Дешевий та ефективний спосіб відновлення ґрунту після забруднення важкими металами

Ґрунтознавці перевірили ефективність різних сорбентів для відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами. З'ясувалося, що дороге та складне для виробництва гранульоване активоване вугілля за ефективністю практично не відрізняється від дешевого та доступного біовугілля, яке можна виробляти із сільськогосподарських відходів. Статтю про дослідження, виконане за підтримки гранту Президентської програми Російського наукового фонду (РНФ), опубліковано в журналі Plants.

Мікроструктура поверхні біовугілля (a) та гранульованого активованого вугілля (b). Фотографії зроблені за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Джерело: Burachevska et al. / Plants, 2021

Тяжкі метали — найпоширеніші забруднювачі ґрунтів, що розсіюються на кілометри навколо металургійних заводів та теплових станцій, що спалюють вугілля. Вступаючи в ґрунт, вони утворюють безліч сполук, серед яких найбільшу небезпеку несуть слабозв'язані («рухливі») сполуки — обмінні, комплексні та специфічно сорбовані форми. Їх важко видалити з ґрунту, тому що вони не розкладаються природним шляхом і не піддаються мікробній деградації.

У невеликих кількостях мікроелементи необхідні рослинам, і їх використовують як мікродобрива, але при високих концентраціях вони можуть надавати токсичну дію. Наприклад, надлишок важких металів уповільнює схожість насіння та зростання рослин, робить їх більш уразливими до хвороб. З ґрунту по харчовому ланцюжку забруднюючі речовини передаються іншим живим організмам.В організмі людини важкі метали накопичуються і спричиняють виникнення різних хвороб.

Відновлюють забруднені ґрунти зазвичай за допомогою сорбентів або спеціальних добавок, що стабілізують. Ці з'єднання за рахунок своєї структури "захоплюють" важкі метали і не дають їм впливати на рослини. Однак при виборі сорбенту необхідно враховувати не тільки те, наскільки ефективно він здатний пов'язувати шкідливі речовини «в пробірці», але й те, як він поводиться в ґрунті.

Вчені з Південного федерального університету (Ростов-на-Дону) разом із колегою з Тульського державного педагогічного університету імені Л.М. Толстого (Тула) досліджували рухливість у ґрунті міді та цинку — одних із найпоширеніших забруднювачів на півдні Росії. Ґрунтознавці провели експеримент, виростивши ярий ячмінь на забруднених чорноземних ґрунтах. Зміст важких металів перевищував у п'ять і десять разів орієнтовно допустимі концентрації хімічні речовини: ці концентрації імітували рівні забруднення поблизу хімічних підприємств. Вчені внесли в судини з ґрунтом солі міді та цинку і через певний час проаналізували, які сполуки утворюють ці метали. Потім автори досліджували ефективність двох видів сорбентів - гранульованого активованого вугілля та біовугілля, додаючи їх по 1%, 2,5% або 5% від маси ґрунту. Після того, як посаджений у судини ячмінь виріс і дозрів, вчені виміряли вміст різних сполук міді та цинку в тканинах рослин та у ґрунтах.

«Ми встановили, що після потрапляння в ґрунт металів вміст їх мобільних сполук — небезпечних з екологічної точки зору — збільшується в ґрунті до 57%.Мідь у ґрунті утворює комплексні форми з органічною речовиною, що збільшує її біодоступність для рослин. Цинк активно засвоюється рослинами з ґрунту за рахунок обмінних та специфічно сорбованих сполук. Додавання в ґрунт гранульованого активованого вугілля та біовугілля сприяло зниженню вмісту в ній слабозв'язаних сполук металів, особливо в найбільш рухливих формах — обмінних та комплексних», — розповіла Марина Бурачевська, одна з авторів статті, керівник проекту з гранту РНФ, провідний науковий співробітник Південного федерального університету .

Гранульоване активоване вугілля, на відміну від інших вуглецевих сорбентів, після температурної обробки сировини проходить стадію активації, яка дозволяє отримати рекордно більшу площу пор, а значить, і високу ефективність. Однак із цього випливають висока вартість і складність виробництва цього сорбенту, на відміну від біовугілля, який можна виробляти з сільськогосподарських відходів за допомогою термічного розкладання. Виявилося, що на ефективність використання сорбентів більше впливала їхня доза, ніж тип.

«Завдяки своїй високопористій структурі сорбенти допомагають стабілізувати та інактивувати важкі метали у ґрунті. З їх допомогою можна запобігти поширенню забруднення, збільшити родючість землі та покращити зростання рослин. Ми показали, що дороге і складне для виробництва гранульоване активоване вугілля за ефективністю практично не відрізняється від дешевого та доступного біовугілля», — сказала Марина Бурачевська.

Інформація та фото надані прес-службою Російського наукового фонду

БІОВУГІЛЛЯ ДЛЯ ВІДНОВЛЕННЯ ГРУНТУ ПІСЛЯ ЗАБРУДНЕННЯ ТЯЖКИМИ МЕТАЛАМИ

Грунтознавці перевірили ефективність різних сорбентів для відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами. Президентської програми Російського наукового фонду (РНФ), опублікована в журналі Plants.

Мікроструктура поверхні біовугілля (a) та гранульованого активованого вугілля (b) Фотографії зроблені за допомогою скануючого електронного мікроскопа Джерело: Burachevskaya et al.

Важкі метали — найпоширеніші забруднювачі ґрунтів, що розсіюються на кілометри навколо металургійних заводів і теплових станцій, які спалюють вугілля. Форми. Їх важко видалити з ґрунту, тому що вони не розкладаються природним шляхом і не піддаються мікробної деградації.

У невеликих кількостях мікроелементи необхідні рослинам, і їх використовують у якості мікродобрив, але при високих концентраціях вони можуть надавати токсичну дію. передаються іншим живим організмам. В організмі людини важкі метали накопичуються. та стають причиною виникнення різноманітних хвороб.

Відновлюють забруднені ґрунти зазвичай за допомогою сорбентів або спеціальних добавок, що стабілізують. Ці з'єднання за рахунок своєї структури "захоплюють" важкі метали і не дають їм впливати на рослини. Однак при виборі сорбенту необхідно враховувати не тільки те, наскільки ефективно він здатний пов'язувати шкідливі речовини «в пробірці», але й те, як він поводиться в ґрунті.

Вчені з Південного федерального університету (Ростов-на-Дону) разом із колегою з Тульського державного педагогічного університету імені Л.М. Толстого (Тула) досліджували рухливість у ґрунті міді та цинку — одних із найпоширеніших забруднювачів на півдні Росії. Ґрунтознавці провели експеримент, виростивши ярий ячмінь на забруднених чорноземних ґрунтах. Зміст важких металів перевищував у п'ять і десять разів орієнтовно допустимі концентрації хімічні речовини: ці концентрації імітували рівні забруднення поблизу хімічних підприємств. Вчені внесли в судини з ґрунтом солі міді та цинку і через певний час проаналізували, які сполуки утворюють ці метали. Потім автори досліджували ефективність двох видів сорбентів - гранульованого активованого вугілля та біовугілля, додаючи їх по 1%, 2,5% або 5% від маси ґрунту. Після того, як посаджений у судини ячмінь виріс і дозрів, вчені виміряли вміст різних сполук міді та цинку в тканинах рослин та у ґрунтах.

«Ми встановили, що після потрапляння в ґрунт металів вміст їх мобільних сполук — небезпечних з екологічної точки зору — збільшується в ґрунті до 57%. Мідь у ґрунті утворює комплексні форми з органічною речовиною, що збільшує її біодоступність для рослин. Цинк активно засвоюється рослинами з ґрунту за рахунок обмінних та специфічно сорбованих сполук.Додавання в ґрунт гранульованого активованого вугілля та біовугілля сприяло зниженню вмісту в ній слабозв'язаних сполук металів, особливо в найбільш рухливих формах — обмінних та комплексних», — розповіла Марина Бурачевська, одна з авторів статті, керівник проекту з гранту РНФ, провідний науковий співробітник Південного федерального університету .

Гранульоване активоване вугілля, на відміну від інших вуглецевих сорбентів, після температурної обробки сировини проходить стадію активації, яка дозволяє отримати рекордно більшу площу пор, а значить, і високу ефективність. Однак із цього випливають висока вартість і складність виробництва цього сорбенту, на відміну від біовугілля, який можна виробляти з сільськогосподарських відходів за допомогою термічного розкладання. Виявилося, що на ефективність використання сорбентів більше впливала їхня доза, ніж тип.

«Завдяки своїй високопористій структурі сорбенти допомагають стабілізувати та інактивувати важкі метали у ґрунті. З їх допомогою можна запобігти поширенню забруднення, збільшити родючість землі та покращити зростання рослин. Ми показали, що дороге і складне для виробництва гранульоване активоване вугілля за ефективністю практично не відрізняється від дешевого та доступного біовугілля», — сказала Марина Бурачевська.