Способ дезактивации почво-грунтов

(71) Заявитель Институт проблем использования природных ресурсов и экологии Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт проблем использования природных ресурсов и экологии Национальной академии наук Беларуси(57) Способ дезактивации почво-грунтов путем выщелачивания радионуклидов растворами электролитов и использования герметичного материала, отличающийся тем, что после внесения в слой почво-грунта электролитов поверхность почво-грунта покрывают влагоизолирующим материалом - полиэтиленовой пленкой,и после перехода в поровый раствор не менее 50 радионуклидов от количества, соответствующего сорбционному равновесию при наличии в слое почво-грунта выщелачивающего раствора, покрытие удаляют, а поверхность почво-грунта покрывают пористым фильтрующим материалом и создают направленный поток влаги путем ее испарения с поверхности фильтра и затем сконцентрированные на поверхности фильтра радионуклиды и внесенные электролиты удаляют. Изобретение относится к области охраны окружающей среды от загрязнения радиоактивными веществами и может быть использовано для удаления радионуклидов из почв, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварии на ЧАЭС. Известны способы дезактивации почво-грунтов путем внесения электролитов в сочетании с посевом растений или с добавками микроорганизмов, способствующих выведению радионуклидов из почвы 1-3. Недостатками известных способов является низкая эффективность извлечения радиоактивных элементов,адсорбированных твердой фазой скелета почво-грунтов. Основная причина низкой эффективности дезактивации заключается в медленном процессе перехода радионуклидов из состояния, когда они связаны твердой фазой, в водорастворимое состояние. Процесс этого перехода, как показали экспериментальные исследования, может быть растянут на месяцы и даже годы. В то же время дезактивирующие растворы электролитов находятся в основном в водорастворимом состоянии и при наличии в слое почво-грунта потоков влаги эти соединения могут быть быстро вынесены из слоя грунта, не оказав достаточного воздействия на процессы выщелачивания радионуклидов. Вторым недостатком указанных способов является возможность попадания радионуклидов и внесенных соединений в грунтовые воды и загрязнение питьевых источников воды и водоемов. Ближайшим техническим решением к предлагаемому является способ дезактивации почв от радионуклидов, включающий операцию изоляции загрязненного слоя от нижележащей почвы герметичным материалом,4780 1 гидравлически связанным с дренажом 4. Способ позволяет уменьшить распространение радионуклидов и выщелачивающих растворов в окружающей среде, однако этому способу, так же как и указанным ранее,присуще неэффективное использование выщелачивающих растворов вследствие медленного перехода радионуклидов из сорбированного в водорастворимое состояние и наличия естественных потоков влаги в грунте. К тому же способ достаточно трудоемок. Задача изобретения - повышение эффективности выщелачивания радионуклидов растворами электролитов и уменьшение трудоемкости способа. Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе дезактивации почво-грунтов путем выщелачивания радионуклидов растворами электролитов и использования герметичного покрытия, после внесения в слой почво-грунта электролитов поверхность почво-грунта покрывают влагоизолирующим материалом - полиэтиленовой пленкой, и после перехода в поровый раствор не менее 50 радионуклидов от количества, соответствующего сорбционному равновесию при наличии в слое почво-грунта выщелачивающего раствора, покрытие удаляют, а поверхность почво-грунта покрывают пористым фильтрующим материалом и создают направленный поток влаги путем ее испарения с поверхности фильтра и затем сконцентрированные на поверхности фильтра радионуклиды и внесенные электролиты удаляют. Сравнительный анализ заявленного решения с известным показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что после внесения в слой почво-грунта электролитов его поверхность влагоизолируется от окружающей среды. Это позволяет устранить конвективные потоки влаги и тем самым предотвратить преждевременное вымывание дезактивирующих электролитов из слоя почво-грунта. После перехода в раствор основной части радионуклидов в соответствии с новыми условиями фазового равновесия раствор твердая фаза, обусловленными наличием электролитов, они могут быть легко удалены из слоя направленным потоком влаги. Отличием от известных способов является также создание в данном способе потока влаги путем ее испарения с поверхности фильтра, изготовленного из капиллярно-пористого материала и уложенного на поверхность грунта. Это позволяет сконцентрировать перешедшие в раствор радионуклиды и внесенные электролиты на поверхности фильтра и тем самым предотвратить загрязнение нижних горизонтов грунта радионуклидами и растворами электролитов. Исследования, выполненные с образцами низинного торфа, загрязненного радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, показали, что после внесения в торф растворов электролитов, например, хлоридов стабильныхииз расчета 0,2 г-экв/л каждого элемента на влагу торфа при влагосодержании 2,5 кг/кг, по истечении 10 месяцев в водорастворимое состояние переходит до 70 от общего количества радионуклидов. Это количество радионуклидов может быть легко удалено из торфа путем промывания слоя торфа водой в количестве, равном 2-3 объемам от имеющейся в торфе влаги. Радионуклиды из торфа легко удаляются при испарении влаги с керамической пластинки, уложенной на слой торфа, при одновременном увлажнении этого слоя снизу. При этом на поверхности керамической пластинки формируется рыхлый слой соли из внесенных в торф электролитов и в этом слое находятся также радионуклиды, что позволяет собрать в концентрированном виде радионуклиды и внесенные электролиты для их последующей утилизации. Следует отметить, что для каждого конкретного слоя почвы или грунта прежде, чем вносить электролиты с целью дезактивации, необходимо предварительно в лабораторных условиях выявить наиболее оптимальные составы и концентрации этих электролитов, а также период времени, за который в поровый раствор перейдет необходимое количество радионуклидов. Для этого в образец дезактивируемого грунта вносят выщелачивающие электролиты и, определяя периодически их концентрацию в поровом растворе, получают кривую кинетики выщелачивания. Выделение порового раствора можно осуществить методом центрифугирования. На основании кривой кинетики выщелачивания определяют равновесное количество выщелоченных данным электролитом радионуклидов и оптимальное время, за которое в раствор перейдет необходимое количество радионуклидов. Реализация предложенного способа осуществляется в следующей последовательности. В слой почвогрунта, загрязненного радионуклидами, вносят электролиты, способствующие переходу в водорастворимое состояние -137 и -90. Для этого можно использовать хлориды и нитраты Са, К, , , 4, а также стабильныхи . Объемная концентрация в поровом растворе электролитов должна составлять 0,1-0,3 гэкв/л. После внесения электролитов поверхность почво-грунта влагоизолируют с помощью пленочного покрытия с таким расчетом, чтобы в слой не прошли осадки. Через определенные промежутки времени (1-2 месяца) производят отбор проб почво-грунта из загрязненного радионуклидами слоя и определяют концентрации радионуклидов, находящихся в поровом растворе и адсорбированных твердой фазой почво-грунта. После увеличения концентрации радионуклидов в поровом растворе до величины, равной не менее 50 от равновесной концентрации при наличии в поровом растворе дезактивирующих соединений, защитную 2 4780 1 пленку удаляют, а поверхность почво-грунта покрывают капиллярно-пористым фильтрующим материалом. Затем в слое грунта создают направленный поток влаги путем испарений влаги с поверхности фильтра. Для этой цели в качестве фильтра можно использовать керамические покрытия, плотную бумагу, картон, ткани из волокнистых материалов. Испарять влагу можно либо естественным путем при солнечной погоде в летнее время, либо прогревая поверхность фильтра тепловым излучением от искусственных электроисточников тепла или вмонитрованных в фильтр электрических нагревателей. Слой грунта при этом должен быть достаточно увлажнен грунтовыми водами или водой, подаваемой в скважины ниже радиоактивного слоя. Длительность процесса испарения влаги на фильтре определяется количеством испарившейся с фильтра воды. Процесс прекращается, когда количество испарившейся влаги равняется 2-3 объемам влаги, имеющейся в дезактивируемом слое грунта. После окончания испарения влаги радионуклиды и электролиты,сконцентрированные на поверхности фильтра, удаляются с этой поверхности механическим путем и захораниваются известными методами. При необходимости процесс дезактивации слоя почво-грунта, включающий процедуры внесения выщелачивающего раствора и создания направленного потока влаги, можно повторить. Таким образом, заявляемый способ позволяет исключить вынос внесенных электролитов и радионуклидов из загрязненных слоев почво-грунтов в грунтовые воды, эффективно использовать внесенные электролиты, а затем утилизировать извлеченные из почвы радионуклиды. Источники информации 1.863 С 1, 1995. 2.864 С 1, 1995. 3.1080 1, 1995. 4.1825199 3, 1993 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3