Модифицированные материалы на основе слоистых силикатов как мелиоранты для ремедиации подзола техногенной пустоши

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Слоистые силикаты, такие как серпентин и вермикулит, обладают свойствами, позволяющими использовать материалы на их основе в качестве компонентов природоохранных технологий. Исследована возможность ремедиации почвы техногенно загрязненной территории, образовавшейся вследствие длительного воздействия выбросов медно-никелевого производства (г. Мончегорск, Мурманская обл.). В качестве мелиорантов использовались термовермикулит и отработанный сорбент на основе гранулированного серпентина, который является отходом после использования в технологии очистки высококонцентрированных растворов от металлов. Данные материалы обладают высокой сорбционной активностью в отношении ряда металлов, развитой удельной поверхностью, способностью удерживать влагу и доступны в количествах, достаточных для проведения работ по ремедиации больших по площади территорий. Проведено исследование физико-химических свойств техногенно загрязненной почвы и мелиорантов, контактное фитотестирование подзола с добавлением термовермикулита и отработанного сорбента (тест-культуры - овес посевной Avéna satíva L. и клевер луговой Trifolium praténse L.). Результаты исследования показали, что предложенные материалы являются эффективными добавками для повышения pH кислой почвы, сорбции и осаждения Al и потенциально токсичных металлов - Cu, Ni, Pb, Fe, а также для улучшения гидрофизических и агрохимических характеристик почвы. Отмечен положительный отклик тест-культур на внесение мелиорантов в техногенно загрязненную почву.

Об авторах

Татьяна Константиновна Иванова

Кольский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tk.ivanova@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0002-8103-2279

младший научный сотрудник, лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д. 14

Марина Вячеславовна Слуковская

Кольский научный центр РАН; Российский университет дружбы народов

Email: m.slukovskaya@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0002-5406-5569

старший научный сотрудник, лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики; департамент ландшафтного проектирования и устойчивых экосистем, Аграрно-технологический институт

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д. 14; Российская Федерация, 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 8, к. 2

Ирина Александровна Мосендз

Кольский научный центр РАН

Email: ia.mosendz@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0003-3129-7305

младший научный сотрудник, лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д. 14

Евгения Андреевна Красавцева

Кольский научный центр РАН

Email: e.krasavtseva@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0002-8821-4446

младший научный сотрудник, лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д. 14

Виктория Вячеславовна Максимова

Кольский научный центр РАН

Email: v.maksimova@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0002-5080-5187

младший научный сотрудник, лаборатория природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Ферсмана, д. 14

Инна Павловна Канарейкина

Российский университет дружбы народов

Email: innesochkaaa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1930-5050

младший научный сотрудник, департамент ландшафтного проектирования и устойчивых экосистем, Аграрно-технологический институт

Российская Федерация, 117198 г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 8, к. 2

Анна Александровна Широкая

Кольский научный центр РАН

Email: a.shirokaia@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0002-1325-2499

инженер, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Академгородок, д. 26 а

Ирина Петровна Кременецкая

Кольский научный центр РАН

Email: i.kremenetskaia@ksc.ru
ORCID iD: 0000-0003-3531-8273

старший научный сотрудник, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева

Российская Федерация, 184209, г. Апатиты, Мурманская область, ул. Академгородок, д. 26 а

Список литературы

  1. Androkhanov VA. Pochvenno-ekologicheskoe sostoyanie tekhnogennykh landshaftov: dinamika i otsenka [Soil-ecological state of technogenic landscapes: dynamics and assessment] [Dissertation]. Novosibirsk; 2005. (In Russ.).
  2. Kavamura VN, Esposito E. Biotechnological strategies applied to the decontamination of soils polluted with heavy metals. Biotechnology advances. 2010; 28(1):61—69. doi: 10.1016/j.biotechadv.2009.09.002
  3. Koptsik GN. Modern approaches to remediation of heavy metal polluted soils: review. Pochvovedenie. 2014. №. 7. С. 851—868. (In Russ.). doi: 10.7868/S0032180X14070077
  4. Kozlov MV, Zvereva EL. Industrial barrens: extreme habitats created by non-ferrous metallurgy. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology. 2007; 6(1):231—259. doi: 10.1007/s11157-006-9117-9
  5. Kalabin GV, Evdokimova GA, Gornyi VI. Estimation of dynamics of grows of derelict lands in process of deleterious effect decrease of OJSC «Severonickel combine» on environment. Gornyi zhurnal. 2010; (2):74—77. (In Russ.).
  6. Shishikin AS, Abaimov AP, Onuchin AA. Principles of research organization and methodology of natural ecosystems in regions under extreme technogenic impact. Siberian journal of ecologу. 2014; 21(6):863—871. (In Russ.).
  7. Smorkalov IA, Vorobeichik EL. Soil respiration of forest ecosystems in gradients of environmental pollution by emissions from copper smelters. Russian journal of ecology. 2011; 42(6):464—470. doi: 10.1134/ S1067413611060166
  8. Hafeez F, Martin-Laurent F, Béguet J, Bru D, Cortet J, Schwartz C, et al. Taxonomic and functional characterization of microbial communities in Technosols constructed for remediation of a contaminated industrial wasteland. Journal of Soils and Sediments. 2012; 12(9):1396—1406. doi: 10.1007/s11368-012-0563-4
  9. Kashulina GM, Pereverzev VN, Litvinova TI. Transformation of the soil organic matter under the extreme pollution by emissions of the Severonikel smelter. Eurasian Soil Science. 2010; 43(10):1174—1183. doi: 10.1134/S1064229310100108
  10. Kashulina GM. Extreme soil contamination by copper-nickel plant emissions on the Kola Peninsula. Soil Science. 2017; 50(7):837—849. doi: 10.1134/S1064229317070031
  11. Sarkar S, Sarkar B, Basak BB, Mandal S, Biswas B, Srivastava P. Soil mineralogical perspective on immobilization/mobilization of heavy metals. In: Adaptive Soil Management: From Theory to Practices Singapore: Springer; 2017. p.89—102. doi: 10.1007/978-981-10-3638-5_4
  12. Cao CY, Yu B, Wang M, Zhao YY, Wan X, Zhao S. Immobilization of cadmium in simulated contaminated soils using thermal-activated serpentine. Soil Science and Plant Nutrition. 2020; 66(3):499—505. doi: 10.1080/00380768.2020.1742583
  13. Zotiadis V, Argyraki A. Development of innovative environmental applications of attapulgite clay. Bull. Geol. Soc. Greece. 2013; 47(2):992—1001. doi: 10.12681/bgsg.11139
  14. Vhahangwele M, Mugera GW. The potential of ball-milled South African bentonite clay for attenuation of heavy metals from acidic wastewaters: Simultaneous sorption of Co2+, Cu2+, Ni2+, Pb2+, and Zn2+ ions. J. Environ. Chem. Eng. 2015; 3(4A):2416—2425. doi: 10.1016/j.jece.2015.08.016
  15. De la Calle C, Suquet H. Vermiculite. In: Bailey S. (ed.) Hydrous Phyllosilicates. Berlin, Boston: De Gruyter; 2018. p.455—496. doi: 10.1515/9781501508998-017
  16. Kremenetskaya I, Tereshchenko S, Alekseeva S, Mosendz I, Slukovskaya, M, Ivanova L, et al. Vermiculitelizardite ameliorants from mining waste. In: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. Volume 368. Moscow: IOP Publishing; 2019. p.012027. doi: 10.1088/1755-1315/368/1/012027
  17. Kremenetskaya I, Ivanova L, Chislov M, Zvereva I, Vasilieva T, Marchevskaya, et al. Physicochemical transformation of expanded vermiculite after long-term use in hydroponics. Applied Clay Science. 2020; 198:105839. doi: 10.1016/j.clay.2020.105839
  18. Mosendz IA, Kremenetskaya IP, Novikov AI, Tereshchenko SV. Treatment of technogenically polluted water bodies from copper and nickel by vermiculite-sungulite materials. Tsvetnye metally. 2021; (2):36—41. (In Russ.). doi: 10.17580/tsm.2021.02.05
  19. Kremenetskaya IP, Korytnaya OP, Vasilyeva TN, Bubnova TP. Peculiar features of preparation and application of fractionated magnesia-silicate reagent. Russian Journal of Applied Chemistry. 2012; 85(10):1553— 1561. doi: 10.1134/S1070427212100011
  20. Fedotova EV, Mosendz IA, Kremenetskaya IP, Drogobuzhskaya SV. Forms of copper and nickel deposition by sungulite and thermovermiculite. Transactions Kola science centre. 2017; (5-1): 212—218. (In Russ.).
  21. Slukovskaya MV, Kremenetskaya IP, Drogobuzhskaya SV, Ivanova LA, Mosendz IA, Novikov AI. Serpentine mining wastes-Materials for soil rehabilitation in Cu-Ni polluted wastelands. Soil Science. 2018; 183(4):141—149. doi: 10.1097/SS.0000000000000236
  22. Cao CY, Yu B, Wang M, Zhao YY, Wan X, Zhao S. Adsorption properties of Pb2+ on thermal-activated serpentine. Separation Science and Technology. 2019; 54(18):3037—3045. doi: 10.1080/01496395.2019.1565776
  23. Ivanova TK, Kremenetskaya IP, Gurevich BI. Production and technological characteristics of granulated magnesium-silicate reagent. Chemical Technology. 2018; 20(1):2—10. (In Russ.).
  24. Kremenetskaya IP, Ivanova TK, Gurevich BI, Novikov AI, Semushin VV. Separate deposition of metals from highly concentrated solutions with granulated magnesia-silicate reagent. Vestnik MSTU. 2021; 24(1):118—130. (In Russ.). doi: 10.21443/1560-9278-2021-24-1-118-130
  25. Ivanova TK, Kremenetskaya IP, Novikov AI, Semenov VG., Nikolaev AG, Slukovskaya MV. In Situ Control of Thermal Activation Conditions by Color for Serpentines with a High Iron Content. Materials. 2021; 14(21):6731. doi: 10.3390/ma14216731
  26. Kremenetskaya I, Alekseeva S, Slukovskaya M, Mosendz I, Drogobuzhskaya S, Ivanova L. Expanded vermiculite-reached product obtained from mining waste: the effect of roasting temperature on the agronomic properties. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2020; 56(1):103—112. doi: 10.5277/ppmp19086
  27. Ashirov A. Ionoobmennaya ochistka stochnykh vod, rastvorov i gazov [Ion-exchange treatment of wastewater, solutions and gases]. Leningrad: Khimiya publ.; 1983. (In Russ.).
  28. Ivanova TK, Kremenetskaya IP. Obtaining granulated serpentinite-magnesite with the use of batch mixer-granulator. In: Science and education in the Arctic region: conference proceedings. Murmansk; 2016. p.68—73. (In Russ.).
  29. Interstate Council for Standartization, Metrology and Sertification. GOST 19440-94. Metal powders. Determination of bulk density. Part 1. Method using a funnel. Part 2. Scott’s volumometer method. Мoscow; 1994. (In Russ.).
  30. Interstate Council for Standartization, Metrology and Sertification. GOST 32632-2014. Test methods for chemical products hazardous to the environment. Moscow: Standardinform; 2015. (In Russ.).
  31. Ladonin DV. Formy soedinenii tyazhelykh metallov v tekhnogenno-zagryaznennykh pochvakh [Forms of heavy metal compounds in technogenically polluted soils] [Dissertation]. Moscow; 2016. (In Russ.).
  32. Minkina TM, Mandzhieva SS, Burachevskaya MV, Bauer TV. Sushkova SN. Method of determining loosely bound compounds of heavy metals in the soil. 2018. MethodsX. 2018; 5:217—226. doi: 10.1016/j. mex.2018.02.007
  33. Siromlya TI. Mobile forms of compounds of chemical elements in soils. Sibirskij ekologicheskij zhurnal. 2009; 16(2):307—318. (In Russ.).
  34. Krasavtseva EA, Ivanova TK, Mosendz IA, Maksimova VV, Kanarekina IP, Panikorovsky TL, et al. Hydrophysical properties as a limiting factor of self-restoration of man-made landscapes. In: Problems of complex and environmentally safe processing of natural and man-made mineral raw materials: conference proceedings. Vladikavkaz: 2021; p.562—565. (In Russ.).
  35. Feng J, Liu M, Fu L, Ma S, Yang J, Mo W, et al. Study on the influence mechanism of Mg2+ modification on vermiculite thermal expansion based on molecular dynamics simulation. Ceramics International. 2020; 46(5):6413—6417. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.11.119.
  36. Smagin AV. Teoriya i praktika konstruirovaniya pochv [Theory and practice of soil design]. Moscow; 2012. (In Russ.).
  37. Shein EV. Kurs fiziki pochv [Course of physics of soils]. Moscow; 2005. (In Russ.).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».