Изобретение относится к способу интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами посредством внесения в них органо-минерального субстрата, состоящего из вымороженных лигнин-содержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности (шлам-лигнин) и золы сжигания древесного топлива.
Изобретение относится к критическим технологиям для России «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения» и к приоритетному направлению развития науки и технологий «Рациональное природопользование» (утверждено 07.07.2011 г.), поскольку включает в себя технологию интенсификации рекультивационной сукцессии нарушенных земель и использование отходов производства – лигнин-содержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности и зол сжигания древесного топлива.
Наиболее сложной проблемой, препятствующей проведению рекультивации земель, нарушенных в ходе деятельности различных промышленных предприятий является их загрязнение тяжелыми металлами.
Существуют следующие основные направления решения данной проблемы:
- проведение фиторекультивации;
- вывоз и захоронение загрязненного грунта на полигонах;
- применение физико-химических методов рекультивации (химическая экстракция, пирометаллургическая и электрохимическая обработка, витрификация) с извлечением загрязненного грунта.
Однако, приведенные методы рекультивации нарушенных земель имеют целый ряд существенных недостатков, снижающих их эффективность и рентабельность, например:
- высокое содержание тяжелых металлов негативно сказывается на росте и развитии растений, используемых для фиторекультивации, их существенное накопление в биомассе растений создает проблему ее утилизации;
- вывозка загрязненных земель для захоронения на специальных полигонах с технико-экономической точки зрения высокозатратна и не всегда целесообразна, при этом, в связи с их высоким классом опасности накладываются определенные ограничения по вывозке и складированию;
- физико-химические методы обработки сильно-загрязненных земель также высокозатратны, нуждаются в специализированном оборудовании и химических веществах, способных к вторичному загрязнению объектов окружающей среды.
Из уровня техники известен способ внесения в почву органоминеральной добавки (RU № 2723401, МПК C05B 17/00, C05F 7/02, A01B 79/02, опубликовано 11.06.2020). Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в качестве органоминеральной добавки пролонгированного действия с целью окультуривания территорий лесных массивов, рекультивации откосов автомобильных дорог и свалок твердых коммунальных отходов.
Сущность данного изобретения заключается в том, что органоминеральную добавку вносят при соотношении органоминеральной добавки и почвы 1:1, затем проводят рассеивание и запашку, при этом в качестве минеральной составляющей добавки используют фосфогипс, в качестве органической составляющей - шлам лигнина, причем компоненты используют при следующем соотношении компонентов по массе (мас. %): фосфогипс - 20-25, шлам лигнина - 75-80. Недостатком данного способа является его технико-экономическая затратность (соотношение добавки и почвы 1:1) и то, что данный способ подходит только для земель, содержащих незначительные концентрации тяжелых металлов (окультуривание территорий лесных массивов, рекультивации откосов автомобильных дорог и свалок твердых коммунальных отходов, при этом способствует переходу тяжелых металлов и РЗМ в растения, что не подходит для рекультивации земель, нарушенных в ходе деятельности промышленных предприятий
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом является улучшение агрохимических свойств почв путем внесения добавки, а также использование в качестве органического компонента лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности – сульфитный шлам-лигнин.
Также известен способ получения органоминерального удобрения (RU № 2086521, МПК C05F, опубликовано 10.08.1997), сущность которого заключается в том, что минеральную основу, в качестве которой берут золу бурых углей, наполняют отходами промышленности и сельского хозяйства, такими, как шлам-лигнин, активный ил целлюлозно-картонных комбинатов, древесными отходами. В смесь добавляют навоз крупного рогатого скота или птичий помет в количестве не более 1/3 от общей массы компонентов и проводят компостирование. Массовое соотношение золы к остальным отходам составляет 1:1,5-5.
Недостатком данного способа является ограничение его применения связанного с использованием навоза крупного рогатого скота или птичьего помета, а также необеспечение полноценной микробиологической чистоты удобрения. При этом необходимость компостирования смеси увеличивает трудоемкость технологии и повышает технико-экономические затраты.
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются возможность получения почвоудобрительного материала, возможность переработки отходов целлюлозно-бумажной промышленности, а также использование сульфатного шлам-лигнина в качестве органического компонента для получения сырья.
Также известен способ переработки шлам-лигнина в биоудобрение (Заявка RU № 2019114539, МПК C05F 7/02, C05F 17/00, опубликовано 13.11.2020), который осуществляется следующим образом - на площадке формируются бурты трапецеидальной формы, через сутки с учетом влажности 70-80% и температуры до 50% в бурт вносится инокулянт, биопрепарат на основе BR-1256, который активируя микрофлору бурта, меняет биохимический состав шлам-лигнина, превращая его в органическое биоудобрение, при этом скорость процесса переработки шлам-лигнина в биоудобрение регулируется ворошением бурта 2-3 раза в неделю, в процессе которого происходит внесение дополнительной влаги или проводится аэрация.
Недостатком данного способа является то, что данный способ является технологически сложным и материально затратным (внесение в бурт до 50% инокулянта), так как для получения биоудобрения необходимо формировать бурты специальной формы, при этом способ требует внесения дополнительной влаги или аэрации и контроля температуры и влажности субстрата.
Общими признаками заявляемого изобретения с аналогом являются – возможность получения почвоудобрительного материала, возможность переработки отходов целлюлозно-бумажной промышленности, а также использование сульфатного шлам-лигнина в качестве органического компонента для получения сырья.
За прототип принят способ получения почвогрунтов для рекультивации нарушенных земель (Богданов А.В. и др. «Опытно-промышленные испытания технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО "Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат», ХХI ВЕК. ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2020, №5(1), с. 8-20), заключающийся в получении почвогрунтов путем смешивания вымороженного осадка шлам-лигнина с илом канализационных очистных сооружений в соотношении (4:1) или путем смешивания вымороженного осадка шлам-лигнина с илом канализационных очистных сооружений и золами ТЭЦ в соотношении 4:1:1.
Недостатки данного способа заключаются в следующем:
- использование осадков городских канализационных очистных сооружений – активного ила вызывает вторичное микробиологическое загрязнение получаемой смеси и может негативно сказываться на его органолептических показателях;
- использование зол ТЭЦ дополнительно вносит тяжелые металлы и бенз(а)пирен в получаемую смесь;
- данный способ не регламентирует количество внесения полученного почвогрунта в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами для проведения рекультивации.
Отличие заявляемого способа от прототипа заключается в том, что получение почвогрунта в прототипе осуществляется путем смешивания вымороженного осадка шлам-лигнина с илом канализационных очистных сооружений в соотношении (4:1) или путем смешивания вымороженного осадка шлам-лигнина с илом канализационных очистных сооружений и золами ТЭЦ в соотношении 4:1:1, при этом количество вносимого почвогрунта в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами для проведения рекультивации не регламентировано. Тогда как в предлагаемом способе смешиваются вымороженные лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности (шлам-лигнин) и золы сжигания древесного топлива в долевом соотношении 1:0,05, затем смесь вносится в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами в количестве 30 т/га.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение заключается в том, чтобы с применением почвоудобрительной смеси интенсифицировать рекультивационную сукцессию нарушенных земель, загрязненных тяжелыми металлами, что позволит провести их рекультивацию, повысить скорость самозаростания и увеличить видовое биоразнообразие фитоценозов, при этом решается проблема утилизации многотоннажных накопленных лигнин-содержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности – шлам-лигнина.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в интенсификации процессов рекультивационной сукцессии нарушенных земель, загрязненных тяжелыми металлами.
Указанный технический результат достигается тем, что способ интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами, заключается в том, что для получения органо-минерального субстрата вымороженные лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности, представляющие собой шлам-лигнин смешиваются с золами сжигания древесного топлива в долевом соотношении 1:0,05, затем полученная смесь вносится в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами в количестве 30 т/га для интенсификации процессов рекультивационной сукцессии.
Преимущества перед прототипом заключаются в том, что заявляемый способ предполагает внесение в вымороженные осадки шлам-лигнина химически и микробиологически безопасный компонент – золу сжигания древесного топлива практически неопасную (Код ФККО: 6 11 900 02 40 5), которая богата такими ценными для питания растений компонентами, как калий и фосфор, при этом данный способ регламентирует количество внесения полученного почвогрунта в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами для проведения рекультивации.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что при предлагаемом способе интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами в них вносят органо-минеральный субстрат в количестве 30 т/га, который представляет собой смесь, состоящую из вымороженных лигнин-содержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности, представленных шлам-лигнином с золой сжигания древесного топлива в долевом соотношении 1:0,05. При этом большое количество целлюлозного волокна, входящего в состав вымороженных осадков шлам-лигнина обладает высокими сорбционными свойствами в отношении тяжелых металлов и позволяет их иммобилизовать в почве, переводя их в недоступную для растений форму. Также вымороженный осадок шлам-лигнина содержит большое количество органических веществ (до 45%), необходимых для роста и развития растений. Вносимая в смесь добавка – зола сжигания древесного топлива практически неопасная (Код ФККО: 6 11 900 02 40 5) относится к V классу опасности (практически неопасные) отходов, которые представляют наименьшую опасность для экологии и человека, воздействуют на окружающую среду в низкой степени, практически не нарушая ее компонентов. При этом данная зола содержит большое количество питательных компонентов для развития и роста растений – оксиды калия, фосфора и за счет щелочной среды стабилизирует вымороженный осадок шлам-лигнина, который имеет слабокислую среду. Интенсификация рекультивационной сукцессии заключается в том, что оптимальное количество питательных элементов, а также снижение доступности тяжелых металлов для усвоения растений способствует ускорению процессов самозарастания нарушенных земель и быстрой смене биологического разнообразия фитоценозов.
Осуществляют данный способ интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами следующим образом:
В предварительно подсушенные в естественных условиях вымороженные лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности, представляющие собой шлам-лигнин вносится добавка, представляющая собой усредненные золы сжигания древесного топлива практически неопасные (Код ФККО: 6 11 900 02 40 5) в долевом соотношении 1:0,05, затем смесь равномерно перемешивается по всему объему. Так как влажность вымороженных осадков шлам-лигнина составляет порядка 25-35%, то дополнительного орошения не требуется. Полученный органо-минеральный субстрат вносится для интенсификации рекультивационной сукцессии в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами в количестве 30 т/га.
Для подбора оптимальных соотношений вымороженный осадок шлам-лигнина : золы сжигания древесного топлива были проведены лабораторные и опытно-промышленные испытания. Усредненный состав вымороженных осадков шлам-лигнина и золы сжигания древесного топлива по основным питательным для растений компонентам приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Усредненный состав вымороженных осадков шлам-лигнина и золы сжигания древесного топлива по основным питательным для растений компонентам
Как видно из таблицы 1, вымороженный осадок шлам лигнина имеет в первую очередь дефицит калия, а также фосфора по отношению к питательным элементам, при этом общий азот и органическое вещество соответствуют требованиям ГОСТ Р 54651-2011 по основным питательным для растений компонентам. Также из таблицы 1 видно, то зола сжигания древесного топлива богата такими питательными элементами, как общий калий и фосфор, что дает предпосылки для использования ее в качестве добавки для получения органо-минерального субстрата.
Были выполнены исследования для подбора оптимальных соотношений вымороженного осадка шлам-лигнина и золы сжигания древесного топлива. Для этого были выбраны следующие соотношения вымороженного осадка шлам-лигнина и золы сжигания древесного топлива: 1:0,01; 1:0,025; 1:0,05; 1:0,10; 1:0,15; 1;20, далее анализировался химических состав питательных для растений элементов, pH водной вытяжки, средняя сырая масса высаженных в образцы растений (редька масличная (Brassica rapa) на 14е сутки прорастания. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Подбор оптимальных компонентов органо-минерального субстрата
Основываясь на полученных результатах, приведенных в таблице 2, оптимальным соотношением вымороженный осадок шлам-лигнина : зола сжигания древесного топлива было выбрано 1:0,05, так как при данном соотношении существенно не снижаются концентрации таких питательных элементов, как органическое вещество и азот общий и происходит насыщение субстрата фосфором и калием до необходимых значений.
Полученный органо-минеральный субстрат вносится для интенсификации рекультивационной сукцессии в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами в количестве 30 т/га, согласно Требования ГОСТ Р 54651-2011 «Удобрения органические на основе осадков сточных вод. Технические условия».
Сравнение основных технических характеристик заявленного способа интенсификации рекультивационной сукцессии и уже известных ранее приведено в таблице 3.
Таблица 3 - Сравнение основных технических характеристик заявленного способа и известных ранее
(тяжелые и редкоземельные металлы)
(способствует накоплению тяжелых и редкоземельных металлов в растениях)
(микробиологическое загрязнение – навоз, помет)
(необходимость компостирования)
(в способе нет указаний на такую возможность)
(необходимо проводить регулярную аэрацию и внесение влаги)
(в способе нет указаний на такую возможность)
(активный ил - микробиологическое загрязнение, запах; золы ТЭЦ – бенз(а)пирен, тяжелые металлы)
(необходимость использовать отработанный и стабилизированный активный ил канализационных очистных сооружений, при этом сама смесь не требует стабилизации)
(состав говорит о возможности использования, однако не регламентирует точной нормы внесения в нарушенные земли)
Как видно из таблицы 3, в отличие от прототипа, заявляемый способ позволяет интенсифицировать рекультивационную сукцессию нарушенных земель, загрязненных тяжелыми металлами без внесения компонентов, которые могут вторично загрязнять окружающую среду и должны быть предварительно стабилизированы, при этом данный способ регламентирует нормы внесения органо-минерального субстрата в нарушенные земли.
В отличие от аналогов, заявляемый способ позволяет не использовать компоненты, которые могут вторично загрязнять окружающую среду, не нуждается в компостировании и стабилизации полученной смеси и позволяет интенсифицировать рекультивационную сукцессию нарушенных земель, загрязненных высоким содержанием тяжелых металлов.
Использование заявляемого изобретения позволит утилизировать многотоннажные лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности, представленные вымороженными осадками шлам-лигнина с получением ценной товарной продукции – органо-минеральным субстратом, который можно использовать для рекультивации нарушенных земель без высоких технико-экономических затрат для его получения.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРТ-ШЛАМОНАКОПИТЕЛЕЙ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БЕЛЕНОЙ СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ | 2012 |
|
RU2526983C2 |
СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА ПРИ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ | 2011 |
|
RU2484613C2 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ | 2014 |
|
RU2576202C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОГО УДОБРЕНИЯ | 1993 |
|
RU2086521C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МЕЛИОРАНТА | 2020 |
|
RU2736648C1 |
СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ | 1999 |
|
RU2181640C2 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД | 2012 |
|
RU2545574C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГУМИНОВОГО ПРЕПАРАТА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННЫХ, НАРУШЕННЫХ И ДЕГРАДИРОВАННЫХ ЗЕМЕЛЬ | 2020 |
|
RU2757503C1 |
ГРУНТ ТЕХНОГЕННЫЙ ПОЛУЧЕННЫЙ ПУТЕМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ | 2013 |
|
RU2520146C1 |
СМЕСИ ГРУНТОШЛАМОВЫЕ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СМЕСЕЙ ГРУНТОШЛАМОВЫХ | 2015 |
|
RU2631391C2 |
Изобретение относится к способу интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами, посредством внесения в них органо-минерального субстрата, состоящего из вымороженных лигнин-содержащих осадков целлюлозно-бумажной промышленности (шлам-лигнин) и зол сжигания древесного топлива. Способ включает внесение в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами, органо-минерального субстрата, состоящего из вымороженных осадков шлам-лигнина и зол сжигания древесного топлива, для интенсификации рекультивационной сукцессии за счет внесения оптимальных количеств питательных для растений элементов (органическое вещество, калий, фосфор, азот) и иммобилизации тяжелых металлов. Способ осуществляют путем внесения в вымороженные осадки шлам-лигнина добавки, представляющей собой золы сжигания древесного топлива, в соотношении 1:0,05 с последующим перемешиванием и внесением для интенсификации рекультивационной сукцессии в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами, в количестве 30 т/га. Технический результат изобретения заключается в интенсификации процессов рекультивационной сукцессии нарушенных земель, загрязненных тяжелыми металлами. 3 табл.
Способ интенсификации рекультивационной сукцессии земель, загрязненных тяжелыми металлами, посредством внесения в них органо-минерального субстрата, отличающийся тем, что способ осуществляют посредством внесения в вымороженные лигнин-содержащие осадки целлюлозно-бумажной промышленности (шлам-лигнин) добавки, представляющей собой золы сжигания древесного топлива, в долевом соотношении 1:0,05 с последующим перемешиванием и внесением для интенсификации рекультивационной сукцессии в нарушенные земли, загрязненные тяжелыми металлами, в количестве 30 т/га.
БОГДАНОВ А.В., ШАТРОВА А.С., АЛЕКСЕЕВА О.В., КУЛАКОВ В.А | |||
Опытно-промышленные испытания технологии вымораживания коллоидных осадков шлам-лигнина ОАО "Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат" // XXI век | |||
Техносферная безопасность | |||
Способ восстановления спиралей из вольфрамовой проволоки для электрических ламп накаливания, наполненных газом | 1924 |
|
SU2020A1 |
Кипятильник для воды | 1921 |
|
SU5A1 |
С | |||
Топка с несколькими решетками для твердого топлива | 1918 |
|
SU8A1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО МЕЛИОРАНТА | 2020 |
|
RU2736648C1 |
СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ В ПОЧВУ ОРГАНОМИНЕРАЛЬНОЙ ДОБАВКИ | 2019 |
|
RU2723401C1 |
CN 113789177 A, 14.12.2021. |
Авторы
Даты
2023-05-31—Публикация
2022-11-28—Подача