СПОСОБ ГИДРОБОТАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Российский патент 2019 года по МПК C02F3/32 

Описание патента на изобретение RU2700474C1

Изобретение относится к области гидроботанической очистки водных сред в закрытых водоемах, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, с использованием плавающих растений, например представителя высшей водной растительности - эйхорнии.

Известен способ очистки воды, включающий выращивание водных растений в питательном растворе и очистку загрязненной воды с помощью выращенных растений (Патент №2155721, C02F 3/30, 2000, RU).

Недостатком известного метода является то, что он предназначен только для очистки вод от загрязнений, представленных катионами тяжелых металлов.

Известен способ гидроботанической очистки загрязненных водных сред с использованием плавающего растения эйхорния (Патент №2288894, C02F 3/32, 2005, RU).

Недостатком этого способа является то, что он не предусматривает очистку вод от мышьяксодержащих соединений.

Известен способ выращивания эйхорнии при гидроботанической очистке загрязненных вод, включающий создание условий для адаптации растений, поддержание их жизнедеятельности в течение всего года и оптимизацию условий для эффективной очистки загрязненных вод (Патент №2193532, C02F 3/00, 2002, RU).

Недостатком способа является то, что не предусмотрена очистка вод, загрязненных мышьяксодержащими соединениями.

Технической задачей настоящего изобретения является расширение области применения высшего водного растения эйхорнии по очистке водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, и увеличение скорости их биологического поглощения.

Указанная задача достигается тем, что в способе гидроботанической очистки водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, включающем размещение плавающего растения в питательном растворе при поддержании температуры окружающего воздуха не менее 16°С, а температуры питательного раствора - в пределах от 15°С до 36°С; при биологическом потреблении кислорода не более 1000 мг О2/л и химическом потреблении кислорода не более 2000 мг О2/л; при дополнительном искусственном освещении лампами зелено-красного спектра мощностью не менее 300 Вт/м2 не более 14 ч в сутки с 5 до 19 ч, в случае недостатка освещенности; при поддержании температурного режима в холодный период путем укрывания растений светопроницаемой пленкой, увеличивающей красную составляющую спектра; при проведении воздухообмена в пространстве под пленкой в периодическом режиме отсутствия сквозняка; при использовании в качестве светопроницаемой пленки материала с полупроницаемыми мембранами; при дополнительном подогревании воздуха под пленкой тепловентиляторами; при поддержании температурного режима воздуха под пленкой путем создания увлажняющего слоя в виде искусственного орошения или аэрозольного «одеяла»; при дополнительном подогреве или охлаждении загрязненной воды; при этом в качестве питательного раствора используют, загрязненную водную среду с содержанием мышьяксодержащих соединений в концентрациях до 20,0 мг/дм3 и со значением рН от 4 до 9; при этом в питательный раствор добавляют растворимые соли гуминовой кислоты в концентрациях от 1 до 2 г/м3.

При разработке способа были проведены следующие теоретические и экспериментальные исследования.

В водоем, загрязненный мышьяксодержащими соединениями, размещали эйхорнию - плавающее водное растение, надводная часть которого состоит из укороченного стебля с розеткой овальных листьев, а подводная часть представляет сильно развитую мочку корней, опушенных ресничками, обладающими эффективными фильтрующими свойствами и способностью поглощать биогенные элементы. Технология основана на чрезвычайно высокой способности растения к размножению и интенсивному росту его вегетационной массы при благоприятных условиях. В корневой системе под воздействием кислорода, выделяемого аэробными бактериями, протекают биохимические процессы, позволяющие превращать высокомолекулярные и низкомолекулярные соединения, в том числе мышьяксодержащие загрязнители доступные для растений формы. Они усваиваются растением как питательные вещества через корневую систему. Нами подтверждено, что эйхорния способна в значительных количествах накапливать мышьяк, при этом установлено, что концентрации мышьяксодержащих соединений в растительной ткани этого растения на несколько порядков выше их содержания в воде.

Экспериментально было установлено, что нормальная вегетация эйхорнии сохраняется при использовании водной среды, загрязненной мышьяксодержащими соединениями в концентрациях до 20,0 мг/дм3 со значением рН от 4 до 9, и с добавкой растворимых солей гуминовой кислоты до концентраций от 1 до 2 г/м3.

Введение гуминового вещества в загрязненные мышьяком водные среды позволяет создать буферную структуру, поддерживающую равновесие между продукционными и деструкционными процессами в воде. Основным продукционным процессом является фотосинтез, приводящий к увеличению биомассы эйхорнии. Гуматы способствуют усвоению биологически необходимых для растения веществ (фосфора, азота и др.), а также микроэлементов, присутствующих в водной среде (вода, взвешенные вещества, донные отложения). Деструкционные процессы активируются гуминовыми веществами в направлении перевода мышьяксодержащих загрязнителей в биологически усвояемые формы.

Растения по окончании вегетации удаляются из водоема, высушиваются и утилизируются.

Техническим результатом изобретения является снижение содержания мышьяка в водной среде, загрязненной мышьяксодержащими соединениями, и увеличение скорости его биологического поглощения.

Использование заявляемого способа для очистки воды позволяет:

- снизить содержание мышьяка в загрязненных водах;

- увеличить интенсивность поглощения мышьяка эйхорнией.

Предлагаемый способ является экологически чистым и может найти применение при извлечении мышьяксодержащих соединений из технологических растворов, сточных и природных вод.

Примеры для осуществления способа.

Пример 1. Для оценки возможности применения эйхорнии по очистке водоемов в качестве мышьяксодержащих соединений использовался ар-сенат натрия.

Эйхорнию помещали в модель водоема объемом 5 л, заполненную водным раствором загрязнителя, при значении рН от 7,0 до 9,0. Арсенат натрия вносили в модель водоема в концентрациях от 1,73 до 17,30 мг/дм3 (расчет проводили по мышьяку), при поддержании температуры окружающего воздуха не менее 16°С, а температуры загрязненной воды - в пределах от 15°С до 36°С; при биологическом потреблении кислорода не более 1000 мг О2/л и химическом потреблении кислорода не более 2000 мг O2/л при дополнительном искусственном освещении лампами зелено-красного спектра мощностью не менее 300 Вт/м2 не более 14 ч в сутки с 5 до 19 ч, в случае недостатка освещенности; при поддержании температурного режима в холодный период путем укрывания растений светопроницаемой пленкой, увеличивающей красную составляющую спектра; при проведении воздухообмена в пространстве под пленкой в периодическом режиме отсутствия сквозняка; при использовании в качестве светопроницаемой пленки материала с полупроницаемыми мембранами; при дополнительном подогревании воздуха под пленкой тепловентиляторами; при поддержании температурного режима воздуха под пленкой путем создания увлажняющего слоя в виде искусственного орошения или аэрозольного «одеяла»; при дополнительном подогреве или охлаждении загрязненной воды. Образцы воды отбирали через 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30 суток соответственно, а далее они анализировались фотоколориметрическим методом с нижним пределом обнаружения мышьяка, равным 0,01 мг/м3.

Полученные результаты по определению содержания мышьяка в пробах воды представлены в таблице 1.

Анализ таблицы 1 показывает, что способность эйхорнии к очистке воды от мышьяка наблюдается в широком диапазоне концентраций. Причем, способность к извлечению загрязнителя существенно зависит от его концентрации. Степень извлечения мышьяка эйхорнией из раствора арсената натрия с концентрацией 17,3 мг/дм3 составляет менее 87% за 30 сут.

Пример 2. Для оценки возможности применения эйхорнии по очистке водоемов ее помещали в модель водоема объемом 5 л, заполненную водным раствором арсената натрия, гумата натрия с концентрацией 2 г/м3 и при значении рН раствора 4,0. Арсенат натрия для приготовления растворов использовали в количествах, обеспечивающих содержание общего мышьяка 0,75; 15,0 мг/дм3, при поддержании температуры окружающего воздуха не менее 16°С, а температуры загрязненной воды - в пределах от 15°С до 36°С; при биологическом потреблении кислорода не более 1000 мг O2/л и химическом потреблении кислорода не более 2000 мг О2/л; при дополнительном искусственном освещении лампами зелено-красного спектра мощностью не менее 300 Вт/м2 не более 14 ч в сутки с 5 до 19 ч, в случае недостатка освещенности; при поддержании температурного режима в холодный период путем укрывания растений светопроницаемой пленкой, увеличивающей красную составляющую спектра; при проведении воздухообмена в пространстве под пленкой в периодическом режиме отсутствия сквозняка; при использовании в качестве светопроницаемой пленки материала с полупроницаемыми мембранами; при дополнительном подогревании воздуха под пленкой тепловентиляторами; при поддержании температурного режима воздуха под пленкой путем создания увлажняющего слоя в виде искусственного орошения или аэрозольного «одеяла»; при дополнительном подогреве или охлаждении загрязненной воды. Образцы воды отбирались через 1,5; 3,0; 4,5; 5,5 и 6 суток, и анализировались фотоколориметрическим методом анализа на содержание мышьяка.

Все указанные мероприятия позволяют создать оптимальные условия для адаптации эйхорнии, содержания ее в холодный период и создать оптимальные условия для эффективной очистки загрязненных вод от мышьяка.

Полученные результаты по определению содержания мышьяка представлены в таблице 2.

Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что растение эйхорния как при низких концентрациях арсената натрия, так и при высоких в промежутке времени от 1,5 до 6,0 суток проявляет свои поглощающие свойства максимально эффективно. Степень извлечения мышьяка по методу «введено-найдено» от начала эксперимента до его завершения составляет от 93% до 94%. При этом в течение всего времени проведения эксперимента гибели растений не наблюдалось.

Динамика накопления мышьяка в эйхорнии при различных концентрациях арсената натрия и гумата натрия представлена графически на фиг. 1. Содержание мышьяка в эйхорнии определялось рентгенофлуорисцентным методом.

Анализ результатов таблиц 1, 2 и динамики накопления мышьяка (фиг. 1) показывает, что при добавлении в раствор арсената натрия с концентрацией от 0,75 до 20,0 мг/дм3 и растворимых солей гуминовых кислот (гумата натрия) в количествах, обеспечивающих их концентрацию от 1 до 2 мг/дм3 достигается увеличение интенсивности поглощения мышьяка эйхорнией от 3 до 5 раз. Достигается увеличение степени извлечения мышьяксодержащих соединений в присутствии гумата натрия за 6 суток эксперимента в среднем на 20%.

Угнетение жизнедеятельности эйхорнии при содержании мышьяксодержащих соединений в водной среде до 20 мг/дм3 незначительное, при дальнейшем повышении концентрации растения угнетаются до увядания.

Таким образом, при значениях содержания мышьяка до 20 мг/дм, с добавлением солей гуминовых кислот, обеспечивающих концентрацию в интервале от 1 до 2 мг/дм и значения рН среды выше 4, вегетация эйхорнии регулируема и позволяет осуществлять очистку загрязненных водных сред от мышьяксодержащих соединений.

Похожие патенты RU2700474C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ГИДРОБОТАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОДНЫХ СРЕД В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ СРЕДНИХ ШИРОТ 2005
  • Лялин Сергей Владимирович
RU2288894C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Друцкий Алексей Васильевич
  • Гарсия Арми Лопес
  • Гарсия Винсент Лопес
  • Друцкая Юлия Алексеевна
RU2359924C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2007
  • Друцкий Алексей Васильевич
  • Гарсия Арми Лопес
  • Гарсия Винсент Лопес
  • Друцкая Юлия Алексеевна
RU2356855C1
Способ биологической очистки сточных вод 2018
  • Ченский Илья Александрович
  • Серпокрылов Николай Сергеевич
RU2683522C1
СПОСОБ РЕАБИЛИТАЦИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 2022
  • Кривицкий Сергей Владимирович
RU2784508C1
КОМПОЗИЦИОННЫЙ СОРБЕНТ С МАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ РЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ 2018
  • Красильников Валерий Владимирович
  • Серебренников Борис Васильевич
  • Поторопин Евгений Борисович
  • Медвецкая Илона Георгиевна
  • Тагаев Владимир Игоревич
RU2676984C1
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС "БИОЧЭК" 2010
  • Козлов Вадим Авенирович
  • Зурнаджян Рафаел Артаваздович
RU2448913C2
ПРЕПАРАТ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКОМ, И СОСТАВ ПРЕПАРАТА ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКОМ (ВАРИАНТЫ) 2013
  • Богданов Андрей Викторович
  • Качор Ольга Леонидовна
  • Чайка Наталия Витальевна
RU2546903C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА 2008
  • Кручинин Николай Александрович
  • Дмитриев Александр Геннадьевич
  • Костылев Геннадий Михайлович
  • Котровский Александр Викторович
  • Кондратьев Владимир Александрович
  • Мелёшин Геннадий Николаевич
  • Михаилянц Сергей Львович
RU2378380C1
СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОКОВ И ВОДЫ ВОДОЕМОВ ОТ ТОКСИКАНТОВ 2004
  • Кручинин Н.А.
  • Николаева Г.М.
  • Дмитриев А.Г.
  • Кондратьев В.А.
  • Сокол К.А.
RU2259961C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 700 474 C1

Реферат патента 2019 года СПОСОБ ГИДРОБОТАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДНЫХ СРЕД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для очистки водных сред в закрытых водоемах, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, с использованием плавающих растений - эйхорнии. Способ гидроботанической очистки водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, предусматривает размещение эйхорнии в загрязненной воде мышьяксодержащими соединениями с добавлением растворимых солей гуминовой кислоты в заданных концентрациях при поддержании температуры окружающего воздуха не менее 16°С, а температуры загрязненной воды - в пределах от 15°С до 36°С. Способ осуществляют при биологическом потреблении кислорода не более 1000 мг О2/л, химическом потреблении кислорода не более 2000 мг О2/л и дополнительном искусственном освещении лампами зелено-красного спектра. Изобретение позволяет снизить количество мышьяксодержащих соединений в водоемах. 1 ил., 2 табл., 2 пр.

Формула изобретения RU 2 700 474 C1

Способ биологической очистки водных сред, загрязненных мышьяксодержащими соединениями, включающий размещение эйхорнии в загрязненной воде с содержанием мышьяксодержащих соединений в концентрациях до 20,0 мг/дм3 и со значением рН от 4 до 9 с добавлением растворимых солей гуминовой кислоты в концентрациях от 1 до 2 г/м3, при поддержании температуры окружающего воздуха не менее 16°С, а температуры загрязненной воды - в пределах от 15°С до 36°С; при биологическом потреблении кислорода не более 1000 мг O2/л и химическом потреблении кислорода не более 2000 мг О2/л; при дополнительном искусственном освещении лампами зелено-красного спектра мощностью не менее 300 Вт/м2 не более 14 ч в сутки с 5 до 19 ч в случае недостатка освещенности; при поддержании температурного режима в холодный период путем укрывания растений светопроницаемой пленкой, увеличивающей красную составляющую спектра; при проведении воздухообмена в пространстве под пленкой в периодическом режиме отсутствия сквозняка; при использовании в качестве светопроницаемой пленки материала с полупроницаемыми мембранами; при дополнительном подогревании воздуха под пленкой тепловентиляторами; при поддержании температурного режима воздуха под пленкой путем создания увлажняющего слоя в виде искусственного орошения или аэрозольного «одеяла»; при дополнительном подогреве или охлаждении загрязненной воды.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2700474C1

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО МЕТАЛЛА ИЗ РАСТВОРА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 1994
  • Раскин Илья
  • Дученков Славик
  • Кьюмар Нанда
  • Капулник Йорам
RU2142434C1
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЭЙХОРНИИ ПРИ ГИДРОБОТАНИЧЕСКОЙ ОЧИСТКЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВОД 2002
  • Лялин С.В.
RU2193532C1
КАЗМИРУК В.Д
и др
Современные тенденции использования фитотехнологий для очистки сточных вод, Теоретическая и прикладная экология, 2016, N 3, с
Аппарат, предназначенный для летания 0
  • Глоб Н.П.
SU76A1
ДЖАКУПОВА И.Б
и др
Биологический метод очистки сточных вод, Научно-практический журнал XXI век: Итоги прошлого и проблемы настоящего плюс Периодическое научное издание т
Серия Экология, 2014, Пенза, ПензГТУ, с.113-117
ОЛЬШАНСКАЯ Л.Н
и др
Фиторемедиационные энергосберегающие технологии в решении проблем загрязнения гидросферы, Инноватика и экспертиза, 2012, Вып
Разборный с внутренней печью кипятильник 1922
  • Петухов Г.Г.
SU9A1
Рельсовый башмак 1921
  • Елютин Я.В.
SU166A1

RU 2 700 474 C1

Авторы

Красильников Валерий Владимирович

Серебренников Борис Васильевич

Ермаков Антон Геннадьевич

Поторопин Евгений Борисович

Татаров Антон Владимирович

Даты

2019-09-17Публикация

2019-01-29Подача