Tecnologias para desintoxicação de solos contaminados com metais pesados. Quais são os métodos para limpar o solo da poluição? Métodos biológicos para limpar o solo?

UDC 546.621.631

PURIFICAÇÃO POR SORÇÃO DE SOLOS DE METAIS PESADOS1

IA Vezentsev, M.A. Trubitsyn,

L. F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva

Universidade Estadual de Belgorod, 308015, Belgorod, st. Vitória, 85

[e-mail protegido]

São apresentados os resultados de um estudo sobre a capacidade das argilas da região de Belgorod de absorver íons Pb (II) e Cu (II) de água e extratos tampão de solo. Durante o experimento foi estabelecida a relação argila:solo ideal, na qual a remoção de metais pesados ​​do solo é mais eficaz.

Palavras-chave: sorventes de argila, solo, atividade de sorção, montmorilonita, metais pesados.

O uso industrial de metais pesados ​​é muito diversificado e difundido. É por isso que a fitotoxicidade e a acumulação prejudicial nos solos são geralmente observadas perto das empresas. Os metais pesados ​​acumulam-se nos horizontes superiores do húmus do solo e são lentamente removidos através da lixiviação, consumo pelas plantas e erosão. As condições de húmus e solo alcalino promovem a absorção de metais pesados. A toxicidade de metais pesados ​​como cobre, chumbo, zinco, cádmio, etc. para as culturas agrícolas em condições naturais é expressa numa diminuição do rendimento das culturas comerciais nos campos.

Existem vários métodos para remediação de solos contaminados com metais pesados ​​e outros poluentes:

Remoção da camada contaminada e seu sepultamento;

Inativação ou redução do efeito tóxico de poluentes por meio de resinas de troca iônica, substâncias orgânicas que formam compostos quelatos;

Calagem, aplicação de fertilizantes orgânicos que absorvem poluentes e reduzem sua entrada nas plantas.

Aplicação de fertilizantes minerais (por exemplo, fertilizantes fosfatados, reduz o efeito tóxico do chumbo, cobre, zinco, cádmio);

Cultivo de culturas resistentes à poluição.

Atualmente, na prática mundial, para o refinamento ecológico de solos férteis, são cada vez mais utilizados adsorventes de aluminossilicatos minerais: diversas argilas, zeólitas, rochas contendo zeólitas, etc., que se caracterizam por alta capacidade de absorção, resistência às influências ambientais e podem servir como excelentes transportadores para fixação na superfície de diversos compostos durante sua modificação.

Materiais e métodos de pesquisa

Este trabalho é uma continuação de estudos realizados anteriormente sobre argilas do distrito de Gubkinsky, na região de Belgorod, como potenciais sorventes para a purificação de solos férteis de metais pesados.

1 O trabalho foi financiado por uma bolsa da Fundação Russa para Pesquisa Básica, projeto nº 06-03-96318.

Neste trabalho, argilas da formação Kiev do depósito Sergievsky da região de Gubkinsky, diferentes em composição e propriedades do material: K-7-05 (camada intermediária) e K-7-05 SW (camada inferior), foram utilizadas como sorventes . As amostras de solo K-8-05 e nº 129, selecionadas no território da região industrial de Gubkinsko-Starooskolsky, foram utilizadas como objetos de limpeza. Estudos preliminares mostraram que as argilas do depósito Sergievskoye absorvem bem os íons de cobre e chumbo de soluções aquosas modelo. Portanto, novos estudos foram realizados com água e extratos tampão do solo.

O extrato aquoso foi preparado de acordo com métodos padrão. A essência do método é extrair sais solúveis em água do solo com água destilada na proporção solo/água de 1:5. A concentração de íons metálicos foi determinada pelo método fotocolorimétrico em aparelho KFK-3-01 utilizando métodos apropriados para cada metal.

Um extrato tampão do solo foi preparado de acordo com o método padrão do Instituto Central de Serviços Agroquímicos para Agricultura (TsINAO) usando uma solução tampão de acetato de amônio com pH de 4,8. Este extratante foi adotado pelo serviço agroquímico para extrair microelementos disponíveis às plantas. A concentração inicial de formas móveis de cobre e chumbo disponíveis para as plantas no extrato tampão foi determinada por espectrometria de absorção atômica.

A sorção dos íons cobre e chumbo foi realizada a temperatura constante (20 °C), em condições estáticas, por 90 minutos. A proporção sorvente:sorbato foi: 1:250; 1:50; 1:25; 1:8 e 1:5.

Discussão dos resultados

Um estudo do extrato aquoso, preparado durante 4 horas, mostrou que a concentração de compostos de cobre solúveis em água é insignificante e chega a 0,0625 mg/kg (em termos de íons Cu2). Nenhum composto de chumbo solúvel em água foi detectado.

A concentração inicial de íons de metais pesados ​​em extratos tampão de solos foi: para solo K-8-05: Cu2+ 2,20 mg/kg, Pb2+ 1,20 mg/kg; para solo nº 129: Cu2+ 4,20 mg/kg, Pb2+ 8,30 mg/kg.

Os resultados da determinação do grau de purificação do solo K-8-05 com argilas K-7-05 (camada intermediária) e K-7-05 SW (camada inferior) são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1

Grau de purificação do extrato tampão do solo K-8-05, massa, %

Proporção sorvente: sorbato Argila K-7-05 (camada intermediária) Argila K-7-05 SW (camada inferior)

Cu2+ Pb2+ Cu2+ Pb2+

1: 250 45,5 33,3 54,5 33,3

1: 50 70,5 45,8 68,2 58,3

1: 25 72,3 58,3 79,5 58,3

1: 8 86,4 75,0 87,3 83,3

1: 5 95,5 83,3 95,5 83,3

Os resultados apresentados na Tabela 1 mostram que com o aumento da proporção sorvente:sorbato de 1:250 para 1:5, o grau de purificação do extrato tampão de íons de cobre com argila K-7-05 aumenta de 45,5 para 95,5% , e de íons de chumbo - de 33,3 para 83,3%.

O grau de purificação do extrato tampão com argila K-7-05 YuZ com o mesmo aumento na proporção aumentou de 54,5 para 95,5% (para Cu2+) e de 33,3 para 83,3% (para Pb2+).

Para sua informação, a concentração inicial de íons de cobre era maior que a de íons de chumbo. Consequentemente, a purificação do extrato tampão a partir de íons de cobre com estas argilas é mais eficaz do que a partir de íons de chumbo.

Tabela 2

Grau de purificação do extrato tampão do solo nº 129 com argila K-7-05 (camada intermediária), peso. %

Proporção sorvente: sorbato Cu2+ +

1: 250 39,3 66,7

Nota: o experimento não foi realizado com argila K-7-05 SW devido à falta de amostra suficiente.

Os resultados apresentados na Tabela 2 mostram que o grau de purificação do extrato tampão do solo nº 129 com argila K-7-05 com um aumento na proporção sorvente: sorbato de 1: 250 para 1: 5 aumenta de 39,3 para 93,0 % (para íons de cobre) e de 66,7 a 94,0% (para íons de chumbo).

Deve-se notar que neste solo a concentração inicial de íons cobre foi inferior à de íons chumbo. Portanto, podemos assumir que a eficiência de purificação dos íons de cobre deste solo não é pior do que a do solo K-8-05.

Para esclarecer o mecanismo de sorção de metais pesados, avaliamos a composição e o estado do complexo de troca iônica de rochas argilosas na região de Belgorod. Verificou-se que a capacidade de troca catiônica das amostras estudadas varia de 47,62 a 74,51 meq/100 g de argila.

Foi realizado um estudo abrangente das propriedades ácido-base das argilas. A determinação da acidez ativa confirmou que todas as argilas são de natureza alcalina. Ao mesmo tempo, o pH do extrato salino dessas mesmas amostras está na faixa de 7,2-7,7, o que indica que essas argilas possuem certa quantidade de acidez trocável. Quantitativamente, este valor é de 0,13-0,22 mmol-eq/100 g de argila e é devido ao conteúdo insignificante de prótons trocáveis ​​suficientemente móveis. A quantidade de bases trocáveis ​​varia dentro de uma faixa bastante ampla de 19,6 - 58,6 mmol-eq/100 g de argila. Levando em consideração os dados obtidos, foi formulada a hipótese de que a capacidade de sorção das amostras de argila estudadas para metais pesados ​​é em grande parte determinada por processos de troca iônica.

Do trabalho realizado podem-se tirar as seguintes conclusões.

Com o aumento da proporção sorvente: sorbato de 1: 250 para 1: 5, o grau de purificação do solo aumenta: de 40 para 95% (para íons de cobre) e de 33 para 94% (para íons de chumbo) ao usar argila de o depósito Sergievskoe (K-7-05) como sorvente.

As argilas estudadas são um sorvente mais eficaz em relação aos íons de cobre do que aos íons de chumbo.

Foi estabelecido que a proporção ideal de argila:solo é de 1:5. Com esta proporção, o grau de purificação do solo é:

Para íons de cobre cerca de 95% (em peso)

Para íons de chumbo cerca de 83% (em peso)

Referências

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5. Vezentsev A.I., Goldovskaya L.F., Sidnina N.A., Dobrodomova E.V. Zelentsova E.S. Determinação das dependências cinéticas de sorção de íons cobre e chumbo pelas rochas da região de Belgorod // Boletins científicos da BelSU. Série Ciências Naturais - 2006. - Nº 3 (30), número 2. - P.85-88

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7. Diretrizes para a determinação de metais pesados ​​em solos de terras agrícolas e produtos agrícolas - M.: TsINAO, 1992.-61p.

8. Controle estatal da qualidade da água. - M.: IPK. Editora de normas, 2001. - 690 p.

PURIFICAÇÃO POR SORÇÃO DE SOLOS DE METAIS PESADOS A.I. Vesentsev, M.A. Troubitsin, L.F. Goldovskaya-Peristaya, N.A. Volovicheva

Universidade Estadual de Belgorod, 85 Pobeda Str., Belgorod, 308015 vesentsev@bsu. edu. ru

São apresentados os resultados da pesquisa sobre a capacidade das argilas da região de Belgorod de absorver íons Pb (II) e Cu (II) de água e extratos tampão do solo. Durante o experimento da argila de proporção ótima: a terra com a purificação mais eficaz de metais pesados ​​estabelece-se.

Palavras-chave: sorventes de argila, solo, atividade de sorção, montmorilonita, metais pesados.

A deterioração das condições ambientais tem um impacto negativo no solo - devido à poluição, a produtividade diminui e surge um efeito tóxico.

Graças à autopurificação do solo, as substâncias nocivas são gradualmente removidas, mas esse processo é bastante demorado e, além disso, a velocidade dos processos de poluição no ambiente tecnogênico excede significativamente a velocidade dos processos de autopurificação.

Portanto, métodos de purificação artificial do solo são usados ​​ativamente.

Vários métodos tecnológicos foram desenvolvidos para limpar o solo da contaminação, e novos métodos são introduzidos regularmente. Em primeiro lugar, devem ser utilizados os métodos mais ecológicos e seguros para a limpeza do solo, sem esquecer a eficiência e os custos financeiros.

Métodos de limpeza do solo

Se considerarmos métodos de limpeza de solo contaminado, podemos dividi-los de acordo com o princípio de ação nas seguintes categorias:

• métodos de limpeza química.
• métodos de limpeza física.
• métodos de limpeza biológica.

Métodos físicos de limpeza do solo

É usado para remover hidrocarbonetos contendo cloro, vários produtos petrolíferos e fenóis do solo. Qual é a base do método de limpeza eletroquímica? Durante o movimento da corrente elétrica pelo solo, ocorrem eletrólise da água, eletrocoagulação, oxidação eletroquímica e reações de eletroflotação. O grau de oxidação do fenol varia de 70 a 90 por cento.

O nível qualitativo de desinfecção do solo durante a limpeza eletroquímica aproxima-se de cem por cento (o indicador mínimo é 95%). O método também permite remover elementos nocivos do solo como mercúrio, chumbo, arsênico, cádmio, cianeto, etc.

As desvantagens do método incluem o custo bastante elevado ($100-250 por 1 m³ de solo).

2) Limpeza eletrocinética.

Usado para limpar o solo de cianetos, petróleo e derivados de petróleo, metais pesados, cianetos, elementos orgânicos clorados. Os tipos de solo aos quais a limpeza eletrocinética pode ser aplicada com sucesso são os solos argilosos e argilosos, parcial ou totalmente saturados de umidade.

A tecnologia é baseada na utilização de processos como eletroforese e eletroosmose. O nível de controle e influência nos processos de limpeza do solo é bastante elevado. Para utilizar o método é necessário o uso de reagentes químicos ou soluções de surfactantes.

A eficiência da purificação eletrocinética do solo varia de 80 a 99 por cento. O custo é ligeiramente inferior ao da limpeza eletroquímica (US$ 100-170 por 1 m³ de solo).

Métodos químicos de limpeza do solo

1) Método de lavagem.

As tecnologias químicas de limpeza de solo envolvem o uso de soluções de surfactantes ou agentes oxidantes fortes (oxigênio e cloro ativos, soluções alcalinas). O método é usado principalmente para limpar o óleo do solo. A eficiência do método de lavagem é de até 99%.

Depois que o solo for limpo, ele poderá ser recuperado.

As desvantagens dos métodos químicos de purificação do solo incluem longos períodos (1-4 anos em média) e uma quantidade significativa de água contaminada, que também deve ser purificada antes de ser liberada no meio ambiente.

Métodos biológicos de purificação do solo

1) Fitoextração.

A tecnologia de limpeza de solos contaminados com substâncias nocivas pelo método de fitoextração é o cultivo de certos tipos de plantas em áreas contaminadas de solo.

A fitoextração apresenta bons resultados na limpeza de solos de compostos de cobre, zinco e níquel, além de cobalto, chumbo, manganês, zinco e cromo. Para retirar do solo a grande quantidade desses elementos, é necessário prever vários ciclos de cultivo das plantas.

Ao final do processo de fitoextração, as plantas deverão ser coletadas e queimadas. As cinzas obtidas após a combustão são consideradas resíduos perigosos e devem ser descartadas.

Outro método biológico é um aumento direcionado na atividade da microflora específica do solo, que está envolvida na decomposição do óleo. Também é permitido adicionar certas culturas microbianas ao solo.

Como resultado, são criadas condições favoráveis ​​​​para microrganismos que utilizam produtos petrolíferos e petróleo.
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Breve descrição

Poluentes são substâncias de origem antropogénica que entram no ambiente em quantidades que excedem os seus níveis naturais.
A poluição do solo é um tipo de degradação antropogénica em que o conteúdo de produtos químicos nos solos sujeitos ao impacto antropogénico excede o nível natural de fundo regional. Exceder o conteúdo de certos produtos químicos no ambiente humano devido ao seu recebimento de fontes antropogênicas representa um risco ambiental.

Arquivos anexados: 1 arquivo

Com a expansão do monitoramento ambiental das condições do solo, métodos para determinação do teor de compostos HM solúveis em ácido (1 N HCl, 1 N HNO3) tornaram-se amplamente utilizados. Muitas vezes recebem o nome de “conteúdo bruto convencional de metais pesados”. O uso de soluções diluídas de ácidos minerais como reagentes não garante a decomposição completa da amostra, mas permite que a maior parte dos compostos de elementos químicos de origem tecnogênica seja transferida para dentro. solução.

As formas móveis de HM incluem elementos e compostos da solução do solo e da fase sólida do solo, que estão em estado de equilíbrio dinâmico com os elementos químicos da solução do solo. Para determinar HMs móveis em solos, soluções fracamente salinas com força iônica próxima à força iônica das soluções naturais do solo são usadas como extrator: (0,01–0,05 M CaCI 2, Ca(NO 3) 2, KNO 3). O conteúdo de compostos potencialmente móveis de elementos controlados nos solos é determinado em um extrato de 1 N. NH4CH3COO em diferentes valores de pH. Este extratante também é utilizado com adição de agentes complexantes (0,02–1,0 M EDTA).

Para análise, as camadas superiores do solo (0–10 cm) são mais frequentemente selecionadas; por vezes, é analisada a distribuição de poluentes no perfil do solo; Os horizontes superiores desempenham o papel de barreira geoquímica ao fluxo de substâncias provenientes da atmosfera. Sob condições de lixiviação da água, os poluentes podem penetrar mais profundamente e acumular-se em horizontes iluviais, que também servem como barreiras geoquímicas.

O critério sanitário e higiênico de qualidade ambiental é a concentração máxima permitida (MAC) de substâncias químicas em objetos ambientais. MPC corresponde ao teor máximo de uma substância química em objetos naturais, que não causa efeitos negativos (diretos ou indiretos) na saúde humana (incluindo consequências a longo prazo).

O efeito tóxico de vários produtos químicos nos organismos vivos é caracterizado por um indicador sanitário geral, que é frequentemente usado como indicador LD-50 (dose letal), que mostra a massa da substância que entrou no corpo de animais experimentais (camundongos, ratos ) e causou a morte de 50% deles. A dimensão deste indicador é mg da substância/kg de peso do animal experimental. Os contactos diretos entre o homem e o solo são insignificantes e ocorrem indiretamente através de outros componentes: solo - planta - humano; solo – planta – animal – humano; solo – ar – homem; solo – água – homem. Determinar a concentração máxima permitida nos solos se resume a determinar experimentalmente a capacidade dessas substâncias de manter a concentração de substâncias na água, no ar e nas plantas em contato com o solo que é aceitável para os organismos vivos. É por isso que a concentração máxima permitida de substâncias químicas para os solos é estabelecida não apenas de acordo com um indicador sanitário geral, como é habitual em outros ambientes naturais, mas também de acordo com outros três indicadores: translocação, migração de água e migração de ar.

O indicador de translocação é determinado pela capacidade dos solos em garantir o conteúdo de produtos químicos em um nível aceitável nas plantas (as culturas de teste incluem rabanete, alface, ervilha, feijão, repolho, etc.).

Assim, a água migratória e o ar migratório são determinados pela capacidade dos solos de garantir que o conteúdo dessas substâncias na água e no ar não seja superior à concentração máxima permitida. Contudo, os padrões sanitários e higiénicos relativos à qualidade do solo não são isentos de deficiências; a principal delas é que as condições do experimento modelo para determinar a concentração máxima permitida e as condições naturais são muito diferentes.

Uma das etapas para resolver o problema da regulação ambiental foi uma abordagem baseada na determinação da carga admissível no solo, tendo em conta as suas propriedades tampão, garantindo a capacidade do solo para limitar a mobilidade dos produtos químicos provenientes do exterior e a capacidade de auto-purificar-se. Tais abordagens estão a ser desenvolvidas na Rússia e noutros países.

Mas é muito difícil desenvolver MPCs para cada tipo de solo. É aconselhável desenvolver padrões para substâncias químicas para associações solo-geoquímicas, unidas pela comunhão de propriedades físico-químicas básicas que determinam sua resistência à poluição química.

Na fase seguinte, para vários elementos químicos, foram desenvolvidos TAC (concentrações aproximadamente admissíveis) desses elementos para solos que diferem nas suas propriedades mais importantes (acidez e composição granulométrica). Eles foram desenvolvidos não com base em um método experimental padronizado, mas na generalização da informação disponível sobre a relação entre o nível de carga nos solos, a condição dos solos e ambientes adjacentes.

Tabela 3

Lista das principais substâncias químicas que poluem o solo, para as quais foram determinadas concentrações máximas admissíveis

4 Métodos para limpar sujeira de metais pesados

Os métodos de purificação do solo por lavagem, extração, lixiviação química, eletrodiálise e tratamento eletrocinético baseiam-se na capacidade de converter metais em forma móvel. Os metais são retirados do solo na forma de soluções, que são processadas por métodos de troca iônica, precipitação de reagentes, evaporação, separação por membranas, deposição eletroquímica, eletrodiálise para obtenção de resíduos sólidos de pequeno volume, adequados para descarte em aterros sanitários e locais onde substâncias perigosas estão enterradas.

Na escolha do método de extração dos metais, leva-se em consideração sua quantidade no solo, composição e dispersão da fase sólida. Os metais que estão na forma trocável são extraídos por soluções de sais, associados a carbonatos - soluções ácidas, a óxidos de ferro e manganês - agentes redutores químicos, à matéria orgânica - soluções de agentes complexantes, na forma de sulfetos - agentes oxidantes químicos.

Os métodos biológicos para aumentar a mobilidade dos metais pesados ​​utilizam microrganismos e plantas para extraí-los do solo. A mobilidade dos metais aumenta:

• como resultado da biomineralização de substâncias orgânicas contendo metais.
• durante reações oxidativas que ocorrem com a participação de microrganismos em processos de biolixiviação;
• em decorrência de mudanças no pH, Eh do ambiente do solo durante a ocorrência de processos biológicos;
• durante a formação de complexos solúveis de metais com substâncias orgânicas sintetizadas e secretadas por microrganismos e raízes de plantas;
• na biorredução de metais com substâncias orgânicas em condições anoxigênicas;
• como resultado da conversão de metais em uma forma volátil durante a metilação e transalquilação.

A fixação de metais pesados ​​pelo solo reduz a sua disponibilidade para as plantas e a sua migração através das cadeias alimentares.

Uma das opções para reduzir a biodisponibilidade de metais pesados ​​é a adição de sorventes ao solo.

Vários sorventes de origem natural e artificial incluem zeólitas, bentonitas, argila vermelha, cinzas, fosfatos, turfa, esterco, composto, lodo de lagoa, biomassa de microrganismos em vários meios, resíduos de lã, seda, resíduos contendo tanino e fibra. Requisitos gerais para sorventes: pH 6,0-7,5, disponíveis e relativamente baratos.

Uma tecnologia, chamada Bio Metal Sludge Reactor (BMSR), desenvolvida para limpar solo, lodo e resíduos sólidos, utiliza a bactéria Ralstonia metallidurans. As bactérias solubilizam metais com a ajuda de substâncias sideróforas sintetizadas e sorvem metais na superfície celular com a ajuda de proteínas da membrana externa induzidas por metais, polissacarídeos e peptidoglicanos da parede celular. As bactérias são resistentes a metais pesados. Os metais são removidos da célula por antiporte com prótons, o que leva ao acúmulo de íons OH - no espaço periplasmático, alcalinização do meio externo e formação de carbonatos e bicarbonatos. Os íons metálicos exportados do citoplasma formam carbonatos e bicarbonatos em concentrações supersaturadas na superfície celular e ao redor da célula e cristalizam em metais ligados à célula, que servem como centros de cristalização. Isso resulta em uma alta proporção de metal para biomassa (0,5 a 5,0). Tais bactérias removem metais da solução na fase tardia de crescimento exponencial ou na fase estacionária de crescimento, o que é conveniente para a extração ex situ de metais de solos contaminados. As bactérias têm propriedades especiais que fazem com que a taxa de sedimentação das células bacterianas seja baixa em comparação com as partículas orgânicas e argilosas do solo. Isto permite que as partículas do solo e as células com metal absorvido sejam separadas por sedimentação. Bactérias com metais sorvidos, localizadas na fase aquosa após a separação, são facilmente removidas desta por flotação ou floculação.

5 Informações gerais sobre Ralstonia metallidurans

Fig.1 Imagem de Ralstonia metallidurans

Estrutura celular e metabolismo

R. metallidurans são bactérias gram-negativas em forma de bastonete. Assim, apresentam características estruturais de bactérias gram-negativas, como paredes celulares contendo peptidoglicano, membranas externas contendo lamelas e espaços periplasmáticos.

R. metallidurans tem a capacidade de utilizar diversos substratos como fonte de carbono. Pode crescer autotroficamente usando hidrogênio molecular como fonte de energia e dióxido de carbono como fonte de carbono. Além disso, na presença de espécies de nitratos, pode crescer anaerobicamente. Eles não crescem com frutose e sua temperatura ideal de crescimento é de 30 C.

Ecologia

Devido à sua capacidade de resistir a metais tóxicos, o uso deste recurso em aplicações de biorremediação tem sido explorado.

Patologia

Verificou-se que R. metallidurans não é patogênico para humanos.

Aplicação em biotecnologia

Descobriu-se que R. metallidurans produz enzimas que poderiam ser usadas na criação de células de combustível. Estas enzimas são capazes de oxidar o hidrogénio, o que pode levar à produção de eletricidade.

6 Tecnologia para limpeza de sujeira de metais pesados

Ao realizar a limpeza com tecnologia BMSR, o solo contaminado é introduzido em um reator tipo fluxo com agitador, no qual são fornecidos água e nutrientes (acetato-5g/l, nitrogênio-0,5g/l, fósforo-0,05g/l) , são introduzidas bactérias (numa quantidade de 10 8 células/ml). O solo é pré-fracionado para remover grandes aglomerados, detritos, etc. O tamanho das partículas no reator não deve ser superior a 2 mm. O pH é mantido em 7,2. O tempo de residência hidráulica no reator varia de 10 a 20 horas.

Durante o processamento, os metais contaminantes são transferidos das partículas do solo para as paredes bacterianas. Após o tratamento no reator, o lodo é depositado em um tanque de decantação ao qual é adicionada água. Na presença de bactérias, as partículas do solo têm boas propriedades de sedimentação e depositam-se no tanque de decantação dentro de 1-2 horas. As bactérias contendo metal permanecem em suspensão, que flui do tanque de decantação para um tanque de decantação (decantador). É adicionado um floculante, após o qual o lodo de biomassa pode ser desidratado e seco. O teor de metal na biomassa bacteriana é: Zn-8-25, Pb-3-5, Cd-0,16-0,25. Essa biomassa pode ser queimada por tratamento pirometalúrgico para produzir cinzas com alto teor metálico, que podem ser recuperadas por lixiviação, ou com posterior armazenamento das cinzas em locais de disposição. O conteúdo de metais pesados ​​​​no solo limpo é reduzido em 5 a 10 vezes. Solo tratado com bactérias em pH neutro usando a tecnologia BMSR pode ser reutilizado. As águas residuais contêm concentrações muito baixas de metais e podem ser recicladas.

Cálculo do processo de biorremediação do solo a partir de metais pesados.

Amostras de solo foram retiradas de um local de 6 hectares a uma profundidade de 9 cm (0,09 m). O conteúdo de chumbo é de 50 mg/kg.

1. Determinação do volume de solo contaminado.

V p = S p × N

V p = 6.000 m 2 × 0,09 = 540 m 3

2.Peso do solo contaminado.

R p = V p × d

R p = 540 m 3 × 1,2 t/m 3 = 648 t

3.Peso total de metais pesados.

1 kg de solo - 2,5 g de HM

1 tonelada de solo - 2.500 kg TM

640 toneladas de solo – x kg HM

x = 640 t × 2,5 t = 320 t

O IBE dos microrganismos Ralstonia metallidurans é de 8 m 3 /t HM.

xm3 – 640 toneladas

Defina a quantidade de amofos.

Para 1 t de TM – 24 kg de AMF

R AMF = 320× 24 =7680 kg AMF

Solubilidade do FMA = 18 kg/m3.

Volume de água.

1 m 3 H 2 O – 18 kg AMF

xm3N2O -104,8kg

V pol = 104,8 /18 = 5,82 t

7.680 toneladas + 5,82 toneladas = 7.686 toneladas

Seleção do local

Angustiando o solo

Transporte para remediação

Desbaste até 2 mm

Bactérias

Carregando no biorreator

Nutrientes

Advocacia

Floculante

Decantador

Desidratação

Processamento pirometalúrgico

Armazenamento em cemitérios

Figura 2 Diagrama tecnológico da biorremediação do solo a partir de metais pesados.

BOLETIM DA ACADEMIA RUSSA DE CIÊNCIAS, 2008, volume 78, no 3, p. 247-249

DO MANUAL DE UM PESQUISADOR

O artigo é dedicado à descrição de um método simples de implementar e amigo do solo para limpeza de metais pesados ​​- a fitoextração, que consiste em semear e cultivar por um determinado período de tempo tipos especialmente selecionados de plantas agrícolas em áreas contaminadas para extrair metais do solo pelo sistema radicular e acumulá-los na biomassa acima do solo.

RV Galiulin, RA Galiulina

Os metais pesados ​​são um grande grupo de elementos químicos com massa atômica superior a 50 c.u. Eles entram no solo de várias maneiras: como parte das emissões de gases e poeiras, precipitação atmosférica, água de irrigação, poluição por águas residuais industriais, etc. Uma pessoa pode obter a sua quota-parte de metais pesados ​​não só directamente através do ar inalado e da poeira do solo, mas também através de produtos alimentares produzidos em terras agrícolas contaminadas. O efeito prejudicial dos metais pesados ​​​​nos seres humanos é que vários de seus compostos são caracterizados por alta toxicidade e carcinogenicidade. As emissões das indústrias metalúrgicas são especialmente perigosas, causando um aumento na morbidade e mortalidade por neoplasias malignas, entre as quais o câncer de pulmão ocupa o primeiro lugar. A este respeito, o problema da limpeza de solos de metais pesados ​​torna-se relevante para os territórios das chamadas regiões ecologicamente desfavorecidas, que incluem Chelyabinsk.

Os autores trabalham no Instituto de Problemas Fundamentais de Biologia da Academia Russa de Ciências. GALIULIN Rauf Valievich - Doutor em Ciências Geográficas, pesquisador líder do Laboratório de Ecologia Funcional. Roza Adkhamovna GA-LIULINA é pesquisadora do mesmo laboratório.

Região de Binsk. Esta região ocupa um dos primeiros lugares do país em termos de concentração da produção industrial. A poluição da bacia aérea e das áreas ao redor das empresas de metalurgia ferrosa chega a dezenas de quilômetros. Segundo imagens de satélite, a contaminação tecnogênica das terras da região com metais pesados ​​abrange 29,5 mil km2 com área total de 87,9 mil km2.

Entretanto, são conhecidos vários métodos para limpar solos de metais pesados, entre os quais a fitoextracção é de particular interesse. Consiste em semear e cultivar por um determinado período de tempo em áreas contaminadas espécies especialmente selecionadas de plantas agrícolas para extrair metais pesados ​​do solo pelo sistema radicular e acumulá-los na biomassa aérea, que é posteriormente aproveitada. Ao mesmo tempo, o coeficiente de acumulação de metais nas plantas aumenta devido à introdução de efetores de fitoextração no solo. Esta tecnologia é considerada simples de implementar, suave para o solo e economicamente viável em comparação com abordagens mecânicas e físico-químicas. Assim, os métodos mecânicos estão associados ao corte da camada superficial mais contaminada e à sua colocação em aterros (sequestro), ou à mistura com camadas mais profundas do solo menos contaminado através da aração da plantação (diluição), ou à cobertura com solo limpo “importado” (aterramento). ). Os métodos de limpeza físico-química baseiam-se na lavagem do solo com reagentes especiais para a extração de metais pesados ​​(quimioextração) ou na purificação pela exposição da camada contaminada à corrente elétrica direta através de eletrodos (remediação eletrocinética).

Como mostram as observações, é melhor usar espécies especialmente selecionadas de plantas agrícolas para fitoextração do que plantas hiperacumuladoras selvagens.

GALIULINA, GALIULINA

espécies, como o alyssum azulado (Thlaspi caerulescens), o alyssum (Alyssum murale), o alyssum de Haller (Cardaminopsis halleri), etc. Embora acumulem dezenas de vezes mais metais do que outras plantas, são caracterizados por uma baixa taxa de crescimento e um pequeno biomassa acima do solo. Enquanto isso, a fitoextração, como qualquer outra abordagem de purificação do solo, tem uma série de características próprias.

O teor de metais pesados ​​no solo de uma área contaminada deve ser aceitável para as plantas, ou seja, não causar sintomas fitotóxicos pronunciados nas mudas (descoloração, pigmentação e amarelecimento das folhas, retardo de crescimento, etc.), o que caracterizará sua tolerância a metais pesados ​​e, ao mesmo tempo, a capacidade de absorver o último sistema radicular e passar para a biomassa acima do solo devido ao fluxo criado pela evaporação da água da superfície das folhas das plantas.

As plantas utilizadas para a purificação do solo devem ter uma elevada taxa de crescimento e produzir grande biomassa acima do solo, ter um sistema radicular de crescimento profundo, elevada resistência a doenças e pragas, responder às práticas agrícolas convencionais, ser fáceis de colher e pouco atraentes para uso doméstico e selvagem. animais, para não causar casos de intoxicação por biomassa aérea saturada de metais pesados.

Para aumentar o acúmulo de metais pesados ​​nas plantas, é necessário utilizar os chamados efetores de fitoextração na forma de complexos dentre ácidos poliaminopoliacéticos, como ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), ácido dihidroxietiletilenodiaminodiacético (DDAA), ácido dietilenotriaminopentaacético (DTPA), ácido etileno-bis (oxietilentriamina) tetraacético (ETTA), ácido etilenodiaminodihidroxifenilacético (EDF A), ácido ciclohexano-trans-1,2-diaminotetracético (CDTA), etc. Essas substâncias são capazes de formar compostos intracomplexos fortes solúveis em água com muitos metais , aumentando a solubilidade e mobilidade dos metais no solo e, portanto, sua absorção pelo sistema radicular e acúmulo na biomassa acima do solo. Normalmente, os efetores de fitoextração na forma de soluções aquosas de seus sais são aplicados às plantas quando atingem a biomassa máxima acima do solo. Esta técnica permite a semeadura e o cultivo múltiplos de plantas durante uma estação de cultivo e, portanto, reduz o tempo de limpeza do solo de metais pesados. Deve-se notar também que ao introduzir efetores de fitoextração no solo, devem ser evitados dias chuvosos para reduzir o risco de contaminação das águas subterrâneas com metais pesados ​​devido a

aumento do seu conteúdo na solução do solo e migração ao longo do perfil do solo.

A purificação do solo de metais pesados ​​deve ser realizada até que sejam alcançados os padrões sanitários e higiênicos correspondentes, ou seja, concentrações máximas permitidas (MAC) ou concentrações aproximadamente permitidas (APC). Ao mesmo tempo, um período de 5 a 10 anos é considerado economicamente viável para a fitoextração. A etapa final da fitoextração é a colheita, coleta e descarte da biomassa vegetal aérea contaminada com metais pesados, uma vez que a colheita de toda a biomassa radicular, inicialmente saturada com metais pesados, é praticamente impossível. A biomassa vegetal acima do solo pode posteriormente ser usada para extrair metais não ferrosos por meio de pré-secagem, incineração e subsequente processamento especial.

As perspectivas do método acima de limpeza de solos de metais pesados ​​são evidenciadas pelos resultados de um experimento de estação de cultivo com mostarda azul, ou Sarepta (Brassica juncea), e chernozem lixiviado de terras agrícolas nas proximidades de Chelyabinsk. Esse tipo de mostarda é amplamente utilizado na prática de remoção de metais pesados ​​​​de solos. O experimento simulou uma situação associada ao acúmulo de cobre e níquel ao longo de vários anos no solo de uma área localizada na zona de influência de empresas metalúrgicas e energéticas de Chelyabinsk. A escolha desses metais para o experimento não foi acidental, já que o cobre e o níquel, junto com o cromo, o zinco, o chumbo e o cádmio, estão entre os principais poluentes do solo no mundo. O solo foi tratado com soluções aquosas de sais de cobre e níquel na quantidade de 100 mg/kg, depois foram semeadas sementes de mostarda e o crescimento e desenvolvimento das plantas foi observado durante várias semanas. Uma vez que a mostarda atingiu sua biomassa máxima acima do solo, o EDTA efetor de fitoextração mais comumente utilizado na prática foi adicionado às plantas na forma de uma solução aquosa de seu sal de sódio em doses de 1 a 10 mmol/kg. Uma semana depois, a biomassa de mostarda acima do solo foi cortada, seca e o teor de cobre e níquel nela contido foi analisado. Acontece que com o aumento da dose de EDTA, os coeficientes de acumulação de metais pesados, ou seja, a relação entre o teor de metal na planta e no solo (potencial de purificação do solo) aumentou em relação ao controle (sem a adição de EDTA ) para cobre em 2,8-43,6 vezes, para níquel - 1,8-25,3 vezes ( tabela 1).

Cálculos realizados por meio de relação exponencial mostraram que a frequência de semeadura e cultivo de mostarda com efetor de fitoextração reduz significativamente o tempo de limpeza do solo de metais pesados.

BOLETIM DA ACADEMIA RUSSA DE CIÊNCIAS volume 78< 3 2008

LIMPEZA DE SOLOS DE METAIS PESADOS USANDO PLANTAS

Tabela 1. Valores dos coeficientes de acumulação de cobre e níquel para mostarda azul (relação entre o teor de metal na planta e no solo) em função das doses de EDTA adicionadas ao solo

Cu e Ni, 100 mg/kg cada 0,09 0,21

O mesmo + EDTA, 1 mmol/kg 0,25 0,37

» , 5 mmol/kg 1,20 2,51

» , 10 mmol/kg 3,92 5,32

Taxa de acumulação

Tabela 2. Tempo para atingir a concentração inicial de cobre (31,6 mg/kg) e níquel (63,5 mg/kg) no solo com semeadura múltipla e cultivo de mostarda azul durante uma estação de cultivo e aplicação de EDTA

Opção simples duplo

Cu e Ni, 100 mg/kg cada 14,9 22,5 7,4 11,3

O mesmo + EDTA, 1 mmol/kg 7,4 8,8 3,7 4,4

» , 5 mmol/kg 6,6 7,9 3,3 3,9

", 10 mmol/kg 5,8 6,9 2,9 3,4

Para concluir, gostaria de salientar que a tarefa urgente de hoje é a implementação deste método para o retorno sistemático das escassas terras aráveis ​​​​à rotação de culturas após o seu desmatamento com a ajuda de plantas nos territórios de regiões ambientalmente desfavoráveis. Sem dúvida, a implementação em larga escala da fitoextração, como qualquer outro método de purificação do solo, faz sentido, desde que a poluição tecnogênica massiva das terras seja interrompida.

GALIULIN R.V., GALIULINA R.A. - 2012