Топырақ – адам өмір сүру үшін арқа сүйейтін ресурстардың бірі және ол экологиялық ортаның маңызды құрамдас бөліктерінің негізі болып табылады. Табиғатты өзгерту барысында, әсіресе өнеркәсіптің қарқынды дамуы мен дүниежүзілік сауданың кеңеюіне байланысты химия өнеркәсібі қарқынды дамуға қол жеткізді. Кейіннен химиялық ластанудан болатын экологиялық залал барған сайын ауыр бола бастады. Топырақтағы ауыр металдармен ластану проблемасы ерекше орын алды. Шет елдерде шамадан тыс кадмий деңгейінен туындаған сүйек ауруы және сынаптың шамадан тыс мөлшерінен туындаған Минамата ауруы адамдардың өмірі мен денсаулығына тікелей қауіп төндіреді. 2013 жылы Қытайдың Гуандун қаласында болған «Хунань кадмий күріш оқиғасы» да адамдар үшін дабыл қағады. 2016 жылы 28 мамырда Мемлекеттік кеңес «Топырақтың ластануының алдын алу және бақылау іс-шаралар жоспарын» (10-бап) жүзеге асырды, онда аймақтық топырақ ортасының сапасын жақсарту үшін ластануды бақылау және қалпына келтіру жұмыстары жүргізілу керек деп ашық айтты. Әсіресе, Чжэцзян провинциясындағы Тайчжоу қаласы, Хубэй провинциясындағы Хуанши қаласы, Хунань провинциясындағы Чандэ қаласы, Гуандун провинциясындағы Шаогуань қаласы, Гуанси-Чжуан автономиялық ауданындағы Хэчи қаласы және Гуйчжоу провинциясындағы Тунгрен қаласы сияқты ауыр металдармен топырақ ластанған аймақтарда, басым бағыттар белгіленуі тиіс. Үкіметтің жетекші рөлін толық атқару, орталық және жергілікті басқару органдары тарапынан барлық деңгейдегі топырақтың ластануының алдын алу және бақылау үшін арнайы қорлар құру, топырақтың ластануының алдын алу және бақылау жұмыстарына қолдауды арттыру. 1990 жылдардан бастап жасыл химиялық заттар және олармен байланысты технологиялар топырақтағы ауыр металдардың ластануын емдеуде үлкен жетістіктерге жетті, аспарагин қышқылының, полиаспартин қышқылының (PASP) және иминодисукцин қышқылының (IDHA) туындыларына қатысты көрнекті зерттеулер жүргізілді.
PASP суда еритін синтетикалық ақуыз болып табылады, ол табиғи түрде устрица сияқты теңіз ұлуларының шырышында болады. PASP құрылымында көптеген карбоксил және амин топтары жоқ, асимметриялық α、β Екі конфигурациясы бар, кең ауқымды қолданбалы жан-жақты және қоршаған ортаға зиянсыз көп функциялы биополимерлі материал. Өсімдіктердің қоректенуін толықтыру, тыңайтқыштардың тиімділігін арттыру, су өңдеу өнеркәсібінде дисперсті масштабты тежеу, топырақты ауыр металдарды өңдеу және т.б. үшін кеңінен қолданылады. Көптеген қолдану өрістерінде PASP дақылдардың өсуіне ықпал етеді. Ең бастысы. PASP металл иондарының бірегей хелаттау және дисперсті функциясын ескере отырып, топырақтың ауыр металдармен ластануын емдеуде полиаспарт қышқылының тұздарын қолдану көптеген зерттеушілер тарапынан көбірек бағаланады. Қазіргі уақытта бұл саладағы полиаспарт қышқылы тұздары бойынша зерттеулер негізінен химиялық және биологиялық тазарту әдістеріне бағытталған.
1.1 Химиялық өңдеу заңы
PASP топырағының ауыр металдармен ластануын химиялық өңдеу әдісі PASP хелаттау металл иондарының сипаттамаларын пайдалану, оларды ауыр металл иондарымен біріктіру, содан кейін PASP ауыр металл хелаттарын топырақтан бөлу үшін шаймалау немесе экстракция әдістерін қолдану әдісін білдіреді. топырақтан ауыр металдарды кетіру. PASP топырақтың ауыр металдармен ластануын бақылау үшін пайдаланылса, оған қоршаған орта рН аз әсер етеді. Цао Чжэньюдің зерттеулері көрсеткендей, PASP ластанған топырақты тербелмелі сілтісіздендіруді өңдеуге қолданғанда, полиаспарт қышқылы тұзымен ауыр металдарды жою жылдамдығы төмен рН ортада, әсіресе рН 1 болғанда жоғары болады. Шламдағы ауыр металдарды зерттеуде Шанхайдағы Таопу ағынды суларды тазарту зауытында зерттеушілер PASP қалыпты қышқылдықтағы шламдағы әртүрлі ауыр металдар үшін жақсы экстракцияға ие екенін анықтады. Дегенмен, зерттеушілердің PASP арқылы белсендірілуі мүмкін ауыр металдардың түрлері туралы әртүрлі пікірлері бар, бірақ олар өздерінің хелатталған ауыр метал түрлерінің байлығын бүйірлік тұрғыдан көрсете алады. Чжан Хуа сутегі асқын тотығымен бірге жұмыс істей отырып, PASP тұнбадан Zn, Ni, Cu, сондай-ақ кейбір Cd және Cr-ды тиімді түрде шығара алатынын анықтады. Fang Yifeng және т.б. зерттеулер нәтижесінде PASP ауыр металл иондарына Cd жақсы экстракциялық әсер ететінін анықтады, экстракция жылдамдығы 50%-дан асады және пайдаланылған PASP мөлшері неғұрлым жоғары болса, экстракция әсері соғұрлым жақсы болады. Вэнь Донгдун PASP топырақтан Pb тиімді түрде жоя алады деп есептейді, бірақ оның Cu және Cr кетіруіне күшейтетін әсері маңызды емес; Бұл тұжырымның негізгі себебі PASP топырақтағы ауыр металдардың Cu және Cr формаларының өзгеруіне ықпал етеді, нәтижесінде қозғалғыштығы нашарлайды және оның экстракция тиімділігіне әсер етеді.
1.2 Биологиялық басқару заңы
PASP топырағының ауыр металдармен ластануын биологиялық тазарту әдісі топырақтағы ауыр металдардың ластануын биологиялық тазарту үшін көмекші құрал ретінде PASP пайдалануды білдіреді. Өсімдіктегі биологиялық ферменттерге PASP реттеуші әсерін немесе PASP-тің топыраққа жақсарту әсерін пайдалану арқылы PASP топырақтағы Fe, Zn, Mn сияқты металл иондарымен қосылып, дақылдарға арналған экзогендік биологиялық ферменттер түзе алады, осылайша жақсартуға ықпал етеді. дақылдардың шығымдылығы мен сапасын және ауыр металдардың сіңуін арттыру, Осылайша, бұл топырақтағы ауыр металдарды бақылау әдісі. Қытайда кеңінен қолданылатын синергетикалық агент ретінде PASP дақылдардың өсуіне сөзсіз әсер етеді, бұл ауыр металдарды өңдеу бойынша зерттеулердегі зерттеушілерге шабыт береді.
Сюй Лидің зерттеулері PASP ветивер шөптерінің өсуіне ықпал ете алатынын, ветивер шөптерінің хлорофилл мазмұнын арттыратынын, өсімдік фотосинтезін күшейтетінін, әсіресе Cu концентрациясы төмен жағдайында екенін көрсетеді. PASP ветивер шөптерінің өсуіне ықпал ете алады және ветивер шөптерінің тініне Cu-ның зақымдануын белгілі бір дәрежеде жеңілдетеді. Чжан Син және т.б. белгілі бір концентрация диапазонында PASP концентрациясының жоғарылауымен Pb және Cd үшін PASP белсендіру қабілеті жоғарылайтынын анықтады; Сонымен қатар, құмыраға жүргізілген тәжірибелерде PASP ауыр металдармен ластанған топырақты жүгері арқылы қалпына келтіруге айтарлықтай күшейтетін әсер ететіні анықталды. Xu Weiwei және т.б. PASP және FeCl3 алмасуы Cd ластануына жақсы әсер етеді деп санайды және басқа химиялық агенттерден айырмашылығы, PASP өңдеуін қолдану дақылдың биомассасының өсуін айтарлықтай жақсарта алады. Доу Цяохуй Cu және Cd стресс жағдайында қызанақтағы полиаспарт қышқылы тұзын қолдану өсімдіктердің қоректенуін теңестіруге, ағзалардағы ферменттердің белсенділігін жақсартуға, дақылдардың өсуіне ықпал етіп қана қоймайды, сонымен қатар қызанақ сапасын жақсартады, Cu және Cd сіңірілетін мазмұнын төмендетеді. топырақтың ауыр металдармен ластануын басқару үшін тиімді.
Хелатинг агенттері фармацевтика, химия, тоқыма, күнделікті химия, қағаз жасау, тамақ, былғары, резеңке, ауыл шаруашылығы, мұнай кен орындары, тау-кен өнеркәсібі, топырақ өңдеу және т.б. сияқты барлық дерлік салаларды қамтитын ең кең таралған химиялық заттардың бірі болып табылады. этилендиаминтетрасірке қышқылы және оның тұздары (ЭДТА), гипоаминотрисірке қышқылы және оның тұздары (НТА), диэтилентриаминпентасірке қышқылы және оның тұздары (DTPA), лимон қышқылы, шарап қышқылы және т.б. Олардың ішінде EDTA тамаша хелаттау қабілетіне және тамаша үнемділігіне байланысты ең көп қолданылатын хелаттандырушы агентке айналды. Дегенмен, ЭДТА өндіру процесі қатты ластанған және табиғи ортада нашар ыдырауы қиын, бұл қоршаған ортаның елеулі ластануын тудыруы мүмкін және қолданғаннан кейін ауыр металдардың жер асты сулары жүйесіне шайылуын тудыруы мүмкін, осылайша адам денсаулығына белгілі бір қауіп төндіреді. Сонымен қатар, құрамында ЭДТА бар ағынды сулар ағызғаннан кейін су асты тұнбасынан зиянды металдарды су қоймасына тасымалдап, адам мен экология денсаулығына жаңа қауіптер туғызады; Сондықтан Еуропалық Одақ өзендердегі ЭДТА концентрациясының 10 мен 100 μ Г/л аралығында болуын талап ететін тиісті ережелер шығарды, көлде 1-10 концентрациясы μ G/L барлық жасанды қосылыстар арасындағы ең қатаң талап болып табылады. . Экологиялық сананың күшеюімен адамдар біртіндеп осыған байланысты әрекет ете бастады. ЕО 1999/476/ECL187/52 директивасы EDTA-ны тамақ, медицина және тоқыма сияқты көптеген салаларда қолдануға нақты тыйым салады. Сонымен бірге оны жуу өнеркәсібінде пайдалануды шектеп, жасыл химиялық заттар бойынша зерттеулерді бірте-бірте күшейтеді. Бірнеше жыл ішінде бүкіл әлемде хелатизациялық қасиеттері бар химиялық заттардың көптеген жаңа түрлері пайда болды, IDHA олардың өкілі болды. IDHA салыстырмалы түрде тұрақты химиялық қасиеттерге ие және күшті қышқыл мен сілтілі ортада жақсы тұрақтылықты сақтай алады. ЭДТА-мен салыстырғанда оның екі көрнекті сипаттамасы бар: (1) оның тетракарбон қышқылының лиганд құрылымы бар, орташа хелаттандыру қабілеті бар және металл иондарының хелациясы мен дехеляциясына қол жеткізу оңай. Жалпы металл иондары үшін хелация константасы ЭДТА-дан сәл төмен, бірақ Cu2+ сияқты кейбір иондар ЭДТА-дан жоғары хелация константаларына ие; (2) Уытты емес, зиянсыз, таза өндіріс процесі, оңай биологиялық ыдырайтын және биологиялық ыдырайтын аминқышқылдары мен янтар қышқылына толығымен ыдырауы мүмкін. Қазіргі уақытта бұл химиялық зат бірте-бірте ауыл шаруашылығы, баспа және бояу, қағаз жасау, күнделікті химиялық заттар, суды тазарту және ауыр металдарды ластау сияқты әртүрлі салаларда қолданылды. IDHA-ның топырақтағы ауыр металдармен ластануын жою туралы есептер негізінен биологиялық және химиялық өңдеу әдістеріне бағытталған.
2.1 Биологиялық басқару заңы
Лю Сяона жүгері өсімдіктерін IDHA (тұз) өңдеу бос бақылау және ЭДТА өңдеумен салыстырғанда жер үсті бөліктеріндегі Cd концентрациясын айтарлықтай арттырады, сонымен қатар бос бақылау және ЭДТАмен салыстырғанда жер үсті және тамыр бөліктеріндегі Cu концентрациясын айтарлықтай жақсартады деп санайды. топырақтағы ауыр металдарды басқаруды жеделдетуге көмектесетін өңдеу. Тянь Хаоки эксперименттер арқылы IDHA (тұз) топырақта бекітілген As және Cd белсендіріп, өсімдіктің ауыр металдарды сіңіруіне ықпал ете алатынын көрсетті.
2.2 Химиялық өңдеу заңы
Химиялық өңдеу әдісі ауыр металдарды ластанған топырақтан тез тазарту сипатына ие, ол кеңінен қолданылады және мәселелерді толығымен шеше алады. Дегенмен, хелат агенттерін ауыр металдардан қалай тиімді бөлу және оларды қайта өңдеу қиын.
Үздіксіз зерттеулер нәтижесінде зерттеушілер жаңа IDHA жоғарыда аталған мәселелерді шешуге мүмкіндігі бар екенін анықтады: (1) IDHA жоғары хелация тиімділігіне ие. Зерттеулерге сәйкес, электр станциясының шламында Cd үшін IDHA (тұз) экстракция тиімділігі белгілі бір жағдайларда 68% құрайды. Бұл ретте 1,2% фосфор қышқылын қосу шартында лайдағы Cu және Ni үшін IDHA экстракция тиімділігі айтарлықтай жақсарады, экстракция көрсеткіштері 90%-дан асады. Дуан Гаоки зерттеулер нәтижесінде IDHA электр станциясының шламындағы ауыр металдарға жақсы әсер ететінін анықтады, әсіресе IDHA-ның ауыр металдарға жалпы молярлық қатынасы 8:1 болғанда және аз мөлшерде H3PO4 қосылса, жою әсері ең жақсы болады. . (2) IDHA элюциясы және бөлуге оңай. Ху Сяоцзюнь IDHA-ны экологиялық таза сілтісіздендіру ерітіндісінің негізгі құрамдас бөлігі ретінде қарастырады. Топырақтың бейтарап қышқылдық жағдайында IDHA топырақтағы ауыр металдар үшін жақсы элюция қабілетіне ие, бір реттік сілтісіздендіруді жою жылдамдығы 90% жоғары. Ол топырақтағы ауыр металдарды тиімді элюциялай алады және IDHA ластануды тудырмай қоршаған ортадағы микроорганизмдермен толығымен ыдырауға болатындығын анықтады. Бұл мінсіз экологиялық таза ауыр металды топырақты сілтісіздендіруші зат. (3) IDHA ауыр металдардың қолданыстағы түрлерін өзгерте алады және ауыр металдардың ластануын түбегейлі шешуге мүмкіндігі бар. Ван Гуиин және т.б. Зерттеу нәтижесінде IDHA ластанған топырақтан ауыр металдарды тиімді түрде жоя алатынын және қалдық ауыр металдардың экологиялық қаупін азайтатынын анықтады. Ол топырақта суда еритін, алмасуға болатын және карбонатпен байланысқан Cd, Pb және Zn қалдық мөлшерін азайта алады. Чен Чунле және т.б. да ұқсас нәтижелерге қол жеткізді.
Қолданыстағы ауыр металдар иондарының хелаттау агенттерімен салыстырғанда, PASP және IDHA бірегей сипаттамаларына ие: (1) бұл екі заттың орташа хелаттандыру қабілеті бар және оларды кейінірек өңдеу кезінде ауыр металл иондарынан бөлу оңайырақ; (2) Бұл екі заттың ыдырауы оңай, ал бұзылған өнім аспарагин қышқылы мен малеин қышқылының қоспасы болып табылады, оны дақылдар немесе микроорганизмдер қалдықсыз пайдалана алады және топырақтың органикалық ластануын тудырмайды; (3) Бұл екі заттың биологиялық ықпал етуші әсері бар және топырақтың ауыр металдармен ластануын бақылау үшін көмекші құрал ретінде пайдаланылуы мүмкін; (4) Осы екі заттың арасында IDHA химиялық әдіс функциясы биологиялық әдіс функциясынан жоғары болуы мүмкін, ал PASP керісінше. Тиісті зерттеулер арқылы әртүрлі ремедиация әдістерінің комбинациясы ауыр металдардың ластануын бақылаудың тиімділігін тиімді түрде жақсарта алады, мысалы, микробты қалпына келтіру агенті мен химиялық ремедиация агентінің аралас ремедиация әдісі, биокөмір материалын биоремедиация әдісі (Ятуокао), жоғары белсенді цеолит микробтары. қалпына келтіру әдісі және микробтық (Aspergillus flavus) өсімдік (Ryegrass) ремедиация әдісі.
Сондықтан автор жоғарыда аталған өнімдердің комбинациясы биологиялық және химиялық әдістерді органикалық түрде біріктіре алады деп есептейді, бұл химиялық әдістердің жылдам және тиімді сипатын ғана емес, сонымен қатар биологиялық әдістердің қауіпсіздігі мен жасыл табиғатын көрсетеді және жаңа әдісті қалыптастыра алады. биологиялық химиялық әдістерді басқару формасы. Автор PASP және IDHA-ны топырақтағы ауыр металдардың ластануын емдеуде қолдану биохимиялық әдіс арқылы әрекет етуге болады деп есептейді, бұл екеуі бірге пайдаланылғаннан кейін PASP-тің биологиялық тиімділігі мен IDHA-ның химиялық экстракция тиімділігі мүмкін болады. ауыр металдармен ластануды емдеуге бірлесіп жәрдемдесу үшін пайдаланылады. Осы зерттеуде айтылған кейбір есептер әлі де зерттеу сатысында болса да, «Топырақтың он қағидасы» сияқты ұлттық саясаттағы тиісті ережелерді енгізу және қолдауды күшейту, ауыр металды өңдеу үшін PASP және IDHA пайдалану перспективалары ластанған топырақ жақсырақ болады.