Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ПОЧВ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для биологической очистки почв, загрязненных мышьяксодержащими соединениями в том числе, в местах прошлого уничтожения и захоронения токсичных химикатов.

К настоящему времени круг комплексных способов и технологий промышленного масштаба очистки почв невелик. Имеются комплексные методы для поверхностной очистки пород и почв от некоторых видов загрязнителей, и они базируются на методах выщелачивания с применением адсорбции. Их реализация на практике пока не получила должного развития в силу различных, прежде всего, экономических причин.

Известны способы химической и электрохимической очистки грунтов и почв от радиоактивных и токсических веществ, основанные на использовании гумино-минеральных реагентов, постоянного тока и растений, накапливающих в вегетативной массе токсические вещества [1. Патент на изобретение №2233293 /Россия/. Гумино-минеральный реагент и способ его получения, способ санации загрязненных почв, способ детоксикации отходов добычи и переработки полезных ископаемых и рекультивации отвалов горных пород и хвостхранилищ, способ очистки сточных вод и способ утилизации осадков. / А.И. Шульгин, А.А. Шульгин / 27.11.2002. 2. Патент на изобретение №2211493 /Россия/. Способ электрокинетической очистки грунтов от радиоактивных и токсических веществ / А.С. Баринов, Л.Б. Прозоров, В.Б. Николаевский и др. / 27.08.2003].

Известен способ рекультивации загрязненных земель, основанный на поглощении и удержании влаги с растворенными в ней токсическими веществами, поступающей в почву при выпадении осадков и таянии снега, природными и химическими мелиорантами [Патент на изобретение №2329882 /Россия/. Способ рекультивации земель / А.И. Иванов, П.А. Иванов, А.П. Стаценко / 20.06.2006].

Недостатками известных способов являются:

- способ разработан применительно к почвам, загрязненным одним компонентом с ограниченным уровнем его содержания (мышьяк не более 50 мг/кг);

- способ не эффективен при нарушении мелиоративного защитного слоя, например, в случае выветривания или при нерегулируемом самопроизрастании древесной растительности.

Известен способ комбинированной реагентной детоксикации и рекультивации почв [Патент 2446899, В09С 001/08, A62D 003/00]. Способ включает последовательное нанесение послойного мелиоративного покрытия и 20-сантиметрового слоя почвы; последующее залуживание поверхности путем посева корневищных многолетних трав костреца и пырея в весовом соотношении 1:1 и нормой высева 20 кг·га^-1. Площадку предварительно обрабатывают эквивалентными количествами диоксида тиомочевины, но не более 0,5 т, модифицированной аминокислотной композиции, но не более 0,5 т на 100 м² обрабатываемой площади при общем содержании мышьяка не более 3000 мг·кг^-1 и тяжелых металлов не более 7000 мг·кг^-1 до достижения pH водной вытяжки из почвы не менее 8 и значении аминокислотного коэффициента не менее 2, затем слоем глауконита не более 5 см с последующим покрытием 5-сантиметровым слоем цеолитсодержащей породы, слоем карбонатной глины мощностью 10 см, смесью почвы с полимером акриламида водопоглощающего АК-639 марки В-415К в объемном соотношении 150:1 слоем 10 см.

В качестве недостатка можно отметить то, что способ является экономически затратным. В первую очередь, применяемым пятикратным избытком расходуемых дорогостоящих мелиорантов на единицу измерения загрязненной почвы. Обработка почв, приводящая в результате реагентной детоксикации к высоко щелочным показателям, не может считаться до конца завершенной, так как проведение любых агротехнических мероприятий будет приводить к образованию водорастворимых форм мышьяксодержащих соединений. Способ не предполагает снижение уровня содержания общего мышьяка в почве.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является техническое решение по патентному документу SU №1804280 A3 от 23.03.1993. Сущность биологической очистки почвы от радионуклидов заключается внесением в нее неорганических соединений в виде водного раствора сульфида аммония, с последующей высадкой семян однолетних и многолетних растений, в том числе донника белого и/или желтого (Melilotus Albus Desr и\или Melilotus officinalis Desr) при поддержании значения pH почвы от 9,5 до 10,8. Авторы утверждают, что в указанном интервале значения pH донник белый и/или желтый проявляет высокие аккумуляционные свойства в отношении радионуклидов. Применение в данном интервале значений pH донника белого и/или желтого в отношении мышьяксодержащих соединений в качестве биологического аккумулятора загрязнителя (анионный загрязнитель) мало эффективно. Кроме того, следует отметить, что предельно допустимая концентрация сульфидов натрия в воздухе составляет 0,2 мг/м³, а в воде - 0,003 мг/л. [ГН 2.2.5-1313-03, ГН 2.1.5.-1315-03]. Таким образом, применение растворов сульфида натрия для поддержания необходимого показателя PH почв создает опасность серьезного загрязнения смежных сред окружающей природной среды.

За прототип взят способ биологической очистки почв [Патент на изобретение №2231944 / Россия/. Способ биологической очистки почв / А.С. Лукаткин, Д.И. Башмаков / 10.07.2004], сущность которого заключается в том, что в способе биологической очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, включающем высев семян растений в загрязненную почву, скашивание и удаление зеленой массы, высевают семена одуванчика лекарственного в количестве 1,95-24,3 млн шт. на 1 га, после прорастания семян растения доводят до фазы образования розетки листьев, а скашивание и удаление зеленой массы производят многократно до образования семян.

В качестве недостатка можно отметить то, что способ предназначен для снижения содержания тяжелых металлов (свинец, цинк, медь, никель, железо, марганец, хром) и не предполагает проведение фитоэкстракции земель, загрязненных мышьяксодержащими соединениями.

Задачей изобретения является снижение уровня мышьяксодержащих соединений в почве с использованием свойств и способностей донника желтого и белого (Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr).

Поставленная задача решается следующим образом.

Способ биологической очистки почв включает высев семян растений в загрязненную почву, прорастание семян, скашивание и удаление зеленой массы. Высеивают семена донника желтого и белого (Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) в загрязненную мышьяксодержащими соединениями почву при значении pH почвы от 6,00 до 9,15 с нормой высева 15 кг/га, после прорастания семян растения доводят до вегетации, а скашивание и полное удаление растительной массы проводят после созревания семян.

Способ осуществляют следующим образом. На территориях, которые необходимо очистить от мышьяксодержащих соединений, высевают семена донника желтого и белого (Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) при значении pH почвы от 6,00 до 9,15, затем растения доводят до формирования семян. При образовании большой массы после созревания семян проводят скашивание и полное удаление растительной массы. Эту процедуру повторяют периодически по мере отрастания надземной части донника и созревания семян. Норма внесения семян 15 кг/га обеспечивает оптимальную плотность популяции и получаемой сырой биомассы наземной и корневой части.

Вынос мышьяксодержащих соединений из почвы посредством фитоэкстракции также зависит от показателя pH. Коэффициент накопления мышьяка для донника желтого и белого (Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) в зависимости от значения pH изменяется от 0,64 до 4,90. С увеличением щелочности почвы коэффициент накопления возрастает в несколько раз, а в интервале значений pH от 8,0 до 9,0 проявляет практически гипераккумуляционные свойства [Barek A.J.M. Accumulator and Excluders - Strategies in Response of plants to heary metals / J. Plant Nutr. - 1981. - №3. - P. 643-654] по отношению к мышьяку (табл. 1). Но дальнейшее увеличение значения pH не целесообразно из-за снижения образования массы растений и их гибели при достижении критических концентраций мышьяка в растении.

Определение содержания мышьяка в растительных материалах проводили с применением метода рентгенофлуоресцентного анализа.

Содержание мышьяка в корнях Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr (донника желтого, белого) составляет до 270 мг·кг^-1. Накопление мышьяка происходит не только в корнях, но и в наземной части растения (содержание мышьяка в стеблях и листьях достигает до 120 мг·кг^-1), именно этим свойством и устойчивостью к загрязнению данное растение представляет интерес для проведения фиторемедиационной очистки почв от мышьяксодержащих соединений.

Принимая во внимание, что в растительной массе донника содержание сухой массы составляет 60%, а урожайность составляет не менее 400 ц/га, можно рассчитать возможный вынос мышьяксодержащих соединений из почвы при выращивании предлагаемого вида растений, который составит от 7 до 9 кг/га.

Скошенную зеленую массу высушивают и подвергают озолению. Полную уборку растений целесообразно проводить в конце вегетации на первый-второй год после высева вместе с корнями.

С помощью растения донника желтого и белого (Melilotus officinalis Desr и Melilotus Albus Desr) можно обеспечить фитоэкстракцию почв мышьяксодержащих соединений и их продуктов деструкции в местах хранения и прошлого уничтожения токсичных химикатов.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого способа, позволяет снизить содержание водорастворимых форм мышьяксодержащих соединений в сильнозагрязненной почве за первый год от 30% до 60%, осуществляя, таким образом, направленную фитоэкстракцию почв без нарушения кислотно-щелочного баланса и окислительно-восстановительного равновесия в почве.

Использование заявляемого способа для очистки почвы от мышьяксодержащих соединений позволяет:

- расширить область применения биологической очистки почвы;

- существенно снизить содержание загрязнителей в почвах (мышьяксодержащих соединений).