Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ ОТ ПЕСТИЦИДОВ

Изобретение относится к защите окружающей среды и может быть использовано при очистке сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов, а также для очистки сточных вод, их обеззараживанию путем уничтожения вирусов и бактерий и другой патогенной микрофлоры.

При расширении масштабов использования пестицидов было выявлено ряд следующих отрицательных последствий: загрязнение почв и водных источников, накопление остатков химических препаратов в пищевых продуктах. В почве пестициды распадаются в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения. Остатки пестицидов в почве вымываются ливневыми и почвенными водами и, собираясь в естественные водоемы, загрязняют их, а также окружающие их земельные участки.

Проблема очистки земель и почв сельскохозяйственного назначения, а также утилизации избыточного количества этих веществ, особенно складированных открытым способом, является особенно актуальной для современной экологии. В настоящее время в технологии сельскохозяйственного производства получили распространение хлорорганические пестициды: физид-форте, зенкор, чистоплан, пума-супер.

Известна установка для переработки почв, грунтов, содержащая бункер с перемешивающим устройством, с приспособлением для транспортирования жидкости из него в емкость перелива и устройством для вывода твердых включений, систему подачи моющей жидкости, вибратор (RU 2330734 С1, МПК В09С 1/00, опубл. 10.08.2008 г.).

Известен фотокаталитический модуль для очистки воды, содержащий технологически связанные между собой пористый фотокаталитический реактор заданной формы и источник ультрафиолетового излучения, при этом реактор выполнен из кварца, стекла, керамики или стеклокерамики, на поверхность которого нанесен нанокристаллический диоксид титана, а поры поверхности реактора представляют собой многосвязанные регулярные каналы (RU 2008117101 А, МПК C02F 1/32, опубл. 10,11.2009 г.).

Недостатком вышеуказанных устройств-аналогов является то, что рассмотренные выше устройства имеют рабочий орган туннельного характера с движущимся обрабатываемым материалом. Но для протекания фотохимических процессов под действием ультрафиолетового излучения необходимо, чтобы обрабатываемый материал находился в рабочем органе довольно продолжительное время.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является фотокаталитический модуль, выбранный в качестве прототипа (RU 2394772, МПК C02F 1/32, опубл. 20.07.2010 г.), содержащий технологически связанные между собой пористый фотокаталический реактор, выполненный из кварца, стекла, керамики, стеклокерамики, на поверхность которого нанесен нанокристаллический диоксид титана, источник ультрафиолетового излучения (УФ), поры поверхности реактора представляют собой многосвязанные регулярные каналы.

Недостатком прототипа является невозможность очистки сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов. При положительных качествах модуля, принятого в качестве прототипа, он имеет существенный недостаток, а именно селективную направленность только на обеззараживание и улучшение органолептических свойств водной обрабатываемой среды за счет образования гидроксильных радикалов, разрушающих микроорганизмы, а также органические и неорганические соединения. Очистка твердой фазы, а именно сельскохозяйственных земель, от пестицидов в модуле не возможна.

Задачей предлагаемого устройства является очистка и обеззараживание сточных вод путем уничтожения вирусов и бактерий и другой патогенной микрофлоры, также очистка сельскохозяйственных земель и почв от пестицидов. Задача решается тем, что устройство содержит фотокаталитический реактор, фотокатализатор в виде диоксида титана, источник ультрафиолетового излучения, в отличие от прототипа, фотокаталитический реактор расположен горизонтально. Устройство дополнительно содержит приемный бункер для почвы с расположенной под ним дробилкой, соединенной через транспортер с фотокаталитическим реактором, вдоль горизонтальной оси которого расположен смешиватель с приводом, причем источник ультрафиолетового излучения размещен в торцевой части реактора, а в его верхней части расположен дозатор для фотокатализатора - двуокиси титана, выход реактора через транспортер соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса, в нижней части которого расположен шнек для отвода очищенной почвы через патрубок, в центральной части корпуса установлено перемешивающее устройство, внутренняя полость корпуса через трубопровод, прикрепленный к его боковой стенке, соединена с емкостью для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа, под которой расположен патрубок подвода воды, в противоположной боковой стенке корпуса расположен патрубок отвода отработанного фотокатализатора.

Перемешивающее устройство представляет собой горизонтально расположенную ось, вращающуюся от электродвигателя, с закрепленными на ней лопастями.

В основу каталитического разложения пестицидов положено применение окислительных процессов, происходящих в фотокаталитическом реакторе, с использованием систем TiO₂/УФ и Fe²⁺/Н₂О₂/видимый спектр (Т.В. Бурзина. Дезинтеграция пестицидов на основе фотокатализа. -Агрохимия. -2007. -№3, с.78-81).

В системе TiO₂/УФ генерирование гидроксильных радикалов происходит посредством адсорбации фотонов ультрафиолетового излучения на полупроводниковом соединении

где е^- - электрон проводника,

h⁺ - электрон вакансии(дыры),

hv - энергия фотона.

Реакция происходит при длине волны менее 390 нм.

Электронные вакансии (дыры) окисляют гидроксил ионы, сорбированные на поверхности TiO₂

где НО* - гидроксил радикалы.

При дневном освещении в фотокаталическом корпусе при смешивании воды и солей железа происходит минерализация пестицидов (органических соединений) до углекислого газа, воды и неорганических солей (реакция Фентона)

где Fe²⁺, Fe³⁺ - двухвалентные и трехвалентные соли железа, Н₂О₂ - перекись водорода, НО ', НО * - гидроксил радикалы. Как видно из формул (3) и (4), в ходе процесса разложения перекиси водорода (Н₂О₂) образуются гидроксил радикалы, которые являются сильными окислителями. Под действием фотонов света скорость процесса окисления увеличивается в сотни раз, что влияет на процесс минерализации пестицидов.

На чертеже изображена схема устройства.

Устройство включает: приемный бункер для почвы 1 с расположенной под ним дробилкой 2, соединенной через транспортер 3 с фотокаталитическим реактором 4, вдоль горизонтальной оси реактора расположен смешиватель 5 с приводом 6, источник ультрафиолетового излучения 7, размещенный в торцевой части реактора, в верхней части ректора размещен дозатор 8 для фотокатализатора двуокиси титана, выход реактора через транспортер 9 соединен с верхней частью светопроницаемого корпуса 10, в нижней части корпуса расположен шнек 11 для отвода очищенной почвы через патрубок 12, над которым установлено перемешивающее устройство 13, средняя часть корпуса через трубопровод 14 соединена с емкостью 15 для фотокатализатора из солей двухвалентного или трехвалентного железа, под емкостью расположен патрубок подвода воды 16, с противоположной боковой стороны корпуса расположен патрубок 17 отвода отработанного фотокатализатора. Патрубки имеют: вентиль-18, вентиль-19, вентиль-20, вентиль-21. Перемешивающее устройство включает горизонтально расположенную ось 22, вращающуюся от электродвигателя 23, с закрепленными на ней лопастями 24.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Почва с остаточным количеством пестицидов при помощи ковша погрузчика (не показан) подаются в приемный бункер 1, встроенный в верхнюю часть; дробилки 2, в которой происходит измельчение кусков почвы. Измельченная почва с остаточным количеством пестицидов при помощи винтового конвейера 3 перемещается в фотокаталитический реактор. 4. Одновременно через дозатор 8 в реактор подается гранулированный фотокатализатор двуокиси титана. Включается привод 6, который приводит в действие смешиватель 5.

При этом смешиваемый материал облучается с помощью системы галогенных ламп источника ультрафиолетового излучения 7. В образовавшейся системе TiO₂/УФ происходит генерирование гидроксильных радикалов, которые, окисляя пестициды(органические соединения), минерализуют их до углекислого газа, воды и неорганических солей. В реакторе обрабатываемый материал находится не менее 10-20 мин, что ограничивает детоксикацию остаточных пестицидов в почве.

Далее обрабатываемый материал с помощью транспортера 9 перемещается в верхнюю часть корпуса 10.

Отрывается вентиль 19, и вода через патрубок 16 закачивается в корпус. Одновременно открывается вентиль 20, и реагент из солей железа через трубопровод 14 направляется из емкости 18 в реактор. При этом вентили 18 и 21 остаются закрытыми. При облучении обрабатываемого материала в корпусе видимой частью дневного спектра происходит разложение перекиси водорода, образуются гидроксил радикалы, которые окисляют пестициды (органически соединения) до углекислого газа, воды и неорганических солей. Время облучения в реакторе зависит от интенсивности светового потока, концентрации остаточных пестицидов в почве и состава почвы.

После окончания минерализации, то есть образования углекислого газа, воды и неорганических солей, вентили 19 и 20 закрываются, открывается вентиль 18 и очищенная почва выводится из корпуса с помощью шнека 11 через патрубок 12.

После этого открывается вентиль 21 и вода с отработанным реагентом также сливается из корпуса. Для перемешивания и облучения обрабатываемого материала видимой частью дневного спектра включается электродвигатель 23, вращение которого передается через горизонтальную ось 22 на лопатки перемешивающего устройства 13. Реализация изобретения позволяет значительно повысить интенсивность очистки сельскохозяйственных земель от остаточных пестицидов.