Способ очистки почвы от радионуклидов

 

Использование: в сельском хозяйстве при очистке почвы от радионуклидов. Сущность изобретения: в почву вносят водный раствор сульфида аммония, высевают семена однолетних и многолетних растений. Растения в течение вегетации собирают и выделяют из них радионуклиды, их соединения и целевую продукцию. В качестве семян однолетних и многолетних растений в почву высевают семена донника белого и/или лекарственного , мяты перечной, дубровника беловойлочного и тимьяна обыкновенного. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s А 01 В 79/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О ф

С> с.) (21) 4900710/15 (22) 09.01.91 (46) 23,03,93. Бюл. ¹ 11 (71) Институт ядерной энергетики АН БССР (72) В,В.Романовский и Б,В.Болотов (73) Белорусский комитет действия "Эхо

Чернобыля" (56) Авторское свидетельство СССР

N 1450645, кл. G 21 F 9/06, 1986. (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ OT РАДИОНУКЛИДОВ (57) Использование: в сельском хозяйстве

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

A3C.

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 по .вы семена однолетних и многолетних растений, растения собирают и осуществляют выделение радионуклидов, их соединений и целевой продукции из зеленой массы растений технологическими. Ы 1804280 АЗ при очистке почвы от радионуклидов. Сущность изобретения: в почву вносят водный раствор сульфида аммония, высевают семена однолетних и многолетних растений, Растения в течение вегетации собирают и выделяют из них радионуклиды, их соединения и целевую продукцию. В качестве семян однолетних и многолетних растений в почву высевают семена донника белого и/или лекарственного, мяты перечной, дубровника беловойлочного и тимьяна обыкновенного.

1 табл. 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 беловойлочного„тимьяна 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 микрофауны (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.

1804280

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 микрофауны 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 (ИН4)г$ — Нг0 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 КНз-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 Sr, Cr 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 IA u IIA 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 (без вмешательства 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

"0 протекают реакции; (МН )г$+ 2НгО ИН40Н + Нг$

NH40H - ФЙНз+ НгО

В результате реакции ионного обмена;

MZ+ Нг$ -«М$+ HZ где M —; Z — кислотный остаток, Сульфиды S-элементов IA u IIA групп (как и оксиды) растворимы в воде и при гидролизе образуют щелочную среду;

CITES + НгО CsSH + CsOH и далее

CsSH + Нг0 - Cs0H + Нг$

2SrS+ НгО - $г($Н)г+ $г(ОН)г и далее

$г($Н)г+ 2НгО -«$г(ОН)г+ 2Нг$ т,е. Сзг $ + 2НгО 2CsOH + Нг$ и

2SrS+ ЗНгО -«2$г(ОН)г+ 2Нг$

В процессе внесения водного раствора сульфида аммония при регулируемом поливе почвы обеспечивается процесс ее известкования, Применение в данном тех35 нологическом регламенте на подкисленных и 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 уве50 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 улучшает

1804280

25

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 COz. 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/км

Почва, не подвергшаяся обработке с

1986 r., 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-134, 137, рутения-106, церия-144, стронция-90, урана235 и плутония-239, 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 r.

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 техноnorw высокий коэффициент фитосоробции радионуклидов в широком спектре их избирательности.

При этом, как показал эксперимент, предлагаемая технология обеспечивает выделение из надземной части растений чис1804280

УслоВия произростания/состав

1 сред, (BpeH8 дт времени

ПОСВДКИ

80 сут) Сред.эа вег.период урожайн. сух.эел. массы, влаж.152, ц/га

Р опыта

2 срез (время от времени посадки

150 сут) N опыта (502:502)

НД

4,2 10-з

Донник белый и лекарственный

НД

3,7 109,2 10

8,3 10

Контроль/экстракт

Контроль/рафинат

Опыт/экстракт

Опыт/рафинат

25,4 1

1,6 1О

8,1 10

39,1

Ната перечная

НД

1,8 10 з

2,5 ° 10

5,3 1О

НД

1,710 з

2,4.10

5,6.10

Контроль/экстракт

Контроль/рафииат

Опыт/экстракт

Опыт/рафинат

22,1 5

30,5 6

Дубровник беловойлбчный

НЛ

6,4 10 з

7,4 10 9,1.1О

НД

6,1 10

7,2-10

8,7 10

Контроль/экстракт

13,4

Контроль/рафинат

Опыт/экстракт

18,1 10

Опыт/рафинат

Тимьян обыкновенный

Контроль/экстракт

Контроль/рафинат

Опыт/экстракт

Опыт/рафинат

НЛ

5,310з

8,3 ° 10

9,7 10

13

12,5

5,1 10 з

8,2.10

9,4 10

18,2

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. е

НД - ниже предела детектирования

Экономический эффект при применении предлагаемой технологии на загрязненных радионуклидами территориях

Гомельской и Могилевской областей соста5 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 технологии возможно и раньше.

Формула изобретения

1.Способ очистки почвы от радионуклидов, включающий внесение в нее неоргани15 ческих соединений, отличающийся тем, 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, отличающийся тем, что в качестве семян однолетних и многолетних растений высевают семена донника белого и/или лекарственного, мяты перечной, дубровника беловойлочного и

30 тимьяна обыкновенного.