Дезактивации радиоактивных отходов, почв, грунтов
Дезактивации радиоактивных отходов, почв, грунтов.
Экология и безопасность в техносфере. Материалы Всесоюзной Научно-технической Интернет конференции. Октябрь-декабрь 2008 г. с.47-49
Работа относится к области экологии, а именно к способам дезактивации радиоактивных отходов радиохимических производств, и может быть использовано для дезактивации осадков-кеков, отвальных шлаков, пульп, а также почв, грунтов, ила с повышенным содержанием радионуклидов и высококонцентрированных кислых радиоактивных технологических растворов.
В связи с продолжающимся загрязнением среды обитания человека и животного мира радиоактивными отходами, работы по поиску оптимальных методов дезактивации почв, водных водоемов, рек и стоков радиохимических производств остаются актуальными.
Известны способы дезактивации отходов радиохимических производств выщелачиванием радионуклидов из твердой фазы водой (см. патент RU № 2 2005г), щелочами (патент RU № 2 2003г.), минеральными кислотами (патент RU № 2 2003г.) с последующим осаждением радиоактивных солей химическими реагентами. Недостатки способ дезактивации: — значительный расход реагентов на дезактивацию; — большие объемы радиоактивных осадков, предназначенных для захоронения;- не обеспечивают удаления из фильтратов радионуклидов щелочной группы металлов, например, цезия-137; — имеют определенные ограничения в способности удалять радиоактивные загрязнители, связанные химической связью с твердой фазой, в случае использования в качестве выщелачивателей воды и щелочей. Известен способ дезактивации твердых радиоактивных материалов и, в частности, почвы выщелачиванием радионуклидов карбонатом натрия (патент RU № 2 1999г.) с последующим извлечением радионуклидов из щелочного раствора ионообменными частицами, содержащими магнитный материал. Хелатные комплексы удаляются из раствора магнитом. Недостатки способа: – ограниченная химическая способность выщелачивателя (Na2CO3) в извлечении всей гаммы радиоактивных соединений из твердой фазы и перевода их в растворимое состояние, а также в дороговизне уникального хемосорбционного материала.
Известны способы переработки радиоактивных пульп и осадков растворением их в азотной кислоте (патент RU № 2 2005г.) или в смеси азотной кислоты с гидразином или гидроксиламином (патент RU № 2 2004г.) с последующей упаркой растворов и остеклованием. Недостатки этих способов – значительные экономические затраты, связанные с упаркой растворов и утилизацией оксидов азота.
Существует способ очистки радиоактивных отходов с отделением ценных компонентов растворением твердой фазы в азотной кислоте, с последующим извлечением радионуклидов многоступенчатой экстракцией трибутилфосфатом. Недостаток способа – в сложности технологической цепочки переработки радиоактивных отходов и в ограниченной элюирующей способности элюента.
Широко известны способы дезактивации почв и грунтов щадящими методами: элюированием их водой, водными растворами аммониевых солей и солей двухвалентного железа, растворами аммиака и солями аммония, водными растворами карбонатов с комплексообразователями, изотопным обменом и другими химическими, биохимическими и физическими методами. Общий недостаток перечисленных методов – малая эффективность извлечения радионуклидов, связанных химической связью с почвогрунтами.
Более эффективный способ дезактивации грунтов предложен в работе (патент RU № 2 1997). Грунт обрабатывается соляной или азотной кислотой и фторидами или кремнефторидами аммония. Степень извлечения стронция-137 и других радионуклидов выше, чем в упомянутых способах дезактивации почв и грунтов. Это объясняется разрушением комплексов радионуклидов под действием минеральных кислот и переводом их в растворимые формы. Этот способ дезактивации грунтов эффективен, но экономически невыгодный без рециклизации реагентов выщелачивания.
Дезактивация жидких высококонцентрированных отходов радиохимических производств представлена тремя основными методами очистки растворов от радионуклидов.
Первый – физические методы – выпаривание или вымораживание растворов, с последующей герметизацией и захоронением шламов, например (заявка на изобретение RU № , 2004; патент RU № 2 2001г).
— экстракция радионуклидов из растворов селективными экстрагентами, с дальнейшей доочисткой растворов, например (патент RU № 2 2004г);
— сорбция радиоактивных ионов природными и синтетическими сорбентами, например, сорбентами на основе ферроцианидов меди или никеля, с последующим обессоливанием и концентрированием электромембранным способом или обратным осмосом и дальнейшей доочистко й цеолитами или шабазитом (патенты RU № 2 1998г; № 2 1999г). — Очистка жидких радиоактивных отходов сорбентом-соосадителем – двуокисью марганца, который получают электрохимическим восстановлением перманганата калия (заявка на изобретение RU № , 2004г).
Третий – химический (реагентный), осаждение радионуклидов из растворов реагентами разной природы, например (см. «Цветные металлы», 1985, с. 53-56; патент RU № 2 2003; патент RU № 2 2003г). Недостатки способов: — неудовлетворительная степень дезактивации от дочерних радионуклидов и щелочных и щелочно-земельных металлов; — значительный расход невозобновляемых реагентов; — значительные объемы шламов, подлежащих захоронению
Анализ общедоступной и патентной литературы дает основание сформулировать общие недостатки описанных методов дезактивации жидких отходов:
— физические методы дезактивации – связаны с высокими затратами на выпарку и вымораживание растворов;
— физико-химические и химические методы – большими объемами радиоактивных шламов, подлежащих захоронению и повышенное солесодержание растворов.
Целью авторов статьи является разработка способа, позволяющего снизить эксплуатационные расходы на дезактивацию радиоактивных отходов, почв, грунтов, повысить степень их дезактивации, минимизировать объемы радиоактивных шламов.
Поставленная цель дезактивации радиоактивных отходов, почв и грунтов достигается применением комплексного метода последовательного удаления загрязнителей разной разной физической и химической природы из объекта очистки, включающего химичекую, электрохимичекую и физико-химическую обработки.
Способ дезактивации осуществляется следующим образом.
Способ предусматривает последовательное удаление радионуклидов разной химической природы из радиоактивных отходов направленными операциями, включающими выщелачивание радионуклидов из твердой фазы минеральной кислотой; осаждение из кислого раствора ценных компонентов — гидроокисей урана и тория, нейтрализацией раствора щелочью до рН 5,8-5,9; удаление из раствора радионуклидов тяжелых металлов в виде нерастворимых комплексов их гидроксидов с коллекторами на основе двуокиси марганца и гидроокиси железа (III), окислительно-восстановительной обработкой раствора при рН 9-10 в электролизере с растворимыми электродами из марганцовистых сталей и насыщения раствора кислородом воздуха, корректировку водородного показателя раствора кислотой до рН 8,5-9,0 с последующим удалением из него солей радиоактивных щелочных металлов сорбцией их на селективных сорбентах; регенерацию реагентов выщелачивания и нейтрализацию электродиализом.
Коррекция кислотности обрабатываемого раствора до рН 5,8-5,9, после операции «выщелачивания», создает оптимальные условия для практически полного (
100 %) осаждения из раствора гидроокисей урана и тория (см. Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон, Современная неорганическая химия, изд. Мир,: М, 1969, т. 3, с. 540).
Предпочтительно в способе в качестве выщелачивающей жидкости применять азотную или соляную кислоты, а в качестве коллектора — двуокись марганца и гидроокись трехвалентного железа, продуцированные в электролизере.
Использование в электролизере (электрокоагулятора) растворимых электродов из марганцовистых сталей преследует две цели:
— сокращение эксплуатационных затрат на реактивы дезактивации,
— продуцирование в электролизере эффективных коллекторов (соосадителей) для радионуклидов.
В условиях электролиза водных растворов наряду с обычными продуктами электрохимической деструкции воды до кислорода и водорода, идет электрохимическое восстановление шестивалентных оксо-катионовых актинидов МО22+ до четырехвалентных катионов М4+ по уравнению:
[MO2·(H2O)n]2+ + 2ē + 4H+ → [M(H2O)n]4+ + 2H2O
Тенденция к образованию комплексных соединений и прочность комплексов с комплексообразователями у четырехвалентных катионов актинидов М4+ — максимальная в ряду актинидов. Это свойство определено размером и зарядом иона (см. Ф. Коттон, Дж. Уилкисон, Современная неорганическая химия, изд. Мир; :М, 1969, т. 3, с. 536).
Параллельно с восстановлением актинидов, на электродах идут окислительные процессы с образованием коагулянта Fe(ОН)3 и, зарекомендовавшего себя, коллектора (соосадителя) для радионуклидов – MnO2, по уравнениям:
Fe0 — 2ē + 6H2O → [Fe (H2O)6]2+,
Fe0 — 3ē + 6H2O → [Fe (H2O)6]3+,
[Fe (H2O)6]2+ + 2OH — → Fe(OH)2 + 6H2O,
[Fe (H2O)6]3+ + 3OH — → Fe(OH)3 + 6H2O,
Fe (OH)2 — 1ē + OH — → Fe(OH)3,
Mn0 — 2ē + 6H2O → [Mn(H2O)6]2+,
[Mn(H2O)6]2+ + 2OH — → Mn(OH)2 + 6H2O.
Гидроксид марганца (II) легко окисляется до двуокиси марганца кислородом воздуха, по уравнению:
2Mn(ОН)2 + О2 → 2MnO2↓ + 2Н2О.
Кислород воздуха подается в электролизную камеру компрессором.
Способ продуцирования коллектора (соосадителя) на основе двуокиси марганца электрохимическим растворением электродов из ферромарганцовых сплавов для удаления радионуклидов из растворов не имеет аналогов в литературных источниках.
Способ дезактивации поясняется примерами.
Пример 1. Дезактивация твердых радиоактивных материалов.
Твердый радиоактивный материал, подлежащий дезактивации, измельчают, загружают в барабан, обрабатывают 3-5 М азотной или соляной кислотой из мерника при вращении резервуара. Кислый раствор отделяют центробежной силой и перекачивают в отстойник. Дезактивированный материал многократно промывают водой, подвергают центробежной сушке и выгружают в контейнер. Промывочную воду собирают в накопительную емкость.
Из отстойника кислый раствор солей радионуклидов перекачивают в осветлитель непрерывного действия для отделения взвешенных частиц. Шлам сбрасывают в шламонакопитель. Осветленный раствор подают в реактор и при перемешивании и охлаждении, нейтрализуют раствором 3-5 М щелочи до рН 5,8-5,9.
Выпавший осадок гидроксидов урана, тория и, частично, лантанидов, осаждают в отстойнике-осветлителе, собирают в сборник, промывают, сушат и отправляют на переработку.
После удаления из раствора урана и тория, слабокислый раствор перекачивают в электролизер (электрокоагулятор) с растворимыми электродами из марганцовистых сплавов, подщелачивают до рН 9-10 и, при насыщении раствора кислородом воздух до 2-4 мг/л из компрессора, подвергают его окислительно-восстановительной обработке при плотности тока на электродах 50-150 А/дм2, межэлектродном расстоянии 10-40 мм, времени обработки раствора в электрокоагуляторе 5-15 мин. Пульпу со взвесью скоагулированных комплектов и гидроксидов радиоактивных тяжелых металлов последовательно направляют в отстойник, осветлитель, кассетный блок фильтров грубой и тонкой очистки. Радиоактивные осадки сбрасывают в шламосборник.
Очищенный от взвесей и органики раствор подают в реактор, нейтрализуют кислотой до рН 8,5-9,0 и фильтруют через фильтр с селективным сорбентом радиоактивных ионов щелочных металлов.
Очищенный от радионуклидов раствор поступает, в электродиализаторы на регенерацию реагентов дезактивации – кислоты и щелочи. Продукты регенерации собираются в накопительные емкости щелочи и кислоты.
Пример 2. Дезактивация почв, грунтов.
Зараженный радионуклидами слой почвы, грунта снимается, измельчается, отделяется от растительного материала, загружается в барабан и обрабатывается как в примере 1.
Пример 3. Дезактивация пульпы.
Пульпа закачивается в реактор типа чана, с мешалкой, охлаждением и обрабатывается минеральной кислотой. Дальнейшая обработка кислого раствора аналогична примеру 1.
Пример 4. Дезактивация кислых растворов осуществляется по схеме примера 1, исключение – узел выщелачивания.
Радиоактивный осадки захоранивают в хранилищах спецотходов.
Использование заявляемого технического решения позволит получить следующие результаты:
1. Извлекать из радиоактивных отходов с минимальными затратами ценный для промышленности элемент – уран.
2. Снизить эксплуатационные затраты на дезактивацию радиоактивных отходов и объектов радиационного загрязнения за счет замены реагентного способа удаления радионуклидов электрокоагуляционным.
3. Минимизировать объемы радиоактивных шламов, подлежащих захоронению.
4. Повысить степень дезактивации радиоактивных отходов за счет расширения спектра удаляемых радионуклидов – от актинидов, лантанидов до щелочных и радиоактивно зараженных металлов.
Источник
Способ дезактивации почвы
Использование: при дезактивации радиоактивнозараженных почв. Сущность изобретения: используют элементы-аналоги для извлечения из почвы соответствующих радионуклидов, для чего почву перед посевом и во время роста растений обрабатывают специальным образом, обеспечивая условия дефицита выбранных элементов-аналогов в почве и нахождения радионуклидов в ионной форме. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к технологии дезактивации почв, расположенных на радиоактивно зараженных территориях. Загрязнение почв радионуклидами может происходить по различным причинам, основными из которых следует считать рабочие или аварийные выбросы атомных электростанций. Если в почве происходит накопление радионуклидов или их содержание в результате аварийных выбросов превышает допустимые нормы, то это обуславливает не только высокий уровень радиации для местного населения, но и опасность загрязнения ими продуктов сельскохозяйственной деятельности. Для уменьшения степени воздействия на население обоих факторов используют способы дезактивации, основанные на различных принципах.
Известен способ дезактивации почвы, заключающийся в нанесении на загрязненную поверхность пленкообразующихся составов [1] Образовавшуюся на поверхности пленку с фиксированными в ней радионуклидами удаляют и подвергают дальнейшей утилизации. Способ эффективен лишь для приповерхностного слоя и совершенно не пригоден для удаления радионуклидов, уже проникших в глубину почвенного массива.
Известен способ обработки почвы, согласно которому с помощью химических реагентов осуществляют фиксацию находящихся в почве радионуклидов [2] В этом случае предотвращается дальнейшая миграция радионуклидов, но почва становится малопригодной для сельхозоборота.
Для обеспечения сельхозпригодности местности используют способ механического удаления загрязненного слоя почвы [3] с последующей его заменой на незагрязненной слой или запусканием в оборот оставшейся части грунта. Удаление загрязненного слоя может быть осуществлено с или без предварительной обработки. При предварительной обработке обеспечивают фиксацию удаляемого слоя химической обработкой, например как в [2] заморозкой или другими способами. В этом случае образуется удобный для механической обработки (срезания) и транспортировки слой загрязненной почвы. Но изымается из оборота наиболее плодородный слой, и утилизация требует обработки и захоронения больших массивов грунта.
Известен способ дезактивации почвы, включающий внесение в почву гранулированных веществ, содержащих избирательные сорбенты [4] После насыщения их радионуклидами гранулы можно извлекать для регенерации и повторного использования. Однако сорбция радионуклидов происходит в зоне, прилегающей к гранулам, что в целом не позволяет осуществить дезактивацию во всем радиоактивно зараженном слое почвы. Возникают проблемы при извлечении гранул и отделения их от почвы.
Наиболее близким к заявляемому является способ дезактивации почвы, включающий выращивание на дезактивируемой местности растений, аккумулирующих через корневую систему радионуклиды, содержащиеся в почве, и удаление растительного покрова с дальнейшей его утилизацией [5] Способ позволяет, сохраняя естественную структуру почвы, перемещать, перекачивать радионуклиды из почвы в биомассу, тем самым понижая в ней содержание опасных для населения радиоактивных элементов. Для утилизации радиационно загрязненной биомассы могут быть использованы известные методы концентрирования и захоронения отходов (метод экстракции, сушки и сжигания и т.д.). Однако естественная способность растений аккумулировать радионуклиды не позволяет в достаточной степени осуществить дезактивацию местности.
Целью изобретения является повышение степени дезактивации почвы по отношению к данному радионуклиду или группе радионуклидов.
Цель достигается тем, что по способу дезактивации почвы, включающему выращивание на дезактивируемой местности растений, аккумулирующих через корневую систему радионуклиды, содержащиеся в почве, и удаление растительного покрова с дальнейшей его утилизацией, предварительно устанавливают элементы-аналоги для каждого подлежащего извлечению из почвы радионуклида, имеющие сходные с ним химические свойства и ту же валентность, а также перечень растений, обладающих в содержащих радионуклиды слоях почвы развитой корневой системой, хорошо аккумулирующих элементы-аналоги для выращивания растений или сочетаний растений, выбирают их семена из установленного перечня и засевают ими почву после проведения традиционных для данной местности агромероприятий, повышающих урожайность биомассы, исключив из состава вносимые удобрения, содержащие установленные выше элементы-аналоги, доведения рН почвы до значения, превышающего оптимальное значение рН для выбранного растения или сочетания растений не более чем на 0,5 единиц, внесения экстрагентов-сорбентов и водного раствора аммиачной селитры или азотной кислоты, переводящих радионуклиды в ионообменную форму и поддерживающих их в таком состоянии в течение длительного времени, причем количество и концентрацию водного раствора выбирают из условия, препятствующего угнетению выращиваемых растений в периоды их активного развития и созревания, почвы повторно обрабатывают вышеуказанным водным раствором, а по достижении максимальной сезонной биомассы осуществляют удаление растительного покрова, причем процесс получения биомассы с использованием вышеприведенных мероприятий повторяют многократно, в том числе и в пределах одного сезонного периода, пока содержание радионуклидов не станет нормативно допустимым, после чего почву используют для выращивания сельхозпродукции.
Цель достигается также тем, что в качестве элементов-аналогов используют элементы из ряда К, Са, Fe, Si, Cl, причем выбор конкретного элемента-аналога осуществляют в зависимости от конкретного радионуклида согласно схеме для Сs-K; Ra; Sr-Ca; J-Cl; редкоземельных радионуклидов Fe; Th-Si, а также тем, что семена для засева растений или их сочетаний выбирают таким образом, чтобы величина 
A
B
, где Аi максимальное количество биомассы i-го растения, получаемое на почвах дезактивируемой местности за полевой сезон; Вij количество элемента-аналога j-го радионуклида, аккумулируемого i-м растением на единицу биомассы; n число одновременно выращиваемых растений; m число одновременно выводимых из почвы радионуклидов, была максимальна.
Кроме того, цель достигается тем, что в качестве экстрагента-сорбента используют смесь, состоящую из 30-45 мас. хвои, 5-25 мас. коры, 30-65 мас. опилок и/или лигнина, и/или бумажной пыли, и/или цеолитов, сорбирующих соответствующие радионуклиды, перемешанных с живицей из расчета 10-15 л живицы на 1 м 3 смеси, а также тем, что экстрагент-сорбент вносят из расчета, чтобы в радиоактивно загрязненном слое почвы его суммарное количество составляло величину 1-3 (об. тем, что для почв с преимущественным содержанием Сs 137 для засева используют семена подсолнечника, рапса, календулы, люцерны, клевера, тем, что для почв с преимущественным содержанием Sr 90 для засева используют семена люцерны, клевера, гороха, пажитника, а также тем, что для почв, содержащих преимущественно Cs 137 и Sr 90 , для засева используют семена райграса, люцерны, клевера, и тем, что для почв, содержащих преимущественно Cs 137 и Sr 90 , сначала выращивают и удаляют травяной покров подсолнечника, а затем люцерны. Под термином экстрагент-сорбент подразумеваются вещества (составы), способные аккумулировать радионуклиды и удерживать их длительное время в состоянии, пригодном для усвоения растениями.
Сущность предложения заключается в следующем. Используя естественную потребность растений в микроэлементах, выявляют среди последних элементы, сходные по физико-химическим свойствам и валентности с таковыми у радионуклидов, подлежащих удалению из почвы так называемые элементы-аналоги. Выращивание растений на дезактивируемой местности осуществляют при искусственном или естественном дефиците элементов-аналогов. Восполняя возникший дефицит, растение естественным образом в большей степени аккумулирует те радионуклиды, для аналогов которых создан дефицит в силу сходности их свойств. Как следствие, значительно возрастает степень дезактивации по сравнению с дезактивацией, происходящей при естественной аккумуляции тех или иных радионуклидов данным видом растения.
Для практических целей предварительно устанавливают весь возможный перечень элементов-аналогов для наиболее характерных радионуклидов загрязнителей почвы. В качестве элементов-аналогов можно предложить элементы из ряда К, Са, Fe, Si, Cl. Учитывая исходные требования к элементам-аналогам, можно выявить и другие элементы аналогичного назначения. При конкретном использовании уточняют аналогами каких радионуклидов они служат. В качестве примера можно указать связку радионуклид и его аналог: Cs-K; Ra; Sr-Ca; J-Cl; редкоземельные радионуклиды Fe; Th-Si.
При необходимости удаления из почвы данного радионуклида выбирают то растение, которое способно наиболее эффективно потреблять микроэлементы из числа аналогов данного радионуклида, и засевают семенами этого растения дезактивируемое поле. Если речь идет о группе радионуклидов, то можно выбирать сочетание растений по вышеизложенному принципу и засеять поле одновременно либо поочередно семенами выбранного сочетания. Возможен вариант, когда аккумулятором двух и более радионуклидов может выступить одно растение. Тогда каждое растение восполняет дефицит своего элемента-аналога соответствующим радионуклидом, обеспечивая в целом комплексное удаление и почвы целого набора радионуклидов.
Более конкретно это может выглядеть следующим образом. Для радионуклида Cs 137 элементом-аналогом служит К, а для Sr 90 -Ca. Для первого случая подходящими является калиеволюбимые растения, например подсолнечник, рапс, календула, люцерна, клевер; для второго кальциеволюбимые растения, например люцерна, клевер, горох. Если требуется удалять одновременно Сs 137 и Sr 90 , то возможно использование растения, одновременно калиево- и кальциеволюбимого, например райграса, люцерны или клевера либо последовательно подсолнечника, а затем люцерны, либо совместно растущего иного сочетания растений, одно из которых калиеволюбимое, а другое кальциеволюбимое.
Выбор элементов-аналогов и соответствующих им растений является необходимым, но не достаточным условием обеспечения в должной степени дезактивации почвы. Требуется создание в почве специфических условий для интенсивной аккумуляции растениями находящихся в почве радионуклидов. Для этого предлагается наряду с созданием искусственного или естественного дефицита элементов-аналогов, например, используя при традиционных для данной местности агромероприятий удобрения, дефицитные по отношению к данным элементам-аналогам, перед засевом семенами выбранных растений обработать почву экстрагентом-сорбентом и водным раствором веществ, содержащих остаток NO3. В качестве веществ, содержащих NO3, могут быть использованы аммиачная селитра и азотная кислота. В этом случае осуществляется перевод радионуклидов в ионообменную форму и предотвращается на возможно длительной срок возврат ионов в кристаллическую структуру глиноземов почвы. Тем самым создают наиболее благоприятные условия для интенсивного освоения растениями находящихся в ионной форме радионуклидов.
Для получения максимально возможного объема биомассы создают оптимальные условия для развития растений. Это достигается путем проведения известных (традиционных) для данной местности и растений агромероприятий и установления оптимального для данного растения рН. Из-за действия излучения от радионуклидов рН почвы медленно, но неуклонно уменьшается. Поэтому целесообразно установить рН превышающим оптимальное значение для данного растения на величину 0,5. При еще большей величине условия оптимальности рН для данного растения ухудшаются, при меньшей величине резерв компенсации из-за уменьшения рН может оказаться недостаточным на период роста растения.
Характер влияния рН почвы на степень аккумуляции нуклидов растениями можно проиллюстрировать на примере гороха. Данные приведены в табл.1.
Данные в табл. 1 выражены по отношению к степени аккумуляции горохом Се 144 при рН 7, принятого за единицу.
В случае использования сочетаний растений для извлечения группы радионуклидов является целесообразным выполнение условия максимальности величины 
A
B 
Утверждение справедливо и для случая одного растения, поскольку общее количество извлеченного радионуклида растет с ростом количества биомассы.
Особо следует оговорить роль корневой системы не только для получения количества биомассы, но и ее влияния на степень дезактивации из-за фактора охвата зоны заражения. Установлено, что различия в распределении корневой системы по глубине могут приводить к изменению аккумуляции, например, Сs 137 растениями в 2-3 раза. Потому очень важно учитывать при выборе растения характер его корневой системы по глубине. Она должна охватывать по возможности зону заражения почвы по всей ее глубине.
В изобретении предлагается осуществить повторную обработку почвы водным раствором аммиачной селитры или азотной кислоты. Такая обработка необходима для восстановления ионообменной формы радионуклидов, а выбор времени повторной обработки обусловлен периодом активной жизнедеятельности роста и созревания, что позволяет осуществить процесс интенсивной аккумуляции ими радионуклидов.
Обычно период активной жизнедеятельности происходит за 7-10 дн до цветения, в период цветения и в период созревания семян. Например, для подсолнечника повторную обработку водным раствором целесообразно провести за 7-10 дн до цветения и в начале цветения. Удаление растительного покрова укос необходимо осуществить в конце периода цветения. Для люцерны повторная обработка желательна за 7-10 дн до цветения, в период цветения и в период созревания семян, укос в конце периода созревания семян; для райграса за 2 нед до укоса и, если требуется повторный засев почвы за сезонный период, через неделю после укоса.
Наиболее эффективным следует считать мероприятие, когда в результате указанных выше процедур удельная биомасса за сезон максимальна. Для этого после удаления растительного покрова желательно почву засеять семенами из указанного перечня, которые на данной местности могут дать повторную биомассу в пределах одного сезона. Повторяя этот процесс от сезона к сезону, можно добиться ситуации, когда содержание радионуклидов в почве доходят до рекомендованной нормы. После этого почву можно использовать для выращивания сельхозпродукции.
Установлено, что наиболее благоприятные условия аккумуляции растениями радионуклидов происходят при совместной обработке почвы экстрагентом-сорбентом и водным раствором веществ, содержащих остаток NO3. Установлено также, что эффект дезактивации усиливается, если в качестве экстрагента-сорбента использовать экстрагент-сорбент, состоящий из смеси 30-45 мас. хвойной муки, 5-25 мас. коры, 30-65 мас. опилок и/или лигнина, и/или бумажной пыли, и/или цеолитов, сорбирующих соответствующие радионуклиды, перемешанных с живицей из расчета 10-15 л живицы на 1 м 3 смеси.
Предложение реализуется следующим образом. Контрольными измерениями на дезактивируемой местности устанавливают содержание тех или иных радионуклидов в почве. Составляют таблицу элементов-аналогов для этих радионуклидов и осуществляют подбор семян растений, интенсивно поглощающих элементы-аналоги. Для Cs 137 и Sr 90 , как было указано выше, элементами-аналогами являются К и Са. В этом случае для выбора растений можно использовать данные, приведенные в табл.2, в которой представлены удельные концентрации калия и кальция в растительном покрове или с единицы площади.
Из табл.2 видно, что для почв с преимущественным содержанием Сs 137 лучше всего засеять поле семенами подсолнечника. При этом вводят в почву экстрагент-сорбент из расчета, чтобы в радиоактивно загрязненном слое почвы, обычно равном 0,15-20 см, суммарное количество экстрагента-сорбента составляло 1-3% по объему. Внесение большего количества нежелательно, так как в экстрагенте-сорбенте содержится определенное количество элементов-аналогов и передозировка не интенсифицирует процессы извлечения радионуклидов.
Из табл. 2 следует также, что для почв с преимущественным содержанием Sr 90 лучше всего использовать люцерну, а для почв, содержащих как Cs 137 , так и Sr 90 , наиболее подходящим является райграс. Для цезий-, стронцийсодержащих почв эффект еще лучше, если сначала почву засеять подсолнечником, вырастить его и удалить, а затем засеять люцерну и собрать растительный покров. Подсолнечник в этом случае «отсасывает» из почвы Cs 137 , а люцерна в какой-то степени и цезий, а преимущественно стронций.
В каждом вышеприведенном случае наряду с экстрагентом-сорбентом почву обрабатывают водным раствором аммиачной селитры или азотной кислоты перед засевом семян, а также в периоды активного развития и созревания растений: за 7-10 дн до цветения и в период цветения. Причем количество водного раствора выбирают из известных агротехнических условий, препятствующих угнетению выращиваемых растений на данной местности.
Выбор количественных параметров и компонентов составов базируется на основании данных, полученных на контрольных испытаниях, а также известных литературных данных по особенностям выращивания растений и их свойств по освоению микроэлементов в зависимости от условий выращивания. В частности, такие испытания проводились на радиоактивно загрязненных почвах, взятых из зоны Чернобыльской аварии с преимущественным содержанием Сs 137 либо Sr 90 .
Для почвы с содержанием Сs 137 была создана грядка размером 4х1 м, для почвы с преимущественным содержанием Sr 90 грядка размером 2,5х1 м. Слой загрязненной почвы толщиной 15 см насыпался на глинозем. В середине апреля первая грядка была полита 3%-ным раствором азотной кислоты из расчета 4 л на 1 м 2 . Через день грядки обрабатывались: в первую вносился состав 1 кг СаСО3 и 2,5 кг хвойного экстрагента-сорбента, состоящего из 5 мас. хвойной коры, 40 мас. хвои, 55 мас. опилок, смешанного с 50 мл живицы, во вторую грядку 3 кг хвойного экстрагента-сорбента того же состава. Через неделю грядка с Cs 137 была засеяна семенами подсолнечника, а грядка с Sr 90 семенами люцерны. Через неделю после начала цветения поливали 0,2%-ным раствором аммиачной селитры из расчета 3 л на 1 м 2 . Подсолнечник скосили в момент молочной зрелости семян, люцерну в конце созревания семян Данные испытания показали, что благодаря предложению уровень радиации в почве удается снизить для Сs 137 на 45% для Sr 90 на 30% что превышает аналогичный показатель известных способов фитодезактивации.
1. СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ ПОЧВЫ, включающий выращивание на дезактивируемой местности растений, аккумулирующих через корневую систему радионуклиды, содержащиеся в почве, и удаление растительного покрова с дальнейшей его утилизацией, отличающийся тем, что, с целью повышения степени дезактивации почвы по отношению к данному радионуклиду или группе радионуклидов, предварительно устанавливают элементы-аналоги для каждого подлежащего извлечению из почвы радионуклида, имеющие сходные с ним химические свойства и ту же валентность, а также перечень растений, хорошо аккумулирующих элементы-аналоги, обладающих в загрязненных радионуклидами слоях почвы развитой корневой системой, для выращивания растения или сочетаний растений выбирают их семена из установленного перечня и засевают ими почву после проведения традиционных для данной местности агромероприятий, повышающих урожайность биомассы, исключив из состава вносимых удобрений удобрения, содержащие установленные элементы-аналоги, доведения рН почвы до значения, превышающего оптимальное значение рН для выбранного растения или сочетания растений не более чем на 0,5 единиц, внесения экстрагентов-сорбентов и водного раствора аммиачной селитры или азотной кислоты, переводящих радионуклиды в ионообменную форму и поддерживающих их в таком состоянии в течение длительного времени, причем количество и концентрацию водного раствора выбирают из условия, препятствующего угнетению выращиваемых растений, в периоды их активного развития и созревания почву повторно обрабатывают указанным водным раствором, а по достижении максимальной сезонной биомассы удаляют растительный покров, причем процесс получения биомассы с использованием указанных мероприятий повторяют многократно, в том числе и в пределах одного сезонного периода, пока содержание радионуклидов не станет нормативно-допустимым, после чего почву используют для выращивания сельхозпродукции.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве элементов-аналогов используют элементы из ряда K, Ca, Fe, Si, Cl, причем выбор конкретного элемента-аналога или их сочетаний осуществляют в зависимости от конкретного радионуклида или их сочетаний согласно схеме: для Cs K: Ra, Sr Ca; J Cl, редкоземельных радионуклидов Fe; Th Si.
3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что семена для засева растений или их сочетаний выбирают такими, чтобы величина 
где Ai максимальное количество биомассы i-го растения, получаемого на почвах дезактивируемой местности за полевой сезон; Bij количество элемента-аналога j-го радионуклида, аккумулируемого i-м растением на единицу биомассы; n число одновременно выращиваемых растений;
m число одновременно выводимых из почвы радионуклидов,
была максимальна.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве экстрагента-сорбента используют смесь, состоящую из 30 45 мас. хвои, 5 25 мас. коры, 30 65 мас. опилок, и/или легнина и/или бумажной пыли, и/или цеолитов, сорбирующих соответствующие радионуклиды, перемешанных с живицей из расчета 10 15 л живицы на 1 м 3 смеси.
5. Способ по пп.1 и 4, отличающийся тем, что экстрагент-сорбент вносят из расчета, чтобы в радиоактивно-загрязненном слое почвы его суммарное количество составляло 1 3 об.
6. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что для почв с преимущественным содержанием Cs 137 для засева используют семена подсолнечника, рапса, календулы, люцерны, клевера.
7. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что для почв с преимущественным содержанием Sr 90 для засева используют семена люцерны, клевера, гороха, пажитника.
8. Способ по пп.1 и 5, отличающийся тем, что для почв, содержащих преимущественно Cs 137 и Sr 90 , для засева используют семена райграса, люцерны, клевера.
9. Способ по пп.2 и 5, отличающийся тем, что на почвах, содержащих преимущественно Cs 137 и Sr 90 , сначала выращивают и удаляют травяной покров подсолнечника, а затем люцерны.
Источник