Способ снижения перехода радионуклидов цезия из почвы в растения

 

Использование: в сельском хозяйстве, в частности в способах снижения перехода радионуклеидов цезия из почвы в растения. Сущность изобретения: для получения "чистой" продукции растениеводства в почву вносят ферроцианидо-бентонитовый сорбент - отход процесса деметаллизации и осветления виноматериалов или сорбент, полученный из хлоридных травильных растворов. Сорбенты содержат 1-10 мас.% ферроцианидов меди и/или трехвалентного железа. Сорбент вносят в почву перед ее механической обработкой в количестве 2-20 г/м² или при поливе в количестве 0,05-5 г/м² . Это снижает переход радиоцезия в растения в 2-30 раз. 3 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к сельскохозяйственной радиологии, конкретно, к кормопроизводству, и может быть использовано для получения "чистой" продукции растениеводства на территории, загрязненной радиоизотопами цезия.

Известен способ снижения поступления радиоизотопов стронция и цезия из почвы в растение за счет применения различных агроприемов обработки почвы (фрезерование, дискование, вспашка и заглубление загрязненного слоя) в сочетании с внесением в почву мелиорантов, химических и органических удобрений. Недостатком данного способа является недостаточная степень снижения поступления радионуклидов в растение (не более 2,5 раз).

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ снижения поступления обменного радиоцезия путем внесения в почву природного сорбента - цеолита - в количестве 10 т/га (1 кг/м²) (прототип). Недостатком способа является низкая степень снижения перехода радиоцезия в растения (не более чем 1,5 раза).

Задачей изобретения является увеличение степени снижения перехода радиоцезия из почвы в растения.

Поставленная цель решается путем внесения в почву ферроцианидно-бентонитового сорбента на основе ферроцианидов меди и/или железа - отхода процесса деметаллизации и осветления виноматериалов.

Существенным отличием предложенного способа является использование в качестве селективного сорбента ферроцианидно-бентонитового сорбента (ФБС), причем ФБС вносят в почву перед ее механической обработкой в количестве 5-20 г/м² или при поливе в количестве 0,05-5 г/м² в пересчете на ферроцианидную составляющую.

Данная совокупность существенных признаков не описана в патентной и научно-технической литературе, что свидетельствует о соответствии предложенного решения требованию "новизна".

ФБС в виде осадка образуется в больших количествах при деметаллизации (удалении избыточных ионов железа, цинка, меди и др. металлов) и осветлении виноматериалов. Согласно существующей технологии, виноматериал, загрязненный ионами переходных металлов выше допустимых норм, обрабатывают раствором ферроцианида калия и порошкообразным бентонитом, иногда в присутствии пищевых коагулянтов (желатин, костный клей и др.). Образующиеся при этом ферроцианиды переходных металлов захватываются частицами бентонита и вместе со взвешенными веществами оседают в виде осадка. После отстоя и сгущения осадок сушат и используют в качестве сорбента. Торговая марка такого сорбента "ХЖ-90". В сухом ХЖ-90 основными компонентами являются бентонит и ферроцианиды переходных металлов (в основном железа (III)). Кроме указанных компонентов в небольших количествах содержатся соли органических кислот, остатки плодов и ягод, желатина, микроэлементы.

В сорбенте ХЖ-90 содержание ферроцианида железа составляет 1,5-5 мас.%.

Кроме того, ФБС образуется при двухстадийной обработке бентонитовой глины сначала отработанными травильными растворами (содержащими хлориды железа или смесь хлоридов железа и меди), а затем ферроцианидом калия. В этом случае образовавшиеся сорбенты могут содержать 2,5-10 мас.% ферроцианидов переходных металлов. Использование данной технологии получения позволяет утилизовать ряд отходов гальванических и металлургических производств. Данные сорбенты имеют условное обозначение ФБС-Т.

Эффективность ФБС по снижению перехода радиоцезия из почвы в растения намного превосходит бентонит и природный цеолит (клиноптилолит). Высокая эффективность предлагаемого сорбента связана, по-видимому, с наличием в его составе ферро- цианидов переходных металлов. Хотя указанные соединения известны как селективные сорбенты, способные извлекать ионы цезия из растворов, как средства снижения перехода радиоцезия из почвы в растения они не были известны.

Нами экспериментально было показано, что при внесении в почву равных доз (по действующему веществу) синтетических фероцианидов железа, меди и ФБС их эффективность практически одинакова. Кроме того, наличие в составе ФБС органических веществ и микроэлементов благоприятно влияет на рост растений и на их урожайность, а присутствие бентонитовой основы придает им повышенную физико-химическую устойчивость и обеспечивает удобство при внесении в почву. ФБС вносят в почву перед ее механической обработкой в количестве 5-20 г/м², а при поливе - 0,05-5 г/м². При использовании меньших доз снижается эффективность сорбента, а увеличение доз выше указанных не приводит к дальнейшему увеличению эффективности и экономически нецелесообразно.

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что предлагаемая совокупность существенных признаков является новой, неочевидной для специалиста, а предложенное решение удовлетворяет условно "изобретательский уровень".

П р и м е р 1. В почву, загрязненную радионуклидами цезия (120 мкКи/кг почвы), при механической обработке (вспашке) вносили в сухом виде ферроцианидно-бентонитовый сорбент ХЖ-90 с содержанием ферроцианида железа 2 мас.% в количестве 250 г/м² (5 г/м² в пересчете на ферроцианид железа) и семена пшеницы и ячменя. Через 20 дней зеленую массу растений скашивали и определяли в ней содержание ¹³⁷Cs.

П р и м е р 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят в почву в виде водной суспензии в количестве 1000 г/м² (20 г/м² по ферроцианиду железа (III)).

П р и м е р 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, с тем отличием, что вносят сорбент ФБС-Т, содержащий смесь ферроцианидов железа и меди в количестве 5 мас.%, в количестве 40 г/м² (2 г/м² в пересчете на ферроцианиды). Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 4. Способ осуществляют по примеру 1 с тем отличием, что вносят ФБС-Т, содержащий ферроцианид железа в количестве 10 мас.%, в количестве 50 г/м² (5 г/м² в пересчете на ферроцианид железа). Результаты приведены в таблице.

П р и м е р 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1 с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят при поливе в виде водной суспензии в количестве 2,5 г/м² (0,5 г/м² по ферроцианиду железа (III)).

П р и м е р 6. Способ осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят в количестве 250 г/м² (5 г/м² по ферроцианиду железа (III)).

Результаты радиометрического анализа зеленой массы растений, выращенных по примерам 1-4, и контрольной группы растений, выращенных на загрязненной почве без внесения сорбента, приведены в таблице. Содержание ¹³⁷Cs в зеленой массе контрольных растений составило в пшенице 1,6 ±0,2; в ячмене - 0,7±0,2 м Ки/г.

Представленные данные показывают, что внесение в почву ФБС позволяет снизить содержание ¹³⁷Cs в растениях в 2,8-40 раз, по сравнению с 1,3 раза, достигаемом в способе прототипа. При этом абсолютное количество вносимого сорбента может быть в 4-200 раз меньшим.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа состоят в увеличении кратности снижения содержания радионуклидов цезия в зеленой массе растений по сравнению с прототипом в 2-30 раз, а также в повышении экономичности процесса получения "чистой" продукции растениеводства за счет использования значительно меньших (в 4-200 раз) количеств вносимого сорбента.

Кроме того, принципиальным отличием предложенного способа от известного является чрезвычайно прочная фиксация радионуклидов цезия на суперселективном бентонит-ферроцианидном сорбенте в отличие от природных минералов типа клиноптилолита. Коэффициенты распределения цезия, являющиеся критерием селективных свойств сорбентов для БФС в 1 моль/л растворе нитрата натрия, составляют величину 10⁴, а для клиноптилолитов 400-600. Это свидетельствует о том, что при изменении солевого фона (что возникает в процессе внесения минеральных удобрений в почву или при поливе) радионуклиды цезия будут вымываться из клиноптилолита, в то время как на БФС эти процессы происходить не будут.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕХОДА РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ ИЗ ПОЧВЫ В РАСТЕНИЯ путем внесения в почву селективного сорбента, отличающийся тем, что в качестве селективного сорбента используют ферроцианидно-бентонитовый сорбент на основе ферроцианидов меди и/или железа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферроцианидно-бентонитового сорбента используют отход процесса деметаллизации и осветления виноматериалов или сорбент, полученный на основе хлоридных травильных отходов.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ферроцианидно-бентонитовый сорбент вносят в почву перед ее механической обработкой или при поливе до посадки растений.

4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что ферроцианидно-бентонитовый сорбент вносят в почву перед механической обработкой в количестве 2 - 20 г/м², а при поливе - 0,05 - 5,0 г/м² в пересчете на ферроцианидную составляющую.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2