PL177699B1 - Sposób usuwania z gleby zanieczyszczeń, zwłaszcza metali ciężkich oraz wykorzystanie powstającej biomasy do celów przemysłowych - Google Patents

Abstract

Sposób usuwania z gleby zanieczyszczeń, zwłaszcza metali ciężkich oraz wykorzystanie powstającej biomasy do celów przemysłowych polegający na uprawie roślin, których nasiona przed wysiewem otoczkuje się, przygotowuje i nawozi grunt, po wysiewie lub razem z nim stosuje się niszczenie chwastów, w czasie wegetacji zasila, korzystnie płynnymi osadami ściekowymi, a po osiągnięciu dojrzałości technologicznej wyprodukowaną biomasę zbiera i przerabia, znamienny tym, że rośliną stosowaną do tego celu jest wieloletni gatunek sida (Sida hermaphrodita Rusby).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób usuwania z gleby zanieczyszczeń, zwłaszcza metali ciężkich oraz wykorzystanie powstającej biomasy do celów przemysłowych, a także sposób zagospodarowania nieużytków i odłogów.

Dotychczasowe sposoby usuwania metali ciężkich z gleby za pomocąroślin opierąjąsię na zjawisku hiperakumulacji. Polegają one na uprawie odpowiednich gatunków roślin takich jak tobołki alpejskie (Thlaspi caerulescens) i smagliczka (Alyssum sp.) posiadających zdolność akumulowania w swej biomasie dużych ilości metali ciężkich. Powoduje to sukcesywne wynoszenie z gleby wraz z plonem zgromadzonych w niej metali do poziomu zawartości pozwalającej na uprawę roślin przeznaczonych na cele komsumpcyjne i paszowe bez zagrożenia zanieczyszczenia łańcucha żywieniowego. Biomasa zawierająca do 1% cynku w przeliczeniu na sucha masę jest utylizowana. Mc Grath S. P, Sidoli C. M., Baker A. J. H. & Reeves R. D.: „ Plants Clean Up Soils Presented by Professor Steve Me Grath at the BAAS Science for Life meetingon 30 August 1993

Innym sposobem oczyszczania gleby z pierwiastków śladowych jest stosowanie zeolitów. Minerały te charakteryzują się dużąpojemnością sorpcyjną, dzięki której mogą pochłaniać znajdujące się w glebie metale ciężkie. Stosuje się je w postaci tzw. „kartofelków zeolitowych”, które wprowadza się do warstwy ornej gleby i następnie po zasorbowaniu metali usuwa się z pola. Kilkakrotne zastosowanie tego zabiegu wpływa na obniżenie się zawartości metali w glebie do takiego poziomu, że nie występuje ryzyko zanieczyszczenia upraw przeznaczonych na cele konsumpcyjne i paszowe. Patent Nr. 162499 (RP).

Pierwszy z opisanych sposobów posiada szereg wad uniemożliwiających jego praktyczne wykorzystanie. Wymienione rośliny są gatunkami jednorocznymi i stosowanie ich uprawy wymaga corocznego siewu pociągającego za sobą koszty nasion oraz zabiegów uprawnych. Mała produktywność biomasy hiperakumulatorów roślinnych takich jak tobołki alpejskie (Thlaspi caerulescens) czy smagliczka (Alyssum sp.) uniemożliwia opracowanie w pełni zmechanizowanej techniki uprawy tych roślin. Problemem jest również racjonalne zagospodarowanie masy roślinnej w sposób wykluczający wtórne zanieczyszczenie środowiska. Proponowane sposoby takie jak palenie i odzyskiwanie metali z popiołu na drodze procesów hutniczych nie gwarantują wyłączenia ich z biogeochemicznego obiegu. Czynnikiem ograniczającym stosowanie na szeroką skalę zeolitów jest złożoność całego procesu oraz wysokie koszty przeprowadzania zabiegu niewspółmierne do osiągniętych korzyści. Brak jest również jasnego zdefiniowania, co będzie się działo z wyniesionymi z gleby metalami. Również zastosowanie przy obecnym stanie wiedzy na ten temat hiperakumulatorów roślinnych wymaga nakładów finansowych wykluczających m 699 praktyczne ich zastosowanie. Usuwanie metali ciężkich z gleby jest procesem powolnym wymagającym długiego funkcjonowania w agroekosystemie. Przedstawione sposoby nie mają odniesienia do szeregu ściśle powiązanych ze sobą uwarunkowań agroekologicznych i społecznych, bez uwzględnienia których ich powszechne stosowanie jest niemożliwe.

Celem wynalazku jest usunięcie tych wszystkich niedogodności, a zwłaszcza dobór wieloletniej rośliny i sposobu jej uprawy przez kilkanaście lat na jednym stanowisku dla osiągnięcia zadowalającego stopnia oczyszczania gleb, zwłaszcza z metali ciężkich, zagospodarowania nieużytków i odłogów. Celem wynalazku jest także wykorzystanie wyprodukowanej tam biomasy dla celów przemysłowych.

Osiągnięto to poprzez dobór odpowiedniej rośliny i sposobu jej uprawy oraz przerobu wyprodukowanej biomasy.

Rozwiązanie według wynalazku, polega na zastosowaniu do usuwania z gleby zanieczyszczeń, zwłaszcza metali ciężkich, rośliny sida (Sida hermaphrodita Rusby). Przed wysiewem korzystnie punktowym, nasiona sidy (Sida hermaphrodita Rusby) otoczkuje się materiałem zaprawowym stosując korzystnie otoczkę zawierającą: pył drzewny od 50 do 95%, korzystnie 85%; pożywkę NPK od 1 do 20%, korzystnie 5%; substancję sklej ającąna bazie skrobi od 5 do 29%, korzystnie 10%; giberelinę od 1 do 1000 mg/kg s. m. otoczki, korzystnie 500 mg/kg s. m. otoczki, co umożliwia precyzyjny wysiew, ułatwia prawidłowe kiełkowanie i wzrost rośliny, zwłaszcza w początkowej fazie jej rozwoju. Przed założeniem plantacji, znanymi metodami uprawia się glebę na gruntach zanieczyszczonych metalami ciężkimi, nieużytkach, odłogach przy czym nawozi się je korzystnie przed wysiewem rośliny znanymi metodami aplikacji stosując do tego celu osady ściekowe zarówno komunalno-bytowe jak i przemysłowe, odpowiednio przygotowane o odpowiednim stężeniu metali ciężkich i składników pokarmowych. Nawożenie płynnymi osadami ściekowymi prowadzi się, wprowadzając wyliczone ściśle dawki zapewniające wysoką zasobność gleby w składniki pokarmowe. Wysiew nasion przeprowadza się wiosną, korzystnie po upływie dwóch tygodni od ostatniej uprawki mechanicznej, przy czym celowym jest aby z wysiewem bądź w ciągu kilku dni po nim stosować chemiczne zniszczenie skiełkowanych chwastów. W czasie wegetacji, o ile zachodzi taka potrzeba, rośliny nawozi się głównie znanymi sposobami wykorzystując znane nawozy, korzystnie płynne osady ściekowe o odpowiednim stężeniu metali ciężkich i składników pokarmowych. Zbiór biomasy przeprowadza się znanymi metodami, w miarę potrzeb - po pełnym rozwoju rośliny zwykle jednak, jeden raz w ciągu sezonu wegetacyjnego. Wyprodukowaną biomasę przeznacza dla celów przemysłowych używając jej do produkcji materiałów izolacyjnych, wypełniaczy i innych stosowanych w przemyśle, zwłaszcza budowlanym, oraz jako surowca podstawowego w technologii produkcji celulozy.

Wynalazek i jego zastosowanie dla celów przedstawionych wyżej pozwala na pełne rolnicze wykorzystanie gruntów zdegradowanych chemicznie, zwłaszcza metalami ciężkimi, nieużytków i odłogów, pozwala na zagospodarowanie osadów ze ścieków komunalno-bytowych, jak i przemysłowych. Pozwala też na produkcję znacznej ilości biomasy, która może być wykorzystana dla celów przemysłowych. Wynalazek taki zapobiega zanieczyszczaniu łańcucha żywieniowego oraz w dużym stopniu usuwa ze środowiska naturalnego metale ciężkie wyłączając je trwale z biogeochemicznego obiegu. Jest bardzo ważnym, że zastosowana roślina jest wieloletnia i uprawa jej nie wymaga więc corocznych kosztów nasion, wysiewu i poprzedzających wysiew zabiegów agrotechnicznych przygotowujących glebę pod uprawę.

Przykład wykonania wynalazku

Partie nasion zaotoczkowano substancjaotoczkującązawierającą: pył drzewny od 50 do 95%, korzystnie 85%; pożywkę NPK od 1 do 20%, korzystnie 5%; substancję sklejającąna bazie skrobi od 5 do 29%, korzystnie 10%; giberelinę od 1 do 1000 mg/kg s. m. otoczki, korzystnie 500 mg/kg s. m. otoczki. Następnie nasiona wysiano punktowo w przygotowaną glebę. Badanie przeprowadzono na trzech rodzajach gleb o różnym stopniu degradacji (glebie klasy VI o pH 3,2, glebie klasy V zanieczyszczonej kadmem, ołowiem, cynkiem, miedzią i niklem na poziomie ΠΡ, glebie klasy Ilia zanieczyszczonej kadmem na poziomie II°) oraz odpadzie pohutniczym jako podłożu o skrajnie

177 699 niekorzystnych warunkach do rozwoju roślin.Do dwóch pierwszych gleb oraz odpadu pohutniczego dodano osad klasy IIIa zanieczyszczonej kadmem na poziomie Π°) oraz odpadzie pohutniczym jako podłożu o skrajnie niekorzystnych warunkach do rozwoju roślin. Do dwóch pierwszych gleb oraz odpadu pohutnicznego dodano osad ściekowy w ilości 1000 ton s. m./ha. G lebę klasy IIIa potraktowano jako kontrolę i nawożono nawozami mineralnymi. Łącznie z siewem dokonano zniszczenia skiełkowanych chwastów za pomocąpreparatu Roundoup (subst. czynna 30,5% glyfosatu). Nie stwierdzono różnic we wzroście i rozwoju roślin pomiędzy poszczególnymi kombinacjami. Zawartość w glebie nawet ekstremalnych ilości metali ciężkich nie wpływa zatem ujemnie na plonowanie, które zależy głównie od ilości składników pokarmowych w glebie oraz warunków meteorologicznych w czasie wegetacji (temperatura i opady). Przeprowadzona analiza składu chemicznego uzyskanej biomasy wykazała zawartość celolozy na poziomie 50%. Przy potencjale plonowania wynoszącym 10-12 ton s. m./ha z jednego hektara uzyskuje się rocznie około 5 ton celulozy (produktywność 1 ha lasu wynosi w Polsce średnio 0,8-0,91 celulozy rocznie). Wyniesiona z gleby wraz z plonem ilość cynku jest porównywalna z wyniesieniem tego pierwiastka przez hiperakumulatory takie jak tobołki. Oprócz cynku sida (Sida hermaphrodita Rusby) akumuluje w swej biomasie znaczne ilości kadmu-jednego z najbardziej toksycznych pierwiastków śladowych.

Przeprowadzone wstępne ekspertyzy wykazały możliwość zastosowania wstępnie przerobionej biomasy jako surowca do produkcji izolacji budowlanych oraz wypełniacza mas używanych w budownictwie. Ważnym jest, że biomasa może być spożytkowana w całości bez ryzyka zanieczyszczenia łańcucha żywieniowego.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób usuwania z gleby zanieczyszczeń, zwłaszcza metali ciężkich oraz wykorzystanie powstającej biomasy do celów przemysłowych polegający na uprawie roślin, których nasiona przed wysiewem otoczkuje się, przygotowuje i nawozi grunt, po wysiewie lub razem z nim stosuje się niszczenie chwastów, w czasie wegetacji zasila, korzystnie płynnymi osadami ściekowymi, a po osiągnięciu dojrzałości technologicznej wyprodukowaną biomasę zbiera i przerabia, znamienny tym, że rośliną stosowaną do tego celu jest wieloletni gatunek sida (Sida hermaphrodita Rusby).