Способ очистки почвы от радионуклидов

(12) (51)5 С 211 9128 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ комитвт ввспувлики БЕЛАРУСЪ(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ РАДИОНУКШ/ЩОВ(71) Заявитель Институт радиоэкологических проблем Академии наук Беларуси (ВУ)(73) Патентообладатель Институт радиоэкологических проблем Академии наук БеларусиСпособ очистки почвы от радионуклидов, включающий удаление верхнего слоя почвы, выделение мешсоштсперсной фракции и ее дезактивацию путем обработан раствором химического реагента, отличающийся тем, что используют раствор, содержащий стабильный изотоп цезия в количестве 1-105- 1-104 моль/л при рН раствора 4-8.Изобретение касается дезактивации радиоактивно загрязненных почв методом изотопного разбавлен-пая и может бьпъ использовано преимущественно в атомной техншсе при очистке огт радионуклидов небольцшх участков почвы, затрязнет-п-тьш в результате каких-либо аварийных ситуаций на предприятиях атомной промьшшеШ-тости, разлива хсидтсих радиоактивных отходов (ЖРО).Наиболее близким к заявляемому является способ очистки почвы от радионуклидов, путем удаления верхнего слоя почвы и его последующей дезактивации, включающий выделение мелкодисперсной фракции и обработку растворами химических реагентов 1. Почву дробят до частиц размером менее 420 ьпсм. Каждую фракцию (в зависимости от размера частиц) исследуют на содержание радиоактивных веществ, определяют химический состав фракции. Затем измельченная почва подается в аппарат, работающий в режиме псевлоожижения, куда дезактивирующий раствор подается снизу вверх. В результате процесса гидросепарации происходит О. выделение наиболее загрязненной фракции почвы. При этом образуются и жидкие радиоакФ Однако, по этому методу необходимо, чтобы образцы загрязненной почвы содержали тольи ко растворимые радиоактивные вещества, или радионуклиды, непрочно сорбированные почт-ч вой. В настоящее время показано, что радионуклиды цезия находятся в почвах, загрязненных радионуклидами после аварии на ЧАЭС, преимущественно в ионном состоянии. Опыты по деЧ сорбции показывают, что наблюдается зависимость величины перехода радиоцезия из почвы в десорбирующий раствор в зависимости от состава применяемого раствора. Тем не менее. величина извлечения радиоцезия даже достаточно концентрированными растворами неорганических и органических веществ, например, 1 моль/л НС 1, 1 моль/л СН 3 СООМН 4, составляет небольшую величину 1-696. Это является существенным ограничением применимости вышеуказанного метода для дезактивации почв, загрязненных радионуклидами чернобыльского происхождения. Кроме этого, применение концентрированных растворов химических реагентов может вызвать нарушение биохимического состава почв, а также вызвать определенные затруднения при дальнейшем обращении с использованными дезактивирующими растворами.Задачей настоящего изобретения является создание способа дезактивации почв, обеспечивающего снижение содержания радионуклидов в почвах, с возможностью возврата в землепользование наиболее ваэкной части почвы. Кроме этого. способ дает возможность сконцентрировать и удалить из биосферы радиоцезий, за счет увеличения степени извлечениярадиоцезия из почв при минимальных затратах. В результате решения данной задачи достигается новый технический результат, заклю чающийся в возможном использовании загрязненных земель и в снижении объемов вторичных радиоактивных отходов за счет повышения эффективности процесса дезактивации почв и за счет эффективного извлечения радиоцезия из растворов, образующихся в процессе дезактивации почв. АДанный технический результат достигается тем, что очистка почв проводится путем удаления верхнего загрязненного радионуклидами слоя почвы, выделения мелкодисперсной фракции и ее дезактивации путем обработки раствором химического реагента.Отличительной особенностью изобретения является проведение дезактивации, которую осуществляют растворами, содержащими стабильный изотоп цезия в количестве 1-10-5-1-104 моль/л при величине рН раствора 4-8. В настоящем изобретении предлагается для дезактивации почв использовать явление изотопного обмена с целью вывода радионуклидов из почвы. Механизм вероятного перехода радиоцезия из почвы в десорбирующий раствор приводится ниже. При радиоактивной концентрации Сет в почве, равной 1-105 Ки/кг, его абсолютное содержание составит величину, равную 1-10 моль/кг- Поэтому при введении в дезактивирующий раствор, контактирующий с почвой, стабильного изотопа цезия, можно ожидать перераспределения всех изотопов цезия как в почве, так и в растворе пропорционально их массовому соотношению. Т.о., небольшие количества стабильного изотопа цезия в растворах могли бы привести к значительному снижению содержания радиоактивного изотопа цезия в почве. При этом отделение почвы от дезактивирующего раствора приводит к удалению радиоцезия из биологического цикла, а почва освобождается от радиоактивных загрязнений.Пример 1. Были поставлены опыты по изучению сорбционного поведения радиоцезия в системе илистая (мелкодисперсная) фракция почвы-раствор. В раствор вводили радиоактивный изотоп цсзия- 137, концентрация которого составила величину порядка 1-105 Ки/л. Навеску почвы 0,2 г заливали этим раствором, объем которого составлял 20 мл. Составы растворов приведены в табл. 1. Сорбция изучалась в статических условиях. Для характеристики величины сорбции использовали коэффициент распределения (Кр), определяющий соотношение концентрации радионуклида в фазе сорбента и в растворе в каждый момент времени. Расчет Кр производили по убыли активности исходного раствора и рассчитывали по формуле А Ар Д. гдеОпределение содержания рациоцезия проводили путем измерения активности аликвот растворов до и после сорбции. Измерение активности аликвот растворов проводили с помощью Оекц) детектора ДГДК 100 В с использованием анализатора импульсов ЬР-4900 В.Кроме величины Кр для количественной оценки процесса сорбции использовали величину, названную процент сорбции и обозначенную (а). которую определяли по формулеПщученные данные, представленные в табл. 1, показывают, что по мере увеличения концентрации стабильного изотопа цезия в растворе уменьшается величина его сорбции почвой. На приведенных данных можно заключить, что сорбционная емкость почвы по отношению к цезию имеет конечную и, вероятно. небольшие величину. Действительно. доста 2точно небольших количеств стабильного изотопа цезия (10 микромолей в литре) в растворе,чтобы заметно снизить его поглощение почвой. А это означает, что с ростом концентрации цезия (стабильного) изотопы цезия остаются преимущественно в растворе, а не в почве. А это, в свою очередь, подтверждает, что метод изотопного обмена принципиально применим для того, чтобы уменьшить содержание цезия- 137 в почвах и перевести его из почвы в раствор при наличии в растворе стабильного изотопа цезия.КОНЦС ация СТЗбИЛЬНОГО ИЗОТОПЗ. ЦСЗИЯ иведена В МОЛЬ ЛПрмер 2. В этом примере приведены результаты опьггов по десорбции радиоцезия из илистой фракции почвы в модельных условиях. Моделирование заключалось в предварительнойадсорбции Сз 137 почвой из раствора, который содержал лишь радиоактивный изотоп цезия 137. При этом время сорбции было выбрано небольшим (менее 24 час), чтобы исключить возможную диффузию радионуклидов Сет вглубь почвы. Полученные данные в виде 96 десорб ции (а) приведены в табл. 2. Процент (96) десорбции рассчитывали по формуле А А ОА, А - удельная активность почвы перед десорбцией и после десорбции соответственно, Бк/г. Таблица 2Кинетика десорбции (изотопного обмена) радионуклидов Сет из почв. Модельные опьггы. рН 4,0.десорбции, Состав десорбирующего раствора сут. Конце ация стабильного изотопа цезия иведена в моль лИз полученных данных следует, что десорбция радиоцезия растворами, содержащими стабильный изотоп цезия в количестве 1-1 О 5-1102 моль/л, выше по сравнению с растворами, не содержащими цезий. При этом с увеличением времени десорбции количество десорбированного радионуклида цезия-137 увеличивается.На основании данных. представленных в табл.1 и табл.2 можно заключить, что метод гете рогенного изотопного обмена позволяет перераспределить стабильный и радиоактивный изотопы цезия в системе почва-раствор.Пример 3. Илистая фракция почвы, загрязненная радионуклидами цезия чернобьшьского происхождения (реальные опьггы), имела удельную активность 9,2 Бк/г. Навеску почвы весом 5 г заливали десорбирующим раствором объемом 100 мл. Количественно процесс десорбции радионуклидов цезия оценивали в виде процента десорбции (а), который рассчитывали так же,как приведено в примере 2.Составы десорбирующих растворов приведены в табл. 3.Десорбшш радионуклидов Сет из илистой фракции почвы. Реальные оттьггьт. рН 4,0.Время десо ции десорбции, Состав десорбирующегоь раствора сут. Конце ация стабильного изотопа цезия пиведена в моль лИз полученных данных по десорбции радиоцезия растворами, содержащими стабильный изотоп цезия, из реальных загрязненных почв следует, что десорбция радиоцезия растворами растет с увеличением концентрации стабильного изотопа цезия в десорбирующем растворе. Кроме этого, увеличение времени контакта раствора с почвой также приводит к увеличению десорбции радиоцезия из реальных образцов почв. Из приведенных данных также следует, что ни водой, ни раствором 0,1 НС 1 моль/л, нейтрализованной концентрированным раствором МаОН, не удается вьщелить радиоцезий из почв. В то же время введение незначительных количеств стабильного изотопа цезия 1-105-1-104 моль/л приводит к перераспределению радиоцезия между почвой и раствором. При этом происходит переход его из почвы в раствор,что способствует сштжению содержания цезия в почвах.Пример 4. Образцы реальных, загрязненных радионуклидами почв без разделения их на отдельные фракции были подвергнуты дезактивации растворами, содержащими стабильные изотопы цезия. Методика проведения опытов, а также количественное описание процесса десорбции описаны в примере 3. Составы десорбирующих растворов приведены в табл.4.Из полученных данных следует, что введение относительно неболыщтх количеств стабильного изотопа цезия приводит к увеличению количества радиоцезия, извлекаемого из почвы десорбирующими растворами. Причем при использовании воды (без введения каких-либо химичееютх реагентов) переход радиоцезия из почвы в раствор незначителен.десорбция радионуклидов Сет из почв. Реальные отштът. Время десорбции 3-4 сут.би Щего аствоа 96 десобцииПриведенные результаты показывают, что теш-тология дезактивации радиоактивно загрязненной почвы, основанная на принципе изотопного обмена радионукдшдов, способна решить задачу по очистке почв, загрязненных радионуклидами. Указанные значения концентраций стабильного изотопа цезия обеспечивают эффективное извлечение ргдиоцезия из почвы в десорбирующий