Способ очистки почвы от радионуклидов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) (11)1)5 А 01 В 79/02 И АТЕНТУ при очистке поч ность изобретен раствор сул ьфид на однолетних Растения в тече выделяют из них ния и целевую пр однолетних и мн высевают семен карственного, м беловойлочного 1 табл. тики АНолотовействия"Эхо СССР86.Ы ОТ ДИм хоз ве ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АНИЕ ИЗОБРЕ(71) Институт ядерной энерге(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧОНУКЛИДОВ(57) Использование: в сельск Изобретение относится к области разработки активных технологий очистки почвы от радионуклидов в бинарных циклах производств с использованием фитодезактивации слоя почвы как активного технического средства ликвидации и утилизации последствий аварии на Чернобыльской АЭС,Цель изобретения - уменьшение капитальных и энергетических затрат, интенсификация процесса очистки (фитодезактивации) почвы и получение чистой продукции,Это достигается тем, что предлагаемый способ очистки почвы от радионуклидов, включающий внесение в нее неорганических соединений, предполагает, что зараженный радионуклидами слой почвы периодически обрабатывают при регулируемом поливе водными растворами сульфида аммония, высаживают в обрабатываемый слой почвы семена однолетних и многолетних растений, растения собирают и осуществляют выделение радионуклидов, их соединений и целевой продукции из зеленой массы растений технологическими ы от радионукчидов Сущия: в почву вносят водный а аммония, высевают семеи многолетних растений, ние вегетации собирают и радионуклиды, их соединеодукцию. В качестве семян оголетних растений в почву а донника белого и/или леяты перечной, дубровника и тимьяна обыкновенного. приемами разделения, например методами паровой перегонки, экстракции, ректификации и т.д. При этом при посадке в почву используют семена донника белого и/или лекарственного, мяты перечной, дубровника беловойлочноготимьяна обыкновенного.Степень локализации радионуклидов по предлагаемой технологии зависит от химического состава и физико-химического состояния радионуклидов, агрохимического состояния почвы, процентного содержания в ней гумуса, его качества, состояния микро- фауны (бионики) почвы, применяемых в качестве локализаторов (сорбентов) растений, технологий и периодичности обработки почвы неорганическими соединениями, их концентраций и других факторов.Предлагаемый способ отличается масштабностью, его можно успешно использовать в качестве активного средства очистки (фитодезактивации) обширных территорий, загрязненных радионуклидами, без необходимости снятия, переноса и переработки почвы на этих территориях и механического воздействия на нее.Физическая сущность изобретения заключается в сочетании химических, физических, микробиологических и физиологических средств воздействия на почву и комплексообразователи. Данные средства обеспечивают переход нерастворимых и малорастворимых форм и соединений радиоизотопов в физико-химическое состояние, легко усваиваемое определенным видом (родом) растений-локализаторов, при определенном воздействии на процесс сорбции агрохимического состояния и микро- фауны почвы, с последующим выделением из зеленой массы растений чистой товарной продукции и утилизацией локализованного остаточного продукта, обогащенного радионуклидами, например, посредством его сжигания и захоронения в спецхранилищах.При периодической обработке почвы растворами неорганического соединения (ИН 4)2 Я - Н 20 при регулируемом поливе происходит не только переход нерастворимых и малорастворимых форм соединений радиоизотопов стронция и цезия в водорастворимые и обменные формы соединений, легко усвояемых определенными видами растений, но и повышается содержание (в обрабатываемой по данной технологии почве) гуминовых кислот (гумуса) за счет наличия ч Нз-групп и задернения почвы, которое полностью исключает процессы ветровой эрозии и заражения радионуклидами территории чистых зон,В результате катастрофы на ЧАЭС произошел выброс топлива активной зоны реактора на обширные территории в основном в виде полидисперсных матричных соединений - горячих топливных частиц. Концентрация. таких частиц по территориям неравномерна и различается на несколько порядков, при этом образованные комплексные соединения малорастворимы или нерастворимы вообще,В процессе природного и антропогенного воздействия происходит постепенное вымывание на поверхность горячих топливных частиц радиоизотопов Яг, Сг и др, радиоэлементов, их растворение и переход в различные соединения (нитраты, сульфиты, хлораты, карбонаты и др, соединения неорганического и органического происхождения).Данные соединения цезия и стронция, относящихся к 1 А и 11 А группам элементов, являющиеся основными радионуклидами в гамме загрязнения почвы, малорастворимы, На закисленных почвах резко снижается усвоение данных комплексообразований и соединений радиоизотопов растениями,Для интенсификации природной (безвмешательства человека) фитодезактивации и повышения степени локализации радиоизотопов растениями на таких почвах и 5 их раскисления применена обработка почвы водными растворами сульфида аммония.При обработке по данному технологическому регламенту в результате гидролиза 10 протекают реакции;(МН 4)2 Я+ 2 Н 20 ИН 40 Н + Н 2 Я ЙН 40 НЙНЗ+ Н 20 В результате реакции ионного обмена; М 2+Н 2 Я - МЯ+НЕгде М - радиоизотоп; Е - кислотный остаток,20 Сульфиды Я-элементов А и 11 А групп(как и оксиды) растворимы в воде и пригидролизе образуют щелочную среду;С 82 Я+ Н 20 -СзЯН+ СзОН и далееСзЯН + Н 20 СзОН + Н 2 Я2 ЯгЯ+ Н 20 - Яг(ЯН)2+ Яг(ОН)2 и далееЯг(ЯН)2+ 2 Н 20 - Яг(ОН)2+ 2 Н 2 Ят,Е. СЗ 2 Я+2 Н 20 -2 СЗОН+ Н 2 Я и2 ЯгЯ+ ЗН 20 -2 Яг(ОН)2+ 2 Н 2 Я30В процессе внесения водного раствора сульфида аммония при регулируемом поливе почвы обеспечивается процесс ее известкования, Применение в данном тех нологическом регламенте на подкисленныхи засоленных почвах таких культур как донник белый и/или лекарственный, мята перечная, дубровник беловойлочный, тимьян обыкновенный раскисляет и рассаливает 40 почвы, создает условия обогащения их азотом. При этом данные растения семейства губоцветных и семейства бобковых, произрастающие в средней полосе Европейской части, растения умеренного климата, требовательные к влажности почвы, хорошо отзываются на внесение органических и минеральных удобрений, резко повышают свою урожайность на обрабатываемых участках посевов, при одновременном уве личении усвояемости растениями локализованных радионуклидов за счет перевода их в известковые формы. Растения, используемые в предлагаемой технологии, обеспечивают укос их зеленой массы за сезон не менее двух раз.Использование в предлагаемом способе водных растворов сульфида аммония не только повышает усвояемость соединений радионуклидов, но и значительно улучшает5 10 15 20 25 30 40 45 50 жизнедеятельность самой почвы и высаженных на ней растений, интенсифицируя процесс растворения радионуклидов и их усвоения зеленой массой выбранных растений.Выделение из зеленой массы растений экологически ценного сырья и продукции и концентрация радионуклидов в остаточном продукте обеспечиваются в предлагаемой технологии на стадии обработки зеленой массы растений технологическими приемами разделения, например путем экстракции, ректификации, паровой перегонки и т.д, В качестве экстрагента (растворителя) в предлагаемой технологии может быть использован, например, жидкий СО 2. Использование данного селективного растворителя при выбранных технологических параметрах обеспечивает процесс разделения смеси жидкого и твердого вещества, переход радионуклидов в форме карбонатных соединений в твердую фазу (рафинат) и извлечение из зеленой массы растений жидкой фазы - экологически чистой продукции; ароматических веществ, лекарственного сырья, сырья пищевой, консервной, ликероводочной, фармацевтической, парфюмерно-косметической и др. отраслей промышленности.Предлагаемый авторами способ был осуществлен и отработан в вегетационных опытах в лабораторных условиях с использованием дерново-подзолистой суглинистой почвы (грунта) из зоны отселения (район: южная сторона окраины д. Кирово, Наровлянского района, Гомельской обл.), Среднее суммарное загрязнение данной почвы радионуклидами составило 60 - 70 Ки/кмПочва, не подвергшаяся обработке с 1986 г., была помещена в кольцевые ячейки диаметром 560 мм, толщиной слоя до 250 мм,Контроль рН почвы осуществлялся с помощью стандартной методики, разработанной в ЦИНАО (ГОСТ 26483-85) приготовлением солевой вытяжки,Начальная кислотность почвы составляла 5,6 - 6,0. В процессе внесения в почву 10,-ного водного раствора сульфида аммония обеспечивалось поддержание рН почвы в интервале 9,5 - 10,8.Эксперимент производился с использованием четырех видов растений, высаженных в отдельности в четырех ячейках каждое, при этом две ячейки по каждому растению являлись ячейками контроля, в которых протекал процесс природной фитодезактивации без внесения в почву неорганических веществ по предлагаемой технологии, а лишь при использовании регулируемого полива.После среза через определенные периоды времени растения сушили и измельчали, после чего помещали сухую зеленую массу в лабораторный экстрактор, в котором в качестве экстрагента использовался жидкий СОг. Процесс экстракции производили в одностадийном и многостадийном режимах. После чего осуществлялось измерение радиоактивности экстракта и рафината, полученных из зеленой массы растений из всех шестнадцати опытных посадок (ячеек) с применением стандартных методик определения содержания цезия, 137, рутения, церия, стронция, урана и плутония, 240, 241, утвержденных Межведомственной комиссией Госкомгидромета по радиационному контролю природной среды - Инструкция и методические указания по оценке радиоактивности на загрязненных территориях, утв. 29,04.1987 г.В таблице приведены результаты вегетационных опытов и показано изменение коэффициента накопления радионуклидов(КН) в тканях растений в зависимости от вида растений и времени их среза (вегетационного периода). Коэффициент накопления (КН) есть отношение концентрации радиоактивности в экстракте и рафинате к концентрации радиоактивности в 1 кг почвы, при этом концентрация радиоактивности в экстракте и рафинате рассчитывается на 1 кг сухого продукта (растения) для их образования.В опытах средняя концентрация радиоактивности изотопов; цезия, рутения, церия, стронция, урана и плутония в почве составляла: 3.06 10 Бк/кг. Плотность почвы равнялась 1,36 г/см,Эксперимент показал, что применение предлагаемой технологии позволяет по сравнению с контролем интенсифицировать процесс на 1 - 3 порядка, увеличить фитосорбцию (аккумуляцию) радионуклидов донником белым и/или лекарственным. мятой перечной, дубровником беловойлочным, тимьяном обыкновенным, обеспечив в пересчете через среднюю урожайность этих растений на дерново-подзолистых почвах за один вегетационный период очистку почвы от радионуклидов на 2 - 5, Существуют и другие растения, позволяющие обеспечить при применении предлагаемой технологии высокий коэффициент фитосоробции радионуклидов в широком спектре их избирательности.При этом, как показал эксперимент, предлагаемая технология обеспечивает выделение из надземной части растений чис,2 10-г Донник белый и лекарственный НД3,7 109,2 1 О8,3 10 Контроль/экстрактКонтроль/рафинатОпыт/экстрактОпыт/рафинат 25,4 1 1,61 О 8,1 1 О 39,1 Ната перечная Ндф 1,810.г 2,5 10 5,3 1 О НД 1,7 10-г 2,4 10 5,6 10 Контроль/экстракт Контроль/рафииат Опыт/экстрактОпыт/рафинат 22,1 5 30,5 6 ДУОровник беловойлбчный НД6,4 10-г7,4 109,1 10 НД6,1 1 Ог7,2 108,710 Контроль/экстракт 13,4 Контроль/рафинатОпыт/экстракт 12 18,1 10 Опыт/рафинат Тимьян обыкновенный Контроль/экстрактКонтроль/рафинатОпыт/экстрактОпыт/рафинат НЛ 5 3,10-г 8,3 10 9, 7 10 13 12,5 5,1 10 г 8,2 1 О 9,410 18,2 16 14 той целевой продукции, при концентрировании радиоизотопов в остаточном продукте переработки с последующей их утилизацией и захоронением по известным технологиям.Использование в предлагаемой технологии дезактивации почвы растениями семейства губоцветных и бобковых, относящихся к растениям, содержащим большую гамму ароматических и лекарственных веществ, в сочетании с периодической обработкой загрязненных радионуклидами почв водными растворами сульфида аммония, позволит отказаться от энергоемких, требующих огромных материальных вложений и капитальныхзатраттехнологий, не позволяющих уменьшить коллективную дозу загрязнения.Предлагаемая технология - активный инструмент снижения коллективной дозы загрязнения местности при активном землепользовании,Она по сравнению с убыточными технологиями очистки почвы обеспечивает от вложений в нее получение прибыли за счет получения и производства чистой дорогостоящей и дефицитной продукции: ароматических веществ, эфирных масел и т,д, из сырья (зеленой массы растений) фитодезактивации. еНД - ниже предела детектирования Экономический эффект при применении предлагаемой технологии на загрязненных радионуклидами территориях Гомельской и Могилевской областей соста вит десятки миллиардов руб., позволит вернуть земли и рабочую силу к активному землепользованию, обеспечит очистку высокоплодородных пахотных земель от радионуклидов максимально в течение 15 - 30 10 лет, а при усовершенствовании технологиивозможно и раньше.Формула изобретения1.Способ очистки почвы от радионуклидов, включающий внесение в нее неоргани ческих соединений, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности способа, в качестве неорганических соединений используют водный раствор сульфида аммония, а после внесения его в почву 20 высевают семена однолетних и многолетних растений, которые собирают в течение вегетационного сезона и выделяют из них радионуклиды, их соединения и целевую продукцию.25 2,Способпоп,1, отличающийсятем, что в качестве семян однолетних и многолетних растений высевают семена донника белого и/или лекарственного, мяты перечной, дубровника беловойлочного и 30 тимьяна обыкновенного.