CC BY
51
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
УДК 631.48
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ СОРБЕНТОВ И ИХ СМЕСЕЙ ДЛЯ ИММОБИЛИЗАЦИИ МЫШЬЯКА В ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВАХ
Л.И. Московкина (научныйруководитель Л.В. Кирейчева, д.т.н.)
ВНИИГиМим. А.Н. Костякова, e-mail: [email protected]
Приведены результаты исследований влияния природных сорбентов и их смесей на иммобилизацию мышьяка в загрязненных почвах. Составлен ряд убывания подвижных форм мышьяка в почве под действием природных сорбентов и их модификаций. Лабораторные, вегетационные и лизиметрические опыты показали, что наилучшим образом связывает мышьяк диатомит, обработанный Fe3+, в смеси с голубой глиной.
Ключевые слова: сорбент, детоксикация, мышьяк, диатомит, железо, голубая глина, сапропель, карбонат кальция.
USE OF NATURAL SORBENTS AND IT'S MIXTURES FIR IMMOBILIZATION OF ARSENIC
IN CONTAMINATED SOIL L.I. Moskovkina, e-mail: [email protected]
Results of researches of natural sorbents, their mixes and updatings on an arsenic immobilization in the polluted soils are resulted. A number of decrease of mobile forms of arsenic in soil under the influence of natural sorbents and their updatings is made. Laboratory, vegetative and лизиметрические experiences have shown that the diatomite processed Fe3 +, in a mix in the best way connects arsenic with blue clay.
Keywords: sorbent, detoxication, arsenic, diatomite, iron, blue clay, sapropel, calcium carbonate.
По данным обследования пахотных почв на 01.01.2000 г. [1] превышение содержания мышьяка над ПДК отмечено в Читинской и Астраханской областях, Краснодарском крае, Республике Адыгее, Липецкой, Вологодской, Архангельской областях, Республике Коми и Агинском Бурятском округе. Поскольку мышьяк поступает в организм человека с водой и продуктами питания, очень важно снизать миграцию в системе «почва-грунтовые воды-растения», для этого необходимо перевести мышьяк из растворимых соединений в нерастворимые. Поэтому целью наших исследований была разработка эффективного состава на основе природных и искусственных компонентов для мелиорации почв, загрязненных мышьяком.
Для иммобилизации мышьяка использованы сорбенты на основе природных материалов: цеолит, сапропель, диатомит, вермикулит, голубая и красная глина, СОРБ-ЭКС, торф, карбонат кальция, сапропель, обработанный Fe3+, диатомит, обработанный Fe3+, вермикулит, обработанный Fe3+, торф, обработанный Fe3+ (табл. 1). Месторождение цеолита находится в с. Хотынец (Орловская область), сапропель получен из озера Неро (Ярославская
область), диатомит - из Инзенского месторождения (Ульяновская область), вермикулит - из Ковдорского месторождения (Мурманская область), голубая глина -из с. Высокое (Рязанская область), красная глина - из с. Ровное (Рязанская область), СОРБЭКС состоит из 65% карбонатного сапропеля оз. Неро, 25% цеолита и 10% сульфата алюминия, использовавшийся торф добыт из торфяника Марьино-Ласково (Рязанская область).
Методика проведения опыта. В искусственно загрязненную мышьяком (раствором №2А803) почву вносили сорбенты из расчета 10 т/га и после стабилизации почвенного раствора определяли содержание мышьяка в подвижной форме методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Наилучший сорбент определяли в варианте с наименьшим количеством подвижных форм мышьяка. Опыт был проведен в 2 серии. Повторность трехкратная. В 1 серии было исследовано действие природных сорбентов в чистом виде, после были проведены 2 вегетационных опыта [2], которые показали необходимость исследования большего числа природных материалов и создание их модификаций и смесей с целью усиления эффекта от их действия, поэтому была проведена 2 се-
1. Результаты химического анализа сорбентов, мг/кг
Элементы Сорбент Ni Zn Pb As Cu
Цеолит 0,001 0,004 0,004 0,009 0,03
Сапропель 0,004 0,06 0,01 0,02 0,04
Диатомит 16,4 31,6 15,2 0,5 74,3
Вермикулит 599 51 0 0 162
Голубая глина 43 84 18 0,3 7
Красная глина 39 145 28 0,4 0
Торф 9 15 4 2 0
Карбонат кальция 5 5 5 0,2 50
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
2. Содержание подвижных форм мышьяка после поглощения сорбентами
Сорбент % снижения подвижных форм мышьяка
Диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина 87
Сапропель + СаС03 63
Сапропель 63
Вермикулит + красная глина 58
Сапропель + мочевина 58
Диатомит, обработанный Fe3+ + вермикулит 58
Вермикулит + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина 53
Сапропель + красная глина 53
Сапропель + вермикулит + голубая глина 47
Вермикулит + голубая глина 47
Сапропель + вермикулит + диатомит, обработанный Fe3+ 47
Сапропель + голубая глина 47
Диатомит, обработанный Fe3+ 45
Вермикулит 45
Сапропель + диатомит, обработанный Fe3+ 42
Сапропель + вермикулит 42
Сапропель + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина 37
СаСОз 37
Диатомит, обработанный Fe3+ + красная глина 37
Голубая глина 37
Красная глина 32
Сапропель, обработанный Fe3+ 21
Диатомит 19
Торф, обработанный Fe3+ 16
Торф 11
Вермикулит, обработанный Fe3+ 11
Цеолит -14
рия опыта. Смеси сорбентов составляли в соотношении 1:1. Для возможности сравнения результатов полученные данные переведены в проценты снижения подвижных форм мышьяка (табл. 2).
Наибольшее количество подвижных форм мышьяка было поглощено при применении в качестве сорбента смеси диатомита, обработанного Fe3+, и голубой глины. Железо является хорошим сорбентом мышьяка благодаря химическому сродству с мышьяком в различных степенях окисления [3]. Диатомит в данном случае служит каркасом для закрепления ионов железа. Глина в своем составе имеет А1203, кремнезем и фосфаты, что также способствует сорбции мышьяка. Механизмы действия составляющих данной смеси дополнят друг друга, что способствует усилению эффекта. Наилучшим сорбентом среди природных материалов оказался сапропель. Это связано с тем, что сапропель включает в себя органические и минеральные компоненты, которые образуют органоминеральные комплексы, способствующие переводу мышьяка в малоподвижные формы, что подтвер-
ждается ранее проведенными исследованиями. При взаимодействии с почвенной влагой происходит частичный гидролиз гуминовых веществ, входящих в состав органического вещества сапропеля. Образовавшиеся в результате гидролиза катионы сорбируют анионные формы мышьяка (Аз032~) [4, 5].
Дальнейшие исследования сорбционных веществ, показавших лучшие результаты (диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина; сапропель + СаС03), проводили в вегетационном опыте. В качестве тест-культуры был выбран салат сорта Кучерявец Грибовский. Почва для опыта была отобрана в пойме р. Оки и искусственно загрязнена мышьяком в виде водного раствора №2А803. Схема вегетационного опыта приведена в таблице 3. Составные части сорбентов предварительно высушивали до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре до 100оС, измельчали и вносили в почву из расчета 10 т/га, соотношение компонентов 1:1. Контролем служила исходная почва без внесения сорбента, а также загрязненная почва без сорбента. Повторность опытов трехкратная.
3. Схема вегетационного опыта
Содержание мышьяка в почве, мг/кг
Контроль 2ОДК 4ОДК 8ОДК
0 (Вариант 1) 20 (Вариант 4) 40 (Вариант 7) 80 (Вариант 10)
0 + сапропель + СаСО3 (Вариант 2) 20 + сапропель + СаСО3 (Вариант 5) 40 + сапропель + СаСО3 (Вариант 8) 80 + сапропель + СаСО3 (Вариант 11)
0 + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина (Вариант 3) 20 + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина (Вариант 6) 40 + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина (Вариант 9) 80 + диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина (Вариант 12)
РАБОТЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
25 1
20
Й 15
10 --
0 мг/кг 20 мг/кг 40 мг/кг 80 мг/кг Уровень загрязнения почвы
□ без сорбента
□ сапропель + СаСОЗ
□ диатомит + Fe3+ + голубая глина
5
0
Рис. 1. Общая масса салата
При анализе диаграммы, представленной на рисунке 1, можно сделать следующий вывод: масса сухого вещества при загрязнении мышьяком 80 мг/кг в варианте 2 (диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина) в 2,2 раза больше массы сухого вещества в варианте с тем же уровнем загрязнения без использования сорбентов, что говорит о снижении фитотоксического действия мышьяка данным сорбентом. Вариант 2 (сапропель + СаСО3) также позволил увеличить массу сухого вещества в 2,2 раза. При загрязнении почвы до 40 мг/кг сухая масса растений во всех трех вариантах одинакова. При уровне загрязнения до 20 мг/кг наибольшая масса сухого вещества в варианте без использования сорбентов, что еще раз подтверждает положительное влияние небольших доз мышьяка на развитие фитомассы [2, 4].
Наибольшее снижение содержания мышьяка происходит при использовании в качестве сорбента диатомита, обработанного Fe3+ + голубая глина при всех уровнях загрязнения как в корнях, так и листьях. Сапропель + СаСО3 также связывает подвижные формы мышьяка, но несколько меньше, чем диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина. Так при загрязнении почвы до 80 мг/кг диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина снижает содержание мышьяка в корнях на 43% относительно варианта с тем же уровнем загрязнения без внесения сорбентов, сапропель + СаСО3 - на 21%, в листьях салата (рис. 2) диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина
Рис. 2. Содержание мышьяка в листьях салата
снижает содержание мышьяка при уровне загрязнения 80 мг/кг на 70%, сапропель + СаСО3 - на 52%.
Анализы образцов почвы на содержание фосфора (Р2О5) показали, что между вариантами нет существенной разницы. Можно утверждать, что данные сорбенты не влияют на содержание фосфатов в почве. Обе смеси меняют рН почвы в более кислую сторону, сапропель + СаСО3 снижает значения рН на 0,2-0,4, а диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина - на 0,1-0,8. Тем не менее, значение данного показателя во всех вариантах не выходит за границы оптимального (6,9-7,5).
Способность смеси с диатомитом хорошо связывать мышьяк была также подтверждена параллельно проведенным лизиметрическими исследованиями [6]. Диатомит, обработанный Fe3+ + голубая глина снизил содержание мышьяка в зерне до 0, в корнях на 61%, в стеблях - на 50% по сравнению с вариантом без сорбента.
Таким образом, диатомит, обработанный железом (III) в смеси с голубой глиной существенно снижает количество подвижных форм мышьяка в почве и, следовательно, в растениях, выращенных на них. Перспективным будет применение данной смеси для выращивания растительной продукции соответствующей существующим нормативам качества (Сан-ПиН 2.3.2.1078-01). Важное значение имеет то, что данная смесь не ухудшает основные агрохимические показатели почвы.
Литература
1. Агроэкологическая характеристика пахотных почв Российской Федерации по содержанию тяжелых металлов, мышьяка и фтора (по состоянию на 01.01.2000 г.). - М.: Агроконсалт, 2002. - 30 с.
2. Московкина Л.И. Использование природных сорбентов для снижения поглощения мышьяка растениями // Агрохимический вестник. 2010, № 4. - С. 30-32.
3. Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Власов М.Н., Коровушкин В.В. Роль соединений железа в закреплении тяжелых металлов и мышьяка в аллювиальных и подзолистых почвах в районе города Пермь // Почвоведение. 2009, № 7. - С. 794-805.
4. Кирейчева Л.В., Хохлова О.Б. Изучение эффективности природных сорбентов для иммобилизации мышьяка в почве // Агрохимический вестник. 2009, № 2. - С. 16-18.
5. Кирейчева Л.В., Глазунова И.В. Природные сорбенты для детоксикации загрязненных почв // Агроэкология. 2008, № 6. - С. 44-46.
6. Кирейчева Л.В., Московкина Л.И. Влияние смесей природных сорбентов на содержание мышьяка в пшенице, выращенной на загрязненных почвах // Сб. Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий. - Рязань: Мещерский филиал ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии, 2010. - С. 542-547.
