Проблемы применения органических кислот в процессе очистки грунтов, загрязненных тяжелыми металлами | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 июля, печатный экземпляр отправим 15 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №22 (312) май 2020 г.

Дата публикации: 29.05.2020

Статья просмотрена: 3 раза

Библиографическое описание:

Минина, П. А. Проблемы применения органических кислот в процессе очистки грунтов, загрязненных тяжелыми металлами / П. А. Минина. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 22 (312). — С. 594-596. — URL: https://moluch.ru/archive/312/70730/ (дата обращения: 03.07.2020).



В статье рассмотрены причины, сдерживающие применение органических кислот для очистки грунтов, загрязненных тяжелыми металлами.

Ключевые слова: тяжелые металлы, экстрагенты, органические кислоты.

В связи с постоянным и активным развитием промышленности, энергетики и транспорта, активным применении минеральных удобрений повышается уровень загрязнения природной среды, особенно почвы. Рост потребления в свою очередь влечет за собой повышение образования отходов. Среди наиболее опасных загрязнителей являются тяжелые металлы. Рост технологичности продукции и широкое применение в промышленности и в быту металлов влечет за собой повышенное поступление их в отходы. Наряду с проблемой загрязнения почв металлами необходимо также рассматривать проблему загрязнения компостов, являющихся результатом обработки отходов ТБО и имеющие ограничение применения.

Распределение загрязнителей определяется как природными факторами, так и интенсивностью хозяйственно-бытовой деятельностью человека. Воздействие тяжелых металлов, попадающих в организмы животных и человека, отрицательно сказывается на протекании жизненно важных процессов. Таким образом, мониторинг за этими загрязняющими веществами и поиск эффективных, рациональных способов их извлечения, является необходимыми для формирования благоприятной экологической среды.

Биодоступность загрязнителей зависит от сочетания множества факторов: типа металла, химической формы, и формы нахождения в почве (подвижности) [1].

В окружающей среде металлы присутствуют в почвах в виде различных химических веществ в растворимой и твердой фазах. Металлы в растворимой фазе способны к обмену в почвенном растворе, то есть находятся в подвижной форме, и могут поступать в растения. В твердой фазе металлы связаны прочными комплексами с органическими веществами и минералами. Твердая фаза представлена металлами в малоподвижной и неподвижной формах с низкой биодоступностью, которые при определенных естественных условиях (изменениях рН среды в кислую сторону) могут переходить в доступную для растений форму и представлять потенциальную опасность. Соответственно, следует извлекать как подвижные, так и неподвижные формы тяжелых металлов.

Биодоступность металла может быть усилена применением химических экстрагентов, различных кислот, которые образуют комплексы с металлами, в результате чего металлы становятся подвижными, следовательно, биодоступными. [2]

Применение сильных неорганических кислот, эффективность которых при десорбции металлов из почвы считается выше, ограничивается негативным воздействием на структуру почвы и возможностью вторичного загрязнения. Поэтому рекомендуется подбирать альтернативные экстрагенты, которые распространены в природе и имеют естественное происхождение — биоразлагаемые органические кислоты. Лимонная, щавелевая и яблочная кислоты — природные соединения, характеризующиеся слабой токсичностью и высокой биоразлагаемостью [3].

При удалении тяжелых металлов из почвы, компостов, комплексообразующими агентами, не производятся токсичных побочных продуктов. Природные хелатообразующие агенты являются недорогими, безопасными и возобновляемыми ресурсами [4].

Механизм экстракции тяжелых металлов органическими кислотами

Лимонная и щавелевая кислоты обладают способностью поглощения, транспортировки ТМ и снижения физиологической токсичности свободных ионов металлов [5]. Такие экстрагенты называют хелатирующими агентами. Кислоты выделяют ионы металлов из обменных групп, которые слабо связаны с различными минеральными и органическими составляющими почвы (например, карбонаты) [1]. В результате образуются относительно устойчивые комплексы с металлами, имеют большой потенциал для мобилизации металлов из почвы [5].

Эффективность извлечения тяжелых металлов с использованием низкомолекулярных органических кислот зависит от следующих факторов:

− Концентрации раствора (извлечение тяжелых металлов увеличивается с увеличением концентрации раствора).

− Значения рН (чем ниже значения рН тем выше растворимость металлов).

− От восстановительных свойств кислот (количество карбоксильных групп: трикарбоновая кислота (лимонная кислота) имеет большую экстракционную способность, чем дикарбоновая (щавелевая кислота) или монокарбоновая (уксусная кислота).

В дальнейшем мобильные формы тяжелых металлов для завершения очистки загрязненного грунта необходимо извлекать. Способами удаления являются — вымывание экстрагирующего раствора или фитоэкстракция.

Часто обработка загрязненных почв растворами кислот сопровождается фитоэкстракцией, что приводит к выносу загрязняющих веществ из почвы. Эффективность извлечения связана с поглощением и перемещением к надземным частям растений. Однако низкая биодоступность и ограниченная транслокация некоторых металлов становятся преобладающими ограничениями в фитоэкстракции, поэтому эти приемы используются совместно.

Возможность использования впромышленном масштабе

Промывание загрязненных грунтов с мобилизированными формами тяжелых металлов органическими кислотами сопровождается следующими эколого-экономическими аспектами. При многих преимуществах способа извлечения тяжелых металлов из загрязненных сред, таких как достаточная степень экстракции, простота подбора, экономичность и безопасность реагентов, имеет ряд недостатков. При обработке больших объемов загрязненных грунтов применение его может быть ограничено, что связано со следующими причинами:

а) в масштабе промышленной очистки больших объемов (например, компостов ТБО) возникают сложности в организации технологического процесса, а в лабораторных условиях установка и оборудование для проведения обработки не занимает больших площадей и не требует существенных капиталовложений;

б) процесс экстракции требует определенной концентрации реагентов, несмотря на общедоступность органических кислот (щавелевой, лимонной), и относительно высоких расходов на их приобретение;

в) не рационального водопотребления, так как необходимы значительные объемы воды, расходуемые для приготовления экстрагирующих растворов и промывки почвы;

г) образования в результате экстракции больших объемов отработанных растворов, содержащих загрязняющие вещества, и требующих сооружения накопительных емкостей и очистных сооружений.

д) ввиду не селективности кислот присутствует риск вымывания питательных микроэлементов.

Таким образом, промывание крайне затратный метод при больших масштабах обработки и влечет за собой новую проблему — загрязненный тяжелыми металлами отработанный раствор.

Применение метода извлечения тяжелых металлов с помощью экстракции органическими кислотами является возможным в случае локальных местных загрязнений небольших участков, а также совместного использования со способом фитоэкстракции, с последующим удалением полученной биомассы растений, накопившей подвижные формы тяжелых металлов. При этом возникает проблема утилизации загрязненной биомассы.

Литература:

  1. Evaluation of the performance of chemical extractants to mobilise metals for remediation of contaminated samples José M. Soriano-Disla, Roberto D. Calupiña-Moya, Silvia Martínez-Martínez, Raúl Zornoza, Ángel Faz, José A. Acosta Journal of Geochemical Exploration 193 (2018) 22–31
  2. The use of a biodegradable chelator for enhanced phytoextraction of heavy metals by Festuca arundinacea from municipal solid waste compost and associated heavy metal leaching, Shulan Zhao, Lina Jia, Lian Duo Bioresource Technology
  3. Fractionation of heavy metals in sewage sludge and their removal using low-molecular-weight organic acids, Ernestas Zaleckas, Valdas Paulauskas, Egle˙ Sendzˇikiene Journal of environmental engineering and landscape management 2013 Volume 21(3): 189_198
  4. Removal of heavy metals (Cu, Ni, Zn, Pb, Cd) from co mpost by molass es hydrol ysate, Emine Elmaslar Özba, Nilgün Balkaya, Journal of environmental engineering and landscape management
  5. The Role of Organic Acids in the Mobilization of Heavy Metals from Soil Jong-Oh Kim, Yong-Woo Lee, and Jinwook Chung Received June 22, 2012/Accepted February 5, 2013
Основные термины (генерируются автоматически): металл, кислота, почва, твердая фаза, вещество, эффективность извлечения, щавелевая кислота.


Ключевые слова

тяжелые металлы, органические кислоты, экстрагенты

Похожие статьи

Извлечение короткоцепочечных жирных кислот из водных...

У — концентрация кислоты в органической фазе. E — степень извлечения, % Po — константа распределения.

В таблице 1 отображены константы распределения и степени извлечения короткоцепочечных жирных кислот из водных растворов метил-третбутиловым эфиром.

Значение и получение терефталевой кислоты | Статья в сборнике...

Терефталевая кислота является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон

Теплосъем — за счет испарения реакционного растворителя (уксусной кислоты) и реакционной воды, то есть процесс осуществляется «на...

Исследование комплексообразования мeди...

III, универсальный буфер, титрование, щавелевая кислота, металл, калий, амперометрическое титрование, М раствора, форма кривых титрования. Как показал рентгенографический анализ, в полученных слитках имеется в основном одна фаза: линии на рентгенограммах сдвинуты...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

На сегодняшний день для извлечения марганца из техногенных вод применяются следующие методы: ионная флотация, катионирование, сорбция, экстракция, аэрация, биоизвлечение, окисление. Одним из эффективных методов концентрирования ионов тяжелых металлов из...

Химизм процесса электролизного осаждения поливалентных...

В статье рассматривается метод электрохимического извлечения марганца из водных растворов.

Библиографическое описание: Мишурина, О. А. Химизм процесса электролизного осаждения поливалентных металлов из водных систем / О. А. Мишурина, Э. Р. Муллина.

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

В зависимости от тщательности извлечения лимонной кислоты в отработавшем мицелии

В расчете на 1 т лимонной кислоты сухие вещества цитратного фильтрата составляют 0,8–1,2 т

Он может представлять интерес в качестве мелиоранта солончаковых почв или для...

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с

веществ-ингибиторов, уменьшающих скорость взаимодействия железа и его сплавов с

Эффективность коррозии за данный промежуток времени возрастает с увеличением избытка...

Исследование процесса автоклавного выщелачивания упорных...

Для повышения степени извлечения золота и сопутствующих металлов из этих руд нами был выбран способ автоклавного сернокислотного выщелачивания руд в присутствии пиролюзита, представленного в исследуемых рудах высоким содержанием.

Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во...

В школьной программе и программах средних и высших учебных заведений обучение предмета химии занимает важное место, так как в повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с различными химическими процессами, происходящими в природе или быту.

Почва. Кислотность почвы | Статья в журнале «Юный ученый»

В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов.

Содержание солей в почве влияет на ее кислотность. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону и дают кислую среду

Похожие статьи

Извлечение короткоцепочечных жирных кислот из водных...

У — концентрация кислоты в органической фазе. E — степень извлечения, % Po — константа распределения.

В таблице 1 отображены константы распределения и степени извлечения короткоцепочечных жирных кислот из водных растворов метил-третбутиловым эфиром.

Значение и получение терефталевой кислоты | Статья в сборнике...

Терефталевая кислота является одним из важнейших химических продуктов, используемых для производства полиэфирных волокон

Теплосъем — за счет испарения реакционного растворителя (уксусной кислоты) и реакционной воды, то есть процесс осуществляется «на...

Исследование комплексообразования мeди...

III, универсальный буфер, титрование, щавелевая кислота, металл, калий, амперометрическое титрование, М раствора, форма кривых титрования. Как показал рентгенографический анализ, в полученных слитках имеется в основном одна фаза: линии на рентгенограммах сдвинуты...

Особенности химических способов извлечения марганца из...

На сегодняшний день для извлечения марганца из техногенных вод применяются следующие методы: ионная флотация, катионирование, сорбция, экстракция, аэрация, биоизвлечение, окисление. Одним из эффективных методов концентрирования ионов тяжелых металлов из...

Химизм процесса электролизного осаждения поливалентных...

В статье рассматривается метод электрохимического извлечения марганца из водных растворов.

Библиографическое описание: Мишурина, О. А. Химизм процесса электролизного осаждения поливалентных металлов из водных систем / О. А. Мишурина, Э. Р. Муллина.

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

В зависимости от тщательности извлечения лимонной кислоты в отработавшем мицелии

В расчете на 1 т лимонной кислоты сухие вещества цитратного фильтрата составляют 0,8–1,2 т

Он может представлять интерес в качестве мелиоранта солончаковых почв или для...

Изучение коррозии железа в уксусной кислоте в присутствии...

При использовании сильных кислот для обработки реставрируемого предмета наряду с

веществ-ингибиторов, уменьшающих скорость взаимодействия железа и его сплавов с

Эффективность коррозии за данный промежуток времени возрастает с увеличением избытка...

Исследование процесса автоклавного выщелачивания упорных...

Для повышения степени извлечения золота и сопутствующих металлов из этих руд нами был выбран способ автоклавного сернокислотного выщелачивания руд в присутствии пиролюзита, представленного в исследуемых рудах высоким содержанием.

Качественное определение ионов тяжелых металлов в почве во...

В школьной программе и программах средних и высших учебных заведений обучение предмета химии занимает важное место, так как в повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с различными химическими процессами, происходящими в природе или быту.

Почва. Кислотность почвы | Статья в журнале «Юный ученый»

В твердой части почвы содержатся основные запасы питательных элементов.

Содержание солей в почве влияет на ее кислотность. Соли, образованные слабым основанием и сильной кислотой, гидролизуются по катиону и дают кислую среду

Задать вопрос