Уйсимбаева Ж.Т., Дуйсенбаева С.Т., Сарбасова Г.А

Таразский государственный университет им. М.Х.Дулати, Казахстан

Детоксикация почв от мышьяка и ртути, основанная на применении геохимического барьера

 Отрицательное влияние вредных веществ на объекты биогеоценозов проявляется по-разному, в особенности это касается почвы, являющейся главным компонентом и основой обеспечения функционирования всех наземных экосистем.

С каждым годом происходит возрастание интенсивности загрязнения  почвенной среды тяжелыми металлами, поэтому поиск и разработка эффективных эколого-экономических методов, обеспечивающих получение чистой растениеводческой продукции  является актуальной проблемой для агропромышленного комплекса. Определенный научно-практический интерес по поводу решения данного вопроса представляет создание геохимических барьеров в почвенной системе с целью ингибирования процесса транслокации тяжелых металлов в растения.

Как известно, токсичные компоненты сорбируются органическими веществами и многими минеральными компонентами почв, в результате этого происходит изменение уровня их токсичности и биодоступности. Проявление неблагоприятного действия за­грязняющих веществ в агроэкосистеме зависит от растворимости загрязнителей, подвижности их в почве и видовых особенностей возделываемых культур.

Используя это, [1-3] показали возможность эффективного применения гуматно-карбонатно-бентонитовой смеси для торможения транслокации некоторых тяжелых металлов (свинца, цинка, кадмия, меди) в кормовые и овощные культуры. Выбор ими в качестве сорбента гуматно-карбонатно-бентонитовой смеси обусловлен доступностью, обладанием ценными технологическими характеристиками и достаточно изученностью рассмотренных компонентов как почвенных составляющих [4-6].Анализируя литературные данные по изучению сорбционных способностей различных материалов  для управления процессами миграции, транслокации As и Hg выбран геохимический барьер, состоящий из смеси утилизированного птичьего помета, мраморной крошки и пероксида кальция, обладающих высокой сорбционной активностью. Мраморная крошка представляет собой карбонат кальция, относится к природному материалу, является отходом строительной индустрии. Утилизированный птичий помет содержит значительное количество полезных минеральных компонентов и органических соединений, включая гуминовые и фульвокислоты.

Пероксид кальция широко известный товарный продукт, выпускается в промышленном масштабе, находит разнообразное широкое применение. Основными продуктами распада являются пероксид водорода, кислород и благодаря этому он применяется для отбеливания, обесцвечивания, устранения дурных запахов, как локальное дезинфицирующее средство.  Применение пероксида кальция также связана с сельскохозяйственными работами на дачных и садовых участках и с выращиванием растений в домашних условиях. В результате образования кислорода при распаде пероксида происходит аэрация почвы и это улучшает прорастание корней. При добавлении пероксида ускоряется также процесс перегнивания. Введение в почву пероксида кальция дает возможность регулировать значения рН в данной экосистеме благодаря образованию Са(ОН)2 при взаимодействии с водой.На действие пероксида кальция  существенное влияние не оказывает частота и обильность полива, т.к. данное соединение имеет невысокую растворимость в воде, при температуре 20 0С она равна 1,65 г/л [7-8].Применение карбоната и пероксида кальция, птичьего помета значительно снижают поступление ТМ в растения, что связано с их адсорбционными свойствами.

На рисунках 1-3 приведены экспериментально полученные данные, характеризующие сорбционные процессы, протекающие с участием рассматриваемых компонентов.

А,мг/г

                                                                                                           4

                                                                                                           5

                                                                                                           3

                                                                                                            2

                                                                                                            1

 

 

 

 

 

                                                                                                                     СХ,мг,л

 

CaCO3 : CaO2 

  1 – 1:4; 2 – 1:3; 3 – 1:2; 4 – 4:1; 5 – 5:1

 

Рисунок  1 – Изотерма адсорбции ртути смесью карбоната и пероксида кальция при различных соотношениях компонентов

                                                

 

                                                                                                         

                                                                                                                                              Hg                           

 

                                                                                                                        As

                       А,мг/г


                                                                                                                                                                      t, мин

Рисунок 2 – Кинетика процесса адсорбции тяжелых металлов  смесью карбоната и пероксида кальция  (CaCO3 : CaO2 = 4:1)

         Как видно из данных рисунка 1, наилучшей адсорбционной способностью по отношению к ртути обладает смесь карбоната и пероксида кальция при их соотношении 4:1, соответственно. Это же соотношение сорбентов было также оптимальным при проведении сорбционных процессов и с мышьяком. В связи с этим в дальнейших исследованиях за основу нами взят данный состав сорбентов. Равновесие в системе наступает в течение 10-20 минут, это является хорошим показателем при производственных условиях (рисунок 2).  Достаточно резкий подъем изотерм адсорбции как мышьяка, так и ртути свидетельствует об свободной внутренней и внешней поверхностей сорбентов для связывания ТМ. Смесь карбоната и пероксида обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к мышьяку и ртути.  На рисунках 3  представлены данные, на основе этих полученных результатов можно судить о зависимости сорбционных процессов от рН среды, из которых извлекаются тяжелые металлы. Полученные данные согласуются  и объяснимы с учетом форм нахождения мышьяка и ртути в водных системах в зависимости от значений рН. Так, при увеличении рН от 4 до7 поступление ртути в растения снижается в пять раз. Причина может

 

 

 

 

 

 

 

 

С, ммоль/л

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С, ммоль/л

б)

Значения рН: 1 – 0; 2 – 1,5-4,0; 3 – 6,8-8,0; 4 – 8,0-10,0; 5 – 10,0-12,0; 6 – 13,0

Рисунок 3 – Изотермы адсорбции ртути (а) и мышьяка (б) смесью карбоната и пероксида кальция (4:1) при различных значениях рН среды

заключаться в образовании осадка  карбоната, либо в накоплении в растворе гидроксокомплексов HgOH+  и Hg(OH)2, либо в уменьшении активности свободных ионов  Hg2+  за счет частичного их связывания в ионные пары.

Литература:

1.  Cаинова Г.А. Применение смеси бентонитовых глин и отходов сахарных производств для детоксикации почв вдоль автомагистралей. //Тр. межд. научно-практ. конференции «Транспорт Евразии ХХI века», 15-17 октября 2008 г. - Алматы: КазАТК, 2008, т.2 – С. 59-63.

2. Саинова Г.Ә. Бентонитті-карбонатты сорбенттердің ауыр металдарға қатысты сорбциялық активтілігін зерттеу// Жаршы, 2008, № 12. – С. 56- 59.

3. Кожамбердиев К.О., Саинова Г.А., Акбасова А.Д. Применение гуматно – карбонатно – бентонитовой   смеси   для   ингибирования   транслокации тяжелых    металлов //Вестник сельскохозяйственных наук – Алматы, 2007, №6. - С. 55-60.

4. Ропот В.М., Кердиваренко М.А., Тарасевич Ю.И., Юрасова В.А.              Природные сорбенты и их роль в решении проблемы охраны окружающей среды //Труды межд. конф. «Адсорбенты и адсорбционные процессы в решении проблемы охраны природы». – Кишинев: Штиинца, 1986. – С. 17-24.

5. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах.            – Киев: Наукова думка, 1975. – 340 с.

6. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его              трансформации. – Л.: Наука, 1980. – 280 с.

7. Артемов А.В., Трипольская Т.А., Похабова И.В., Приходченко П.В. Пероксид кальция – перспективный промышленный продукт // Рос. Химический журнал (Ж. Рос. Хим. Об-ва им. Д.И. Менделеева), 2008. Т. LII, № 2. – С. 136-139. 

8. Линдиман А.В. Процессы миграции свинца и кадмия в системе «почва-растение».–Дисс. На соиск.уч.степени канд.хим.Наук.–Иваново,2009.–171 с.