RU2730619C1 - Agent for reducing arsenic mobility in soil - Google Patents

Agent for reducing arsenic mobility in soil Download PDF

Info

Publication number
RU2730619C1
RU2730619C1 RU2019138405A RU2019138405A RU2730619C1 RU 2730619 C1 RU2730619 C1 RU 2730619C1 RU 2019138405 A RU2019138405 A RU 2019138405A RU 2019138405 A RU2019138405 A RU 2019138405A RU 2730619 C1 RU2730619 C1 RU 2730619C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arsenic
silicon
iron
soil
silicon dioxide
Prior art date
Application number
RU2019138405A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Афанасьевна Бочарникова
Владимир Викторович Матыченков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки, федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН)
Priority to RU2019138405A priority Critical patent/RU2730619C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2730619C1 publication Critical patent/RU2730619C1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09CRECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08Reclamation of contaminated soil chemically
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K17/00Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials
    • C09K17/02Soil-conditioning materials or soil-stabilising materials containing inorganic compounds only

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of environmental protection and can be used for reclamation of lands contaminated with arsenic and other heavy metals. Agent contains a composition of silicon and iron preparations. Silicon preparation is amorphous silicon dioxide with surface area of 30 m/g to 400 m/g, which is selected from a group consisting of synthetic silicon, silicon, obtained from industrial waste, where iron is used as an iron preparation. Ratio of iron and silicon in weight ratio ranges from 1/10 to 1/30. Iron preparation is iron sulphate III. Synthetic amorphous silicon dioxide is selected from a group which includes pyrogenic silica, finely ground quartz or other natural silicon dioxide with SiOcontent of not less than 85 %. Amorphous silicon dioxide obtained from wastes from industry is selected from a group comprising ash, microsilica and other silicon-containing compounds with SiOcontent of not less than 85 %.EFFECT: agent reduces toxic effect of arsenic on living organisms and arsenic mobility in soils and grounds.4 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано для рекультивации земель, загрязненных мышьяком и другими тяжелыми металлами.The invention relates to the field of environmental protection and can be used for reclamation of land contaminated with arsenic and other heavy metals.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время, загрязнение окружающей среды мышьяком является одним из главных негативных факторов влияющем на здоровье человека. Концентрация мышьяка в питьевой воде свыше 10 мкг на литр вызывает хроническое отравление [1]. Загрязнения мышьяком в основном происходит в следствие выветривания мышьяк-содержащих минералов, сжигании угля, при использовании мышьяк-содержащих пестицидов, применения арсенатов при обработке древесины, при добыче и выплавке некоторых металлов [2]. Известно, что сточные воды предприятий по производству изделий из стекла, консервантов древесины, керамических изделий, кожевенных изделий, а также заводов по выпуску красок, нефтеперерабатывающих заводов могут содержать мышьяк и тяжелые металлы, которые могут попадать в почву [3].Currently, arsenic pollution of the environment is one of the main negative factors affecting human health. The concentration of arsenic in drinking water over 10 μg per liter causes chronic poisoning [1]. Arsenic contamination mainly occurs as a result of the weathering of arsenic-containing minerals, coal combustion, the use of arsenic-containing pesticides, the use of arsenates in wood processing, in the extraction and smelting of certain metals [2]. It is known that wastewater from enterprises producing glass products, wood preservatives, ceramic products, leather goods, as well as factories producing paints, oil refineries may contain arsenic and heavy metals, which may enter the soil [3].

Непрерывный рост населения и промышленное развитие приводит к глобальному загрязнению почв и подземных вод мышьяком. В некоторых районах эта проблема достигла критического уровня [3]. Поэтому необходимо разрабатывать новые технологии для очистки и дезактивации загрязненных мышьяком почв и сточных вод.Continuous population growth and industrial development leads to the global pollution of soil and groundwater with arsenic. In some areas, this problem has reached a critical level [3]. Therefore, it is necessary to develop new technologies for the treatment and decontamination of arsenic-contaminated soil and wastewater.

Известны композиции, в состав которых входят соли железа, а именно сульфата железа. В патенте США № US 4723992 (1988-02-09) представлены композиции для фиксации пятивалентного мышьяка, например арсенатов и мышьяковой кислоты, обычно распространяющихся в почве. Фиксация осуществляется таким образом, что мышьяк теряет подвижность и активность даже после возможного дальнейшего повышения кислотности почвы. Композиции содержат соли металлов железа, алюминия или хрома со слабой кислотой, предпочтительно ацетатом железа или алюминия, которые распространяются на почве, содержащей соединения мышьяка. В состав композиции входят сульфата железа и, по меньшей мере, один ацетат натрия, калия или аммония [4].Known compositions, which include iron salts, namely ferrous sulfate. US Pat. No. 4,723,992 (1988-02-09) discloses compositions for fixing pentavalent arsenic, such as arsenates and arsenic acid, commonly found in soil. The fixation is carried out in such a way that arsenic loses its mobility and activity even after a possible further increase in soil acidity. The compositions contain metal salts of iron, aluminum or chromium with a weak acid, preferably iron or aluminum acetate, which are spread over the soil containing arsenic compounds. The composition includes ferrous sulfate and at least one acetate of sodium, potassium or ammonium [4].

Заявка на изобретение Китая № CN 109570218 (2019-04-05) относится к технической области очистки загрязненных почв, в частности к стабилизирующему агенту для загрязненных мышьяком и сурьмой тяжелых металлов. Стабилизирующий агент получают из оксихлорида циркония, гидроталькита, оксида кальция и сульфата железа, которые используются в качестве исходного сырья. Стабилизирующий агент имеет преимущества в том, что в качестве сырья используются оксихлорид циркония, гидротальцит, оксид кальция и сульфат железа, которые имеют низкую стоимость. Достигается хороший стабилизирующий эффект до 98% [5].Chinese Invention Application No. CN 109570218 (2019-04-05) relates to the technical field of cleaning contaminated soils, in particular to a stabilizing agent for heavy metals contaminated with arsenic and antimony. The stabilizing agent is obtained from zirconium oxychloride, hydrotalcite, calcium oxide and ferrous sulfate, which are used as feedstock. The stabilizing agent has the advantage of using zirconium oxychloride, hydrotalcite, calcium oxide and ferrous sulfate as raw materials, which are of low cost. A good stabilizing effect is achieved up to 98% [5].

Заявка на изобретение Китая № CN 107254313 (2017-10-17) раскрывает кондиционер почвы, загрязненный мышьяком, способ приготовления и способ борьбы с загрязнением почвы. В качестве сырья для кондиционера предлагается использовать рисовую солому, гептагидрат сульфата железа и перекись водорода. Способ приготовления кондиционера включает следующие стадии: очистку и измельчение рисовой соломы, вымачивание рисовой соломы в растворе FeSO4⋅7H2O, добавление Н2О2 с концентрацией 30%, равномерное перемешивание, фильтрация, сушка, обугливание сырье в муфеле при температуре от 300 до 400°С [6].Chinese Invention Application No. CN 107254313 (2017-10-17) discloses an arsenic contaminated soil conditioner, a preparation method, and a soil contamination control method. It is proposed to use rice straw, ferrous sulfate heptahydrate and hydrogen peroxide as raw materials for the air conditioner. The method for preparing the air conditioner includes the following stages: cleaning and grinding rice straw, soaking rice straw in a solution of FeSO 4 ⋅7H 2 O, adding Н 2 О 2 with a concentration of 30%, uniform mixing, filtration, drying, charring the raw material in a muffle at a temperature of 300 up to 400 ° C [6].

В заявке на изобретение Китая № CN 109575926 (2019-04-05) предлагается кондиционер почв, загрязненных кадмием и мышьяком, который содержит следующие весовые части сырья: 0-10 частей гематита, 20-30 частей сульфата железа; 10 частей диоксида марганца; 15-20 частей золы; 10-15 частей негашеной извести; 10-15 частей сепиолита; 10-15 частей дигидрофосфата кальция; и 0-10 частей волластонита [7]. Предлагаемый кондиционер прочно связывает тяжелые металлы кадмия и мышьяка, образуя химически стабильные соединения, что приводит к снижению миграции и диффузии неорганических загрязнителей в окружающей среде.In the application for the invention of China No. CN 109575926 (2019-04-05) a conditioner for soils contaminated with cadmium and arsenic is proposed, which contains the following parts by weight of raw materials: 0-10 parts of hematite, 20-30 parts of ferrous sulfate; 10 parts of manganese dioxide; 15-20 parts of ash; 10-15 parts of quicklime; 10-15 parts of sepiolite; 10-15 parts of calcium dihydrogen phosphate; and 0-10 parts of wollastonite [7]. The proposed air conditioner firmly binds heavy metals cadmium and arsenic, forming chemically stable compounds, which leads to a decrease in the migration and diffusion of inorganic pollutants in the environment.

В заявке на изобретение Китая № CN 108085016 (2018-05-29) описан кондиционер почвы для снижения подвижности мышьяка и его применение. Кондиционер содержит агент А и агент В, причем агент А получают из сырья по весовым частям следующим образом: 40-60 частей поли-сульфата железа, 45-65 частей сульфата железа и 0-15 частей натрия гумат; агент В получают из массовых частей сырья следующим образом: 20-35 частей порошка пиролузита, 25-45 частей кальцинируемого бентонита и 30-50 частей извести. Агент А и агент В используются в кондиционере в массовом соотношении 1:1 [8].Chinese Patent Application No. CN 108085016 (2018-05-29) discloses a soil conditioner for reducing arsenic mobility and its use. The conditioner contains agent A and agent B, and agent A is obtained from raw materials in parts by weight as follows: 40-60 parts of iron poly-sulfate, 45-65 parts of ferrous sulfate and 0-15 parts of sodium humate; agent B is obtained from mass parts of raw materials as follows: 20-35 parts of pyrolusite powder, 25-45 parts of calcined bentonite and 30-50 parts of lime. Agent A and agent B are used in the conditioner in a mass ratio of 1: 1 [8].

Известны композиции, в состав которых входят диоксид кремния. В патенте РФ № RU 2122903 (10.12.1998) описан кондиционер на основе аморфного диоксида кремния, который предназначен для восстановления загрязненных почв. В кондиционере почвы в качестве минерального компонента использована смесь из двух или более твердых кремнийсодержащих веществ с содержанием Si от 5-45%, при этом, по крайней мере, одно из указанных веществ, расход которого составляет 50-10000 кг на 1 га, находится в некристаллической форме с частицами размером не более 1 мм, а другие вещества, общий расход которых составляет 100-20000 кг на 1 га, находятся в некристаллической или кристаллической форме с частицами размером не более 5 см. В качестве твердых кремнийсодержащих веществ могут быть использованы экологически безопасные твердые кремнийсодержащие отходы промышленности и сельского хозяйства в виде золы, шлаков, пыли и т.п., химически чистые кремнийсодержащие соединения, например аморфный диоксид кремния, кварцевый песок, силикат кальция, силикат магния и т.п., а также молотые кремнийсодержащие горные породы, например песок, песчаник, цеолит, туф [9].Known compositions, which include silicon dioxide. RF patent No. RU 2122903 (10.12.1998) describes an air conditioner based on amorphous silicon dioxide, which is designed to restore contaminated soils. In the soil conditioner, a mixture of two or more solid silicon-containing substances with a Si content of 5-45% is used as a mineral component, while at least one of these substances, the consumption of which is 50-10000 kg per 1 ha, is located in non-crystalline form with particles no more than 1 mm in size, and other substances, the total consumption of which is 100-20000 kg per 1 ha, are in non-crystalline or crystalline form with particles no more than 5 cm in size.Environmentally safe substances can be used as solid silicon-containing substances solid silicon-containing industrial and agricultural waste in the form of ash, slag, dust, etc., chemically pure silicon-containing compounds, for example, amorphous silicon dioxide, quartz sand, calcium silicate, magnesium silicate, etc., as well as ground silicon-containing rocks , for example, sand, sandstone, zeolite, tuff [9].

Известны композиции, в состав которых входят соединения кремния и железа.Known compositions, which include compounds of silicon and iron.

В патенте Кореи № KR 101184933 (2012-09-28) раскрыт способ удаления мышьяка из сточных вод с использованием шлака сталелитейного завода с высоким содержанием железа. Измельченный шлак из окисленного шлака имеет средний диаметр частиц от 1 до 1000 микрометров. Измельченный шлак из окисленного шлака содержит 20-50 мас. % Fe, 15-35 мас. % СаО, 1-5 мас. % MnO, 0,01-1 мас. % Свободной извести, 0,1-5 мас. % MgO, 5-20 мас. % SiO2 и 0,1~30 мас. % Al2O3 [10].Korean Patent No. KR 101184933 (2012-09-28) discloses a method for removing arsenic from waste water using steel mill slag with a high iron content. The crushed oxidized slag has an average particle diameter of 1 to 1000 micrometers. Crushed slag from oxidized slag contains 20-50 wt. % Fe, 15-35 wt. % CaO, 1-5 wt. % MnO, 0.01-1 wt. % Free lime, 0.1-5 wt. % MgO, 5-20 wt. % SiO 2 and 0.1 ~ 30 wt. % Al 2 O 3 [10].

Наиболее близкое техническое решение описано в патенте РФ № RU 2471849 (10.01.2013), в котором описан состав для детоксикации почв, загрязненных преимущественно мышьяком. В состав входят диатомит, состоящий из диоксида кремния и, обработанный хлоридом железа Fe3+, а также голубую глину при следующем соотношении компонентов, вес. %: диатомит, обработанный Fe3+ - 50-60, голубая глина - 40-50 [11]. К недостатку технического решения можно отнести то, что в состав для детоксикации почв входят голубые глины, которые являются источником такого токсичного элемента как алюминий.The closest technical solution is described in RF patent No. RU 2471849 (01/10/2013), which describes a composition for detoxification of soils contaminated mainly with arsenic. The composition includes diatomite, consisting of silicon dioxide and treated with iron chloride Fe 3+ , as well as blue clay with the following ratio of components, wt. %: diatomite treated with Fe 3+ - 50-60, blue clay - 40-50 [11]. The disadvantage of the technical solution can be attributed to the fact that the composition for soil detoxification includes blue clays, which are a source of such a toxic element as aluminum.

Задачей предлагаемого изобретения является создание эффективного и безопасного состава средства для рекультивации почв, стимулирующего рост и улучшающего жизнедеятельность растений.The objective of the present invention is to create an effective and safe composition of a means for soil reclamation, stimulating the growth and improving the vital activity of plants.

Поставленная задача решается за счет того, что состав средства для рекультивации почв содержит кремнийсодержащий материал и сульфат железа. В качестве кремнийсодержащего материала используют аморфный диоксид кремния. Состав кондиционера почв выполняют при следующем соотношении компонентов железа и кремния: от 1/10 до 1/30.The problem is solved due to the fact that the composition of the soil reclamation agent contains silicon-containing material and ferrous sulfate. Amorphous silicon dioxide is used as the silicon-containing material. The composition of the soil conditioner is carried out with the following ratio of iron and silicon components: from 1/10 to 1/30.

Технический результат состоит в том, что заявленное средство на основе позволяет снизить токсическое воздействие мышьяка на живые организмы и подвижность (растворимость) мышьяка в почвах и грунтах.The technical result consists in the fact that the claimed agent on the basis allows to reduce the toxic effect of arsenic on living organisms and the mobility (solubility) of arsenic in soils and grounds.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Предметом настоящего изобретения является средство для снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве содержащее композицию препаратов кремния и железа. При этом препарат кремния представляет собой аморфный диоксид кремния с площадью поверхности от 30 м2/г до 400 м2/г, который выбирают из группы, состоящей из кремния полученного синтетическим способом, кремния полученного из отходов шлаков. В качестве препарата железа используют сульфат железа. При этом соотношение препарата железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.The subject of the present invention is an agent for reducing the mobility and solubility of arsenic compounds in soil, containing a composition of preparations of silicon and iron. In this case, the silicon preparation is an amorphous silicon dioxide with a surface area of 30 m 2 / g to 400 m 2 / g, which is selected from the group consisting of silicon obtained by a synthetic method, silicon obtained from waste slags. Ferrous sulfate is used as an iron preparation. In this case, the ratio of the preparation of iron and silicon in a weight ratio is from 1/10 to 1/30.

Описание изобретенияDescription of the invention

При изучении эффективного состава средства для снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве было обнаружено, что применение композиции состоящей из аморфного диоксида кремния с площадью поверхности от 30 м2/г и препарата сульфата железа позволяет значительно снизить подвижность и растворимость соединений мышьяка в почве.When studying the composition of an effective means for reducing the mobility and solubility of arsenic compounds in soil it has been found that the use of a composition consisting of amorphous silica with a surface area of 30 m 2 / g and a preparation of ferrous sulfate significantly reduces the mobility and solubility of arsenic compounds in soil.

Аморфный (некристаллический) диоксид кремния с высокой удельной поверхностью в природе в чистом виде почти не встречается. Его можно получить только технологическим способом. Известно несколько марок выпускаемого аморфнного диоксида кремния. Один препарат выпускается под торговой маркой КОВЕЛОС и представляет собой очень легкий микронизированный (размер частиц в зависимости от марки от 6 до 40 микрон) порошок белого цвета без вкуса и запаха с нанопористой структурой частиц, с выраженными сорбционными свойствами. Его удельная площадь поверхности составляет 350-400 м2/г [12]. Другой препарат под маркой МИКРОСИЛИКА выпускает ОАО "Кузнецкие ферросплавы"[13].Amorphous (noncrystalline) silicon dioxide with a high specific surface area almost never occurs in nature in its pure form. It can only be obtained by technological means. Several brands of amorphous silicon dioxide are known. One preparation is produced under the KOVELOS trade mark and is a very light micronized (particle size depending on the brand from 6 to 40 microns) white powder, tasteless and odorless with a nanoporous particle structure, with pronounced sorption properties. Its specific surface area is 350-400 m 2 / g. [12] Another drug under the brand name MIKROSILIKA is produced by OJSC Kuznetsk Ferroalloys [13].

Из-за большой специфической площади поверхности аморфного диоксида кремния обеспечивается больше мест связывания с мышьяком по сравнению с традиционными материалами. В качестве аморфного диоксида кремния могут быть использованы синтетический кремний (пирогенный кремнезем), тонко молотый кварц или другой природный диоксид кремния или другие кремний содержащие соединения с содержанием Si02 не менее 85%, отходы промышленности (зола, микросилика). Высокая площадь поверхности кремниевых соединений обеспечивает высокую растворимость поDue to the large specific surface area of amorphous silicon dioxide, more binding sites for arsenic are provided compared to traditional materials. As amorphous silicon dioxide, synthetic silicon (fumed silica), finely ground quartz or other natural silicon dioxide or other silicon containing compounds with SiO2 content of at least 85%, industrial waste (ash, microsilica) can be used. The high surface area of silicon compounds ensures high solubility in

отношению к кремнию, что и обеспечивает их высокую химическую активность [14].to silicon, which ensures their high chemical activity [14].

В качестве препарата железа использован сульфат железа. Предпочтительно выбирать препарат железа в виде сульфата железа III. При изготовлении средства соотношение препаратов железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.Ferrous sulfate was used as an iron preparation. It is preferable to choose an iron preparation in the form of iron III sulfate. In the manufacture of the product, the ratio of iron and silicon preparations in a weight ratio is from 1/10 to 1/30.

Комбинирование в средстве двух компонентов с разными свойствами позволяет обеспечить максимальную эффективность нейтрализации мышьяка за счет синергетического эффекта по снижению подвижности мышьяка. Поскольку компоненты средства не используются микроорганизмами как продукт питания, это не приводит к снижению деятельности микроорганизмов и снижению эффективности рекультивации. Способ повышения снижения подвижности и растворимости соединений мышьяка в почве включает внесение средства на поверхность выбранной площадки почвы в дозах от 0,1 до 3 тон на гектар с последующим дискованием или рыхлением обработанной почвы с помощью плуга.The combination of two components with different properties in the product allows for maximum efficiency of arsenic neutralization due to the synergistic effect of reducing the mobility of arsenic. Since the components of the agent are not used by microorganisms as a food product, this does not lead to a decrease in the activity of microorganisms and a decrease in the effectiveness of reclamation. A method for increasing the decrease in the mobility and solubility of arsenic compounds in the soil includes applying the agent to the surface of the selected soil area in doses from 0.1 to 3 tons per hectare, followed by disking or loosening the treated soil using a plow.

Для получения доказательства возможности создания кремний-железистой смеси был проведен ряд инкубационных, вегетационных и лабораторных экспериментов с использованием следующих кремний-содержащих соединений: микросилика металлургического комбината (Металлургический комбинат «Кузнецкие ферросплавы», г. Новокузнецк, Россия) и химически чистого аморфного диоксида кремния (площадь поверхности 30 и 300 м2/г). В качестве источника железа использовали растворимую соль сульфата железа как твердый источник железа. Были изготовлены следующие смеси:To obtain evidence of the possibility of creating a silicon-ferrous mixture, a number of incubation, vegetation and laboratory experiments were carried out using the following silicon-containing compounds: microsilica of a metallurgical plant (Kuznetsk Ferroalloys Metallurgical Plant, Novokuznetsk, Russia) and chemically pure amorphous silicon dioxide ( surface area 30 and 300 m 2 / g). As the iron source, a soluble iron sulfate salt was used as a solid iron source. The following mixtures were made:

1) Микросилика: сульфат железа в пропорции 10:1,1) Microsilica: ferrous sulfate in a ratio of 10: 1,

2) Микросилика: сульфат железа в пропорции 30:1,2) Microsilica: iron sulfate in a ratio of 30: 1,

3) Диоксид кремния (30 м2/г): сульфат железа в пропорции 10:1,3) Silicon dioxide (30 m 2 / g): ferrous sulfate in a ratio of 10: 1,

4) Диоксид кремния (300 м2/г): сульфат железа в пропорции 10:1,4) Silicon dioxide (300 m 2 / g): ferrous sulfate in a ratio of 10: 1,

Пример 1.Example 1.

Вегетационный эксперимент проводили с использованием торфа в качестве почвенной матрицы и культурой ячменя (Hordeum vulgare, сорт Московская 9) в пластиковых сосудах объемом 1 литр. Перед посадкой семян в торф вносили соль мышьяка (AsNaO2) в количестве 50 мл и концентрацией мышьяка 50 ммоль для обеспечения высокого уровня загрязнения по мышьяку. В течении 1 недели обработанные мышьяком торф инкубировали при влажности 40-50% и перемешивали для получения однородного загрязнения. После этого вносили смеси соединений кремния с железом дозах 100 кг/га по соединениям железа, так и отдельно соединения железа (100 кг/га) и кремния (1 т/га и 3 т/га), где в пересчете на 1 литр грунта 100 кг/га соответствует 0,1 г на сосуд, 1 т/га - 1 г на сосуд и 3 т/га - 3 г на сосуд соответственно. Затем высаживали семена ячменя. Растения выращивали в течении 4 недель. Температура воздуха составляла +24°С днем и +20°С ночью при световом режиме 12 часов и влажности воздуха 90%. Полив проводили регулярно и влажность субстрата составляла 50-60%) от массы. После этого отбирали образцы грунта и растений. Растения высушивали и затем в корнях и листьях определяли общее содержание мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). В почве определяли содержание подвижных (0,1 н HCl вытяжка) и потенциально подвижных (2 n HNO3 вытяжка) форм мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). Все эксперименты проводили в 3-х кратной повторности. Полученные данные представлены в таблице 1.The vegetation experiment was carried out using peat as a soil matrix and a barley culture (Hordeum vulgare, cultivar Moskovskaya 9) in plastic vessels with a volume of 1 liter. Before planting the seeds, arsenic salt (AsNaO 2 ) was added to the peat in an amount of 50 ml and an arsenic concentration of 50 mmol to ensure a high level of arsenic contamination. For 1 week, the arsenic-treated peat was incubated at a humidity of 40-50% and stirred to obtain a homogeneous contamination. After that, mixtures of silicon compounds with iron were introduced at doses of 100 kg / ha for iron compounds, and separately for iron compounds (100 kg / ha) and silicon (1 t / ha and 3 t / ha), where, in terms of 1 liter of soil, 100 kg / ha corresponds to 0.1 g per vessel, 1 t / ha - 1 g per vessel and 3 t / ha - 3 g per vessel, respectively. Then the barley seeds were planted. The plants were grown for 4 weeks. The air temperature was + 24 ° С during the day and + 20 ° С at night with a light regime of 12 hours and an air humidity of 90%. Watering was carried out regularly and the moisture content of the substrate was 50-60%) by weight. After that, samples of soil and plants were taken. The plants were dried and then the total arsenic content in the roots and leaves was determined using the ICP-MSI Cap-Q (USA). The content of mobile (0.1 n HCl extract) and potentially mobile (2 n HNO 3 extract) forms of arsenic was determined in the soil using ICP-MSI Cap-Q (USA). All experiments were performed in 3-fold repetition. The data obtained are presented in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Использование препаратов железа снижает содержание мышьяка в корнях растений до 44,8%, в зеленой массе растений - до 37,3%. Препараты железа так же снижают подвижность мышьяка в грунте до 39,4%. Использование только кремниевых препаратов так же приводит к снижению активности мышьяка в системе почва-растение. Однако наиболее значительные снижения аккумуляции мышьяка растениями и снижения подвижности этого металлоида в грунте были получены при использовании смесей кремний-содержащих и железо-содержащих препаратов. Содержание мышьяка в корнях растений снизилось до 84,2%, его содержание в листьях ячменя снизилось до 93-97%. Подвижность мышьяка в грунте было снижено на 56-88%.The use of iron preparations reduces the content of arsenic in plant roots to 44.8%, in the green mass of plants - to 37.3%. Iron preparations also reduce the mobility of arsenic in the soil to 39.4%. The use of only silicon preparations also leads to a decrease in the activity of arsenic in the soil-plant system. However, the most significant reductions in the accumulation of arsenic by plants and a decrease in the mobility of this metalloid in the soil were obtained using mixtures of silicon-containing and iron-containing preparations. The content of arsenic in plant roots decreased to 84.2%, its content in barley leaves decreased to 93-97%. The mobility of arsenic in the soil has been reduced by 56-88%.

Пример 2Example 2

Второй эксперимент проводили с использованием тех же смесей, оксида железа и соединений кремния. В пластиковые колбы объемом 250 мл добавляли 1 г сульфата железа и соответствующие количества смесей или соединений кремния. Добавляли так же по 1 г соли (NaCl) для обеспечения одинаковой ионной силы. Затем в колбы наливали 200 мл дистиллированной воды и используя 0,1 н раствор HCl или 0.1 н раствор NaOH доводили рН растворов до значения 7,0±0,1. После этого в каждую колбу добавляли по 10 мл концентрированного раствора AsNaO2 (400 ммоль). Колбы встряхивали в печении 1 часа на ротаторе и затем полученные растворы центрифугировали при 15 ООО оборотов в минуту в течении 15 минут. В полученных растворах определяли концентрацию мышьяка с использованием ICP-MSI Cap-Q (USA). Эксперимент проводили в 4-х кратной повторности. Полученные результаты показаны в таблице 2.The second experiment was carried out using the same mixtures, iron oxide and silicon compounds. In plastic flasks with a volume of 250 ml was added 1 g of ferrous sulfate and the corresponding amounts of mixtures or silicon compounds. Added the same 1 g of salt (NaCl) to ensure the same ionic strength. Then, 200 ml of distilled water was poured into the flasks, and the pH of the solutions was adjusted to 7.0 ± 0.1 using a 0.1 N HCl solution or 0.1 N NaOH solution. Thereafter, 10 ml of concentrated AsNaO 2 solution (400 mmol) was added to each flask. The flasks were shaken in a cookie for 1 hour on a rotator and then the resulting solutions were centrifuged at 15,000 rpm for 15 minutes. In the resulting solutions, the concentration of arsenic was determined using ICP-MSI Cap-Q (USA). The experiment was carried out in 4-fold repetition. The results are shown in Table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Присутствие диоксида кремния с минимальной площадью поверхности имело минимальное влияние на концентрацию мышьяка. Аморфный оксид кремния 300 м2/г снижал концентрацию на 75,1%. Предлагаемые смеси имели максимальные сорбционные свойства по отношению к мышьяку. Присутствие обоих компонентов (кремниевого и железистого) обладает синергетическим эффектом, позволяющим существенно повысить сорбционные свойства по отношению к мышьяку. Это можно объяснить наличием нескольких механизмов взаимодействия смеси с растворимыми соединениями мышьяка, которые усиливают друг, друга, или создают условия последовательной реализации механизмов. Сульфат железа обеспечивает образование нерастворимый соединений мышьяка, в то время как соединения кремния могут обеспечивать только физическую сорбцию мышьяка. Однако, присутствие сульфата железа и аморфного кремнезема высокой степени дисперсности обеспечивают оба способа снижения подвижности и активности мышьяка. Кроме того, аморфный кремнезем позволяет получить высокую концентрации. Монокремниевой кислоты в растворе. Монокремниевая кислота в свою очередь может повышать химическую сорбционную способность железа по отношению к мышьяку. Скорее всего, в получаемых системах работают все вышеперечисленные механизмы.The presence of silica with a minimum surface area had a minimal effect on arsenic concentration. Amorphous silica 300 m 2 / g reduced the concentration by 75.1%. The proposed mixtures had the maximum sorption properties in relation to arsenic. The presence of both components (silicon and ferrous) has a synergistic effect, which makes it possible to significantly increase the sorption properties in relation to arsenic. This can be explained by the presence of several mechanisms of interaction of the mixture with soluble arsenic compounds, which reinforce each other, or create conditions for the sequential implementation of the mechanisms. Ferrous sulfate provides the formation of insoluble arsenic compounds, while silicon compounds can only provide physical sorption of arsenic. However, the presence of ferrous sulfate and highly dispersed amorphous silica provide both ways to reduce the mobility and activity of arsenic. In addition, amorphous silica allows high concentrations to be obtained. Monosilicic acid in solution. Monosilicic acid, in turn, can increase the chemical sorption capacity of iron in relation to arsenic. Most likely, all of the above mechanisms work in the resulting systems.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Полученное средство нейтрализует растворимые соединения мышьяка путем их сорбции, образования нерастворимых силикатов мышьяка. Таким образом, снижается токсическое воздействие мышьяка на живые организмы и подвижность (растворимость) мышьяка в почвах, грунтах, что способствует получению экологически более безопасной продукции. Применение средства дополнительно способствует улучшению аэрации почвы и лучшему развитию корневой системы растения за счет высокой пористости компонентов средства и повышению водоудерживающей способности почвы. Промышленная применимость дополнительно подтверждается примерами 1 и 2.The resulting product neutralizes soluble arsenic compounds by sorption, the formation of insoluble arsenic silicates. Thus, the toxic effect of arsenic on living organisms and the mobility (solubility) of arsenic in soils and grounds are reduced, which contributes to the production of environmentally safer products. The use of the product additionally contributes to the improvement of soil aeration and better development of the plant root system due to the high porosity of the components of the product and an increase in the water-holding capacity of the soil. Industrial applicability is further confirmed by examples 1 and 2.

Источники информацииSources of information

1. Bradham KD, Diamond GL, Burgess M, Juhasz A, Klotzbach JM, Maddaloni M et al (2018) In vivo and in vitro methods for evaluating soil arsenic bioavailability: relevant to human health risk assessment. J Toxicol Env Heal В 21 (2):83-114.1. Bradham KD, Diamond GL, Burgess M, Juhasz A, Klotzbach JM, Maddaloni M et al (2018) In vivo and in vitro methods for evaluating soil arsenic bioavailability: relevant to human health risk assessment. J Toxicol Env Heal B 21 (2): 83-114.

2. Kumar M, Ramanathan AL, Rahman MM, Naidu R (2016) Concentrations of inorganic arsenic in groundwater, agricultural soils and subsurface sediments from the middle Gangetic plain of Bihar, India. Sci Total Environ 573:1103-1114.2. Kumar M, Ramanathan AL, Rahman MM, Naidu R (2016) Concentrations of inorganic arsenic in groundwater, agricultural soils and subsurface sediments from the middle Gangetic plain of Bihar, India. Sci Total Environ 573: 1103-1114.

3. Водяницкий, Ю.H. Хром и мышьяк в загрязненных почвах. Обзор литературы Почвоведение. 2009. №5. - С. 551-559.3. Vodyanitsky, Yu.H. Chromium and arsenic in contaminated soils. Literature review Soil science. 2009. No. 5. - S. 551-559.

4. HAGER BROR О Fixation of arsenic in soil. Патент США US 4723992 (1988-02-09).4. HAGER BROR About Fixation of arsenic in soil. US patent US 4723992 (1988-02-09).

5. LEI MING JIANG ZHANRU Stabilizing agent for arsenic and antimony heavy metal contaminated soil. Заявка Китая CN 109570218 (2019-04-05).5. LEI MING JIANG ZHANRU Stabilizing agent for arsenic and antimony heavy metal contaminated soil. Application of China CN 109570218 (2019-04-05).

6. WU CHUAN XUE SHENGGUO Arsenic-polluted soil passivator, preparation method and method for controlling arsenic-polluted soil. Заявка Китая CN 107254313 (2017-10-17).6. WU CHUAN XUE SHENGGUO Arsenic-polluted soil passivator, preparation method and method for controlling arsenic-polluted soil. China application CN 107254313 (2017-10-17).

7. TAN WENFENG Cadmium-arsenic composite polluted soil remediation agent. Заявка Китая CN 109575926 (2019-04-05).7. TAN WENFENG Cadmium-arsenic composite polluted soil remediation agent. Application of China CN 109575926 (2019-04-05).

8. ZHU HUIKE Arsenic passivator and application thereof. Заявка Китая CN 108085016 (2018-05-29).8. ZHU HUIKE Arsenic passivator and application thereof. Application of China CN 108085016 (2018-05-29).

9. Матыченков B.B. и др. КОНДИЦИОНЕР ПОЧВЫ. Патент РФ №2122903 (10.12.1998).9. Matychenkov B.B. and others. SOIL CONDITIONER. RF patent №2122903 (10.12.1998).

10. METHOD FOR REMOVING ARSENIC USING STEEL PLANT SLAG AND SYSTEM THEREOF KR 101184933 (2012-09-28)10. METHOD FOR REMOVING ARSENIC USING STEEL PLANT SLAG AND SYSTEM THEREOF KR 101184933 (2012-09-28)

11. Кирейчева Л.В. и др. СОСТАВ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МЫШЬЯКОМ. Патент РФ №2471849 (10.01.2013).11. Kireicheva L.V. and others. COMPOSITION FOR DETOXIFICATION OF SOILS CONTAMINATED PREVIOUSLY WITH ARSENIC. RF patent No. 2471849 (10.01.2013).

12. Перечень материалов производимых ООО «Экокремний» http://aerosil.su/ob-amorfnom-diokside-kxemniya.12. List of materials produced by LLC "Eco-silicon" http://aerosil.su/ob-amorfnom-diokside-kxemniya.

13. Материалы производимые ОАО "Кузнецкие ферросплавы"13. Materials produced by JSC "Kuznetsk Ferroalloys"

https://www.dobavkabeton.ru/abouthttps://www.dobavkabeton.ru/about

14. Ji, X., Liu, S., Huang, J., Bocharnikova, E., & Matichenkov, V. (2016). Monosilicic acid potential in phytoremediation of the contaminated areas. Chemosphere, 157, 132-136.14. Ji, X., Liu, S., Huang, J., Bocharnikova, E., & Matichenkov, V. (2016). Monosilic acid potential in phytoremediation of the contaminated areas. Chemosphere, 157, 132-136.

Claims (4)

1. Средство для снижения подвижности соединений мышьяка в почве, содержащее композицию препаратов кремния и железа, отличающееся тем, что препарат кремния представляет собой аморфный диоксид кремния с площадью поверхности от 30 м2/г до 400 м2/г, который выбирают из группы, состоящей из синтетического кремния, кремния, полученного из отходов промышленности, где в качестве препарата железа используют сульфат железа, при этом соотношение препарата железа и кремния в весовом соотношении составляет от 1/10 до 1/30.1. An agent for reducing the mobility of arsenic compounds in the soil, containing a composition of preparations of silicon and iron, characterized in that the preparation of silicon is amorphous silicon dioxide with a surface area of 30 m 2 / g to 400 m 2 / g, which is selected from the group, consisting of synthetic silicon, silicon obtained from industrial waste, where iron sulfate is used as an iron preparation, while the ratio of the preparation of iron and silicon in a weight ratio is from 1/10 to 1/30. 2. Средство по п. 1, отличающееся тем, что препарат железа представляет собой сульфат железа III.2. The agent according to claim 1, characterized in that the iron preparation is iron III sulfate. 3. Средство по п. 1, отличающееся тем, что синтетический аморфный диоксид кремния выбирают из группы, в которую входят пирогенный кремнезем, тонкомолотый кварц или другой природный диоксид кремния с содержанием SiO2 не менее 85%.3. The agent according to claim 1, characterized in that the synthetic amorphous silicon dioxide is selected from the group that includes fumed silica, finely ground quartz or other natural silicon dioxide with a SiO 2 content of at least 85%. 4. Средство по п. 1, отличающееся тем, что аморфный диоксид кремния, полученный из отходов промышленности, выбирают из группы, в которую входят зола, микросилика и другие кремнийсодержащие соединения с содержанием SiO2 не менее 85%.4. A tool according to claim 1, characterized in that amorphous silicon dioxide obtained from industrial waste is selected from the group consisting of ash, microsilica and other silicon-containing compounds with a SiO 2 content of at least 85%.
RU2019138405A 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil RU2730619C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138405A RU2730619C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019138405A RU2730619C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2730619C1 true RU2730619C1 (en) 2020-08-24

Family

ID=72238060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019138405A RU2730619C1 (en) 2019-11-27 2019-11-27 Agent for reducing arsenic mobility in soil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2730619C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795856C1 (en) * 2022-06-22 2023-05-12 Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) Method for supporting growth of plants under conditions of lack of moisture
CN117143606A (en) * 2023-08-31 2023-12-01 常熟理工学院 Conditioner for repairing arsenic, antimony and bismuth polluted soil as well as preparation method and application thereof

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2122903C1 (en) * 1997-12-17 1998-12-10 Матыченков Владимир Викторович Soil conditioner
RU2471849C1 (en) * 2011-07-13 2013-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук Composition for detoxification of soils contaminated mainly with arsenic
RU2612286C1 (en) * 2016-02-08 2017-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "Сириус" Sorbent-activator for purification of oil-contaminated soils and grounds and method for production thereof
CN107254313A (en) * 2017-06-29 2017-10-17 中南大学 As polluted soil passivator and preparation method, the method for administering As polluted soil
CN108085016A (en) * 2017-12-26 2018-05-29 芜湖格丰环保科技研究院有限公司 A kind of arsenic passivator and its application

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2122903C1 (en) * 1997-12-17 1998-12-10 Матыченков Владимир Викторович Soil conditioner
RU2471849C1 (en) * 2011-07-13 2013-01-10 Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова Российской академии сельскохозяйственных наук Composition for detoxification of soils contaminated mainly with arsenic
RU2612286C1 (en) * 2016-02-08 2017-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "Сириус" Sorbent-activator for purification of oil-contaminated soils and grounds and method for production thereof
CN107254313A (en) * 2017-06-29 2017-10-17 中南大学 As polluted soil passivator and preparation method, the method for administering As polluted soil
CN108085016A (en) * 2017-12-26 2018-05-29 芜湖格丰环保科技研究院有限公司 A kind of arsenic passivator and its application

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795856C1 (en) * 2022-06-22 2023-05-12 Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" (ФИЦ ПНЦБИ РАН) Method for supporting growth of plants under conditions of lack of moisture
CN117143606A (en) * 2023-08-31 2023-12-01 常熟理工学院 Conditioner for repairing arsenic, antimony and bismuth polluted soil as well as preparation method and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Influence of bacteria on Pb and Zn speciation, mobility and bioavailability in soil: a laboratory study
Zhang et al. Mineral materials as feasible amendments to stabilize heavy metals in polluted urban soils
Knox et al. Remediation of metal-and radionuclides-contaminated soils by in situ stabilization techniques
Karageorgiou et al. Removal of phosphate species from solution by adsorption onto calcite used as natural adsorbent
Sun et al. Effect of nanoparticle hydroxyapatite on the immobilization of Cu and Zn in polluted soil
Katiyar et al. Biological approaches of fluoride remediation: potential for environmental clean-up
Chlopecka et al. Mimicked in-situ stabilization of metals in a cropped soil: bioavailability and chemical form of zinc
Garrido et al. Effect of the addition of gypsum-and lime-rich industrial by-products on Cd, Cu and Pb availability and leachability in metal-spiked acid soils
Zhang et al. Factors affecting removal of selenate in agricultural drainage water utilizing rice straw
US20070219096A1 (en) Method of sustaining plant growth in toxic substrates polluted with heavy metal elements as well as fertilization and beneficiation of normal horticultural and agricultural soils
Nam et al. Immobilization of heavy metal contaminated mine wastes using Canavalia ensiformis extract
Gadd Microbial roles in mineral transformations and metal cycling in the Earth’s critical zone
CN109174958A (en) Prepare the method for arsenic cadmium passivator, by the arsenic cadmium passivator and purposes of this method preparation
Zhai et al. Reduced Cd, Pb, and As accumulation in rice (Oryza sativa L.) by a combined amendment of calcium sulfate and ferric oxide
RU2730619C1 (en) Agent for reducing arsenic mobility in soil
Zang et al. Biochar performance for preventing cadmium and arsenic accumulation, and the health risks associated with mustard (Brassica juncea) grown in co-contaminated soils
Wang et al. Effects of composite environmental materials on the passivation and biochemical effectiveness of Pb and Cd in soil: Analyses at the ex-planta of the Pak-choi root and leave
JP5849423B2 (en) Method for treating contaminated soil containing arsenic
Naseem et al. Mycoremediation-Effective strategy to ameliorate arsenic toxicity
RU2722697C1 (en) Agent for reducing arsenic mobility in soil
US20050257586A1 (en) Method of sustaining plant growth in hazardous substrates, limiting the mobility of substrate contaminants, and beneficiation of normal soils
US6802805B2 (en) Method for recombining soil
Radziemska Aided phytostabilization of copper contaminated soils with l. perenne and mineral sorbents as soil amendments
Monga et al. Biochar, Clay, Zeolites, and Microorganism-based Methods for Remediation of Heavy Metals
US20030140670A1 (en) Method of sustaining plant growth in toxic substrates polluted with heavy metal elements