После Чернобыля: как очистить землю от радиационной заразы
С момента аварии на Чернобыльской АЭС и заражения почвы радиоактивными выбросами и осадками прошло 30 лет. По науке — это период полураспада цезия-137 и стронция-90, основных радиоактивных веществ, осевших в почве после взрыва на станции. И хотя оставшиеся изотопы будут разлагаться еще пару веков, администрации тех районов России, где есть загрязненные земли, настроены решительно: ограничения по землепользованию пора снимать. Дальше всех идет губернатор Брянской области: административным решением пересматривается статус бывших запретных территорий. А в массы внедряется инициатива: если в почву вносить пять лет калийные удобрения, то на ней можно выращивать экологически чистую продукцию.О том, каким образом можно очистить земли от радиационной заразы, журналу «Огонек» рассказала эксперт Росприроднадзора, сотрудник кафедры радиоэкологии факультета почвоведения МГУ имени Ломоносова Татьяна Парамонова:
— Можно говорить о том, что спустя три десятка лет после чернобыльской катастрофы радиоактивное загрязнение почв значительно снизилось? Ведь 30 лет — это примерный период полураспада основных загрязняющих веществ.
— За прошедшие годы содержание цезия в продуктах Брянской области действительно снизилось в 20-30 раз. Про почву однозначно такого сказать нельзя. 30 лет — срок, примерно равный периоду полураспада цезия-137, основного компонента чернобыльского загрязнения, долгоживущего радионуклида техногенного происхождения. Именно он массово попал в наземные и водные экосистемы европейской части России после чернобыльской аварии. В силу того что цезий хорошо закрепляется в глинистых минералах, он слабо переходит в растения. Посчитано, что в растениях он в 100-10 000 раз менее активен, чем в почвах. Иначе дела обстоят на песчаных почвах и на торфяниках, которые распространены на Брянщине. Там радионуклиды гораздо подвижнее и лучше переходят в растительную биомассу.
— Какие растения активнее всего поглощают и накапливают радиацию?
— Способность поглощать радионуклиды у растений различается очень сильно. Безусловными накопителями цезия-137 являются грибы, а среди них самые активные — маслята, моховики и свинушки. Среди ягод на первом месте черника и брусника. Из растений, которые идут в пищу, больше всего цезий накапливается в многолетних бобовых, в кукурузе, в зернах овса и ячменя, в озимой ржи. Практически не поглощает цезий картофель, а вот кормовые травы делают это активно. В итоге цезий концентрируется в молоке и мясе домашних животных.
— О каких районах речь идет прежде всего? Где молоко и мясо сегодня наиболее загрязнены?
— Несмотря на то что радиоактивное облако накрыло четыре области России: Брянскую, Калужскую, Орловскую и Тульскую, в той же Орловской области вообще не отмечалось превышения нормативов содержания цезия-137 в продукции сельского хозяйства. В Тульской и Калужской областях случаи превышения отмечались только до 1987-1988 годов, а на территории Брянской области загрязнение цезием-137 зерна и картофеля к 1990-му снизилось в 20-30 раз, а сена — в 5-6 раз. Надо сказать, что во многом это произошло не только вследствие вышеописанных особенностей геохимического поведения радиоцезия, но и благодаря обширным контрмерам, принятым на землях пострадавших сельскохозяйственных угодий.
— Существовал ли в мире опыт возвращения радиоактивно зараженных земель в оборот до катастрофы на ЧАЭС?
— Практически нет. В настоящее время можно утверждать, что эффективная система защитных мероприятий, направленных против радиоактивного загрязнения, во многом сложилась именно у нас. То есть отечественные специалисты, которые работали после чернобыльской катастрофы, как раз сыграли ведущую роль в исследовании этого вопроса.
— Какие технологии возрождения сельхозземель наиболее эффективны?
— Все зависит от характера и масштаба загрязнения. К первоочередным мерам относится радиоэкологическое обследование почв (после аварии на ЧАЭС провели масштабную дистанционную гамма-съемку территории России, которая показала наиболее пострадавшие районы). В зависимости от результата, земли либо выводят из оборота, либо корректируют структуру посевов и контролируют качество растительной продукции. Очень действенный метод — более глубокая вспашка, которая выводит часть радионуклидов за пределы традиционного пахотного слоя. А также агрохимические приемы: внесение большого количества калийных и других минеральных и органических удобрений. Известкование тоже работает, но только на кислых почвах.
— Значит, внесение калийных удобрений действительно снижает уровень заражения?
— Повышенные дозы калийных удобрений, теоретически, способны снизить интенсивность поглощения цезия-137 корнями растений в 2-20 раз. Но фактически вряд ли можно считать этот прием ведущим в реабилитации радиоактивно загрязненных земель.
— Интересно, а как действовали японцы после аварии на атомной станции «Фукусима»?
— В Японии поступили совсем просто: на значительной части загрязненных пахотных земель, рисовых полей и лугов просто срезали верхний, наиболее загрязненный слой почвы. Правда, потом возникла проблема, где же разместить эту большую по объему почву, превратившуюся в радиоактивные отходы. Она долго хранилась в тюках на открытых площадках, в дальнейшем планируется поместить их в основание бетонной дамбы, захоронив там окончательно.
— Какие самые тяжелые последствия для экологии вы можете назвать в связи с аварией на ЧАЭС?
— Знаете, я бы сказала, что самыми тяжелыми стали социально-психологические последствия. Для общества чернобыльская авария приобрела значение катастрофы, отголоски которой не утихают до сих пор. Приведу пример. В прошлом году мы с коллегами возвращались с конференции, посвященной 30-летней годовщине чернобыльской аварии, и продолжали беседовать о том, что переход цезия-137 в продукцию сельского хозяйства невелик по масштабам и выращенные сейчас на умеренно загрязненных землях картофель и зерновые культуры вполне безопасны для потребления человеком. К нашему разговору прислушивался мужчина средних лет, который в какой-то момент затрясся и воскликнул: «Вот вы так говорите, а у меня сестра жила в Гомельской области, умерла молодой через два года после Чернобыля от рака». Что тут ответишь? Сошлюсь на официальные данные: по статистике, среди первых ликвидаторов чернобыльской аварии (тех, кто работал сразу после аварии) была повышена заболеваемость лейкозами и болезнями кровеносной системы. До настоящего времени у ликвидаторов и жителей наиболее загрязненных цезием-137 областей России отмечаются тенденции к более частой заболеваемости раком щитовидной железы и другими видами рака, однако радиационная обусловленность этих заболеваний подтверждается не всегда.
Источник
Способ очистки почвы от радионуклидов
Использование: фитодезактивация и технология ликвидации последствий аварий АЭС. Сущность изобретения: загрязненный радионуклидами слой почвы периодически обрабатывают водными растворами нитрата аммония с добавками микроорганизмов как биологически активных элементов — молочнокислых бактерий, высаживают в слой почвы однолетние и многолетние растения, в течение вегетационного периода растения периодически собирают и осуществляют экстракцию радионуклидов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к технологиям и техническим средствам ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы. Оно может найти широкое применение в сельском хозяйстве, медицине, фермацевтической, парфюмерно-косметической, пищевой, ликероводочной, консервной и других отраслях промышленности как источник ценного сырья и продукции и как средство повышения плодородия почвы зоны отселения и зоны жесткого контроля. Механический метод снятия верхнего слоя грунта и помещения его в специальные контейнеры с последующим их захоронением в спецхранилищах материальноемок, требует больших средств для реализации, ведет к тому, что очищенные территории лишаются основной части плодородного слоя и, в конечном итоге, превращаются в мертвые зоны. Известен способ очистки почвы от радионуклидов, при котором дезактивацию радиоактивно зараженных предметов проводят путем облучения их высокими потоками медленных нейтронов. Метод энергоемок, технологически сложен, требует огромных финансовых и материальных вложений. При этом при взаимодействии почвы с высоким потоком медленных нейтронов возможно образование радиоактивных изотопов из других элементов, находящихся в грунте, а также существенное изменение микрофауны (бионики) почвы. Известен способ дезактивации радиоактивно зараженных материалов, при котором материал последовательно вступает в контакт с раствором картбоната натрия в течение определенного отрезка времени и с раствором разбавленной азотной кислоты при добавлении перманганата калия, далее с раствором щавелевой кислоты (СООН-СООН х 2Н2О), после чего проводят конечную промывку и сушку материала. Способ имеет недостатки, связанные с необходимостью снятия зараженного pадионуклидами верхнего слоя почвы. Способ трудоемок, ведет к засолению растительного слоя солями марганца и натрия, малоэффективен, так как способен очистить слой почвы от радионуклидов, находящихся только в растворенном состоянии. Ближайшим техническим решением к предлагаемому является способ обеззараживания почвы от радионуклидов, относящийся к сорбционной технологии и включающий внесение в почву неорганических соединений. При этом в качестве неорганического соединения используют клиноптилолитсодержащую (цеолитсодержащую) породу, вносимую в количестве, рассчитываемом по формуле М= (0,03-0,06) . К+7, где М — количество породы, т/га; К — кратность загрязнения по сравнению с фоном. Способ позволяет снизить содержание радионуклидов в зеленой массе растений за счет повышения степени обеззараживания почвы, однако наряду со способностью сдерживать распространение загрязнения почвы радионуклидами способ не позволяет уменьшить их общее количество в почве, а следовательно, является временным средством защиты от проникновения радионуклидов в зеленую массу растений и в организм человека. Цель изобретения — уменьшение капитальных и энергетических затрат, интенсификация процесса очистки 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 водными растворами солей нитрата аммония с добавками микроорганизмов как биологически активных элементов с одновременной посадкой в слой почвы однолетних и многолетних растений. После определенного отрезка вегетационного периода растения собирают и выделяют из них чистую продукцию и продукты, обогащенные радионуклидами посредством экстракции. При посадке в почву используют ромашку аптечную, тысячелистник обыкновенный, полынь горькую и другие растения, а разделение зараженных радионуклидами продуктов и чистой продукции проводят путем экстракции с использованием в качестве экстрагента жидкой двуокиси углерода при 30 — 50 о С и давлении 6,5 — 7,0 МПа, предварительно высушив и измельчив собранные растения (исходный продукт). 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), примененных в качестве локализаторов (сорбентов) растений, технологий и периодичности обработки почвы неорганическими соединениями, их концентраций и других факторов. Предлагаемый способ масштабен, его можно успешно применять в качестве активного средства очистки (фитодезактивации) от радионуклидов обширных территорий, подвергшихся загрязнению, без необходимости снятия, переноса и переработки почвы и механического воздействия на нее. Физическая сущность изобретения заключается в сочетании химических, физических, микробиологических и физиологических факторов воздействия на почву, комплексообразователи и локализаторы. Данные средства воздействия обеспечивают переход растворимых форм и нерастворимых «горячих» топливных частиц в физико-химическое состояние, при котором они поглощаются растениями, при опосредованном воздействии на процесс агрохимического состояния и микрофауны почвы с последующим экстрагированием из растений чистой товарной продукции (экстракта) и утилизацией остаточного продукта (рафината), обогащенного радионуклидами, например, посредством его сжигания и захоронения в спецхранилищах. При этом периодическая обработка почвы растворами неорганического соединения NH4NO3-H2O не только способствует переходу нерастворимых форм комплексов, обогащенных радионуклидами, в растворимые формы, но и способствует повышению содержания в почве гуминовых кислот (гумуса) благодаря наличию NH3-групп, введению активных микроорганизмов и задернению почвы, исключая ветровую эрозию и заражение радионуклидами почвы чистых зон. В результате катастрофы на ЧАЭС произошел выброс топлива активной зоны реактора на обширные территории в виде полидисперсных матричных соединений — «горячих» топливных частиц. Концентрация таких частиц по территории неравномерна и различается на несколько порядков. Образовавшиеся при этом комплексные соединения малорастворимы или нерастворимы. В процессе природной (без вмешательства человека) фитодезактивации происходит частичное усвоение растениями находящихся на поверхности «горячих» топливных частиц изотопов 90 Sr, 137 Cs и других радиоэлементов за счет частичного вымывания и растворения. Исходные же изотопы топлива 238 U, 235 U и наработанные изотопы 239 Pu, 240 Pu, другие трансурановые элементы и продукты их деления, находящиеся в матрице из UO2 и возможных карбицидных соединениях, практически из матрицы не вымываются. С целью разложения матрицы и перехода комплексов в растворимое состояние в предлагаемом способе в почву периодически вводят соединение NH4NO3. При регулируемом поливе под воздействием H2O в почве происходит гидролиз, матрица из UO2 растворяется и переходит в растворимую форму UO2(NO3)2. При том часть продуктов деления, содержащихся под оболочкой (к которым относятся долгоживущие 137 Cs и 90 Sr), также под воздействием Н2О переходит в растворимое состояние. Процесс протекает по следующей схеме: 
Оксиды плутония Pu(III) и Pu(IV) практически нерастворимы в HNO3. Применение в предлагаемом способе активных микроорганизмов, таких, например, как молочнокислые бактерии, относящиеся к классу факультативных анаэробов, не только усиливает жизнетворную способность микрофауны, улучшает гумусное состояние почвы, но и позволяет обеспечить под их воздействием производство атомарного кислорода, который как сильный окислитель в сочетании с азотной кислотой позволяет перевести нерастворимую оксидную форму плутония в водорастворимую форму по схеме Pu(IV) 
Pu(NO3)4, легко усваиваемую растениями. Использование в предлагаемом способе водных растворов нитрата аммония с добавками микроорганизмов не только обеспечивает переход нерастворимых форм комплексных матричных соединений в растворимые, но и значительно улучшает жизнедеятельность самой почвы и высаженных на ней растений, интенсифицируя процессы растворения радионуклидов и их усвоения зеленой массой избранных растений. Выделение из зеленой массы растений экологически чистого ценного сырья и продукции и концентрация в остаточном продукте обработки радионуклидов обеспечиваются по предлагаемой технологии экстрагирования зеленой массы растений в экстракционных установках. В качестве экстрагента (растворителя) в предлагаемом способе использована, например, жидкая углекислота (СО2). Использование данного селективного растворителя при выбранных технологических параметрах обеспечивает в процессе разделения смеси жидкого и твердого веществ переход радионукдилов 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, фармацевтической, парфюмерно-косметической промышленности и т. д. Предлагаемый авторами способ осуществлен и проверен в лабораторных условиях с использованием дерново-подзолистой суглинистой почвы (грунта) из зоны отселения (район: луг, южная окраина, д. Кирово Наровлянского района Гомельской обл.). Среднее суммарное загрязнение данной почвы радионуклидами составило 60-70 Ки/км 2 . Почва, не подвергшаяся обработке с 1986 г, была помещена в кольцевые ячейки диаметром 560 мм, толщиной слоя до 250 мм. рН почвы контролировали с помощью стандартной методики, разработанной в ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), приготоавлением солевой вытяжки. Заданная начальная кислотность почвы при внесении в нее нитрата аммония из расчета 30 — 100 кг/га и регулируемом поливе устанавливалась на уровне рН 5-6. Эксперимент проводили с использованием трех видов растений, высаженных в отдельности в шесть ячеек каждое. При этом три ячейки по каждому растению являлись ячейками контроля, в которых происходила природная фитодезактивация без внесения в почву неорганических веществ по предлагаемой технологии, а лишь при регулируемом поливе. После среза через определенные периоды времени растения сушили и измельчали, после чего помещали их в лабораторный экстракционный аппарат, работающий при заданных параметрах: температуре 30 — 50 о С и давлении 6,5 — 7,0 МПа, с использованием в качестве экстрагента жидкой углекислоты. Экстракцию проводили в одностадийном и многостадийном режимах. После этого измеряли радиоактивность экстракта и рафината растений из всех восемнадцати опытных посадок (ячеек) с применением стандартных методик определения содержания цезия-134, цезия-137, рутения-106, церия-144, стронция-90, урана-235 и плутония-239, 240, утвержденных Межведомственной комиссией Госкомгидромета по радиационному контролю прироодной среды — Инструкции и методических указаний по оценке радиоактивности на загрязненной территории, утвержденных 29.04.87 г. В таблице приведены результаты 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) представляет собой отношение концентрации радиоактивности в экстракте и рафинате к концентрации радиоактивности в 1 кг почвы. При этом концентрацию радиоактивности в экстракте и рафинате расчитывали на 1 кг сухого продукта (растения) для их образования. Средняя концентрация радиоактивности изотопов цезия, рутения, церия, стронция, урана и плутония в почве составила 3,51
10 4 Бк/кг. Плотность почвы равнялась 1,36 г/см 3 . Эксперимент показал, что применение в вегетационном опыте предлагаемой авторами технологии позволяет по сравнению с контролем интенсифицировать процесс и на 2-4 порядка увеличить фитосорбцию (аккумуляцию) радионуклидов ромашкой аптечной, тысячелистником обыкновенным и полынью горкой, обеспечив в перерасчете через среднюю урожайность этих растений на дерново-подзолистых почвах за один вегетационный период их очистку от загрязнения радионуклидами на 3-8%. Существует и ряд других растений, позволяющих обеспечить при применении предлагаемой технологии высокий коэффициент фитосорбции радионуклидов в широком спектре их избирательности. При этом предлагаемая технология обеспечивает выделение из надземной части зеленой массы чистой продукции, при концентрировании радионуклидов в остаточном продукте с последующей их утилизацией и захоронением по известным технологиям, путем озоления и брикетирования. Использование в предлагаемой технологии фитодезактивации почвы растениями семейства сложноцветковых, относящихся к растениям, содержащим большую гамму ароматических и лекарственных веществ, в сочетании с периодической обработкой загрязненной радионуклидами почвы водными растворами нитратами аммония, позволит отказаться от энергоемких, требующих огромных материальных вложений и капитальных затрат технологий, не позволяющих уменьшить коллективную дозу загрязнения, а лишь сдержать распространение этого загрязнения. Предлагаемая технология является активным инструментом снижения коллективной дозы загрязнения при активном землепользовании. Она по сравнению с убыточными технологиями очистки почвы обеспечивает получение от вложений в нее прибыли за счет получения и производства чистой дорогостоящей и дефицитной продукции: ароматических и лекарственных веществ, эфирных масел и так далее из сырья (зеленой массы растений) фитодезактивации. Применение предлагаемой технологии на загрязненных радионуклидами территориях Гомельской и Могилевской областей позволит вернуть земли к активному использовнаию, обеспечит их очистку от радионуклидов максимально в течение 20 — 30 лет, а при усовершенствовании технологии возможно и значительно раньше.
1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ, включающий внесение в нее неорганических соединений, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и улучшения качества очистки, уменьшения капитальных и энергетических затрат и получения чистой продукции, загрязненной радионуклидами слой почвы периодически обрабатывают водными растворами нитрата аммония с добавками микроорганизмов как биологически активных элементов, высаживают в слой почвы однолетние и многолетние растения, в течение вегетационного периода растения периодически собирают и осуществляют экстракцию радионуклидов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для посадки в слой почвы используют растения из ряда ромашка аптечная (Matricaria recutita), тысячелистник обыкновенный (Achillea milletolium), полынь горькая (Artemisia absinthium). 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что процесс разделения загрязненных радионуклидами продуктов и чистой продукции проводят путем экстракции с использованием в качестве растворителя экстрагента жидкой двуокиси углерода при 30 — 50 o С и давлении 6,5 — 7,0 МПа, предварительно высушив и измельчив собранный исходный продукт — растения.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Источник