МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ ПОЛИМЕРАМИ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ БИОДЕГРАДАЦИЕЙ

MODIFICATION OF SURFACE SOIL LAYER WITH POLYMERS FOLLOWED BY BIODEGRADATION

Yunak Sabrina

Master’s student, the ecology and technosphere safety department, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Kaluga

Anfilov Konstantin Lvovich

Scientific supervisor, candidate chemical sciences associate, professor, Kaluga Branch of Bauman Moscow State Technical University,

Russia, Kaluga

АННОТАЦИЯ

Рассматривается возможность модификации почв полимерами для защиты от эрозии и повышения физико-химических свойств с возможностью последующей успешной биодеградации.

ABSTRACT

The possibility of modifying soils with polymers to protect against erosion and increase the physico-chemical properties with the possibility of subsequent successful biodegradation is being considered.

Ключевые слова: полимеры, почва, защита от эрозии, экологичное вторичное использование.

Keywords: polymers, soil, erosion protection, eco-friendly recycling.

Полимеры давно и прочно вошли во все сферы нашей жизни. По происхождению полимеры объединяют в три группы:

1. природные полимеры, которые также называют – натуральными, естественными, биополимерами. Эти полимеры образуются в процессе жизнедеятельности растительных и животных организмов. Примеры полимеров данного класса: целлюлоза, крахмал, натуральный каучук, белки, хитин, пектин, дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), рибонуклеиновые кислоты (РНК) и др.;
2. искусственные полимеры получают химическим преобразованием природных полимеров. Примеры: эфиры целлюлозы (ацетаты целлюлозы, нитраты целлюлозы и др.), вискоза, хлоркаучук и др.;
3. синтетические полимеры, представляющие собой продукт полимеризации или поликонденсации мономеров, полученных путем химической переработки нефти, природного газа, угля. Примеры полимеров данного класса: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, полиамиды (капрон, найлон и др.), полиэфиры (полиэтилентерефталат, глифталевые смолы и др.), полиуретаны, фенолоформальдегидные смолы и др[1].

Имея широкий спектр применения, полимеры и материалы на их основе образуют значительны объёмы отходов как в процессе производства и использования изделий, так и после их эксплуатации. В промышленности применяют следующие основные направления утилизации и ликвидации отходов пластмасс:

1. Переработка отходов в полимерное сырье и повторное его использование для получения изделий;

2. Сжигание вместе с бытовыми отходами;

3. Пиролиз и получение жидкого и газообразного топлива;

4. Захоронение на полигонах и свалках.

Несмотря на значительные преимущества повторного использования полимерных материалов, таким способом утилизируется лишь незначительное их количество, что связано с трудоемкостью собора, разделения, сортировки, очистки отходов (прежде всего отходов бытового потребления). Поэтому наряду с вторичной переработкой отходов пластмасс в изделия в промышленности используются и другие способы утилизации [2].

Многообещающим способом использования полимерных отходов является комплексное многоступенчатое использование полимеров с включением их в естественные круговороты веществ.

К таким способам можно отнести использование полимеров, пприменяемых для укрепления поверхностного слоя почвы для предотвращения осыпания склонов и эрозии.

Одним из путей повышения устойчивости почв и сельскохозяйственных грунтов является модификация структуры с целью повышения механической стойкости, стойкости к эрозии, влагоудерживающей и адсорбционной способности, стабилизации почвенных коллоидов. Возможным путем такой модификации является введение в состав поверхностного слоя грунтов гидрофильных полимеров. Важнейшим требованием к таким полимерам является биосовместимость с природными объектами. Биосовместимость подразумевает отсутствие фитотоксичности и токсического действия компонентов полимерных композиций на почвенную микрофлору. В тоже время материалы должны обладать достаточной биологической стойкостью в природных системах и устойчивостью к вымываемости, что обеспечивает возможность непосредственного контакта исходных компонентов и продуктов отверждения с природными грунтами, грунтовыми водами и питьевой водой.

Наиболее перспективными для получения экологически чистой среды при модификации грунтов являются синтетические гидрогели. Гидрогели представляют собой полимеры, которые содержат большое количество гидрофильных групп, которые не растворяются при оставлении в водных средах и обладают свойствами набухания, удерживая большое количество воды. Их также называют гидрофильными полимерами. Гидрогели имеют функциональные группы, такие как , которые обеспечивают гидрофильный характер полимерных цепей в их сетях. Гидрогели с высокой способностью удерживать воду в конструкциях также очень похожи на живые ткани, поскольку они имеют мягкую и гибкую структуру [3].

При выборе полимеров для укрепления грунтов следует учитывать целый ряд факторов, определяющих эффективность их применения. Наиболее важными характеристиками полимеров, указывающими на пригодность его для укрепления грунтов, является:

- растворимость или диспергируемость в воде при введении полимера (или составляющих его мономеров) в грунт, при перемешивании и уплотнении смеси;

- нерастворимость в воде и несмачиваемость после отверждения;

- способность к активной связи полимера с минеральной поверхностью зерен грунта;

- способность к избирательной адсорбции по отношению к гидрофильным глинистым минералам с образованием в дальнейшем хемосорбционных соединений;

- сопротивляемость физическим и химическим воздействиям и биологическому разрушению;

- способность самопроизвольно растекаться по поверхности увлажненного грунта;

- экономичность (возможность применения полимера в небольших количествах, недифицитность и относительная дешевизна) [4].

Нам видится перспективным использование полимеров и в качестве дренажа.

Вода и воздух — компоненты, необходимые для развития растений и почвенных микроорганизмов. В избыточно увлажненных почвах глубина залегания корневой системы ограничивается лишь несколькими сантиметрами поверхностного слоя. Растения не могут укрепиться в почве и проникнуть к питательным веществам следующих горизонтов. В свою очередь плохо аэрируемые почвы препятствуют нормальному поглощению питательных веществ. Искусственные дренаж необходим, когда внесение органического материала, обычного или крупнозернистого песка, не создает условий для желаемого естественного дренажа. Тяжелые глинистые почвы, участки с высоким уровнем грунтовых вод или непроницаемым подпочвенным слоем для обеспечения полноценного роста растении нуждаются в искусственном дренаже.

Полимерные отходы после очищения и частичной механической деградации помещаются в одиночную траншею. Ее заполняют измельченным полимером после чего насыпают верхний слой почвы. Такая система будет неплохо осушать участки средних размеров.

Проведённые исследования показывают, что использование полимерных материалов в качестве дренажа не препятствует существованию почвенных обитателей и способствует росту и развитию растений. [5]

Список литературы:

1. Гоголь Э. В. Анализ существующих способов утилизации и переработки отходов полимеров // Вестник Казанского технологического университета. 2013.  №10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-suschestvuyuschih-sposobov-utilizatsii-i-pererabotki-othodov-polimerov (дата обращения: 23.10.22)
2. Гринин А.С. Промышленные и бытовые отходы: Хранение, утилизация, переработка. – М.: Изд-во ФАИР-ПРЕСС, 2002. − 149-153 с.
3. Клинков А.С. Утилизация и вторичная переработка тары и упаковки из полимерных материалов: учебное пособие. − Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. − 100 с.
4. Моторова Т.С., Анфилов К.Л., Основные способы использования отходов ПЭТФ // наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: тезис докл. Всерос. научно-технич. конф. (Калуга 16-18 ноября 2021 г.) - Т.1.- С. 96-100.
5. Чудакова Т.А., Анфилов К.Л., Никулина С.Н., Гордеев А.С., Модификация почв и грунтов с использованием акриловых гидрогелей // Техносферная безопасность. Современные реалии: тезис докл.Всерос. научно-практическ. конф.(Махачкала 21-22 нояб. 2019г.) – С. 119-122.