Автореферат (Воздействие высокодисперсного металлургического шлама на сельскохозяйственные растения), страница 2

Автором были разработаны научнометодические подходы для дальнейших работ по созданию технологииутилизации металлургических шламов с получением микроэлементныхкомплексов и почвенных мелиорантов.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВ главе 1 «Обзор литературы» описаны существующие проблемырециклинга и утилизации шламовых отходов доменного производства, приведеныпримеры использования шламовых отходов в сельском хозяйстве, особоевнимание уделено биологически активным микроэлементам в составе доменногошлама.Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ2.1 Объект исследованияДля исследования был выбран высокодисперсный отход металлургическогопроизводства – шлам газоочистки доменного цеха ОАО «Северсталь» г.Череповец. Исследуемый образец металлургического шлама был получен путемотбора и перемешивания 10–ти образцов осадка сточной воды газоочисткидоменного цеха, отфильтрован на вакуумном фильтре, высушен при комнатнойтемпературе в течение 48 ч.

Сухой шлам гомогенизировался с помощьюмеханической ступки.2.2 Тест-объектыВ качестве тест–объектов были выбраны 12 сельскохозяйственных культур:горчица белая (Sinapis alba L., 1753), сорт «Радуга»; клевер красный (Trifoliumrubens L., 1753), сорт «Трубетченский»; козлятник восточный (Galega orientalis L.,1753), сорт «Гале»; лён–долгунец (Linum usitatissimum L., 1753), сорт «Лидер»;люцерна посевная (Medicago sativa L., 1753), сорт «Вега 87»; пшеница озимая(Triticum aestivum L., 1753), сорт «Престиж»; рапс яровой (Brassica napus L., 1753),сорт «Липецкий»; фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifolia Benth.,1810), сорт«Радуга»; эспарцет песчаный (Onobrychis arenaria L., 1753), сорт «Розовый 89»;свекла сахарная (Beta vulgaris L., var.

saccharifera, 1753), сорт «Льговскаяодносемянная 52»; овес посевной (Avena sativa L., 1753), сорт «Яков (ЭС)»;кукуруза сахарная (Zea mays L., 1753), сорт «Ранняя Золотая 401».Выбор тест-объектов осуществлялся с учетом принадлежностипреимущественно к техническим культурам или растениям – сидератам.2.3 Методики исследованияДля определения химического состава металлургического шлама, былпроведён подробный химический анализ образца по стандартным методикам:ГОСТ 23 581.1–79; ГОСТ 26 482–90; ПНД Ф 16.3.24–2000; ПНД Ф 16.1.41–04;6ГОСТ 23 581.17–81; ГОСТ Р 53657–2009; ГОСТ 23 581.16–8; ГОСТ 23 581.15–81;ГОСТ 23 581.13–79; ГОСТ 23 581.20–81; ГОСТ 23 581.19–91.Исследование фазового состава проводили при помощи качественногорентгенофазового анализа на настольном рентгеновском дифрактометре Дифрей401 (ЗАО «Научные приборы», г. Санкт–Петербург) (Дзидзигури и др., 2013).Данные по распределению частиц металлургического шлама по размерам(гранулометрическому составу) были получены в ходе лазерного дифракционногоанализа (ISO13320 (2009)), осуществленного на установке Fritsch Аnalysette 22NanoTec в режиме анализа субмикро– и микродисперсного диапазона.Морфология агрегатов частиц исследуемого шлама была исследована насканирующем микроскопе HITACHI TM – 1000 (Оура и др., 2006).Изучение влияния шлама металлургического производства насельскохозяйственные культуры осуществлялось в три этапа.

В условияхлаборатории проводилась первичная оценка воздействия шлама, с целью выборарастений наиболее толерантных к компонентам шлама. В тепличном исследованиианализировали действие шлама на выбранные по итогам лабораторных опытоврастения в контролируемых условиях. Полевой эксперимент позволил учестьвлияние почвенно–климатических факторов и оценить бионакоплениекомпонентов шлама в условиях агропромышленного производства.Лабораторный эксперимент проводили согласно ГОСТ 12038–84.

В ходеэксперимента определяли показатели всхожести, а также морфометрическиепараметры проростков.Диспергирование шлама в воде осуществлялось в соответствии сразработанным в ходе исследования ноу–хау «Способ приготовления водныхсуспензий высокодисперсных материалов с использованием ультразвуковойобработки».

Рабочие концентрации шлама: 0,001…10%. Полученнымисуспензиями увлажняли бумажные фильтры или песок (ГОСТ 12038–84),помещённые в чашки Петри, на которые впоследствии высеивали семена.Для выращивания растений в условиях теплицы готовилась искусственнаяпочва (ГОСТ Р ИСО 22030 – 2009) с добавлением металлургического шлама вконцентрациях: 0,001%, 0,01%, 0,1%, 1% и 10%.

Контроль – искусственная почвабез добавления шлама. В емкость для проращивания высеивалось по 30 семян.Через 14 недель анализировали показатели всхожести, морфометрическиепараметры и развитие органов генеративной сферы растений. Определениеактивности полифенолоксидазы, каталазы, пероксидазы, а также и содержанияхлорофиллов и каротиноидов осуществлялось фотометрически (Ермаков и др.,1987; Сибгатуллина и др., 2011; Aeby, 1984; Бояркин, 1951; Чупахина, 2000) припомощи спектрофотометра СФ–2000 (ЗАО «ОКБ СПЕКТР», Россия).Полевые исследования проводились согласно методикам Доспехова Б.А.(1985). Место проведения исследований – агробиостанция Социально–педагогического института ФГБОУ ВО «МичГАУ».

Почва агробиостанции аллювиально-луговая насыщенная глееватая среднесуглинистая. Содержание7элементов питания в верхних слоях: Р2О5 - 11,2-22,4 мг/100г; К2О - 22,4–35,5мг/100г; N (щелочногидролизуемый) – 22,5–26,4 мг/100г, кислотность воднойвытяжки из почвы – 6,8 – 7,0 (Степанцова, Красин, 2012). Для исследования бралидозы шлама: 0,5 т/га; 2 т/га; 4 т/га.

Нормы внесения были выбраны с учетомтребований ГОСТ Р 17.4.3.07–2001. Контроль – почва биостанции. Внесениепроводили перед посевом семян, проливая почву водной суспензией шлама. Нормавысева семян была взята по верхней рекомендованной дозе: лён – 40 кг/га, рапс – 6кг/га, свёкла – 20 кг /га (Ващенко и др., 1991).Учетные показатели:- показатели биологической продуктивности: масса растений с 1 м2, в том числеразмерные показатели (высота, площадь листьев), чистая продуктивностьфотосинтеза, определение площади листьев методом высечек (Третьяков и др., 1990);- показатели хозяйственной продуктивности: масса хозяйственно ценной частиурожая, семенная продуктивность (рапс, лен), качественные показателихозяйственного урожая (Ващенко и др., 1991).Методы описательной статистики включали в себя оценку среднегоарифметического (М), среднеквадратичное отклонение (S) (Ивантер, Коросов,2010) с использованием программы Excel 2007 (MS Office 2007, США).Определение достоверности различий между качественными показателямисравниваемых групп проводили с использованием t–критерия Стьюдента икритерия Фишера, полученные данные проверялись на нормальностьраспределения с помощью тестов Шапиро-Уилка и Колмогорова-Смирнова(Гланц, 1998; Васильева, 2007; Ивантер, Коросов, 2010).В растительных образцах осуществлялся поиск содержащихся в шламеметаллов, концентрация которых в продовольственном сырье и пищевыхпродуктах регламентируется российским законодательством (СанПин № 42–123–4089–86): свинец, кадмий, железо, цинк, медь.Содержание металлов в растительных пробах определяли атомно–абсорбционным методом согласно методикам регламентируемым ГОСТ (свинец –ГОСТ 26932–86 Сырье и продукты пищевые.

Методы определения свинца; кадмий– ГОСТ 26933–86 Сырье и продукты пищевые. Методы определения кадмия;железо – ГОСТ 27998–88 Корма растительные. Методы определения железа; цинк– ГОСТ 26934–86 Сырье и продукты пищевые. Метод определения цинка; медь –ГОСТ 26931–86 Сырье и продукты пищевые. Методы определения меди) на базеФГБУ «Государственный центр агрохимической службы Тамбовский».В почве с опытных делянок анализировались: свинец, марганец, медь,кобальт, цинк, хром, никель (МУ по определению тяжелых металлов в почвахсельхозугодий и продукции растениеводства, 1992; РД 52.18.289–90).

Анализраспределения металлов в гомогенатах органов экспериментальных растенийосуществлялся на сканирующих электронных микроскопах Neon 40 и Merlin (CarlZeiss, Германия) (Ma, Gurung and Deng, 2013).8Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ3.1Результатыфизико–химическогоисследованияобразцаметаллургического шламаРезультаты анализа химического состава исследуемого образца шламаприведены в таблице 1.Таблица 1 – Химический состав образца металлургического шламаНаименование компонентаРезультат измерения, % Неопределенность, %Гигроскопическая влага0,68±0,20Железо металлическое<1–Железо общее38,4±9,1Марганец0,086±0,029Медь<0,025–Нефтепродукты0,028±0,011Никель<0,05–Оксид алюминия1,38±0,39Оксид железа (II)3,44±0,17Оксид кальция4,08±0,59Оксид кремния (IV)5,87±0,59Оксид магния1,67±0,29Потери при прокаливании39,3±0,7Сера0,42±0,1Фосфор0,043±0,098Хром (III)0,117±0,018Цинк8,30±0,72Исследованный в данной работе шлам характеризуется содержанием железаобщего 38,4 % масс.

Наибольшей концентрацией из тяжелых металловпредставлен цинк – 8,3 % масс. В ходе рентгенофазового анализа установлено, чтобольшая часть железа находится в виде оксида Fe2O3 и феррита цинка Fe2ZnO4,часть цинка присутствует в составе фазы вюрцита ZnS. Лазерный дифракционныйанализ показал, что размер частиц шлама лежит в диапазоне от 0,1 до 100 мкм.Порошок шлама состоит как из агломератов, так и из отдельных частиц сиррегулярной морфологией и различной дисперсностью.Таким образом, установлено, что выбранный для исследования образецшлама в основном содержит железо – 85,6 % масс и цинк – 8,3 % масс, которыепредставлены в виде соединений. Размер частиц – от 0,1 до 100 мкм.3.2 Результаты исследования влияния шлама металлургическогопроизводства на сельскохозяйственные культурыВ ходе лабораторного опыта для большинства культур не удалось выявитьконцентрации шлама, оказывающие положительное влияние на все исследуемыепараметры.

Для горчицы, козлятника, льна, люцерны, пшеницы, эспарцета икукурузы при увеличении вегетативных показателей проростков в рядеконцентраций практически во всех случаях наблюдалось подавление всхожестисемян. В случае с фацелией помимо снижения показателей всхожести отмеченотакже ингибирование развития корневой системы. Овес же наоборот проявил9положительный отклик в виде небольшого увеличения всхожести, номорфометрические показатели были в целом ниже контрольных.