Колоїдно-хімічні закономірності біоагрегації грунтових колоїдів
Взаємодія ґрунтових колоїдів та мікроорганізмів із сполуками металів. Взаємозв’язок процесів біовилуговування металів з ґрунту та агрегативної стійкості ґрунтових дисперсій. Поверхневі властивості ґрунтових колоїдів і їх зміна в процесі біоагрегації.
| Рубрика | Химия |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 28.10.2015 |
| Размер файла | 43,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
національна академія наук україни
інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка
УДК 544.77.052.2 + 631.434+631.823 + 631.461
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук
Колоїдно-хімічні закономірності біоагрегації грунтових колоїдів
Спеціальність 02.00.11 - колоїдна хімія
Борисова Катерина Миколаївна
Київ - 2006
Дисертацією є рукопис
Робота виконана у відділі колоїдної технології природних систем Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка Національної академії наук України
Науковий керівник:доктор хімічних наук, професор Ульберг Зоя Рудольфівна, Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, директор Інституту
Офіційні опоненти:доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Рульов Микола Миколайович, Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф. Д. Овчаренка НАН України, завідувач відділу фізико-хімічної гідродинаміки ультрадисперсних систем;
доктор хімічних наук, професор Єременко Ганна Михайлівна, Інститут хімії поверхні НАН України, головний науковий співробітник.
Провідна установа:Одеський національний університет ім. І. І. Мечникова Міністерства освіти і науки України (кафедра фізичної та колоїдної хімії), м. Одеса.
Захист відбудеться “16” листопада 2006 р. о 1530 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.209.01 в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України за адресою: 03142, Київ-142, бульв. Академіка Вернадського, 42, к. 132
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України за адресою: 03142, Київ-142, бульв. Академіка Вернадського, 42, к. 409
Автореферат розісланий “7” жовтня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Д 26.209.01
кандидат технічних наук В.А.Прокопенко
ґрунтовий колоїд метал біоагрегація
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Інтенсифікація та індустріалізація сільськогосподарського виробництва, техногенні катастрофи та антропогенний прес призводять до погіршення структури ґрунту, розвитку ерозійних процесів, переміщення багатої на біогенні елементи високодисперсної фракції (під дією водних та повітряних потоків) в поверхневий стік. В результаті деградації ґрунтів загальні втрати орних земель за останні 50 років склали на планеті близько 300 млн га.
Ґрунтові колоїди - найбільш динамічна, збагачена біогенними елементами частина твердої фази ґрунту схильна до коагуляції з утворенням агрегатів, що захоплюють більш крупні частинки ґрунту. В результаті агрегації колоїдів ґрунту формується його структура, яка забезпечує унікальну властивість ґрунтової екосистеми - родючість.
Нині для оструктурення ґрунтів, поряд з загальноприйнятими агротехнічними прийомами, ефективність яких, як правило, незначна, використовують синтетичні полімерні матеріали з підвищеною токсичністю. В процесах формування, еволюції та ремедіації грунтів визначна роль належить мікроорганізмам, які регулюють основні біогеохімічні цикли хімічних елементів та каталізують універсальні ґрунтотворні процеси, в т.ч. пов'язані з оструктурюванням ґрунту. Мікроорганізми можуть виступати в якості агента, що забезпечує гетерокоагуляцію частинок ґрунту. В зв'язку з цим особливо актуальною є робота, що направлена на дослідження колоїдно-хімічних закономірностей агрегації ґрунтових колоїдів з використанням екологічно безпечних метаболізуючих мікроорганізмів.
Вищевикладені аспекти актуальності проблеми визначають необхідність проведення розробки наукових основ складного біоколоїдного процесу, направленого на відновлення/покращання структури ґрунту.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами та темами. Роботу було виконано в ІБКХ НАН України в рамках наступних держбютжетних тем:
· “Колоїдно-біохімічні механізми трансформації та детекції сполук металів в біомінеральних системах” (2005-2007 рр., № Держреєстрації 01005V001545);
· “Вивчення механізмів гетерофазних реакцій в процесах селективної взаємодії бактеріальних клітин з металами” (2002-2004 рр., № Держреєстрації 0102V007055).
Мета та задачі дослідження. Метою дослідження було вивчення колоїдно-хімічних закономірностей та механізмів агрегації ґрунтових колоїдів, їх взаємодії з метаболізуючими мікроорганізмами та розробка наукових основ біоколоїдного процесу покращання/відновлення структури ґрунту.
Для досягнення цієї мети було поставлено та вирішено наступні задачі:
- вивчити процеси гетерокоагуляції частинок ґрунту з мікроорганізмами, в тому числі в присутності катіонів металів; дослідити зворотну та незворотну коагуляцію вказаних компонентів та водостійкість утворених агрегатів, яка визначається даними параметрами;
- дослідити взаємодію ґрунтових колоїдів та мікроорганізмів із сполуками металів, вивчити взаємозв'язок процесів біовилуговування металів з ґрунту та агрегативної стійкості ґрунтових дисперсій;
- дослідити вплив вектору мікробного метаболізму (ацидогенний/алкалігенний) на агрегацію ґрунтових колоїдів;
- дослідити поверхневі властивості (ж-потенціал та гідрофобність) ґрунтових колоїдів і їх зміну в процесі біоагрегації;
- розробити колоїдно-хімічні основи процесу оструктурювання ґрунту, основаного на введенні мікроорганізмів та цілеспрямованому регулюванні їх метаболізму в ґрунтовій екосистемі.
Об'єкт дослідження - ґрунт, нативний або після біовилуговування металів, у вигляді дисперсії або моноліту, збагачений мікроорганізмами та поживними речовинами для їх розвитку.
Предмет дослідження - агрегативна та седиментаційна стійкість ґрунтово-мікробних гетеродисперсій, гетерокоагуляція ґрунтових колоїдів з мікроорганізмами; поверхневі властивості ґрунтових колоїдів та їх зміна в процесі біоагрегації; процеси оструктурювання ґрунту під дією метаболізуючих мікроорганізмів.
Методи дослідження. Процес агрегації в грунтово-мікробних дисперсіях вивчали методами седиментаційної стійкості та електронної мікроскопії. Поверхневі властивості біо- та ґрунтових колоїдів аналізували методом мікроелектрофорезу (ж-потенціал), а також визначенням контактного кута (змочування) та адгезії до краплинок вуглеводнів (гідрофобність). При характеристиці взаємодії важких металів з ґрунтом та мікроорганізмами було використано метод сорбції з розчинів. Форми знаходження важких металів в ґрунті визначали методом постадійних екстракцій. Концентрацію важких металів контролювали методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії. Вміст водостійких агрегатів в ґрунтових колонках визначали методом ситового аналізу в шарі рідини (води).
Наукова новизна отриманих результатів. В роботі вперше сформульовано колоїдно-хімічні закономірності біоагрегації ґрунтових колоїдів: визначено умови незворотної коагуляції частинок ґрунту та мікроорганізмів, співставлено кінетику коагуляції з особливостями культивування мікроорганізмів, досліджено зміну поверхневих властивостей ґрунтових колоїдів в процесі біоагрегації. Встановлено на прикладі трьох типів ґрунтів (лучно-чорноземному, сірому лісовому, дерново-підзолистому), що мікроорганізми володіють більш сильною коагулюючою дією по відношенню до ґрунтових дисперсій в порівнянні з традиційними меліорантами. В роботі вперше використано підхід до оструктурювання ґрунту шляхом культивування в ньому мікроорганізмів з направленим вектором метаболізму.
Практична цінність роботи. В результаті проведених досліджень розроблено наукові засади біоколоїдного процесу покращання/відновлення структури ґрунту, основаного на введенні та культивуванні в ньому мікроорганізмів з алкалігенним вектором метаболізму. Широка можливість застосування такого підходу обумовлена використанням в якості джерела мікроорганізмів біомаси активного мулу та доступних поживних субстратів з різним ступенем біорезистентності. При цьому кількість водостійких агрегатів в зразках нативного ґрунту, а також ґрунту після біовилуговування міді, підвищувалась в 2-7 разів та зберігалась на високому рівні протягом шести місяців спостереження. За матеріалами даної розробки оформлено Патент України “Спосіб покращання структури ґрунту”.
Особистий внесок автора. Особистий внесок автора полягав у опрацюванні літературних джерел за досліджуваною тематикою, участі у формулюванні цілей, плануванні та проведенні експерименту, обговоренні отриманих результатів, підготовці й написанні публікацій. Колоїдно-хімічні, мікробіологічні та біохімічні експерименти, а також їх інтерпретація, були виконані під керівництвом ст.н.с., канд. біол. наук Г.М. Ніковської. Науковий співробітник, канд. фіз-мат. наук О.Г. Максимчук приймав участь в аналізі концентрації важких металів методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії, ст. н. с., канд. хім. наук Марочко Л.Г. - в аналізі поверхневих властивостей ґрунтових колоїдів методом мікроелектрофорезу, н. с., канд. хім. наук Н.П. Стрижак приймала участь в дослідженнях сорбції важких металів. Електронно-мікроскопічні дослідження проводилися за участю провідного спеціаліста О.Г. Савкина. Узагальнення отриманих результатів роботи проводилось за участю та під керівництвом докт. хім. наук, проф. Ульберг З.Р.
Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи були викладені та обговорені на наступних конференціях:
“Всеукраїнська конференція молодих вчених з актуальних питань хімії” (Україна, Київ, ІХП НАНУ, 2003);
Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” (Україна, Київ, НТУУ “КПІ”, 2005);
Міжнародна конференція “Колоїдні системи, властивості, матеріали, застосування” (Україна, Одеса, ОНУ ім. І.І.Мечникова, 2006).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 наукових праць в провідних журналах, в тому числі 3 тези доповідей, отримано Патент України на винахід.
Структура та об'єм дисертації. Дисертація включає вступ, п'ять розділів, висновки, список використаних джерел (160 найменувань). Роботу викладено на 134 сторінках друкованого тексту, ілюстровано 15 таблицями та 25 рисунками.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дослідження, сформульовано мету та задачі роботи, показано її актуальність та наукову новизну, теоретичне значення, практичну цінність одержаних результатів та особистий внесок здобувача.
Перший розділ містить літературний огляд, в якому розглянуто сучасні уявлення про механізми агрегації/коагуляції колоїдів ґрунту. Наведено аналіз ґрунту як колоїдно-хімічної системи, розглянуто колоїдно-хімічні основи процесу агрегації ґрунтових колоїдів та роль в ньому катіонів металів і органічної речовини ґрунту. Окремий підрозділ присвячено проблемі взаємодії мікроорганізмів з ґрунтовими колоїдами, в якому показано, що мікробіота в процесі своєї життєдіяльності чинить різноманітний вплив на стан ґрунтової екосистеми. Також проаналізовано існуючі технології оструктурювання ґрунту та їх ефективність.
Аналіз наукової інформації свідчить про недостатню вивченість колоїдно-хімічних основ феномену ґрунтової структури. На основі проведеного аналізу визначено наукові задачі, вирішення яких дозволяє досягти головної мети.
У другому розділі наведено характеристики об'єктів дослідження та методи проведення експериментів. Дослідження проводили на трьох типах ґрунтів: лучно-чорноземному, сірому лісовому та дерново-підзолистому, які відрізнялися низкою властивостей. Колоїди ґрунту виділяли методом відмучування. В дослідах були використані зразки нативного ґрунту та забрудненого міддю після її біовилуговування в процесі культивування металофільної культури бактерій Bacillus cereus BKM 4368 з глюкозою в якості джерела вуглецю. Для мікробіологічної обробки було використано також мікробоценоз активного мулу, який отримували на станції біологічної очистки побутових стічних вод (с. Бортничі, Київська обл.). Для забезпечення життєдіяльності мікроорганізмів в культуральне середовище та ґрунт вносили біогенні субстрати: глюкозу, поліпептиди, ацетат, біомасу бобових. В якості традиційних меліорантів використовували монтморилоніт, торф, поліакриламід. Процес біоагрегації ґрунтових колоїдів було досліджено в двох варіантах: суспензійному та колоночному.
В роботі було використано: колоїдно-хімічні методи (методи сорбції з розчинів, постадійних екстракцій, мікроелектрофорезу, визначення контактного кута (змочування) та ступеню адгезії колоїдних частинок до краплинок вуглеводнів (метод Розенберга), методи аналізу порогу коагуляції і агрегативної стійкості грунтово-мікробних дисперсій та електронно-мікроскопічні дослідження); фізико-хімічні методи (потенціометрія, атомно-абсорбційна спектрофотометрія, турбідіметрія). Вміст мікробних полісахаридів в суспензії аналізували антроновим методом, водостійких агрегатів в ґрунтових колонках - ситовим аналізом в шарі рідини.
Третій розділ представляє результати досліджень поверхневих властивостей біо- і ґрунтових колоїдів, сорбції-десорбції металів та агрегативної стійкості грунтово-мікробних гетеродисперсій.
Охарактеризовано поверхневі властивості використаних в експериментах колоїдів. Встановлено (рис. 1), що негативний ж-потенціал досліджених колоїдів зменшується в ряду: лучно-чорноземний грунт > сірий лісовий грунт > дерново-підзолистий грунт > клітини Bacillus cereus вкм 4368 >> активний мул. Гідрофобність досліджених колоїдів зменшується в ряду: активний мул >> лучно-чорноземний грунт > сірий лісовий грунт > дерново-підзолистий грунт > клітини Bacillus cereus вкм 4368 (рис. 2).
Взаємодія колоїдів типу коагуляція/агрегація відноситься до поверхневих явищ, в яких суттєва роль належить обмінним багатовалентним катіонам. Тому ми розглянули взаємодію з ґрунтовими та мікробними колоїдами полівалентних металів, міцність їх утримування, вплив на стан колоїдів та умови коагуляції ґрунтових гетеродисперсій.
Вивчено та описано за допомогою рівняння Ленгмюра взаємодію полівалентних металів на моделі міді та стронцію з ґрунтовими колоїдами, біоколоїдами металофільної культури бактерій Bacillus cereus вкм 4368 та мікробоценозу активного мулу. Розраховані характеристичні коефіцієнти сорбції наведено в таблицях 1 та 2. Встановлено підвищену ефективність сорбції металів лучно-чорноземним ґрунтом в порівнянні з сірим лісовим, що містить меншу кількість органічної речовини. Метали в формі катіонів слабо сорбуються ґрунтами, проте на порядок краще та практично однаково - біоколоїдами як монокультури, так і мікробоценозу.
Таблиця 1. Коефіцієнти сорбції міді та стронцію фракціями лучно-чорноземного та сірого лісового ґрунтів
|
Грунт |
Фракція,мкм |
Метал |
амакс |
k,дм3/ммоль |
||
|
ммоль/г |
мг/г |
|||||
|
Лучно-чорноземний |
<50 |
Cu2+ |
0.046 |
2.92 |
55.9 |
|
|
Sr2+ |
0.025 |
2.19 |
3.21 |
|||
|
<1 |
Cu2+ |
0.085 |
5.36 |
66.2 |
||
|
Sr2+ |
0.041 |
3.59 |
5.53 |
|||
|
Сірий лісовий |
<50 |
Cu2+ |
0.034 |
2.16 |
50.7 |
|
|
Sr2+ |
0.017 |
1.49 |
1.18 |
|||
|
<1 |
Cu2+ |
0.056 |
4.91 |
56.4 |
||
|
Sr2+ |
0.026 |
2.28 |
2.11 |
Таблиця 2. Характеристика біосорбції іонів та органокомплексів міді і стронцію
|
Метал |
Форма |
амакс, ммоль/г |
k, дм3/ммоль |
|
|
Cu |
іон |
0.6460.620 |
30.620.6 |
|
|
фульват |
0.177 |
6.60 |
||
|
цитрат |
0.156 |
3.12 |
||
|
Sr |
іон |
0.4950.446 |
1.551.40 |
|
|
фульват |
0.364 |
1.31 |
||
|
цитрат |
0.292 |
1.21 |
Примітка. В чисельнику дробу - показники сорбції для мікробоценозу активного мулу, в знаменнику - для монокультури Bacillus cereus ВКМ 4368
Негативно заряджені цитратні та фульватні комплекси металів не сорбуються гідрофільними колоїдами ґрунтів та бацил з високим негативним зарядом на відміну від слабо заряджених гідрофобних колоїдів активного мулу. Величини граничної сорбції досліджених сполук металів біоколоїдами активного мулу відповідають пос-лідовності: Cu2+ > Sr2+ > Sr-фульват > Sr-цитрат > Cu-фульват > Cu-цитрат. Більша частина металів, які накопичуються ґрунтом, знаходиться в хімічно зв'язаній, нерухомій формі. Встановлено, що в слабо зв'язаних формах активний мул та ґрунтові колоїди можуть містити відповідно до 7 та 3% міді, 40 та 35% стронцію від пулу сорбованих металів. Саме ця їх частина може чинити суттєвий вплив на стан ґрунтових колоїдів.
Було досліджено вплив вилуговування металів в ґрунтових дисперсіях на стан колоїдів. Показано (табл. 3.), що в результаті мікробіологічного вилуговування досягається високий ефект (75-95%), який не можна отримати при використанні м'яких екстрагентів. В залежності від сили використаного екстрагенту та типу грунту видалення металу може збільшуватися від 1 до 75.2% для лучно-чорноземного ґрунту, від 2.2 до 95.2% для сірого лісового, від 2.8 до 98.2% для дерново-підзолистого.
Таблиця 3. Вплив видалення міді з забруднених лучно-чорноземного (І), сірого лісового (II) та дерново-підзолистого грунтів (III) на зміну оптичної густини (Dt) ґрунтових дисперсій (відстоювання 0.5 год)
|
№ |
Екстрагент |
рН |
Видалення міді, % |
Dt, од. ОГ / % |
|||||
|
I |
II |
III |
I |
II |
ІІІ |
||||
|
1 |
Дистильована вода |
6.2-6.8 |
1.0 |
2.2 |
2.8 |
1.4±0.2 87.5 |
1.4±0.2 77.8 |
1.0±0.2 71.2 |
|
|
2 |
Ацетатний буфер 1М |
4.8-5.0 |
15.2 |
22.2 |
23.0 |
1.0±0.2 63.5 |
1.0±0.1 55.6 |
0.7±0.1 50.5 |
|
|
3 |
Лимонна кислота 4.8 мМ |
4.4-4.8 |
62.5 |
85.0 |
88.5 |
0.85±0.1 53.1 |
0.8±0.2 44.4 |
0.54±0.1 38.0 |
|
|
4 |
Культура Bacillus cereus BKM 4368 |
4.0-4.2 |
75.2 |
95.2 |
98.2 |
0.25±0.04 15.6 |
0.24±0.04 11.1 |
0.14±0.01 10.0 |
Примітка. Масова концентрація ґрунтових суспензій 1 г/дм3. Вихідна оптична густина D0 ґрунтових дисперсій: I - 1.6±0.2; II - 1.8 ±0.2; III - 1.4±0.1. Чисельник - величина залишкової оптичної густини Dt, знаменник - те ж у % від вихідної
Таблиця 4. Вплив адитивів на величину порогів коагуляції (ПК) колоїдної фракції ґрунту під дією хлоридів кальцію та заліза (ІІІ)
|
Адитив |
Конц., % |
ПК, мМ |
||
|
CaCl2 |
FeCl3 |
|||
|
- |
- |
4.5/2.0 |
0.25/0.12 |
|
|
Монтморилоніт |
4 |
2.0/1.0 |
0.15/0.06 |
|
|
Торф |
4 |
2.5/1.2 |
0.15/0.05 |
|
|
Активний мул |
0.5 |
2.1/1.0 |
0.10/0.05 |
|
|
1.0 |
1.5/0.6 |
0.05/0.02 |
||
|
Bacillus cereus BKM 4368 |
1.0 |
3.8/1.8 |
0.25/0.06 |
|
|
Поліакриламід |
0.05 |
1.0/0.5 |
0.05/0.02 |
Примітка. Чисельник дробу - лучно-чорноземний, знаменник - дерново-підзолистий ґрунт.
Перехід металу з зв'язаної/обмінної форми в водорозчинну супроводжується коагуляцією/дестабілізацією дисперсії ґрунту, про що свідчить зниження величини оптичної густини (Dt). Максимальне видалення полівалентних металів та зниження Dt (ефективна коагуляція) отримано при використанні різноманітних екстрагентів для дерново-підзолистого ґрунту, що містить найменшу кількість органічного вуглецю. В мікробіологічному процесі досягається суттєва дестабілізація ґрунтових дисперсій. Проте осади після біовилуговування виявились рихлими та здатними на 50% та більше пептизуватися водою.
Досліджено процес коагуляції в ґрунтових дисперсіях під дією хлоридів кальцію та заліза (ІІІ) і вплив на цей процес меліорантів - торфу, монтморилоніту, біомаси активного мулу та Bacillus cereus BKM 4368, розчину поліакриламіду. Встановлено (табл. 4), що пороги електролітної коагуляції (ПК) суспензій ґрунтових колоїдів при введенні адитивів в 18 разів вищі для іонів Ca2+, ніж для Fe3+, - знижувались вдвічі по Ca2+ та в 1.6 разів по Fe3+ при додаванні колоїдних розчинів монтморилоніту чи торфу в кількості 4% від маси дисперсної фази ґрунтових колоїдів. При внесенні мікробоценозу активного мулу в значно меншій кількості (в 4-8 разів) ПК знижувався та наближався до значення отриманого при додаванні синтетичного флокулянту поліакрил-аміду, який використовується для оструктурювання ґрунту. Залежність між валентністю коагулюючих іонів та значеннями порогів коагуляції частинок ґрунту відповідає класичній закономірності правила Шульце-Гарді. Отримані коагуляти при заміні супернатанту дисти-льованою водою та перемішуванні пептизувалися водою на 50% та більше.
Використання експериментальних величин ж-потенціалів грунтових колоїдів, клітин Bacillus cereus BKM 4368 та активного мулу для розрахунку енергій іонно-електростатичної взаємодії в багатокомпонентних дисперсіях за допомогою рівняння Hogg R., Healy N., Fuerstenau D.(1954) показало (рис. 3), що найбільш ефективно гетерокоагуляція буде відбуватися в системі активний мул - грунтові колоїди, в якій компоненти суттєво відрізняються за розмірами, величиною ж-потенціалу, гідрофобністю. При цьому потенціалвизначаючими є частинки менших розмірів - грунтові, які при формування агрегатів можуть покривати досить однорідним шаром більш крупні колоїдні асоціати активного мулу. Даний механізм визначає початкову стадію - переважно незворотну гетерокоагуляцію - процесу утворення біомінеральних агрегатів.
Четвертий розділ описує дослідження агрегації колоїдів ґрунту під впливом метаболізуючих мікроорганізмів.
Інтенсифікація коагуляції ґрунтових дисперсій може бути досягнута, з одного боку, при внесенні комплексу біоколоїдів активного мулу з різними фізико-хімічними властивостями, з іншого боку, - в процесі життєдіяльності його мікроорганізмів. Якщо в першому випадку в грунт вносили до 1% біомаси, то в другому - до 0.1%, а також біогенні добавки.
При вивченні розвитку мікробоценозу активного мулу в ґрунтовій дисперсії в якості джерела вуглецю були використані глюкоза або поліпептиди/ацетат, які забезпечували різну спрямованість метаболізму: при рості на глюкозі утворювалися метаболіти кислотного характеру (ацидогенний метаболізм), на поліпептидах/ацетаті - лужного (алкалігенний метаболізм). Встановлено, що коагуляція грунтово-мікробних дисперсій в процесі метаболізму суттєво залежить від тривалості культивування. Ступінь агрегації був вищим при інкубації протягом 4 діб, що відповідало досягненню даним мікробоценозом фази росту, для якої характерна максимальна екскреція екзополімерів з флокулюючою активністю.
Таблиця 5. Зміна оптичної густини (D), рН та концентрації екзополісахаридів при розвитку мікробоценозу активного мулу в дисперсії колоїдів лучно-чорноземного ґрунту
|
Джерело вуглецю |
t, діб |
pНt |
Полісахариди, мг/дм3 |
D |
||||
|
І |
ІІ |
|||||||
|
од. |
% |
од. |
% |
|||||
|
Глюкоза |
2 |
4.5 |
50 |
0.25 |
15.0 |
0.95 |
59 |
|
|
4 |
4.0 |
150 |
0.15 |
9.5 |
0.80 |
50 |
||
|
Поліпептиди |
2 |
9.0 |
40 |
0.30 |
18.7 |
0.60 |
33.3 |
|
|
4 |
9.3 |
120 |
0.19 |
10.5 |
0.40 |
25.0 |
Примітка. Оптична густина вихідної дисперсії - 1.6 од. (прийнята за 100%). І - зразки після відстоювання, ІІ - зразки після ресуспендування в дистильованій воді та відстоювання
Встановлено, що процес агрегації в грунтово-мікробних гетеродисперсіях протікав з однаковою інтенсивністю при розвитку мікроорганізмів на обох досліджених джерелах вуглецю. При метаболізмі як вуглеводів, так і поліпептидів утворювалась значна та близька кількість екзополісахаридів, що і обумовлювало ефективну коагуляцію грунтово-мікробних дисперсій при альтернативних векторах метаболізму (табл. 5). Проте осади, що утворились в результаті розвитку мікробоценозу на поліпептидах виявились більш стійкими до пептизації, про що свідчать більш низькі значення оптичної густини для зразків з алкалігенним вектором метаболізму після ресуспендування осадів в дистильованій воді.
Таблиця 6. Вплив меліорантів на ступінь агрегації (А) колоїдної фракції ґрунту в процесі розвитку мікробоценозу активного мулу на поліпептидах. І - зразки після перемішування та відстоювання, ІІ - зразки після ресуспендування в дистильованій воді та відстоювання
|
Адитив |
А, % |
||
|
I |
II |
||
|
- |
89.5 |
75.0 |
|
|
Монтморилоніт, 2% |
86.0 |
70.0 |
|
|
Торф, 2% |
92.0 |
78.0 |
|
|
Монтморилоніт, 1% + торф, 1% |
93.5 |
81.5 |
Розглянуто також вплив добавок монтморилоніту та торфу на утворення агрегатів в ґрунтових дисперсіях в процесі розвитку мікроорганізмів на поліпептидах (табл. 6). Встановлено, що основним фактором, який визначає ефективність коагуляції в дисперсіях грунту, є мікробіологічна активність. Добавка гідрофобних колоїдів торфу збільшувала кількість агрегатів, в тому числі, менш схильних до пептизації водою, в порівнянні з гідрофільними колоїдами монтморилоніту. Гетерокоагуляція в грунтово-мікробних дисперсіях протікає досить ефективно при введенні колоїдів різних типів ґрунтів. При цьому більша кількість агрегатів не руйнувалась при перемішуванні осадів в дистильованій воді.
Агрегати ґрунтових колоїдів, що збереглися після пептизації водою, не розпадались при підкисленні та залужуванні грунтової дисперсії до рН 2.0 та 10.0. В той же час при тривалій інкубації без внесення додаткових поживних субстратів спостерігалось суттєве зменшення їх кількості. Встановлено кореляцію між ступенем агрегації/стабільністю агрегатів та кількістю органічного вуглецю в грунтово-мікробній дисперсії при тривалій інкубації закритої системи (рис. 4). По мірі виснаження поживного субстрату при 30-добовій інкубації спостерігалась майже повна руйнація агрегатів в закритій системі, що вивчалася. З цього слідує, що суттєвою умовою для підтримання адекватного агрегатного стану ґрунтової екосистеми є поповнення пулу органічного вуглецю для забезпечення життєдіяльності мікроорганізмів за рахунок використання біосубстратів, що містять поліпептиди (рослинна біомаса бобових, відходи овочепереробних виробництв, тваринництва та ін.). Електронно-мікроскопічні дослідження еволюції біомінеральних агрегатів ґрунтових колоїдів підтвердили описані закономірності процесу, що досліджувався.
Співставлено електричні властивості колоїдів трьох типів грунтів та біоагрегатів, що були одержані при альтернативних векторах метаболізму - алкалігенному (на поліпептидах/ацетаті) та ацидогенному (на вуглеводах). Встановлено (рис. 5), що в процесі біоагрегації відбувається зниження негативного заряду ґрунтових колоїдів, найбільш виражене у випадку агрегатів, які утворилися при метаболізмі поліпептидів в найбільш гумусованому лугово-чорноземному грунті.
Заряд вивчених колоїдних частинок та їх агрегатів обумовлюється іонізацією поверхневих груп. В процесі агрегації відбувається їх часткове взаємне блокування, що і призводить до закономірного зниження негативного поверхневого заряду.
Вивчено зміну контактних кутів (змочування) та показників гідрофобності колоїдів різних грунтів в процесі біоагрегації. Встановлено (рис. 6), що для трьох типів ґрунтів в процесі біоагрегації відбувається підвищення гідрофобності, особливо помітне в умовах алкалігенного вектору метаболізму в лучно-чорноземному ґрунті. Якщо заряд поверхні колоїдів пов'язаний з наявністю та іонізацією іоногенних хімічних груп, то гідрофобність - навпаки, з їх відсутністю та локалізацією на поверхні колоїдів ділянок гідрофобної природи (ліпополісахариди, поліпептиди і т.д.).
Таким чином, встановлено, що в процесі біоагрегації відбувається підвищення гідрофобності та зниження негативного заряду ґрунтових колоїдів, особливо чітко виражене у випадку найбільш гумусованого лучно-чорноземного ґрунту в умовах алкалігенного вектору метаболізму.
У п'ятому розділі дисертаційної роботи розглянуто закономірності формування водостійких агрегатів в ґрунтових колонках під впливом мета-болізуючих мікроорганізмів та розроблено основні принципи біоколоїдного процесу острукту-рювання ґрунту.
В зразки грунту масою 200 г вносили 4% (8 г) суміші, що містила 0.2 г активного мулу (0.1%), 2 г ацетату чи поліпептидів (1%) та по 2.9 г подрібненої біомаси бобових та торфу (всього 2.9%). Джерела вуглецю, що вносили в грунт, за задтністю до метаболізму мікроорганізмами можна розташувати в наступний ряд: ацетат >> біомаса бобових >> торф. Використання біогенних субстратів, що дуже відрізняються за рівнем біорезистентності, було викликано необхідністю розтягнення в часі метаболічного процесу та забезпечення дробного, поступового надходження синтезованих мікро-організмами метаболітів-флокулянтів та біоколоїдів (за рахунок розмноження мікроорганізмів в сприятливих умовах).
Компостування проводили при температурі 22є С та періодичному перемішуванні в два етапи: 1) при вологості не менше 80% протягом перших семи діб, 2) при вологості до 60-70% - протягом наступного терміну. На першому етапі інкубації відбувається розмноження мікроорганізмів, синтез екзополімерів та ініціювання процесів утворення агрегатів, на другому етапі розгортається процес ущільнення (цементації) ґрунтових агрегатів та оструктурювання ґрунту. Тривалість експерименту складала 4-6 місяців.
Результати дослідження процесів агрегації в нативному ґрунті наведено в табл. 7., в забрудненому міддю ґрунті після процедури її біовилуговування - в табл. 8. На рис. 7 узагальнено отримані результати вивчення оструктурювання ґрунту з використанням ацетату в якості легкодоступного джерела вуглецю. Внесення активного мулу без біогенних добавок не викликало суттєвої зміни структури ґрунту. В процесі розвитку автохтонної мікрофлори (табл. 7, варіант 3) при внесенні легко доступних біодобавок спостерігалось утворення водостійких ґрунтових агрегатів, однак цей процес протікав в 4 рази повільніше, ніж у варіантах з інтродукованим активним мулом. Було відмічено максимальне підвищення кількості водостійких агрегатів при використанні повного набору біодобавок (табл. 7, варіант 5), при чому кількість водостійких агрегатів фракції 1-0.25 мм у всіх варіантах досліду була в 1.5-2 рази вищою, ніж більш крупних агрегатів.
Таблиця 7. Вплив мікробоценозу активного мулу та біодобавок на вміст водостійких агрегатів (ВСА, %) в лучно-чорноземному грунті
|
№ |
Зразок |
Тривалість інкубації, місяці |
ВСА (%), фракції (мм) |
||
|
>1 |
1-0.25 |
||||
|
1 |
Грунт |
0.5 |
15 |
31 |
|
|
2 |
12 |
30 |
|||
|
4 |
10 |
28 |
|||
|
2 |
Грунт + активний мул |
0.5 |
16 |
33 |
|
|
2 |
14 |
31 |
|||
|
4 |
12 |
29 |
|||
|
3 |
Грунт + поліпептиди |
0.5 |
19 |
35 |
|
|
2 |
24 |
43 |
|||
|
4 |
16 |
32 |
|||
|
4 |
Грунт + поліпептиди + активний мул |
0.5 |
24 |
46 |
|
|
2 |
20 |
40 |
|||
|
4 |
14 |
30 |
|||
|
5 |
Грунт + поліпептиди + активний мул + біомаса бобових + торф |
0.5 |
25 |
45 |
|
|
2 |
29 |
46 |
|||
|
4 |
30 |
48 |
Наведені в табл. 8. дані свідчать, що після біовилуговування міді із забрудненого ґрунту кількість агрегатів, розміром 1-0.25 та >1 мм зменшилося в 3-5 разів. Однак, після інкубації цього ґрунту з активним мулом, поліпептидами та біомасою бобових кількість водостійких агрегатів значно збільшилась та наблизилась до вмісту в природному ґрунті.
В біоколоїдному процесі за рахунок внесення та культивування в ньому мікробоценозу активного мулу відбулося підвищення вмісту цінних водостійких агрегатів розміром > 0.25 мм до 75% в нативному грунті та до 60% - в грунті після біовилуговування міді, що близько до їх оптимального вмісту в родючому чорноземному грунті (40-75%) (рис. 7.).
Мікробоценоз активного мулу вносили в дозі 0.1%, що в 20-40 разів менше від загальноприйнятої. Це дозволяє практично виключити вторинне забруднення грунту важкими металами, які вносяться разом з біомасою. В процесі розмноження мікроорганізмів активного мулу в грунті підвищується його мікробіологічна активність (вміст ферментів, різноманітних біологічно активних речовин, флокулянтів), збільшується мікробне розмаїття, поліпшується структурний стан, тобто підвищується родючість.
Таблиця 8. Зміна кількості водостійких агрегатів (ВСА, %) в забрудненому міддю лучно-чорноземному ґрунті після процедури біовилуговування та інкубації протягом 4 місяців
|
№ |
Зразок |
ВСА (%), фракції (мм) |
||
|
>1 |
1-0.25 |
|||
|
1 |
Грунт (контроль) |
15 |
31 |
|
|
2 |
Грунт після біовилуговування міді |
3 |
10 |
|
|
3 |
Те ж + активний мул |
10 |
15 |
|
|
4 |
Те ж + активний мул + поліпептиди+ біомаса бобових + торф |
30 |
45 |
|
|
5 |
Те ж + активний мул + поліпептиди + біомаса бобових + торф + монтморилоніт |
32 |
40 |
Вищевикладені результати для лучно-чорноземного грунту нативного та після забруднення міддю та знезараження шляхом біовилуговування підтверджують закономірності процесів коагуляції колоїдів в гетеродисперсіях трьох типів грунтів. Це свідчить про перспективність запропонованого нами підходу до поліпшення агрегатного стану грунтових екосистем та про можливість тривалого збереження досягнутого рівня.
Основні процедури процесу оструктурювання ґрунту представлено на рис. 8, а його схему - на рис. 9.
ВИСНОВКИ
1. Досліджено колоїдно-хімічні процеси та механізми агрегації в системі грунт - асоціат біоколоїдів мікробоценозу “активний мул”. Встановлено, що висока ефективність гетерокоагуляції між клітинами та частинками ґрунту з формуванням агрегатів відбувається при низьких значеннях ж-потенціалу, підвищеній гідрофобності, в присутності біоекзополімерів в умовах алкалігенного вектору мікробного метаболізму. Отримані результати стали науковою основою нового ефективного біоколоїдного процесу оструктурювання різних типів ґрунтів.
2. Показано, що в процесі розвитку мікробоценозу активного мулу при використанні глюкози або поліпептидів/ацетату в якості джерел вуглецю відбувається синтез екзополімерів, що зумовлює коагуляцію грунтових гетеродисперсій. При рості мікроорганізмів на поліпептидах/ацетаті (алкалігенний метаболізм) утворюються більш щільні, менш схильні до пептизації водою осади в порівнянні з ростом на глюкозі (ацидогенний метаболізм). Встановлено кореляцію між вмістом органічного вуглецю в системі та стійкістю агрегатів ґрунтових колоїдів.
3. Виявлено, що мікробоценоз активного мулу має сильну флокулюючу дію по відношенню до ґрунтових дисперсій, близьку до такої поліакриламіду. Процес гетерокоагуляції колоїдів інтенсифікується введенням розчинів хлоридів кальцію та заліза (ІІІ).
4. Досліджено взаємодію ґрунтових колоїдів та мікроорганізмів з катіонами металів (міді та стронцію), а також фульватними та цитратними комплексами на їх основі. Встановлено, що кількість металів, що сорбується фракціями ґрунтів та міцність їх утримування тісно корелює з вмістом в них органічного вуглецю. Показано, що величини граничної сорбції сполук металів активним мулом відповідають послідовності: Cu2+ > Sr2+ > Sr-фульват > Sr-цитрат > Cu-фульват > Cu-цитрат. Встановлено, що в слабо зв'язаних формах активний мул та грунти можуть містити до 7% міді та до 40% стронцію від пулу металів.
5. Досліджені колоїдно-хімічні закономірності формування біоагрегатів в грунті при культивуванні в ньому активного мулу з алкалігенним вектором метаболізму. Встановлено, що реалізація процесу переважно незворотної коагуляції з мінімальним бар'єром іонно-електростатичної взаємодії відбувається при значній різниці поверхневих потенціалів, розмірів частинок ґрунту та асоціатів біоколоїдів активного мулу в присутності мікробних полісахаридів.
6. Встановлено наступний порядок зміни електричних та гідрофобних властивостей ґрунтових та мікробних колоїдів: гідрофобність - активний мул >> лучно-чорноземний > сірий лісовий > дерново-підзолистий грунт > Bacillus cereus ВКМ 4368; негативний ж-потенціал - Bacillus cereus ВКМ 4368 > лучно-чорноземний > сірий лісовий > дерново-підзолистий грунт > активний мул. В процесі біоагрегації - при розвитку мікроорганізмів на глюкозі або поліпептидах/ацетаті - відбувається підвищення гідрофобності та зниження негативного заряду ґрунтових колоїдів, особливо чітко виражене у випадку найбільш гумусованого лучно-чорноземного ґрунту в умовах алкалігенного вектору метаболізму.
7. Досліджено очищення та оструктурювання ґрунту, забрудненого важкими металами з використанням біоколоїдних процесів. Показано більш високу ефективність біологічного вилуговування міді з ґрунтів - до 98% в порівнянні з хімічним в м'яких умовах. Продемонстровано можливість відновлення структурного стану ґрунту, порушеного після видалення важких металів.
8. Запропоновано новий біоколоїдний процес покращання/відновлення структури ґрунту, що базується на введенні та культивуванні в ньому мікробоценозу активного мулу з переважним алкалігенним вектором метаболізму. При цьому кількість водостійких агрегатів в нативному грунті, а також в грунті після біовилуговування важких металів підвищується в 2-4 рази та зберігається протягом шести місяців.
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У РОБОТАХ
1. Никовская Г.Н., Ульберг З.Р., Борисова Е.Н. Сорбция-десорбция ионов меди и стронция почвой. Влияние микроорганизмов на состояние металлов // Коллоидный журнал - 2004. - Т. 66., №4. - С. 504-509. (Вивчення літературних джерел, постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті).
2. Никовская Г.Н., Ульберг З.Р., Борисова Е.Н., Стрижак Н.П. Сорбция ионов, фульватных и цитратных комплексов меди и стронция из водных растворов флокулирующим микробоценозом // Коллоидный журнал - 2004. - Т. 66., №5. - С. 623-628. (Проведення експерименту та участь у обговоренні результатів досліджень).
3. Никовская Г.Н., Ульберг З.Р., Борисова Е.Н. Влияние различных мелиорантов и микроорганизмов на агрегативную устойчивость коллоидной фракции лугово-черноземной почвы // Коллоидный журнал. - 2006 . - Т. 68, №3. - С. 345-349. (Вивчення літературних джерел, постановка та проведення експерименту, участь у трактуванні результатів досліджень та написанні статті).
4. Борисова К.М., Ніковська Г.М., Ульберг З.Р. Обгрунтування біоколоїдної технології покращання структури грунту // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. - 2005. - №6. - 126-129. (Формулювання цілей дослідження, постановка та проведення експерименту, інтерпретація результатів досліджень, написання статті).
5. Патент України, МПК 7В09С1/10, С09К17/32. Спосіб покращення структури грунту / Ніковська Г.М., Борисова К.М., Ульберг З.Р. - 2006. - Бюл. № 9. - І частина. (Участь у підготовці та проведенні експерименту, інтерпретації отриманих результатів, написанні та оформленні патенту).
6. Уманец Е.Н. (Борисова Е. Н.) Коллоидно-химические закономерности поведения тяжелых металлов в почве // Тези доповідей учасників Всеукраїнської конференції молодих вчених з актуальних питань хімії. - Київ: ІХП НАНУ. - 2003. - С. 68. (Постановка та проведення експерименту, написання тез).
7. Борисова Е.Н. Колоидно-химический подход к оструктуриванию почвы // Збірка тез доповідей VІІI Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство”. - К.: Національний технічний університет України “КПІ”. - 2005. - С. 59. (Постановка та проведення експерименту, трактування результатів досліджень, написання тез).
8. Борисова Е.Н., Никовская Г.Н., Марочко Л.Г., Стрижак Н.П. Коллоидно-химические аспекты биоагрегации почвенных коллоидов // “Коллоидные системы, свойства, материалы, применение”. Сборник тезисов международной конференции-школы 28 августа-1 сентября 2006 г. - К.: ИБКХ им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины. - 2006. - С. 80. (Постановка та проведення експерименту, трактування результатів досліджень, написання тез).
АНОТАЦІЯ
Борисова К. М. Колоїдно-хімічні закономірності біоагрегації ґрунтових колоїдів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.11 - колоїдна хімія. Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ, 2006.
Дисертацію присвячено вивченню колоїдно-хімічних закономірностей та механізмів агрегації ґрунтових колоїдів, взаємодії останніх з мікроорганізмами та розробці наукових основ біоколоїдного процесу покращання/відновлення структури ґрунту - нативного та забрудненого важкими металами після їх біовилуговування.
В роботі проведено дослідження процесів зворотної та незворотної коагуляції в грунтово-мікробних гетеродисперсіях, в тому числі в присутності полівалентних металів та утворення водостійких агрегатів в грунтовому моноліті. Показано, що для дестабілізації грунтових дисперсій найбільш ефективним є асоціат біоколоїдів активного мулу (АМ). Вивчені електричні, гідрофобні властивості колоїдів трьох типів грунтів, бактерій, АМ, біомінеральних агрегатів. Аналіз іонно-електростатичної взаємодії частинок грунту та АМ показав, що базовим елементом біоагрегату є асоційовані колоїди АМ. Встановлено, що в процесі розвитку мікробоценозу АМ при використанні глюкози (ацидогенний метаболізм) або поліпептидів/ацетату (алкалігенний метаболізм) в якості джерел вуглецю відбувається синтез екзополімерів, що зумовлюють коагуляцію ґрунтових гетеродисперсій. В останньому випадку утворюються більш щільні, менш схильні до пептизації водою осади. В процесі біоагрегації відбувається підвищення гідрофобності та зниження негативного заряду ґрунтових колоїдів, особливо чітко виражене у випадку найбільш гумусованого лучно-чорноземного ґрунту в умовах алкалігенного вектору метаболізму.
Розроблено новий біоколоїдний процес оструктурювання ґрунту, який дозволяє в 2-4 рази зільшити кількість водостійких агрегатів.
Ключові слова: колоїди, агрегати, мікроорганізми, активний мул, грунт, гетерокоагуляція, агрегація, пептизація, гідрофобність, ж-потенціал.
ANNOTATION
Borysova K.N. Colloid-chemical principles of bioaggregation of soil colloids
Thesis for degree of the Candidate of Sciences (chemistry) on the speciality 02.00.11 - colloid chemistry. F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry, NAS of Ukraine, Kyiv, 2006.
The thesis is devoted to the study of the colloid-chemical principles and mechanisms of soil colloids' aggregation, their interaction with microorganisms and the developing the scientific basis of biocolloid process for improvement/renovation of soil structure (native and broken after metals' bioleaching).
The processes of reversible and irreversible coagulation in soil-microbial heterodispersions (also in presence of polyvalent metals) and water-stable aggregates' formation in soil monolith were investigated. It was shown that the complex of biocolloids of activated sludge (AS) biocenosis is much more effective for soil dispersion destabilization than colloids of montmorillonite, bacterial cells and turf.
The comparison of electrical and hydrophobic properties of colloids of bacterial cells, AS, soils of three types has revealed the minimum ionic electrostatic barrier occurred in the colloidal system soil colloids-AS. The bioaggregates formed have the AS biocolloids' associates as a base element.
It is established that AS growth on glucose (acidogenous metabolism) or acetate/polypeptides (alkaligenous metabolism) results in the synthesis of extrapolymers-flocculants and biocolloids. The stronger aggregates (sediments), non-peptized in water are formed under alkaligenous vector of metabolism.
New biocolloid process of soil structure forming based on microorganisms' introduction and their metabolism specific regulation in soil system is worked out.
Key words: soil colloids, aggregates, microorganisms, activated sludge, heterocoagullation, aggregation, peptization, hydrophobicity, zeta potential
АННОТАЦИЯ
Борисова Е.Н. Коллоидно-химические закономерности биоагрегации почвенных коллоидов. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата химических наук по специальности - 02.00.11 - коллоидная химия. Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренка НАН Украины, Киев, 2006.
Диссертация посвящена изучению коллоидно-химических закономерностей и механизмов агрегации почвенных коллоидов, взаимодействия их с микроорганизмами, разработке биоколлоидного процесса улучшения/восстановления почвенной структуры - нативной и загрязненной тяжелыми металлами после их биовыщелачивания.
Обнаружено, что микробоценоз активного ила обладает сильным флокулирующим действием в отношении почвенных дисперсий, близким к таковому полиакриламида и значительно превышающим эффект традиционных мелиорантов - монтмориллонита и торфа. Процесс гетерокоагуляции между клетками и почвенными частицами интенсифицируется введением коагулянтов - растворов хлоридов кальция и железа (ІІІ).
Показано, что в процессе развития микробоценоза активного ила с использованием глюкозы либо полипептидов/ацетата в качестве источников углерода происходит синтез экзополимеров, обусловливающих коагуляцию почвенных гетеродисперсий. При росте микроорганизмов на полипептидах/ацетате (алкалигенный метаболизм) образуются более плотные, менее пептизируемые водой осадки по сравнению с ростом на глюкозе (ацидогенный метаболизм). Введение монтмориллонита и торфа интенсифицирует процессы агрегации в почвенно-микробных гетеродисперсиях. Установлена корреляция между содержанием органического вещества в системе и устойчивостью агрегатов почвенных коллоидов.
Исследованы коллоидно-химические процессы и механизмы агрегирования в системе почва - ассоциат биоколлоидов микробоценоза “активный ил”. Установлено, что высокая эффективность гетерокоагуляции между клетками и частицами почвы с формированием биоагрегатов сопровождается снижением ж-потенциала, повышенной гидрофобности последних в присутствии биоэкзополимеров в условиях алкалигенного вектора микробного метаболизма.
Анализ ионно-электростатического взаимодействия коллоидов почвы и ассоциатов активного ила показал, что наиболее эффективно гетерокоагуляция будет происходить в системе активный ил - почвенные коллоиды. При этом потенциалопределяющими являются частички меньших размеров - почвенные, которые при формировании агрегатов могут покрывать достаточно равномерным слоем более крупные коллоидные асоциаты активного ила. Данный механизм определяет начальную стадию - преимущественно необратимую коагуляцию - процесса образования биоминеральных агрегатов.
Инициирование процесса агрегатообразования в почвенном монолите за счет введения активного ила, различных по резистентности биодобавок и обеспечения алкалигенного вектора метаболизма приводит к повышению содержания в почве водопрочных агрегатов, которые сохраняются в течение полугода, в 2-4 раза.
Полученные результаты явились научной основой новой эффективной агротехнологии структурирования различных типов почв.
Ключевые слова: коллоиды, агрегаты, почва, микроорганизмы, активный ил, гетерокоагуляция, агрегация, пептизация, гидрофобность, ж-потенциал
Підписано до друку 26.09.2006. Формат 60х84/16. Папір офс. №1. Гарнітура таймс.
Друк ізографічний. Ум.друк.арк.0.8. Ум.фарбо-відб. 0.8. Обл.-вид.арк. 0.9.
Тираж 100 прим. Зам. №28
Поліграфічна дільниця
Інституту металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України.
Україна, 03680 МСП, бульв. Академіка Вернадського, 36
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Класифікація металів, особливості їх будови. Поширення у природі лужних металів, їх фізичні та хімічні властивості. Застосування сполук лужних металів. Сполуки s-металів ІІА-підгрупи та їх властивості. Види жорсткості, її вимірювання та усунення.
курсовая работа [425,9 K], добавлен 09.11.2009Місце елементів-металів у періодичній системі Д.І. Менделєєва, будова їх атомів. Металевий зв’язок і кристалічна гратка. Загальні фізичні властивості металів, їх знаходження у природі. Взаємодія лужного металу з водою. Реакція горіння кальцію в повітрі.
презентация [638,5 K], добавлен 19.11.2014Елементи-метали в періодичній системі. Схема утворення енергетичних зон при збільшенні числа внутрішніх атомів. Кристалічна структура металів. Взаємодія металів з кислотами-неокисниками. Принципи промислового одержання металів. Сутність поняття "сплав".
лекция [610,2 K], добавлен 12.12.2011Хімічна корозія. Електрохімічна корозія. Схема дії гальванічної пари. Захист від корозії. Захисні поверхневі покриття металів. Створення сплавів з антикорозійними властивостями. Протекторний захист і електрозахист. Зміна складу середовища.
реферат [685,9 K], добавлен 20.04.2007Загальна характеристика елементів I групи, головної підгрупи. Електронна будова атомів і йонів лужних металів. Металічна кристалічна гратка. Знаходження металів в природі та способи їх одержання в лабораторних умовах. Використання сполук калію та натрію.
презентация [247,6 K], добавлен 03.03.2015Нові тенденції в розвитку біотехнології металів. Біонеметали і біометали. Хімічні елементи в складі живих організмів. Оцінка іонності і ковалентності зв'язків іонів біметалів за Б. Яцимірським. Характеристика основних напрямків розвитку біотехнології.
реферат [22,3 K], добавлен 25.08.2010Механізм протікання хімічної та електрохімічної корозії. Властивості міді, латуней і бронз. Види корозії кольорових металів. Основні принципи їх захисту способом утворення плівки, методом оксидування, з використанням захисних мастил та інгібіторів.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 17.01.2013Загальна характеристика. Фізичні властивості. Електронна конфігурація та будова атома. Історія відкриття. Методи отримання та дослідження. Хімічні властивості. Використання. Осадження францію з різними нерозчинними сполуками. Процеси радіолізу й іонізації
реферат [102,3 K], добавлен 29.03.2004Встановлення здатності системи орто-РОРОР утворювати комплекси з катіонами полівалентних металів. Спектрофотометричний та спектрофлуориметричний аналіз. Характеристики методу молекулярної люмінесценції. 1,2-біс-(5-фенілоксазоліл-2)-бензен та його похідні.
курсовая работа [855,4 K], добавлен 21.01.2012Загальні властивості та історія відкриття натрій тіосульфату. Його хімічні властивості і взаємодія з кислотами. Утворення комплексів тіосульфатів. Загальні основи одержання натрій тіосульфату сульфітним, полі сульфідним та миш'яково-содовим методами.
курсовая работа [72,1 K], добавлен 04.05.2015
