Способ дезактивации почвогрунтов от радионуклида 137cs

 

Использование: очистка окружающей среды, а именно дезактивация почвы от ¹³⁷Cs Сущность изобретения: способ заключается в обработке загрязненной радионуклидами почвы водным раствором, содержащим неорганическую соль аммония и некомплексную неорганическую соль железа, при этом значение рН водного раствора составляет 2-3. Обработку проводят при массовом соотношении раствора и почвы 12,5-41,5. Степень десорбции ¹³⁷Cs после обработки составляет 70-80% 1 табл.

Изобретение относится к способам дезактивации зараженных почв.

Известен способ десорбции ¹³⁷Cs различного вида почв растворами кислот 0,01 н. 0,1 н. HNO₃ и растворами солей К, NH₄. Десорбцию проводили растворами солей в соотношении объема раствора к массе навески почвы V/m 50. Концентрация ¹³⁷Cs в почве составляла 0,5-5 мк Кюри на 1 г почвы. Максимальный процент десорбции составлял 30% для HNO₃ и минимальный 8% для NH₄NO₃ [1] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ десорбции ¹³⁷Cs солями аммония из слоистых почвенных минералов в области низких концентраций ¹³⁷Cs (10^-11 10^-7 экв ¹³⁷Cs на 1 г почвы).

В эксперименте изучались 12 видов минералов, а также почвы дерново-луговая и чернозем. На этих видах минералов и почв проводились сорбция ¹³⁷Cs из растворов с концентрацией 5 мк Кюри/л. После практически 100% сорбции Cs на образцах почвы проводили его десорбцию растворами солей К, NH₄, Ca, Ba, Cs, Sr. Масса почвы и минералов составляла 0,5 г, объем раствора V 20 мл, навеска почвы представляла собой фракцию размером < 1 мм. Концентрация растворов солей К, NH₄, Ca, Cs, Sr составляли 0,1 N. По десорбирующему действию катионы располагались в ряд Cs > NH₄ > К ≥ Na, > Са > Ва. Процент десорбции составлял 20-40% в зависимости от вида катионов и вида почв. Для катионов аммония процент десорбции составлял 35±3% [2] Недостатками известного способа десорбции почв, содержащих радионуклиды, является низкая степень десорбции ¹³⁷Cs, а также то, что опыты проводились с образцами почв, в которых присутствовал свежеосажденный ¹³⁷Cs.

Задачей является повышение степени десорбции радионуклида ¹³⁷Cs, находящегося в почве, посредством химической мелиорации почв.

Поставленная задача реализуется способом дезактивации зараженных почв путем десорбции раствором, состоящим из соли аммония, в который дополнительно вводят растворимую в воде некомплексную неорганическую соль железа.

Техническим результатом является очистка зараженных почв от радионуклида ¹³⁷Cs, причем степень десорбции при применении различных растворимых солей железа достигает 70-80% Радионуклиды ¹³⁷Cs в загрязненных почвах в основном сосредотачиваются в 30 см слое, о чем свидетельствуют многочисленные информационные источники. До 90-95% цезия находится в фиксированной, прочносвязанной с гуминовыми кислотами форме и лишь около 1-3% в водорастворимой форме. Известно, что ионы аммония способы вытеснять ¹³⁷Cs из почв, на которых сорбировали ¹³⁷Cs из растворов.

Однако на реальных образцах почв ¹³⁷Cs оказался прочно связанным в почве и растворы солей аммония практически не десорбировали ¹³⁷Cs в отличие от модельных образцов, на которых свежеосажденный ¹³⁷Cs десорбировался ≈ 50% причем степень десорбции не зависела от аниона соли аммония.

В настоящем способе при десорбции ¹³⁷Cs из реальных почв используется раствор, состоящий из соли аммония и растворимой некомплексной неорганической соли железа, при этом устанавливают рН 2-3.

Ионы железа способны разрушать хелатные комплексы цезия с гуминовыми кислотами, образуя гуматы железа. Чтобы десорбированный цезий не поглощался вновь, а также, чтобы разрушить полимерные гидрокомплексы железа, которые образуются при рН 2-3, необходимо присутствие иона NH⁺. Тогда химизм заявленного процесса десорбции радионуклида ¹³⁷Cs из зараженных почв может быть представлен следующим образом: 2NH⁺₄=2H₂O 2NH₄OH+2H⁺ -Fe(OH)-+2NH₄OH Fe(NH₃)³₂⁺+2H₂O+OH^- Fe(NH₃)³₂⁺+2RCOOH Fe(RCOO)⁺₂+2NH⁺₄+H⁺ Fe(RCOO)⁺₂+RCOOCs __→ Fe(RCOO)₃+Cs⁺ т.е. ион аммония является, как бы катализатором процесса.

Понижение рН сдвигает равновесие реакции влево, поэтому железо не поглощается почвой в заметных количествах. Образующиеся в результате сорбции железа ионы Н⁺ сдвигают равновесие в сторону десорбции.

По этой же причине следует использовать растворы с умеренной концентрацией железа, соответствующей слабокислой реакции. Повышение концентрации железа вследствие гидролиза будет приводить к нежелательному снижению рН раствора.

Концентрации солей железа и аммония в растворе для обработки зависят от вида почвы и подбираются эмпирически. Массовое соотношение раствора для обработки и почвы должно составлять 12,5-41,5.

Для подтверждения возможности осуществления заявляемого технического решения был проведен ряд опытов, масса почвы 2 г (m почвы), удельная радиоактивность почвы по ¹³⁷Cs 10^-5 10^-7 Ки/кг, скорость протекания раствора для обработки (V9˙10^-4 м/с. Кроме того, для подтверждения возможности осуществления брались реальные почвы массой 1,5 кг с удельной радиоактивностью ¹³⁷Cs 2,5˙10^-7 Ки/кг.

П р и м е р 1. Почву, загрязненную радионуклидом ¹³⁷Cs (удельная радиоактивность почвы по ¹³⁷Cs 5˙10^-5 Ки/кг) в количестве 2 г помещали в стеклянную колонку (l50 мм, S 0,7 см², свободный объем колонки 3 мл). При комнатной температуре через слой почвы пропускали раствор, состоящий из 0,05 моль/л FeCl₃ и 0,05 моль/л NH₄Cl со скоростью 9˙10^-4м/с (V/m 12,5). После прохождения объема раствора, равного свободному объему колонки, отбирали аликвоты и анализировали их на содержание ¹³⁷Cs на радиометрической установке типа "Волна" с торцевым счетчиком СБТ-13, установленном в стандартном свинцовом домике ДС-50. Объем раствора 45 мл. Степень десорбции ¹³⁷Cs из почвы составляла 80 5% П р и м е р 2. Почву, загрязненную радионуклидом ¹³⁷Cs (удельная радиоактивность по ¹³⁷Cs 5˙10^-5 Ки/кг) в количестве 2 г помещали в стеклянную колонку. При комнатной температуре через слой почвы пропускали раствор, состоящий из 0,05 моль/л FeSO₄ и 0,05 моль/л NH₄Cl, со скоростью 9˙10^-4 м/с (V/m 41,5)= после прохождения объема раствора, равного свободному объему колонки, отбирали аликвоты и анализировали их на содержание ¹³⁷Cs на радиометрической установке типа "Волна" с торцевым счетчиком СБТ-13, установленным в стандартном свинцовом домике ДС-50. Объем раствора 83 мл. Степень десорбции ¹³⁷Cs из почвы составила 80±3% П р и м е р 3. Почву, привезенную с территории Брянской области Новозыбковского района деревни Халеевичи, содержащую 2,5˙10^-7 Ки/кг по ¹³⁷Cs, помещали в количестве 1,5 кг на пластмассовый планшет. К почве приливали 1 л раствора, состоящего из 0,05 моль/л FeCl₃ и 0,05 моль/л NH₄Cl. Полученную суспензию перемешивали и отстаивали. Затем 0,5 л раствора над твердой фазой сливали и вновь заливали почву 0,5 л свежего раствора. Смену раствора проводили неоднократно. Общий объем раствора 25 л (V/m 17). Затем почву промывали 2 л дистиллированной водой (также порциями по 0,5 л), сушили на воздухе при комнатной температуре и измеряли на установке БКБ-2, выполненной на основе стандартного промышленного счетчика СБТ-10. Прибор разработан в НПО "Радиевый институт В.Г.Хлорина", в лаборатории промышленной санитарии. Определение удельной радиоактивности по ¹³⁷Cs проводили с помощью серии объемных источников, выполненных по индивидуальному заказу для данного прибора по ВНИИМ им. Д.И.Менделеева. Диапазоны плотности объемной пробы 0,5-2 г/см³. Удельная радиоактивность 100-1000 Бк/пробу, при весе пробы 200-500 г. Степень десорбции равнялась 70±5%
П р и м е р 4. Почву, находящуюся на территории Брянской области Новозыбковского района в деревне Халеевичи на площадке "Луч", зараженной в результате аварии на ЧАЭС, подвергали дезактивации с помощью раствора, содержащего 0,05 моль/л FeCl₃ и 0,05 моль/л NH₄Cl. Удельная радиоактивность зараженной почвы составляла по ¹³⁷Cs 2,3˙10^-7 Ки/кг.

При дезактивации зараженной почвы по рекомендации заказчика использовали полиэтиленовую пленку, чтобы избежать возможного заглубления ¹³⁷Cs, десорбированного из почвы с помощью вышеописанного раствора в грунтовые воды. Объем раствора для обработки составлял 30 л на 1,5 кг почвы (V/m 20). Раствор для обработки с десорбированным с почвы ¹³⁷Cs протекал через неорганический сорбент, на котором сорбировался ¹³⁷Cs и раствор вновь использовался для очистки почвы. Степень десорбции составила 60±5% Сопоставление полученных результатов по предлагаемому и известному способам приведены в таблице. Масса почвы 2 г.

Дальнейшее увеличение объема раствора для обработки нецелесообразно, так как не приводит к повышению степени десорбции.

По предлагаемому способу повышается степень десорбции ¹³⁷Cs из зараженных почв по сравнению с известным способом.

Важно также отметить, что применение в качестве раствора для обработки, содержащего ионы NH₄⁺ и железа, экологически безвредно, так как в почву не вносятся тяжелые металлы, ядовитые и вредные вещества. В почвах не повышается содержание нитратов и других химических ингредиентов свыше установленных норм.

Формула изобретения

СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОЧВОГРУНТОВ ОТ РАДИОНУКЛИДА ¹³⁷Cs, заключающийся в обработке почвы водным раствором неорганической соли аммония, отличающийся тем, что в водный раствор дополнительно вводят растворимую в воде некомплексную неорганическую соль железа, устанавливают в растворе рН 2 3, при этом обработку осуществляют при массовом соотношении раствора и почвы 12,5 41,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1