации загрязненных территорий.

Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:

На фиг. 1.- Устройство колонки;

На фиг. 2 - Устройство для полевых испытаний;

На фиг. 3 - Устройство во время полевых испытаний;

На фиг. 4 - Устройство для полевых испытаний, установленное в углублении в грунте

Способ испытания загрязненных почв и грунтов осуществляется следующим образом (фиг. 1). В колонку с пластиковым корпусом - 1, помещается образец почвы, высушенной до воздушно-сухого состояния, в нижней части колонки установлена фильтровальная перегородка - 2 и крепежное устройство - 3 и сливное отверстие для фильтрата - 4. Колонка соединена легко разборным соединением - 5 (фиг. 2) со сборником фильтрата - 6 и устанавливаются вертикально в специальном углублении в грунте - 7, глубиной примерно в 40-60 см, что соответствует высоте колонки со сборником фильтрата, и с диаметром, соответствующим диаметру колонки и сборнику фильтрата.

Диаметр колонок изменяется от 10 до 20 см, а высота изменяется от 15 до 20 см, что примерно совпадает с размером штыка лопаты, которая используется для отбора проб почвы при исследовании уровня ее загрязнения по методике (ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа»; ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб»). Уменьшение или увеличение размеров колонки ведет к несоответствию количества загрязненного образца почвы с количеством пробы почвы, отбираемой по данной методике. Количество почвы в сухом состоянии для исследования в таких колонках составляет 1-2 кг. Способ позволяет характеризовать особенности поведения ЗВ в слое почвы, который обычно анализируется при проведении исследований мониторинга промышленного загрязнения, что позволяет разрабатывать рекомендации по совершенствованию такого мониторинга.

Уменьшение величины углубления в грунте менее 40 см приведет к уменьшению объема сборника фильтрата и необходимости более частой выемки фильтрата. Увеличение размера более 60 см усложняет изготовление углублений, особенно при ручном способе их изготовления. Установление колонок с загрязненной почвой и сборником фильтрата в углублении в грунте позволяет исключить случайное их повреждение во время исследований и загрязнение окружающей среды.

В верхнюю часть почвы вносится исследуемое химическое вещество в виде соединения, которое представляет интерес при организации мероприятий экологической безопасности, в количестве, соответствующим различным уровням токсических, техногенных воздействий: 1-100 ПДК и больше, если сведения по этим данным имеются. В случае отсутствия данных - в любом другом количестве, моделирующем воздействие промышленного производства. Далее колонку с загрязненной почвой устанавливают в условия испытания под воздействие природных факторов. Устройство колонок исключают вторичное загрязнение и необходимость санитарной обработки территорий. Простота устройств позволяет проводить испытания на большом количестве образцов загрязненной почвы при различных вариантах воздействия, получив большой экспериментальный материал для анализа и выработки рекомендаций. Колонки могут быть выполнены из пустых пластиковых бутылок, что удешевляет проведение исследований за счет вторичного их использования.

Поверхность почвы в колонке находится на уровне поверхности почвенного покрова. Углубление делают с использованием бура или другого инструмента. Колонку устанавливают в условия воздействия природных факторов на определенный отрезок времени, на которое рассчитан эксперимент. Например, на период с мая по октябрь до установления снежного покрова. В этот временной интервал происходит периодическая проверка колонки. Колонку извлекают из углубления и разбирают, фильтрат из сборника фильтрата отбирается, определяется его объем и содержание ЗВ. После этого колонку снова собирают и устанавливают обратно. Вид колонки в сборе при полевых исследованиях показан на фиг. 3, после установки в грунт в условиях полевых испытаний показан на фиг. 4. Отбор проб фильтрата повторяется через определенный отрезок времени, а затем суммируется. На основании полученных результатов анализа делается заключение о подвижности ЗВ в почве в условиях региональных природных особенностей и разрабатываются технические рекомендации, например, по организации экологического мониторинга.

Пример: в полевых условиях изучалась подвижность в почве арсенита натрия - NaAsO₂, который образуется при уничтожении мышьяксодержащих отравляющих веществ на объектах по уничтожению химического оружия методом щелочного гидролиза. Несколько типов почв были загрязнены арсенитом натрия в количестве 10 ПДК по мышьяку и помещены в колонки со сборником фильтрата в природные условия. Масса образцов почвы, высушенных до воздушно-сухого состояния, составляла 1,2-1,3 кг. Высота колонки была равной 15 см, диаметр колонки и сборника фильтрата - 10 см, объем сборника фильтрата - 1,5 дм³. Диаметр углубления, сделанный ручным буром, равнялся 10 см, глубина - примерно 50 см. Колонки проверяли в течение наблюдений каждый месяц, отбирали фильтрат и определяли содержание в нем мышьяка методом атомно-абсорционной спектрофотометрии на приборе «Shimadzu»-АА7000. Затем полученные результаты анализов по степени выделения арсенита натрия суммировали.

Результаты расчета степени выделения арсенита натрия из почвенных образцов под воздействием атмосферных осадков в виде дождя в летне-осенний период и в виде талых вод в весенне-зимний период за 1 год полевых наблюдений представлены в табл. 1.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, к способу испытания загрязненных почв и грунтов при воздействии атмосферных осадков и других природных факторов в полевых условиях без загрязнения территории. Помещают образцы почвы в колонку с открытой верхней частью и фильтрующим устройством в нижней части. Проводят загрязнение образцов почвы химическими веществами в количестве, характеризующем техногенное воздействие. Собирают фильтрат, прошедший через загрязненный слой почвы, и определяют содержание загрязняющего вещества в фильтрате и почве. Для исследования берется 1-2 кг образца почвы, высушенной до воздушно-сухого состояния, которую помещают в пластиковую колонку диаметром 10-20 см и высотой 15-20 см. Колонку соединяют с устройством для сбора фильтрата, которое представляет из себя герметичную пластиковую емкость с входным отверстием и диаметром, равным диаметру колонки. Устройство устанавливают в сборе со сборником фильтрата вертикально в углублении в грунте диаметром, равным диаметру колонки, и глубиной 40-60 см, соответствующей высоте колонки и сборника фильтрата. Время наблюдения разбивают на несколько периодов, по истечении которых колонку с устройством для сбора фильтрата извлекают из углубления и фильтрат удаляют. После чего колонку и сборник фильтрата снова устанавливают в углубление и определяют объем удаленного фильтрата. Проводят определение концентрации загрязняющего вещества. По окончании наблюдений колонку с устройством для сбора фильтрата извлекают из углубления и проводят анализ содержания загрязняющего вещества в почве и фильтрате. Количество вещества, определенное в разные периоды наблюдений в фильтрате, прошедшем через загрязненный почвенный слой, суммируют и определяют степень выделения загрязняющего вещества. Обеспечивается получение оценки поведения загрязняющих веществ в почвах и грунтах для совершенствования системы мониторинга опасных промышленных объектов и разработка мер по санитарной очистке территории при негативном техногенном воздействии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ испытания загрязненных почв и грунтов без загрязнения территории, включающий помещение образцов почвы в колонку с открытой верхней частью и фильтрующим устройством в нижней части, загрязнение образцов почвы химическими веществами в количестве, характеризующем техногенное воздействие, сбор фильтрата, прошедшего через загрязненный слой почвы, и определение содержания загрязняющего вещества в фильтрате и почве, отличающийся тем, что для исследования берется 1-2 кг образца почвы, высушенной до воздушно-сухого состояния, которую помещают в пластиковую колонку диаметром 10-20 см и высотой 15-20 см, проводят загрязнение почвы, которое соответствует изучаемому техногенному воздействию, колонку соединяют с устройством для сбора фильтрата, которое представляет из себя герметичную пластиковую емкость с входным отверстием и диаметром, равным диаметру колонки, устанавливают в сборе со сборником фильтрата вертикально в углублении в грунте диаметром, равным диаметру колонки, и глубиной 40-60 см, соответствующей высоте колонки и сборника фильтрата, на время наблюдения, которое разбивают на несколько периодов, по истечении которых колонку с устройством для сбора фильтрата извлекают из углубления и фильтрат удаляют, после чего колонку и сборник фильтрата снова устанавливают в углубление; определяют объем удаленного фильтрата и проводят определение концентрации загрязняющего вещества; по окончании наблюдений колонку с устройством для сбора фильтрата извлекают из углубления и проводят анализ содержания загрязняющего вещества в почве и фильтрате, количество вещества, определенное в разные периоды наблюдений в фильтрате, прошедшем через загрязненный почвенный слой, суммируют и определяют степень выделения загрязняющего вещества.

2. Способ по п. 2, отличающийся тем, что исследования одновременно проводят в нескольких колонках со сборником фильтрата, в которых исследуют поведение при различных концентрациях загрязняющего вещества и помещают различные виды почв; количество колонок определяют размером отведенной площади для исследований.