Condițiile de mediu deteriorate au un impact negativ asupra solului - datorită poluării, recoltele sunt reduse și se manifestă un efect toxic.
Datorită autopurificării solului, substanțele nocive sunt îndepărtate treptat, dar acest proces durează destul de mult și, în plus, rata proceselor de poluare din mediul tehnogen depășește semnificativ rata proceselor de autopurificare.
Prin urmare, metodele de purificare artificială a solului sunt utilizate în mod activ.
Pentru a curăța solul de poluare, au fost dezvoltate diverse metode tehnologice, iar altele noi sunt introduse în mod regulat. În primul rând, pentru curățarea solului ar trebui folosite cele mai ecologice și sigure metode, fără a uita de eficiență și costurile financiare.
Metode de curățare a solului
Dacă luăm în considerare metodele de curățare a solului contaminat, atunci le putem împărți conform principiului de acțiune în următoarele categorii:
- metode de curățare chimică.
- metode de curățare fizică.
- metode de curățare biologică.
Metode fizice de curățare a solului
1) Curățare electrochimică.Se folosește pentru îndepărtarea hidrocarburilor care conțin clor, a diferitelor produse petroliere, a fenolilor din sol. Care este baza metodei de curățare electrochimică? În procesul de mișcare a curentului electric prin sol, se efectuează electroliza apei, electrocoagularea, reacțiile de oxidare electrochimică și electroflotația. Starea de oxidare a fenolului este în intervalul de la 70 la 90 la sută.
Nivelul calitativ de dezinfecție a solului în timpul curățării electrochimice se apropie de sută la sută (cifra minimă este de 95%). Metoda permite îndepărtarea din sol și a unor elemente nocive precum mercurul, plumbul, arsenul, cadmiul, cianurile etc.
Dezavantajele metodei includ un cost destul de ridicat (100-250 USD per 1 m³ de sol).
2) Curățare electrocinetică.
Se folosește pentru curățarea solului de cianuri, uleiuri și derivați ai petrolului, metale grele, cianuri, elemente de clorură organică. Tipurile de sol pe care se poate aplica cu succes curățarea electrocinetică sunt argiloase și lutoase, parțial sau complet saturate de umiditate.
Tehnologia se bazează pe utilizarea unor procese precum electroforeza și electroosmoza. Nivelul de control și impact asupra proceselor de curățare a solului este destul de ridicat. Metoda necesită utilizarea de reactivi chimici sau soluții de surfactant.
Eficiența curățării electrocinetice a solului este de la 80 la 99 la sută. Costul este ceva mai mic decât cu curățarea electrochimică (100-170 USD per 1 m³ de sol).
Metode chimice de curățare a solului
1) Metoda de spălare.
Tehnologiile de curățare chimică a solului presupun utilizarea de soluții de surfactant sau agenți puternici de oxidare (oxigen activ și clor, soluții alcaline). Practic, metoda este folosită pentru a curăța pământul de ulei. Eficiența metodei de spălare este de până la 99%.
După ce solul este curățat, acesta poate fi recultivat.
Dintre minusurile metodelor chimice de purificare a solului se pot observa perioade lungi (1-4 ani în medie) și o cantitate semnificativă de apă poluată, care trebuie și ea curățată înainte de a fi eliberată în sol. mediu inconjurator.
Metode biologice de curățare a solului
1) Fitoextracția.
Tehnologia de curățare a solurilor înfundate cu substanțe nocive prin fitoextracție este cultivarea anumitor tipuri de plante pe suprafețe de sol contaminate.
Fitoextracția arată rezultate bune în curățarea solului de compuși de cupru, zinc și nichel, precum și cobalt, plumb, mangan, zinc și crom. Pentru a elimina marea majoritate a acestor elemente din sol, este necesar să se prevadă mai multe cicluri de culturi de plante.
La sfârșitul procesului de fitoextracție, plantele trebuie recoltate și arse. Cenușa obținută după incinerare este considerată deșeu periculoasă și trebuie eliminată.
O altă metodă biologică este o creștere țintită a activității microflorei specifice solului, care este implicată în descompunerea uleiului. De asemenea, este acceptabilă adăugarea anumitor culturi microbiene în sol.
Ca urmare, sunt create condiții favorabile pentru microorganismele care utilizează produse petroliere și ulei.
Un articol la fel de interesant este și pe site-ul nostru (citit - de 7.746 ori)
Invenția se referă la domeniul agriculturii. Metoda de curățare a solurilor de metale grele include creșterea plantelor de fitomeliorant pe soluri contaminate cu îndepărtarea ulterioară a acestora. Sofranul este folosit ca planta fitomelioranta. Semințele de șofrăn se seamănă în sol contaminat cu o rată de 20-22 kg/ha, plantele adulte sunt aduse la sfârșitul fazei de înflorire și frunzele inferioare încep să moară, după care fitomeliorantul este îndepărtat complet din sol. Este asigurată absorbția completă a ionilor de metale grele. 3 filă.
Invenția se referă la agriculturăși poate fi utilizat la realizarea măsurilor speciale de reducere a conținutului de concentrații toxice de metale grele din cenozele din sol contaminate în scopul restabilirii sau îmbunătățirii indicatorilor agrochimici necesari obținerii de produse sigure pentru mediu.
În prezent, cercetătorii interni și străini caută plante - hiperacumulatoare, ale căror proprietăți fac posibilă extragerea eficientă a metalelor grele din solul contaminat.
Surse din literatura de specialitate relateaza ca refacerea solului sau curatarea lui de poluare cu ajutorul plantelor este o metoda relativ noua (veche de zece ani), ecologica si progresiva. Permite eliminarea sau limitarea transferului de metale grele de-a lungul lanțului de la oameni la sol și apele subterane, fără a dăuna mediului.
În lucrări analogice, autorii au arătat că în scopul fitoremedierii solurilor contaminate (curățarea cu ajutorul plantelor) se folosesc următoarele plante acumulative: mătură, ridiche uleioasă, amarant și chiar plante sălbatice.
Cel mai apropiat analog al invenției în ceea ce privește totalitatea principalelor caracteristici esențiale este o metodă de curățare a solurilor de metale grele prin cultivarea plantelor - fitomelirant pe soluri contaminate cu îndepărtarea completă ulterioară a acestora din sol (vezi RU 2282508, CL A01B 79/). 02, 27.0.2006).
Dezavantajele muncii analogice includ studiul unui singur poluant - cesiu, nu este indicat coeficientul de acumulare biologică a poluantului pentru culturile utilizate, nu există o concepție clară a perioadei de recoltare, deoarece au fost utilizate culturi. grupuri diferite cerinţele tehnologice şi biologia dezvoltării.
Obiectivul invenţiei este de a îmbunătăţi starea ecologică a biogeocenozelor naturale şi culturale prin reducerea conţinutului de concentraţii toxice de metale grele în stratul radicular al solurilor.
Rezultatul tehnic este o absorbție mai completă a ionilor de metale grele (plumb, cadmiu și cupru) din soluția de sol, creând în același timp o acoperire optimă a zonei poluate de către plantele de șofrănel.
În esență, sarcina este realizată prin faptul că șofrănelul este cultivat pe soluri poluate, semințele sunt semănate cu o rată de 60-80 de plante pe m 2 (20-22 kg/ha), urmată de aducerea și îndepărtarea completă a plantelor la faza sfârșitului de înflorire și începutul morții frunzelor inferioare.
Rata de însămânțare propusă asigură o acoperire completă a sistemului radicular al plantei în ceea ce privește volumul de sol contaminat. La o rată de însămânțare mai mică, acoperirea nu este completă, iar la o rată mai mare, productivitatea masei supraterane scade brusc și, ca urmare, îndepărtarea totală a metalelor grele de către plantele de șofrănel.
Exemplu de implementare specifică
Experimentele au fost efectuate pe teritoriul stației de epurare a apelor uzate din Istra.
Plantele au fost semănate primăvara manual, urmate de greblat.
Probele de sol au fost prelevate înainte de însămânțare și imediat după recoltarea șofrănelului.
Recoltarea s-a realizat prin aducerea dezvoltării plantelor la faza de sfârșit de înflorire și începutul morții frunzelor inferioare.
Rezultatele obtinute in decursul experimentului in domeniu demonstreaza in mod convingator ca sofranul poate fi atribuit plantelor - hiperacumulanti de metale grele.
Este interesant de observat că, de regulă, atunci când este cultivat pe soluri contaminate, chiar și în hiperacumulante, conținutul de metale precum plumbul, cadmiul și cuprul din probele de plante nu depășește 1,2 în partea supraterană; 0,5-1 și respectiv 10-12 mg/kg greutate uscată (Tabelul 1).
Pe baza rezultatelor prezentate și a datelor privind conținutul de metale grele (forma mobilă) în sol, a fost calculat coeficientul de acumulare biologică (absorbție) (Tabelul 2).
După cum se știe, dacă coeficientul de acumulare biologică a substanțelor toxice în plante, chiar și în ceea ce privește masa supraterană, este mai mare de unu, atunci această specie poate fi clasificată drept hiperacumulante; în exemplul luat în considerare, s-a atins și un AT ridicat al CBN în partea rădăcină a plantelor experimentale.
O analiză a bioproductivității plantelor în faza de înflorire nu a evidențiat nicio manifestare a efectului toxic al solului contaminat asupra creșterii și dezvoltării șofranului - greutatea medie uscată a tulpinilor a fost de 557 g, rădăcinile - 143 g cm 2, respectiv. Semănarea semințelor se efectuează manual cu o rată de 60-80 de plante pe 1 mp. m.
La semănat îngroșat, peste 80 de plante/m 2, s-a remarcat o scădere a productivității masei supraterane cu o medie de 16%, plantele au rămas în urmă în creștere, sistemul radicular de șofrănel a avut o masă mai mică, aparent, când culturile sunt compactate, plantele de șofran manifestă alelopatie - inhibarea reciprocă a creșterii și dezvoltării.
Rezultatele testării șofranului atunci când este utilizat ca fitomeliorant dovedesc în mod convingător eficiența ridicată a capacității acumulative a plantelor de a reduce conținutul de metale grele din stratul radicular al solului.
Metoda de curățare include următoarele activități:
Pregătirea solului pentru semănat;
Semănat fitomeliorant în ritm de 60-80 plante/m 2 (20-22 kg/ha), adâncimea de însămânțare 4-5 cm;
Dezvoltarea plantelor de șofrănel este adusă în faza de sfârșit a înfloririi și începutul morții frunzelor inferioare, apoi sunt îndepărtate complet din solul contaminat.
Metoda propusă permite creșterea semnificativă a eficienței fitozanării, iar la stabilirea dreptului de autor, oferă o bază pentru elaborarea specificațiilor pentru diferite scheme de fitorreabilitare a zonelor contaminate.
Surse de informare
1. Baran S., Kzhyvy E. Fitoremedierea solurilor contaminate cu plumb și cadmiu cu ajutorul măturii / Influența factorilor naturali și antropici asupra socioecosistemelor, 2003. Nr. 2. - P.39-44.
3. Zhadko S.V., Daineko N.M. Acumularea de metale grele de către speciile de arbori de pe străzile din Gomel. // Izv. Gomel. universitate de stat, 2003. Nr. 5. - P.77-80.
4. Kudryashova V.I. Acumularea de HM de către plantele sălbatice. - Saransk - 2003 - P.10, 18, 50, 78.
5. Rakotosson Voahirana. Les metaux lourds et la phytorenediation: l "etat de l" art. // Eau, ind., neplăceri. 2003. Nr. 260. - C.45-48.
O metodă de curățare a solurilor de metale grele prin creșterea plantelor - fitomeliorant pe soluri contaminate cu îndepărtarea lor ulterioară, în plus, șofrănelul este folosit ca plantă - fitomeliorant, semințele de șofrăn se seamănă în sol contaminat cu o rată de 20-22 kg/ha, plantele adulte sunt aduse la faza finală de înflorire și la începutul morții frunzelor inferioare, după care fitomeliorantul este îndepărtat complet din sol.
Metodele de curățare a solurilor de poluare se împart în fizice, chimice, fizico-chimice și biochimice.
Luați în considerare unul dintre tipurile de curățare - biochimic. Acest tip de curățare devine din ce în ce mai popular. La rândul său, această metodă este împărțită în următoarele tipuri: bioventilație, tehnologii fungice, utilizarea nămolului, fitoremediere.
Bioventilație
Bioventilația este folosită în străinătate pentru a îndepărta uleiul și produsele petroliere din sol. Puțurile sunt forate în corpul de sol contaminat, în care este furnizat aer. Această metodă crește rata de biodegradare, care este împiedicată de lipsa de oxigen din sol. De asemenea, metoda poate fi combinată cu tehnologia de pompare a fumului de pământ. În acest caz, o parte din puțuri poate fi folosită pentru pomparea aerului, iar restul, dimpotrivă, pentru pomparea vaporilor formați, apoi are loc o purificare de poluanți volatili.
Tehnologii fungice
Cu metoda fungică de curățare a solurilor de poluare, acestea sunt populate cu diverse culturi fungice. Această metodă este potrivită pentru distrugerea acelor substanțe toxice care sunt greu de descompus, inclusiv hidrocarburile poliaromatice, cum ar fi defenilii policlorurați. Metoda este atât de posibilă și, în principiu, continuă în condiții de iarnă. Există o scădere a concentrației.
Metoda poate fi amestecată. De exemplu, în Statele Unite, a fost dezvoltată o metodă de refacere a solului care este de natură combinată, care include metode biochimice și fizice de stonecrop. În acest caz, procesul în sine trece în mai multe etape.
Utilizarea nămolului
Acest tip de curatenie este legat de agricultura. În acest caz, metoda este utilizată pentru a curăța scurgerile de petrol și produse petroliere.
Compoziția conține microorganisme oxidante de ulei, îngrășământ și adsorbant. Nămolul activat este folosit ca microorganisme de oxidare a uleiului. Gunoiul de grajd este folosit ca îngrășământ și solul contaminat este afânat.
Acest tip de curățare vă permite să obțineți o compoziție ecologică pentru curățarea solului, în timp ce există o creștere a eficienței metodei.
Există câteva dezavantaje ale metodei: un domeniu îngust, numai stratul de suprafață al solului este curățat, metoda este împiedicată de temperaturile ridicate, complexitatea compoziției și pregătirea ei inițială și dificultatea în alegerea compoziției componentelor. a raportului lor.
Fitoremediere
Fitoremedierea – (tradus din grecescul „phyton” – o plantă, iar Talinul „remediu” – pentru a restabili) o metodă de curățare a solurilor cu ajutorul plantelor verzi.
Pentru a detoxifica solul diferite feluri poluanții (de exemplu, de la metale grele), folosesc diverse microorganisme.
Dar nu sunt capabili să elimine metalele grele din sol.
Cel mai bine este să extrageți metalele grele din sol și să le acumulați în țesuturile lor - plante verzi. După ce vegetația poate fi arsă, iar resturile de cenușă pot fi îngropate sau folosite ca materii prime secundare.
Metoda este foarte eficientă și rentabilă. Dar acest lucru a devenit clar după descoperirea unor plante care sunt hiperacumulatoare de metale grele, care au capacitatea de a acumula elemente în frunzele lor. La efectuarea calculelor, s-a dovedit că hiperacumulatoarele sunt de zece ori mai capabile să acumuleze metale grele decât plantele obișnuite.
Utilizarea plantelor hiperacumulatoare a început la începutul anilor 80. Dar, în același timp, au existat dificultăți în metodă prin faptul că biomasa acestor plante era mică și prin faptul că tehnologia de cultivare nu a fost dezvoltată.
Majoritatea plantelor sălbatice hiperacumulatoare aparțin familiei cruciferelor (varză, muștar).
Dar multe metale grele sunt slab absorbite de plante. Deoarece metalele grele sunt sub formă de compuși slab solubili.
Dar problema a fost rezolvată mai târziu, când s-a descoperit că aportul de metale grele în plante este stimulat de substanțe care formează compuși complecși stabili, dar solubili cu metalele. Dar omul, din păcate, este încă puțin familiarizat cu mecanismul de acumulare a metalelor grele.
Experimentele de succes cu substanțe stimulatoare sugerează că plantele asimilează compuși de metale grele puțin solubili ca urmare a sistemelor lor radiculare care eliberează substanțe naturale de complexare (de exemplu, fitosiderofori) în sol.
Dar cei mai bine studiati fitosiderofori ai orzului și porumbului sunt acizii. Se presupune că rolul fitosideroforilor este jucat de proteinele care sunt capabile să lege metalele grele și, prin urmare, să le facă disponibile plantelor.
Pentru ca metalele grele să devină disponibile plantelor, este necesar ca enzima reductază să fie crescută în membranele celulelor radiculare. De asemenea, pentru disponibilitatea metalelor grele, microflora rădăcinii poate juca un rol semnificativ.
Mecanismul de transfer al metalelor grele din partea rădăcină a plantei către cele terestre este cel mai puțin studiat. Un lucru este clar că sărurile puțin solubile ale metalelor grele se deplasează prin sistemul vascular sub formă compuși complecși(de exemplu, cu acizi organici).
Perspectiva dezvoltării metodei de fitoremediere poate fi așteptată atunci când, cu ajutorul metodelor de inginerie genetică, sunt create astfel de plante care vor putea acumula mai eficient metalele grele în sine.
Scurta descriere
Poluanții sunt substanțe de origine antropică care pătrund în mediu în cantități care depășesc nivelul natural al aportului lor.
Poluarea solului este un tip de degradare antropică, în care conținutul substanțe chimiceîn solurile supuse impactului antropic, depăşeşte nivelul de fond regional natural. Excesul de conținut al anumitor substanțe chimice din mediul uman datorită aportului lor din surse antropice reprezintă un pericol pentru mediu.
Fișiere atașate: 1 fișier
Odată cu extinderea monitorizării mediului a stării solurilor, au început să fie utilizate pe scară largă metodele de determinare a conținutului de compuși HM solubili în acid (1 N HCI, 1 N HNO3). Adesea li se dă denumirea de „conținut brut condiționat de HM.” Utilizarea soluțiilor diluate de acizi minerali ca reactivi nu asigură descompunerea completă a probei, dar permite transferul părții principale a compușilor elementelor chimice de origine tehnogenă. în soluție.
Formele mobile ale HM includ elemente și compuși ai soluției de sol și faza solidă a solului, care se află într-o stare de echilibru dinamic cu elementele chimice ale soluției de sol. Pentru determinarea HM-urilor mobile în sol, se folosesc soluții slab saline ca extractant, cu o putere ionică apropiată de puterea ionică a soluțiilor naturale din sol: (0,01–0,05M CaCI 2, Ca(NO 3) 2, KNO 3). Conținutul de compuși potențial mobili ai elementelor controlate din sol este determinat într-un extract de 1 N. NH4CH3COO la diferite valori ale pH-ului. Acest extractant este utilizat și cu adăugarea de agenți de complexare (0,02–1,0 M EDTA).
Pentru analiză se selectează cel mai adesea straturile superioare ale solului (0–10 cm), uneori se analizează distribuția poluanților în profilul solului. Orizonturile superioare joacă rolul unei bariere geochimice în calea fluxului de substanțe care provin din atmosferă. În condițiile regimului apei de leșiere, poluanții pot pătrunde adânc și se pot acumula în orizonturi iluviale, care servesc și ca bariere geochimice.
Criteriul sanitar și igienic al calității mediului este concentrația maximă admisă (MPC) de substanțe chimice în obiectele din mediu. MPC corespunde conținutului maxim de substanță chimică din obiectele naturale care nu provoacă un impact negativ (direct sau indirect) asupra sănătății umane (inclusiv consecințe pe termen lung).
Efectul toxic al diferitelor substanțe chimice asupra organismelor vii este caracterizat de un indicator sanitar general, care este adesea folosit ca indicator LD-50 (doză letală), care arată masa substanței care a intrat în corpul animalelor de experiment (șoareci, șobolani). ) și a provocat moartea a 50% dintre ei. Dimensiunea acestui indicator este mg de substanță/kg de masa animalului de experiment. Contactele directe ale unei persoane cu solul sunt nesemnificative și apar indirect prin alte componente: sol - plantă - persoană; sol - plantă - animal - om; sol - aer - om; sol – apă – om. Determinarea MPC în sol se reduce la determinarea experimentală a capacității acestor substanțe de a menține concentrația de substanțe acceptabilă pentru organismele vii în apă, aer și plante în contact cu solul. De aceea, MPC-ul substanțelor chimice pentru sol este stabilit nu numai în funcție de indicatorul sanitar general, așa cum este obișnuit pentru alții. medii naturale, precum și de alți trei indicatori: translocarea, apa migratoare și aerul migrator.
Indicatorul de translocare este determinat de capacitatea solurilor de a furniza conținutul de substanțe chimice pe nivel acceptabilîn plante (ridichi, salată verde, mazăre, fasole, varză etc. servesc ca culturi de testare).
În consecință, apa migratoare și aerul migrator sunt determinate de capacitatea solurilor de a se asigura că conținutul acestor substanțe în apă și aer nu este mai mare decât CPM. Cu toate acestea, standardele sanitare și igienice pentru calitatea solului nu sunt lipsite de dezavantaje; principalul este că condițiile experimentului model pentru determinarea MPC și condițiile naturale sunt foarte diferite.
Unul dintre pașii în rezolvarea problemei reglementării mediului a fost o abordare bazată pe determinarea sarcinii admisibile asupra solului, ținând cont de proprietățile tampon ale acestuia, care asigură capacitatea solului de a limita mobilitatea substanțelor chimice venite din exterior, capacitatea a se autopurifica. Astfel de abordări sunt dezvoltate în Rusia și în alte țări.
Dar este foarte dificil să se dezvolte MPC pentru fiecare tip de sol. Este recomandabil să se elaboreze standarde chimice pentru asociațiile sol-geochimice, unite prin comunitatea proprietăților fizice și chimice de bază care determină rezistența acestora la poluarea chimică.
În etapa următoare, pentru o serie de elemente chimice, au fost dezvoltate AEC-uri (concentrații aproximativ admise) ale acestor elemente pentru soluri care diferă în cele mai importante proprietăți (aciditate și compoziție granulometrică). Acestea au fost dezvoltate nu pe baza unei metode experimentale standardizate, ci pe o generalizare a informațiilor disponibile cu privire la relația dintre nivelul de încărcare a solurilor, starea solurilor și mediile adiacente.
Tabelul 3
Lista principalelor substanțe chimice care poluează solul pentru care au fost determinate concentrații maxime admisibile
Substanțe |
MAC în sol, mg/kg |
Clasa de pericol |
Mangan |
||
Formaldehidă |
||
Benz(a)piren |
||
Acetaldehidă |
||
4 Metode de curățare a solului de metale grele
Capacitatea de a transforma metalele într-o formă mobilă stă la baza metodelor de purificare a solului prin spălare, extracție, leșiere chimică, electrodializă și tratament electrocinetic. Metalele sunt îndepărtate din sol sub formă de soluții, care sunt prelucrate prin schimb ionic, precipitare de reactiv, evaporare, separare prin membrană, precipitare electrochimică, electrodializă pentru a obține reziduuri solide cu un volum mic, potrivite pentru depozitarea în gropi de gunoi, locuri de eliminare a Substanțe dăunătoare.
La alegerea unei metode de extragere a metalelor se ia în considerare cantitatea acestora în sol, compoziția și dispersia fazei solide. Metalele aflate sub formă de schimb sunt extrase prin soluții sărate asociate cu carbonați-soluții de acizi, cu oxizi de fier și mangan-agenți reducători chimici, cu materie organică-soluții de agenți de complexare, sub formă de sulfuri-agenți oxidanți chimici.
În metodele biologice de creștere a mobilității metalelor grele se folosesc microorganisme și plante pentru extragerea acestora din sol. Mobilitatea metalelor crește:
- ca urmare a biomineralizării substanţelor organice care conţin metale.
- în cursul reacțiilor oxidative care au loc cu participarea microorganismelor la procesele de bioleșiere;
- ca urmare a modificărilor pH-ului, Еh ale mediului solului în cursul proceselor biologice;
- în formarea complexelor metalice solubile cu substanțe organice sintetizate și excretate de microorganisme și rădăcini de plante;
- în bioreducerea metalelor de către substanțe organice în condiții anoxigenice;
- ca urmare a transferului metalelor într-o formă volatilă în timpul metilării și transalchilării.
Fixarea metalelor grele în sol reduce disponibilitatea acestora pentru plante și migrarea prin lanțurile trofice.
Una dintre opțiunile de reducere a biodisponibilității metalelor grele este introducerea de adsorbanți în sol.
Din diverși adsorbanți de origine naturală și artificială se folosesc zeoliți, bentonite, argilă roșie, cenușă, fosfați, turbă, gunoi de grajd, compost, nămol de iaz, biomasă de microorganisme pe diferiți purtători, deșeuri de lână, mătase, deșeuri care conțin tanin și fibre. Cerințe generale pentru absorbanți: pH 6,0-7,5, disponibil și relativ ieftin.
O tehnologie, numită Bio Metal Sludge Reactor (BMSR), concepută pentru a trata sol, nămol, deșeuri solide, folosește bacteria Ralstonia metallidurans. Bacteriile solubilizează metalele cu siderofori sintetizați și adsorb metalele pe suprafața celulei cu proteine din membrană exterioară induse de metale, polizaharide ale peretelui celular și peptidoglicani. Bacteriile sunt rezistente la metalele grele. Metalele sunt îndepărtate din celulă prin antiport cu protoni, ceea ce duce la acumularea de ioni OH - în spațiul periplasmatic, alcalinizarea mediului extern și formarea carbonaților și bicarbonaților. Ionii metalici exportați din citoplasmă formează carbonați și bicarbonați în concentrații suprasaturate pe suprafața celulei și în jurul celulei și cristalizează pe metale legate de celule care servesc ca centre de cristalizare. Acest lucru are ca rezultat un raport mare metal la biomasă (0,5 la 5,0). Astfel de bacterii elimină metalele din soluție în faza târzie a creșterii exponențiale sau în faza staționară a creșterii, ceea ce este convenabil pentru extracția metalelor din solurile contaminate prin metode ex situ. Bacteriile au proprietăți speciale care provoacă o rată scăzută de sedimentare a celulelor bacteriene în comparație cu particulele organice și argiloase din sol. Acest lucru face posibilă separarea particulelor de sol și a celulelor cu metalul absorbit prin metoda precipitației. Bacteriile cu metale adsorbite, care se află în fază apoasă după separare, se îndepărtează cu ușurință din acestea din urmă prin flotație sau floculare.
5 Informații generale despre Ralstonia metallidurans
Fig.1 Imaginea Ralstonia metallidurans
Structura și metabolismul celular
R. metallidurans este o bacterie gram-negativă, în formă de bastonaș. Astfel, ele împărtășesc caracteristicile structurale ale bacteriilor Gram-negative, cum ar fi pereții celulari care conțin peptidoglicani, membranele exterioare care conțin lamele și spațiile periplasmatice.
R. metallidurans are capacitatea de a folosi diferite substraturi ca sursă de carbon. Poate crește autotrof folosind hidrogen molecular ca sursă de energie și dioxid de carbon ca sursă de carbon. În plus, în prezența reprezentanților nitraților, poate crește anaerob. Nu cresc pe fructoză, iar temperatura optimă de creștere este de 30 C.
Ecologie
Datorită capacității sale de a rezista la acțiunea metalelor toxice, a fost studiată utilizarea acestei caracteristici în domeniile restaurării biologice.
Patologie
S-a constatat că R.metallidurans nu este patogen pentru om.
Aplicație în biotehnologie
S-a descoperit că R. metallidurans este capabil să producă enzime care pot fi folosite pentru a produce pile de combustibil. Aceste enzime sunt capabile să oxideze hidrogenul, ceea ce poate duce în cele din urmă la generarea de energie electrică.
6 Tehnologie pentru curățarea solului de metale grele
La curățarea cu tehnologia BMSR, pământul contaminat este introdus într-un reactor de tip flux cu un agitator, în care sunt furnizate apă și substanțe nutritive (acetat-5g/l, azot-0,5g/l, fosfor-0,05g/l), bacterii. se introduc ( în cantitate de 10 8 celule/ml). Solul este pre-fracționat pentru a îndepărta aglomeratele mari, resturile etc. Dimensiunea particulelor din reactor nu trebuie să fie mai mare de 2 mm. pH-ul este menținut la 7,2. Timpul de rezidență hidraulică în reactor este de 10 până la 20 de ore.
În timpul procesării, metalele contaminante sunt transferate din particulele de sol pe pereții bacterieni. După tratarea în reactor, nămolul este depus într-un bazin, în care se adaugă apă. În prezența bacteriilor, particulele de sol au proprietăți bune de sedimentare și se depun în bazin în 1-2 ore. Bacteriile care conțin metal rămân în suspensie, care din decantor intră în rezervorul de decantare (decantor). Se adaugă un floculant, după care nămolul de biomasă poate fi deshidratat și uscat. Conținutul de metale din biomasa bacteriilor este: Zn-8-25, Pb-3-5, Cd-0,16-0,25. Această biomasă poate fi incinerată prin tratament pirometalurgic pentru a produce cenușă cu un conținut ridicat de metal care poate fi recuperată prin levigare, sau cu depozitarea ulterioară a cenușii într-o groapă de gunoi. Conținutul de metale grele din solul curățat este redus de 5-10 ori. Solul tratat cu bacterii la pH neutru folosind tehnologia BMSR poate fi reutilizat. Apele reziduale conțin concentrații foarte scăzute de metale și pot fi reciclate.
Calculul procesului de bioremediere a solului din metale grele.
Probele de sol au fost prelevate dintr-un sit de 6 ha la o adâncime de 9 cm (0,09 m). Conținutul de plumb este de 50 mg/kg.
1. Determinarea volumului de sol contaminat.
V p \u003d S p × H
V p \u003d 6000 m 2 × 0,09 \u003d 540 m 3
2.Greutatea solului contaminat.
R n = V n × d
R p \u003d 540 m 3 × 1,2 t / m 3 \u003d 648 t
3.Greutatea totală a metalelor grele.
1 kg de pământ - 2,5 g HM
1 tonă de pământ - 2500 kg HM
640 t sol - x kg HM
x = 640 t × 2,5 t = 320 t
IBU al microorganismelor Ralstonia metallidurans este de 8 m 3 /t HM.
x m 3 - 640 t
Setați cantitatea de amofos.
Pentru 1 t HM - 24 kg AMF
R AMP = 320 × 24 = 7680 kg AMP
Solubilitatea AMP = 18 kg/m 3 .
Volumul apei.
1 m3 H2O - 18 kg AMP
x m3H20 -104,8 kg
V în \u003d 104,8 / 18 \u003d 5,82 t
7680 t + 5,82 t = 7686 t
Selectarea site-ului
Graparea solului
Transport pentru remediere
Slefuire pana la 2 mm
bacterii
Încărcarea în bioreactor
Nutrienți
aşezându-se
floculant
decantor
Deshidratare
prelucrare pirometalurgică
Depozitare la locurile de înmormântare
Fig.2 Schema tehnologică de bioremediere a solului din metale grele.
Condițiile de mediu deteriorate au un impact negativ asupra solului - datorită poluării, recoltele sunt reduse și se manifestă un efect toxic.
Datorită autopurificării solului, substanțele nocive sunt îndepărtate treptat, dar acest proces durează destul de mult și, în plus, rata proceselor de poluare din mediul tehnogen depășește semnificativ rata proceselor de autopurificare.
Prin urmare, metodele de purificare artificială a solului sunt utilizate în mod activ.
Pentru a curăța solul de poluare, au fost dezvoltate diverse metode tehnologice, iar altele noi sunt introduse în mod regulat. În primul rând, pentru curățarea solului ar trebui folosite cele mai ecologice și sigure metode, fără a uita de eficiență și costurile financiare.
Metode de curățare a solului
Dacă luăm în considerare metodele de curățare a solului contaminat, atunci le putem împărți conform principiului de acțiune în următoarele categorii:
- metode de curățare chimică.
- metode de curățare fizică.
- metode de curățare biologică.
Metode fizice de curățare a solului
1) Curățare electrochimică.Se folosește pentru îndepărtarea hidrocarburilor care conțin clor, a diferitelor produse petroliere, a fenolilor din sol. Care este baza metodei de curățare electrochimică? În procesul de mișcare a curentului electric prin sol, se efectuează electroliza apei, electrocoagularea, reacțiile de oxidare electrochimică și electroflotația. Starea de oxidare a fenolului este în intervalul de la 70 la 90 la sută.
Nivelul calitativ de dezinfecție a solului în timpul curățării electrochimice se apropie de sută la sută (cifra minimă este de 95%). Metoda permite îndepărtarea din sol și a unor elemente nocive precum mercurul, plumbul, arsenul, cadmiul, cianurile etc.
Dezavantajele metodei includ un cost destul de ridicat (100-250 USD per 1 m³ de sol).
2) Curățare electrocinetică.
Se folosește pentru curățarea solului de cianuri, uleiuri și derivați ai petrolului, metale grele, cianuri, elemente de clorură organică. Tipurile de sol pe care se poate aplica cu succes curățarea electrocinetică sunt argiloase și lutoase, parțial sau complet saturate de umiditate.
Tehnologia se bazează pe utilizarea unor procese precum electroforeza și electroosmoza. Nivelul de control și impact asupra proceselor de curățare a solului este destul de ridicat. Metoda necesită utilizarea de reactivi chimici sau soluții de surfactant.
Eficiența curățării electrocinetice a solului este de la 80 la 99 la sută. Costul este ceva mai mic decât cu curățarea electrochimică (100-170 USD per 1 m³ de sol).
Metode chimice de curățare a solului
1) Metoda de spălare.
Tehnologiile de curățare chimică a solului presupun utilizarea de soluții de surfactant sau agenți puternici de oxidare (oxigen activ și clor, soluții alcaline). Practic, metoda este folosită pentru a curăța pământul de ulei. Eficiența metodei de spălare este de până la 99%.
După ce solul este curățat, acesta poate fi recultivat.
Dintre minusurile metodelor chimice de purificare a solului se remarcă o perioadă lungă de timp (în medie 1-4 ani) și o cantitate semnificativă de apă poluată, care, de asemenea, trebuie curățată înainte de a fi eliberată în mediu.
Metode biologice de curățare a solului
1) Fitoextracția.
Tehnologia de curățare a solurilor înfundate cu substanțe nocive prin fitoextracție este cultivarea anumitor tipuri de plante pe suprafețe de sol contaminate.
Fitoextracția arată rezultate bune în curățarea solului de compuși de cupru, zinc și nichel, precum și cobalt, plumb, mangan, zinc și crom. Pentru a elimina marea majoritate a acestor elemente din sol, este necesar să se prevadă mai multe cicluri de culturi de plante.
La sfârșitul procesului de fitoextracție, plantele trebuie recoltate și arse. Cenușa obținută după incinerare este considerată deșeu periculoasă și trebuie eliminată.
O altă metodă biologică este o creștere țintită a activității microflorei specifice solului, care este implicată în descompunerea uleiului. De asemenea, este acceptabilă adăugarea anumitor culturi microbiene în sol.
Ca urmare, sunt create condiții favorabile pentru microorganismele care utilizează produse petroliere și ulei.
Un articol la fel de interesant este și pe site-ul nostru (citit - de 7.746 ori)