BG856Y1

BG856Y1 - Средство за обезвреждане на тежки метали, пестициди и органични замърсители в почвата

Info

Publication number: BG856Y1
Application number: BG108557U
Authority: BG
Inventors: Венко БЕШКОВ; Вера МИРЧЕВА; Свобода ТАБАКОВА; Пенка КОСТАДИНОВА; Надежда ТАБАКОВА; Асен АНАСТАСОВ; Иван ПОЖАРЛИЕВ; Никола КУЗМАНОВ; Красимира САПУНДЖИЕВА; Валентина ЛУКОВА
Original assignee: Институт По Инженерна Химия При Бан
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2007-01-31

Abstract

Изобретението се отнася до метод и средство за обезвреждане на тежки метали, пестициди и органични замърсители в почвата чрез свързването им в неусвоими от растенията продукти. Чрез тях се осигурява намаляване или отсъствие на тежки метали в растенията, отгледани в замърсени почви, и неутрализиранена вредното въздействие на пестициди и други органични замърсители върху развитието на селскостопанските култури. Средството представлява симетрични или несиметрични блокови съполимери на етиленовия и пропиленовия оксид с линейна или разклонена верига и молекулна маса от 1000 до 20 000. Те са повърхностно активни вещества със специфичен хидрофилно-хидрофобен баланс. Поради солюбилизиращите си свойства те взаимодействат с органичните замърсители в почвата, образувайки неусвоими от растенията продукти. Приложени самостоятелно или особено в комбинация с дитиооксамид или негови производни, рязко намаляват или практически спират преминаването на тежки метали от замърсена почва в растенията, поради образуването на неразтворими метални комплекси.Методът се състои в приготвяне на водни разтвори на средството с определена концентрация, които се внасят еднократно в почвата чрез използваните в селското стопанство методи за поливане.

Description

Средството за обезвреждане на тежки метали, пестициди и органични замърсители в почвата се използва в селското стопанство за намаляване степента на преминаване на тези вредни замърсители от почвата в растенията, а от там и в цялата хранителна верига. Тежките метали и токсичните органични съединения се акумулират в организма на хората и причиняват тежки заболявания, а някои от замърсителите са канцерогенни и мутагенни.

Предшестващо състояние на техниката

Съществуват методи и средства за пречистване на почви от тежки метали и органични замърсители, но повечето от тях са приложими само в лабораторни условия или за малки обеми замърсена почва - например чрез киселинно промиване на почвата или чрез третирането й с водни разтвори на химични съединения и последващо отстраняване на течната фаза [ 1 ]. Воден разтвор, съдържащ два компонента - киселина и сол (амониева или сол на алкален или алкалоземен метал) се използва като средство за пречистване на почва от тежки метали [2]. Известни са електрохимични и електрокинетични методи за извличане на олово от почвата [3,4]. За извличане на тежките метали от замърсени почви практическо значение има фиторемедиацията [5]. Този метод изисква много време и поради това е приложим в по-голяма степен за неземеделски земи.

Пречистване на почвата от органични замърсители може да се извършва чрез микробиологични методи [6]. Известен е метод за разграждане на диоксини при нагряване с полиетери или полиестери [7].

Съществува метод за биоелектрокинетична ремедиация на почви, съдържащи органични замърсители и тежки метали [8].

Поради липсата на бърз, ефективен и достъпен метод и средство за пречистване на почвите от тежки метали и органични замърсители, възниква необходимостта от ограничаване на вредното им въздействие върху хората и приро дата. Това може да се постигне чрез превръщането на замърсителите в инертни и неразтворими в почвените условия форми, които не се усвояват от растенията и не преминават в подпочвените води.

Имобилизацията на тежките метали в почвата може да се извърши чрез прибавяне на достатъчно количество подходящи аниони (напр. оксиди, хлориди, сулфати, сулфиди, фосфати, молибдати и др.), които да образуват неразтворими соли с металните йони. Основен проблем за този метод е, че във всяка почва се съдържат конкурентни катиони, освен тези на замърсителите, които могат да реагират с анионите. Други средства за имобилизиране на тежките метали и органичните замърсители включват твърди адсорбенти или реагенти, които се внасят в почвата - зеолити, бентонити, калциев оксид или хидрооксид и други [9,10]. В тези случаи обикновено е необходима допълнителна механична обработка на третираните земни участъци. В литературата обаче няма данни за съдържанието на тежки метали или органични замърсители в културни растения, отгледани върху така третирани почви.

Резултати от лабораторни тестове показват, че органични съединения (напр. миоинозитол-хексафосфорна форма) могат успешно да се прилагат за имобилизиране на олово, уран, мед и никел в почвата [11], но също няма данни за съдържанието на метали в растения, отгледани върху тези почви.

Известни са [ 12] метод и средство за имобилизиране на тежки метали в почви и подпочвени води чрез окислително-редукционен процес. Методът включва прилагане на два разтвора - първият, с pH от 3 до 5, съдържащ феросулфат и сярна или фосфорна киселина, разрушава металните комплекси и превръща замърсителите в неразтворими съединения. Вторият разтвор, с pH от 3 до 7, съдържащ водороден пероксид и сярна или фосфорна киселина, разрушава органичните лиганди. По този начин замърсителите се имобилизират в почвата и не преминават в подпочвените води. Няма данни за влиянието на това средство върху почвените организми и растенията.

Не са известни средства и методи за намаляване степента на преминаване на тежки метали, пестициди и други органични замърси2 тели от почвата в растенията, както и такива, които позволяват върху замърсена почва да се отгледа безвредна земеделска продукция.

Техническа същност на полезния модел

Обезвреждането на тежки метали, пестициди и органични замърсители в почвата се извършва чрез свързването им в неусвоими от растенията продукти. Тежките метали се свързват в неразтворими високомолекулни комплекси, а преминаването на пестицидите и други органични замърсители се възпрепятства от солюбилизирането им в мицели на полимери със специфични повърхностно активни свойства.

Проблемът, който се решава с полезния модел е да се намали степента на преминаване или практически да се спре преминаването на тежките метали, пестицидите и органичните съ5 единения от почвата в растенията.

Този проблем се решава със средството съгласно настоящия полезен модел, което съдържа като активни компоненти симетрични или несиметрични блокови съполимери на етиленовия 10 и пропиленовия оксиди, с молекулна маса от 1000 до 20 000, които имат следните общи формули:

където X и Y са -Н или -СН₃, като X Ф Y, m и η са цели числа от 4 до 20, а р е цяло число от 1 до 9; като всеки от тези съполимери се използва самостоятелно или в комбинация с дитиооксамиди със следната обща формула

в която R_p R-,, R, и R₄ могат да бъдат различни или еднакви заместители, избрани между водород, ациклични (С\ _|2) и циклични (С_{3 7}) алкилови, арилови, алкиларилови заместители или техни производни, както и азот-, сяра- и кислородсъдържащи хетероцикли и производните им, във воден разтвор.

Средството, съгласно полезния модел, дава възможност замърсени с тежки метали и органични замърсители земи да се използват за получаване на безвредна селскостопанска продукция.

Предимство на средството е, че се внася в почвата във вид на воден разтвор, с концентрация от 0,1 до 1 %, чрез използваните в селското стопанство методи за поливане самостоятел35 но или едновременно е поливните води.

Други предимства на средството са неговата нетоксичност, стимулиращият му ефект върху развитието на растенията, както и свойствата му да запазва първоначалната структура на почвата и да съхранява влагата в нея за подълъг период от време [13]. Средството, съгласно полезния модел, не влияе върху почвените микроорганизми.

Степента на намаляване на преминаването на тежките метали от почвата в растенията зависи от концентрацията на дитиоксамидите и при стехиометрично съотношение тежките метали количествено се задържат в почвата. Степента на намаляване на преминаването на органичните съединения и пестицидите от почвата в растенията зависи от вида на замърсителите в почвата, от състава и структурата на мултиблоковите полиетери и от концентрацията им, изчислена за един килограм почва.

Примери за изпълнение на полезния модел

Следните примери илюстрират полезния модел, без да го ограничават.

Пример 1.

Изследвано беше съдържанието на тежки метали в растения, отгледани върху силно замър50 сени почви, третирани по различен начин. За всеки от съдовите опити е използвана пресята и фракционирана почва с тегло 200 g, замърсена с тежки метали. Непосредствено след посяване на растенията почвата се полива еднократно с 0,2%

НО-(СН₂-СН₂О)₈-(СН-СН,О)₁₅-(СН₂-СН₂О)₈-(СН-СН₂О)₁₅-(СН₂-СН₂О)₇-СН₂СН₂ОН сн₃ или с вода, съдържаща същия мултиблоков полиетер със същата концентрация и 0,5 g.dnr³ дитиооксамид (100 mg дитиооксамид на 1 kg почва). Поливането след засяване на контролводен разтвор (400 mg полиетер на 1 kg почва) на симетричен 5-блоков съполимер на етиленовия и пропиленовия оксиди с молекулна маса около 3000 и формула

СН₃ ните проби, както и следващите поливания на всички растенията се извършват с вода. Резултатите от изследването на съдържанието на тежки метали в растенията е представено на таблица 1.

Таблица 1. Съдържание на тежки метали в растения, отгледани върху почва, замърсена с тежки метали и третирана по описания в пример 1 начин.

Метал	Съдържание на метал (mg/kg) в нетретирани почва и растения	Съдържание на метал (mg/kg) в растения при третиранес мултиблоков полиетер (400 mg на 1kg почва)	Съдържание на метал (mg/kg) в растения при третиране с мултиблоков полиетер (400 mg на 1 kg почва) и дитиооксамид (lOOrng на 1 kg почва)
почва	растение
Zn	166,0	79,3	35,7	1
Cd	2,38	1,84	0,72	следи
Pb	1,25	1,05	0,82	следи

Пример 2. леновия оксиди с молекулна маса 2840 и следИзследвано беше влиянието на 6-блоков ната формула асиметричен съполимер на етиленовия и пропиСН₃О-(СН-СН₂О)₁₂-(СН₂-СН₂О)₈-(СН-СН₂О)₁₂-(СН₂-СН₂О)₈-(СН-СН₂О)₈-(СН₂-СН₂О)₆-Н

I I I

СН, СН, СН, върху развитието на домати и патладжани, отгледани в почва, съдържаща пестицида Дикотекс (МСРА) в концентрация 50 mg на 1 kg почва.

За съдовите опити се използва пресята и фракционирана почва, тип алувиално-ливадна, с тегло 200 и 500 g, съдържаща Дикотекс в посочената концентрация. Непосредствено след по сяването на растенията почвата се полива с 0,2% воден разтвор на шестблоковия полиетер (400 mg на 1 kg почва). Следващите поливания са с вода.

Растенията, отгледани в почва, третирана по този начин се развиват нормално.

При растенията, отгледани в почва, съдържаща Дикотекс и поливани само с вода се наблюдава хлороза, прерастваща в некроза на листата, последвана от пълно загиване на растенията.

Пример 3.

При условията на пример 2 беше изслед- 5 вана фитотоксичност при пшеница, предизвика на от остатъчни количества от пестицида Афалон. При поливане на замърсените почви с 0,3 % воден разтвор (600 mg на 1 kg почва) на четириблоков асиметричен съполимер на етиленовия и пропиленовия оксиди с молекулна маса 2650 и формула

СН₃-О-(СН-СН₂О)_|5-(СН₂-СН₂О)_|0-(СН-СН₂О)₁₅-(СН₂-СН₂О)₁₀-Н

СН₃ СН₃ се наблюдава значително стимулиране на чрез свързването им в неусвоими от растенията развитието на пшеницата, в сравнение с конт- продукти, характеризиращо се с това, че предсролните проби, нетретирани с полиетер. тавлява симетрични или несиметрични мултиб„ 1 < локови полиетери с линейна или разклонена мо-

Claims

Патеитни претенции ^1J „ „ „ лекулна верига, молекулна маса от 1000 до

1. Средство за обезвреждане на тежки 20 000, които имат следните общи формули метали, пестициди и органични замърсители

НО—(CHCHzO)m—{(CHCH₂O)n—(CHCH₂O)m]p—Н

I II х γх

СН3О—{(CHCH₂O)m—(CHCH₂O)Jp—Н

II хY

XY

II

H-[(OCHCH₂)n-(OCHCH₂)_nJp \

YX

II [(СНгСНОМСНгСНО^р-Н /

NCHjCHzN /

Н-ЦОСНСНгНОСНСНг^р

II хY \

[(CH₂CHO)m-(CH₂CHO)n]p-H

II

XY където X и Y са -Н или -СН₃, като X * Y, m и η са цели числа от 4 до 20, а р е цяло число от 1 до 9; като всеки от тях се използва самостоятелно или в комбинация с дитиооксамид или производните му със следната обща формула където R_p Rj, R₃ и R₄ могат да бъдат еднакви или различни заместители, избрани между водород, ациклични (С, ₁₂) или циклични (С_{3 7}) алкилови, арилови, алкиларилови заместители или техни производни, както и азот-, сяра- или кислородсъдържащи хетероцикли или производните им, във воден разтвор.
2. Метод за внасяне на средството съгласно претенция 1 в почвата, характеризиращ се с това, че се приготвя 0,1 до 1 % воден разтвор от средството, който се внася в почвата чрез някой от използваните в селското стопанство методи на поливане.
3. Средство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че се внася в почвата в количество, стехиометрично на това на тежките метали в нея.
4. Средство съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че се внася в почвата в количества, съответстващи на солюбилизиращия му капацитет по отношение на пестицидите и другите органични замърсители, най-често от 300 до 500 mg на 1 kg почва.