Лаборатория «Здоровье почв»

Научные результаты:

Разработана технология получения углеродистых биосорбентов с высокими параметрами пористости из различных органических отходов, отличающихся по составу и происхождению. В качестве исходного сырья использованы 2 вида отходов растениеводства юга России: солома ячменя ярового (Hordeum vulgare L.) и кукурузы обыкновенной (Zea mays). Третьим видом исходного сырья для получения биосорбентов служили частично обезвоженные и уплотненные после обработки на центрифуге иловые осадки сточных вод городских канализационных очистных сооружений, отобранные с АО «РостовВодоканал». Выполнена серия экспериментов с отработкой температурных режимов пиролиза (300; 500; 700; 900 °С), скорости нагрева (2,5; 5; 10; 15; 20 °С/мин) и времени выдержки сырья (10; 25; 45; 60; 75 мин). Полученные результаты показали, что данные параметры пиролиза оказали значительное влияние на физико-химические, структурные и морфологические свойства полученных образцов.

Температура пиролиза оказалась ключевым фактором, влияющим на свойства биосорбента. Площадь удельной поверхности образцов, полученных при температуре пиролиза 700 °С, убывала в зависимости от типа исходного сырья в ряду: солома ячменя (76,43 м2/г) > солома кукурузы (63,68 м2/г) >> осадок сточных вод (14,02 м2/г). По общему объему пор наблюдался аналогичный ряд, а по их диаметру – обратный. Биосорбенты из соломы кукурузы и соломы ячменя отличаются высоким содержанием углерода и низким содержанием золы. Обратная закономерность установлена для образцов биосорбентов из осадков сточных вод, где содержание золы достигает почти 69%, а углерода – всего 23%.

Проведена оценка экологической безопаснности возможного применения полученных биосорбентов из осадков сточных вод на основе определения в них полициклических ароматических углеводородов и тяжелых металлов. Установлено, что повышение температуры пиролиза способствует увеличению содержания тяжелых металлов в биосорбентах из осадков сточных вод и снижению их биодоступности за счет повышения потенциально стабильной и нестабильной фракций металлов. С повышением температуры пиролиза происходит снижение потенциального экологического риска (RI), основанного на фракционном составе тяжелых металлов в образце: с 432,6 в осадке до 151,7 при максимальной температуре (900 оС). Несмотря на значительное снижение индекса RI с ростом температуры пиролиза, полученный показатель свидетельствует о значительном потенциальном экологическом риске использования биосорбентов из осадков сточных вод. Тем не менее, проведенное исследование показывает, что пиролиз является многообещающим методом обработки осадка сточных вод с целью иммобилизации тяжелых металлов в биосорбентов и подчеркивает возможность минимизации вредного воздействия биочара путем контроля температуры пиролиза. На основе выполненных расчетов установлено, что безопасной дозой внесения биосорбентов в 0-20 см слой чернозема обыкновенного является 26 т/га при условии соблюдений оптимальных технологических параметров карбонизации: температуры пиролиза 500°С, скорости нагрева - 10°С/мин, времени выдержки – 60 минут.

Внедрение результатов исследования:

Проведен обмен опытом с индустриальными партнерами, а также представлены основные научные результаты по проекту на организованной на базе лаборатории «Здоровье почв» III Международной научной конференции «Современное состояние черноземов» и II Международная молодежная школа «Мониторинг, охрана и восстановление почвенных экосистем в условиях антропогенной нагрузки». Проведены работы для заинтересованных индустриальных партнеров по исследованию степени деградации почв и методов их биореставрации с индустриальными партнерами.

Образование и переподготовка кадров:

Подготовлены дипломированные специалисты (бакалавры, специалисты, магистры) и кадры высшей квалификации (научные кадры) из числа членов научного коллектива: 1 доктор наук и 4 кандидата наук, 2 сотрудника лаборатории приняты на обучение в аспирантуре, 1 сотрудник лаборатории принят на обучение в докторантуре.

Проведено обучение 16 членов научного коллектива с целью повышения квалификации. 

Сотрудничество:

1. ООО «Полигон Сигма», Ростовская обл., г. Аксай
2. Биохутор Петровский (ИП Глава КФХ Щепетьева Н.А.), Ростовская обл., пос. Федоровка
3. ГК НПО «Биоцентр», Ставропольский край, г. Невиномысск
4. Агрохолдинг «Степь»
5. Консалтинговая ИТ компания "AXENIX", г. Ростов-на-Дону
6. Аграрно-технологический институт РУДН, г. Москва
7. Ростовская ТЭЦ-2, г. Ростов-на-Дону