Спосіб очищення грунту від радіонуклідів

1. Способ очистки почвы от радионукли дов, внесение в нее неорганических соеди нений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что загрязненный радионуклидами слой почвы периодически отрабатывают водными рас творами нитрата аммония с добавками мик роорганизмов 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,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что для посадки в слой почвы использу ют растения из ряда ромашка аптечная (Matrlcaria recutita), тысячелистник обыкновенный(АспШеа millefolium), полынь горькая (Artemisia absinhium). 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что процесс разделения загряз ненных радионуклидами продуктов и чистой продукции проводят путем экстракции с ис пользованием в качестве растворителя экстрагента жидкой двуокиси углерода при ЗО-50°С и давлении 6,5-7.0 МПа, предвари тельно высушив и измельчив собранный ис ходный продукт - растения. С > САЗ О Изобретение относится к технологиям и техническим средствам ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы. Оно может найти широкое применение в сельском хозяйстве, медицине, фармацевтической, парфюмерно-косметической, пищевой, ликеро-водочной, 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 D спецхранилища материальноемок, тре бует 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 дизактивацию рад ио а к т ив н о з а ра ж ен ных п р ед м е т о в проводят путем облучения их высокими потоками медленных нейтронов. Метод энергоемок, технологически сложен треЬуот огромных финансовых и материальных вложении При этом при РЗЛИМОДОИСТЕШИ почвы с высоким потоком медленных нейтронов возможно образование радиоактипных и:ю О о о 13000 топов из других элементов, находящихся в грунте, а также существенное изменение микрофауны (бионики) почвы [1]. Известен способ дезактивации радиоактивно зараженных материалов, при котором 5 материал последовательно вступает в контакт с раствором карбоната натрия в течение определенного отрезка времени и с раствором разбавленной азотной кислоты при добавлении пермангаиэта калия, далее с раствором 10 щавелевой кислоты (COOH-CGOH х 2НгО), после чего проводят конечную промывку и сушку материала. Способ имеет недостатки, связанные с необходимостью снятия зараженного ради- 15 онуклидами верхнего слоя почвы. Способ трудоемок, ведет к засолению растительного спая солпми марганца и натрия, малоэффективен, т.к. способен очистить слой почвы от радионуклидов, находящихся только в 20 растворенном состоянии [2]. Ближайшим к предлагаемому техническим решением является способ обеззараживания почвы от радионуклидов, относящийся к сорбционной технологии и 25 включающий внесение в почву неорганических соединений. При этом в качестве неорганического соединения используют клиноптилолитсодержащую (циалитсодержащую) породу, вносимую в количестве, рас- 30 считываемом по формуле М (0,030,06) • К*-7,гдеМ-количествопороды, т/га; К кратность загрязнения по сравнению с фоном [3]. Способ позволяет снизить содержание 35 радионуклидов в зеленой массе растений за счет повышения степени обеззараживания почвы, однако, наряду с достоинством сдер живать распространение загрязнения по чвы радионуклидами, способ не позволяет АО уменьшить их общее количество в почве, а следовательно, явпяется временным средст вом защиты от проникновения радионукли дов в зеленую массу растений и в организм человека. 45 Цель изобретения - уменьшение капитальных и энергетических затрат, интенсификация процесса очистки почвы и получение чистой продукции. Это достигается тем, что предлагаемый 50 способ очистки почвы от радионуклидов, включающий внесение в нее неорганических соединений, предполагает, что зараженный радионуклидами слой почвы периодически обрабатывают водными рас- 55 творэми 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°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 ЫНлМОз~Н2О не только способствует переходу нерастворимых форм комплексов, обогащенных радионуклидами, D растворимые формы, но и способствует повышению содержания в почве гуминовых кислот (гумуса) за счет наличия ЫНз-групп. введения активных микроорганизмов и задернения 13000 почвы, исключая ветровую эрозию и заражение радионуклидами почвы чистых зон. В результате катастрофы иа ЧАЭС произошел выброс топлива активной зоны реактора н а обш ирны е тер рит ори и п вид е 5 полидисперсных матричных соединений "горячих" топливных частиц. Концентрация таких частиц по территории неравномерна и различается на несколько порядков. Образовавшиеся при этом комплексные соедине- 10 ния малорастворимы или нерастворимы. В процессе природной (без вмешательства человека) фитодезактивации происход и т ч ас т ич н ое у с в о е ни е ра ст е н ия м и находящихся на поверхности "горячих" тол- 15 ливных частиц изотопов 90Sr, 137Cs и других радиоэлементов за счет частичного вымывания и растворения. Исходные же изотопы топлива 238 U, 235U и наработанные изотопы 239Ри, 2 °Ри, Другие трансурановые элемен- 20 ты и продукты их деления, находящиеся в матрице из 1Ю~2 и возможных кэрбицидиых соединениях, практически из патрицы не вымываются. С целью разложения матрицы и перехо- 25 да комплексов в растворимое состояние в предлагаемом способе в почву периодически вводят соединения NH4NO3. При регулируемом полное под воздействием НгО в почве происходит гидролиз, матрица из 1Юг 30 растворяется и переходит в растворимую форму UO2(NO3)2. При этом часть продуктов деления, содержащихся под оболочкой (к которым относятся долгожнпущие(137Сз и Sr), также под воздействием НгО переходит в 35 растворимое состояние. Процесс протекает по следующей схемеNH4NO3+ H2O-NH4OH 1-HNO3 NH4OH -*fNH3 ' Н 2О UO2 + HNOa -* UO3 ^ HNO2 40 + UO3 -» 2HNO3 -*• UO2(NO3)2 НгО Оксиды плутония Pu (III) и Ри (IV) практически не растворимы в нКЮз. Применение в предлагаемом способе активных микроорганизмов, таких, напри- 45 мер, как молочнокислые бактерии, относящихся к классу факультативных анаэробов, не только усиливает жизнетпорную способность микрофауны, улучшает гумусное состояние почвы, но и позволяет обеспечить 50 под их воздействием производство атомарного кислорода, который как сильный окислитель в сочетании с азотной кислотой позволяет перевести нерастворимую оксидную форму плутония в водорастворимую 55 форму по схеме: НЫОз+О Pu(IV) легко усваиваемую растениями. Использование в предлагаемом способе водных растворов нитрата аммония с добавками микроорганизмов не только обеспечив а е т п ер ех од н ер ас т в ор им ых ф о рм комплексных матричных соединении в растворимые, но и значительно улучшает жизнедеятельность самой почвы и высаженных на ней растений, интенсифицируя процессы растворения радионуклидов и их усвоения зеленой массой избранных растении 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 растенчй в экс тр акц и он ных уста но вк ах . В качестве экстрагентз (растворителя) в предлагаемом способе использована, например, жидкая углекислота (СОг). Использование данного селективного растворители при выбранных технологических параметрах обеспечивает в процессе разделения смеси жидкого и твердого вещества переход радионуклидов 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, парфюмернокосметической промышленности и т.д. Предлагаемый авторами способ осуществлен и проверен в лабораторных условиях с использованием дерновоподчолистой суглинистой почвы (грунтэ) из зоны отселения (район: луг, южная окраина, д Кирово, Наровлянского района, Гомельской обл.). Среднее суммарное загрязнение данной почвы рад ионукл идами составило 60-70 2 Ки/км . Почва, не подвергшаяся обработке с 198G г.. было помещена в кольцевые ячейки диаметром 560 мм. толщиной слоя до 250 мм. рН почвы контролировали с помощью стандартной методики, разработанной a ЦИНАО (ГОСТ 26483-85) приготовлением солегой 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 проводити 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 предла 13000 гаемой 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°С и давлении 6,5-7,0 МПа с использованием о качестве экстрагента жидкой углекислоты. Экстракцию проводили в одностадийном и многостадийном режимах. После этого измеряли радиоактивность экстракта и рафииата растений из всех восемнадцати опытных посадок (ячеек) с применением стандартных методик определения содержаний цезия-134. цезия-137, рутения-106, церия-144, стронция-90, урзна-235 и плутоНИЙ-239, 240. утвержденных Межведомственной комиссией Госкомгидромета по радиационному контролю природной среды - Инструкций 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 о 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 рассчитывалась на 1 кг сухого продукта (растения) для их образования. Средняя концентрация радиоактивности изотопов цезия, рутения, церия, стронция, урана и плутония в почве составила 3,51х 10 Бк/кг. Плотность почвы равнялась 1.36 г/см3 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 горькой, обеспечип п перерасчете через среднюю урожайность этих растений на дерново-подзолистых почвах за один ве 8 гетационный период их очистку от загрязнения радионуклидами на 3-8%. Существует и ряд других растений, позволяющих обеспечить при применении 5 предлагаемой технологии высокий коэффициент фитосорбции радионуклидов о широком спектре их изобретательности. При этом предлагаемая технология обеспечивает выделение из надземной час10 ти зеленой массы чистой продукции, при концентрировании радионуклидов в остаточном продукте с последующей их утилизацией и захоронением по известным технологиям, путем озолепия и брикетиро15 вания. Использование в предлагаемой технологии фитодєзакіивации почвы растениями семейства сложноцветковых, относящихся к растениям содержащим большую гамму 20 ароматических и лекарственных веществ, в сочетании с периодической обработкой загрязненной радионуклидами почвы водными растворами нитрата аммония, позволит отказаться от энергоемких, требующих ог25 ромных материальных вложений и капитальных затрат, технологий. не позволяющих уменьшить коллективную дозу загрязнения, а лишь сдержать распространение этого загрязнения. 30 Предлагаемая технология является активным инструментом снижения коллективной дозы загрязнения при активном землепользовании. Она по сравнению с убыточными технологиями очистки почвы, 35 обеспечивает получение от вложений в нее прибыли за счет получения и производства чистой дорогостоящей и дефицитной продукции: ароматических и лекарственных веществ, эфирных масел и т.д. из сырья 40 (зеленой массы растений) фитодезактивации. Экономический эффект при применении предлагаемой технологии на загрязнеиных радионуклидами территориях 45 Гомельской и Могилевской областей составит десятки миллиардов руб. позволит вернуть земли к активному использованию, обеспечит их очистку от радионуклидов максимально в течение 20-30 лет, а при усовер50 шенствовании технологии возможно и значительно раньше. 9 Условия произрастания/ состав 10 13000 Средн. за веге- опыта тац. период урож.сух. зел. мас 1-й срез Время от вр. посадки: 80сут. isfc опыта 2-й срез Врем. от вр. посадки: 160 сут. 3-й срез Врем, от врем. посадки: 240 сут N? опыта сы влажм.. 15%, ц/га Ромашка аптечная (Natrlcaria recutita) Контроль/экстракт Контроль рафинат Опыт/экстракт Опыт/рафипат 9,1 НД* 2,8 • 10"3 3,6 • 10' 6 3.9 - 10"6 4,1 • 10" 2 4 6,1 • 106 15,4 6,8 • 106 Тысячелистник обыкновенный (Achlllea millefollum) Контроль/экстракт Контроль рафинат Опыт/экстракт Опыт/рафипат 28,3 Контроль/экстракт | Контроль рафинат «Опыт/экстракт : Опыт/рафинат 31,4 1 7в нд* 3 9 нд* нд* 9 4,2 • 10~ 2,9 • 10* б 8 10 5,7 10'6 39,2 2,1 10 9.6 • 10~4 4,1 • W4 Полынь горькая (Aaemisla absinthium) 42,1 13 14 нд* 5 нд* 5,1 • 10'3 4,3 • 10"6 8,1 • 106 9 15 9 9.1 • 10~ 6,2 • Ю"е 2,9 10"1 16 нд* 5 9.6 10' 8.6 • 10~6 4,1 • 10"1 6 11 нд* 1,6 • 10"2 6,3 • 10'5 5.9 • I08 12 17 нд* 6,1 10"4 4,2 • 10~9 5,2 • 10е 18 в * ниже предела детектирования Упорядник Замовлення 4093 Техред М.Моргентал Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101 I