Способ локализации радиоактивных загрязнений почв

 

Использование: предотвращение утечки радионуклидов вместе с грунтовыми водами из мест загрязнения и зон подземного захоронения радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ заключается в создании в почве на путях миграции радионуклидов вместе с грунтовыми водами геохимических барьеров путем раздельного введения через пробуренные скважины водных растворов солей, содержащих катион щелочноземельного металла и анион минеральной кислоты, причем первым походу движения радионуклидов вводят катион щелочноземельного металла, при мольном соотношении количеств вводимых солей 1:1, в качестве катиона щелочноземельного металла используют ионы бария или кальция, а в качестве аниона минеральной кислоты - сульфат-ионы или фосфат-ион, 3 з.п.ф-лы.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 21 F 9/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4849426/25, 4849427/25 (22) 09.07.90 (46) 30.03,93. Бюл. ЬЬ 12 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (72) В.А, Копейкин (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт геологии нерудных полезных ископаемых (56) Соболев И,А., Хомчик 1.M. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах, М.: Энергоатомиэдат, 1983, с. 74.

Никифоров А.С. и др. Обезвреживание жидких радиоактивных отходов; М.; Энергоатомиздат, 1985, с,162.

Соболев И,А., Хомчик Л,М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. M.: Энергоатомиздат, .1983, с. 74.

Изобретение относится к способам локализации радиоактивных загрязнений почв и может быть использовано как для предотвращения утечки радионуклидов иэ мест загрязнения, так и для очистки поверхностных и сточных вод в зоне захоронения радиоактивных отходов (PAO).

Цель изобретения — повышение степени локализации радиоактивных загрязнений почв.

Поставленная цель достигается за счет того, что на путях возможной миграции радионуклидов иэ мест загрязнения создают

„,5U,, 1806411 АЗ (54) СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОЧВ (57) Использование: предотвращение утечки радионуклидов Вместе с Грунтовыми Водами из мест загрязнения и зон подземного захоронения радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ заключается в создании в почве на путях миграции радионуклидов вместе с грунтовыми водами геохимических барьеров путем раздельного введения через пробуренные скважины водных растворов солей, содержащих катион щелочноземельного металла и анион минеральной кислоты, причем первым по ходу движения радионуклидов вводят катион щелочноземельного металла, при мольном соотношении количеств вводимых солей 1:1, в качестве катиона щелочноземельного металла используют ионы бария или кальция, а в качестве аниона минеральной кислоты— сульфат-ионы или фосфат-ион. 3 э.п.ф-лы. ф геохимический защитный барьер свободной ъ фильтрации с фиксацией радионуклидов в а образующейся нерастворимой в воде твердой минеральной фазе. Указанный барьер создают путем раздельного введения в грунт водорастворимых катионов кальция или бария и анионов фосфорной или серной кислот, причем первыми по фронту распространения грунтовых вод с радионуклидами вводят катионы кальция или бария.

Особенностью способа является то, что радионуклиды, содержащиеся в грунтовых. водах, осаждаются непосредственно на re1806411 охимическом барьере, который создается в грунте в момент контакта мигрирующих радионуклидов с барий- и сульфат-ионами или кальций- и фосфат-ионами. При своем взаимодействии указанные катионы щелочноземельных металлов и анионы минеральных кислот образуют плохорастворимую минеральную фазу, в кристаллическую решетку которой входят присутствующие в грунтовых водах радионуклиды.

Другой особенностью способа является водопроницаемость создаваемого защитного геохимического барьера, Так.как использование 0,1;(,-ных растворов веществ при образовании нерастворимой минеральной фазы практически не изменяет порового пространства грунта, не препятствует фильтрации грунтовых вод с одновременной их очисткой от радионуклидов.

Вышеуказанные пары катионов и анионов вв0дят в почву на путях миграции радионуклидов от места загрязнения через скважины в виде их водорастворимых солей. Скважины располагают фронтально относительно пути движения радионуклидов, причем в ближайший по ходу миграции радионуклидов ряд скважин вводят водный раствор соли щелочноземельного металла, а в последующий ряд — водный раствор соли, содержащей анион минеральной кислоты. В случае, если одной пары рядов скважин будет недостаточно для задержания мигрирующих радионуклидов используют последующие пары рядов скважин. Сами скважины могут быть расположены относительно друг друга в линейном или шахматном порядке, однако шахматный порядок предпочтительнее из-за большей надежности контакта растворов солей друг с другом. Расстояние между рядами скважин составляет не менее 5 м, т.к,.при меньшем расстоянии эффект полного захвата радионуклидов геохимическим барьером может, не достигаться.

Способ локализации радиоактивных загрязнений почв осуществляется следующим образом, Вокруг пункта захоронения PAO в направлении стока грунтовых вод бурят в шахматном порядке четное количество рядов скважин фронтально расположенных относительно направления миграции радионуклидов. Диаметр и глубина скважин, глубина перфорации обсадной трубы (для закачки барьерных растворов), расстояние между скважинами и от стенок пункта захоронения

РАО определяется конкретными геологогидрогеологическими условиями пункта захоронения РАО.

Для конкретного случая ПЭРО "Подлесный" в районе Чернобыльской АЭС предложено: диаметр скважин — 130-150 мм, глубина скважин — 20 м, расстояние между скважинами — от 5 до 10 м, удаление первого ряда скважин от стенок пункта захоронения

РАΠ— 20-30 м. Концентрация барьерных растворов составляет 0,1, При наличии в районе загрязнения ра"0 диоактивных вод с кислой реакцией (рН < 7) первыми по фронту вводят водорастворимые катионы щелочноземельных металлов кальция или бария для создания щелочной среды, в которой наиболее полно происхо"5 дит образование фосфатного геохимического барьера при взаимодействии оксида кальция и фосфата (или дигидрофосфата) калия и сульфатного геохимического барьера при взаимодействии гидроокиси (или

20 нитрата) бария с сульфатом натрия. В кристаллическую решетку этих геохимических барьеров входят радионуклиды, содержащиеся в грунтовых водах.

При наличии в районе загрязнения

25 радиоактивных вод со слабощелочной реакцией очередность введения водорастворимых веществ может быть любой.

Для подтверждения осуществимости способа и достижения поставленной цели

30 проведены лабораторные испытания на воде, взятой из раскопа в районе пункта временной ликвидации радиоактивных отходов (ПВЛРО) "Рыжий лес" в районе Чернобыльской АЭС.

Пример 1. Водорастворимые реаген35 ты сульфат натрия и нитрат бария использо вали в виде 0,10 0 -ных растворов при их мольном соотношении 1:1 °

Отбиралось 4 л загрязненной радионук40 лидами воды, весь объем делили на две равные части, в одной растворили 4 г нитрата бария, в другой части — 2,174 r сульфата натрия. Оба раствора сливали при перемешивании, при этом выпадал осадок сульфа45 та бария, вес осадка составил 3,572 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов. Оставшиеся 3,8 л снова делили на две равные части, В первой части растворили 3,8 г нитрата бария, во второй — 2,068 г сульфата натрия. Оба раствора сливали при перемешивании, выпавший осадок составил 3,394 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов. Оставшиеся 3,6 r

55 снова делили на две части. В первой части растворили 3,6 г нитрата бария, а во второй

1,957 r сульфата натрия. Оба раствора вновь сливали при перемешивании с образованием осадка сульфата бария. Вес осадка состааил 0,210 г. После отбора 200 мл растаора

1806411 для анализа, оставшиеся 3,4 л раствора вновь делили на две части. В первой растворили 3,4 г нитрата бария, во второй — 1,848 г сульфата натрия. Вес образовавшегося осадка составил 3.036 г. Всего за время опыта выпало осадка сульфата бария 13,217 г.

Полученный осадок фильтровался и сушился на воздухе в течение одной недели и затем был проверен на десорбцию радионуклидов из него во внешнюю среду. Для чего полученный осадок выстаивался на воздухе в течение 2 месяцев, после чего заливался дистиллированной водой, перемешивался и отстаивался в течение 18-ти месяцев под водой. По истечении этого срока воду над осадком анализировали на содержа ние радионуклидов. Вода удовлетворяла нормам ДКь (НРБ 76/87).

Результаты очистки воды от радионук лидов представлены в табл.1.

Пример 2, Водорастворимые реагенты геохимического фосфатного барьера— оксид кальция и фосфат или дигидрофосфат калия — использовали в виде 0,1 -ных рас творов при их мольном соотношении 1:1.

Отбиралось 4 л загрязненной радионуклидами воды, весь объем делили на две равные части. В одной раствори IN 4 г дигидрофосфата калия, во второй части—

2,7472 оксида кальция. Оба раствора сливали при перемешивании, при этом выпадал осадок гидроксилапатита. Вес осадка составил 4,9215 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов.

Оставшиеся 3,8 л раствора снова делили на две равные части. В первой части растворили 3,8 r дигидрофосфата калия, во второй—

2,6098 г оксида кальция, оба раствора сливали при перемешивании с образованием осадка гидроксилапатита, вес осадка—

4,675 г. Оставшиеся 3,6 г раствора после отбора пробы для анализа, снова делили на две части. В первой растворяли 3,6 г дигидрофосфата калия, во второй — 2,4725 r оксида кальция. Вес выпавшего осадка после сливания и перемешивания составил—

4,429 r. Всего за время опыта выпало осадка гидроксилапатита — 14,0255 г. Полученный осадок проверен на десорбцию из него радионуклидов во внешнюю среду.

Результаты очистки воды от радионуклидов представлены в табл.2.

Пример 3. Проводили натурные испытания геохимического фосфатного барьера на воде из пункта временной ликвидации радиоактивных отходов (ПВЛРО)

"Рыжий лес" район Чернобыльской АЭС.

Испытания проводили в металлическом ящике размером 2000 х 500 х 350 мм. разделенном перегородками на 8 секций, перего50

Формула изобретения

1. Способ локализации радиоактивных загрязнений почв, включающий создание вокруг места загрязнения защитного барьера, отличающийся тем, что, с целью повышения степени локализации радиоактивных загрязнений, на путях миграции радионуклидов в почве бурят четное число рядов фронтально расположенных скважин, в нечетные ряды которых вводят 0,1 -ный раствор соли, содержащей катион щелочноземельного металла, а в четные ряды — 0,1 ный раствор соли, содержащей анион родки не достигают на 90 мм дна ящика, 3 перегородки не достигают верха ящика на

95 мм. Ящик на высоту 30 см засыпан местным песком. В первую секцию наливали во5 ду из раскопа в ПВЛРО, в которую предварительно добавили исходные реагенты дигидрофосфат калия и оксид кальция сначала один, а поток другой. Фильтрация воды через песок осуществлялась медлен10 но, в последнем 8-м секторе вода показалась через 15 дней, После появления воды соответственно во 2-й, 4-й и 6-й секциях в нее добавлялись реагенты из расчета 0,1 ной концентрации в растворе при мольном

15 соотношении 1:1.

В последнюю секцию поступала вода, удовлетворяющая нормам ДКь, что показано в табл.3.

Пример 4. Проводили по примеру 3, 20 но в качестве барьерных растворов использовали сульфат натрия и нитрат бария при их мольном соотношении 1:1.

В табл. 4 проведены результаты испытаний.

25 Из приведенных данных видно, что активность воды после прохождения через геохимический защитный барьер снижается до норм допустимой концентрации радионуклидов в воде, ДКв.

30 Таким образом, использование изобретения позволит повысить степень локализации радиоактивных загрязнений почв в районах захоронения радиоактивных отходов и при возможных авариях АЭС, предот35 вратить обводнение мест захоронения РАО, так как образующиеся геохимические защитные барьеры не препятствуют фильтрации грунтовых вод вследствие своей водопроницаемости; предотвратить мигра40 цию радионуклидов из зоны радиоактивного загрязнения как с грунтовыми водами, так и возможность их последующего испарения и поступления в состав атмосферной пыли, что будет способствовать улучшению

45 экологической обстановки.

1806411. 10

Таблица 1

Таблица 2 минеральной кислоты при молярном соотношении количеств вводимых солей 1:1, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что все.скважины расположены друг относительно друга в шахматном поряд.ке.

3, Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве катиона щелочноэемельного металла используют ион бария. а в качестве аниона минеральной кислоты — сульфат-ион.

4. Способ по п1,отл ич а ю щи йс я

5 тем. что в качестве катиона щелочноэемельного металла используют ион кальция, а в качестве аниона минеральной кислоты— фосфат-ион.

1806411

Таблица 3

Таблица 4

Составитель А. Юдин

Техред М. Моргентал

Корректор Н, Кешеля

Редактор А. Коляда

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 976 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5