Способ очистки почвы от радионуклидов

01 79/02 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЧВЫ ОТ РАДИОНУКЛИДОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт радиоэкологических проблем Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт радиоэкологических проблем Национальной академии наук Беларуси(57) Способ очистки почвы от радионуклидов стронция-90, цезия-137, плутония-238, 239, 240, америция-241,включающий внесение в нее минеральных удобрений, посадку в почву растений, сбор их и переработку для дальнейшего захоронения, отличающийся тем, что для дезактивации почвы используют сахалинскую гречиху, причем в течение вегетационного периода почву обрабатывают соединениями азота, фосфора, калия в пределах агрохимических норм. Способ относится к радиоэкологии, а именно к области разработки технологии очистки почвы от радионуклидов с использованием фитодезактивиции слоя почвы как средства ликвидации и утилизации последствий аварии на ЧАЭС. Изобретение может быть использовано для обезвреживания радиоизотопов в почве в результате аварий различных ядерно-энергетических установок. Известны способы очистки окружающей среды от радиоактивного загрязнения местности, основанные на способности отдельных видов растений поглощать и концентрировать радионуклиды в своей биомассе, создавая, таким образом, биологические барьеры на пути распространения радиоизотопов в воде, почве, воздухе 1, 2. При этом отдельные виды растений содержат в своей наземной части значительно больше радионуклидов, чем в окружающей среде, т.е. могут быть использованы для ее биологической очистки, в том числе, от наиболее опасных для человека, животных и растений долгоживущих радионуклидов, например,таких, как -137, -90, С-14. Эти элементы включаются в биологический круговорот и накапливаются в тканях растений и животных, а также в приповерхностном слое почвы, являясь постоянным источником облучения организма человека изнутри. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ очистки почвы от радионуклидов, включающий внесение в нее минеральных удобрений, посадку в почву растений, сбор их и переработку для дальнейшего захоронения. При этом загрязненный радионуклидами слой почвы периодически обрабатывают водным раствором нитрата аммония с добавками микроорганизмов как биологически активных элементов - молочнокислых бактерий, высаживают в почву однолетние и многолетние растения, в течение вегетационного периода растения периодически собирают и осуществляют переработку экстракцией для извлечения из растений радионуклидов 3. Для посадки используют растения из ряда ромашка аптечная (4439 1) тысячелистник обыкновенный ( ) полынь горькая ( ). Экстракцию радионуклидов из растений проводят с использованием жидкого диоксида углерода при температуре 30-50 С и давлении 6,5-7,0 мПа, предварительно высушив и измельчив собранный исходный продукт- растения. Утилизированные радиоизотопы захораниваются по известным технологиям. Кроме того, вносимое неорганическое соединение - водный раствор нитрата аммония -направлен на разрушение топливной частицы. Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа очистки почвы от радионуклидов с улучшенной технологией для реабилитации загрязненных территорий и повышения экологической безопасности. В результате решения данной задачи достигается новый технический результат, заключающийся в повышении эффективности и в улучшении технологичности процесса очистки почв за счет расширения арсенала растительных средств и использования для поглощения радионуклидов (цезий-137, стронций-90, плутоний-238, 239,249, америций-241) зеленой массой сахалинской гречихи, обладающей большой аккумулирующей способностью к радионуклидам благодаря мощной корневой системе и высокоурожайной зеленой массе 4. Сахалинская гречиха ( ) - многолетнее растение из семейства гречишных, имеет хорошо развитую разветвленную надземную часть высотой 4-4,5 м и мощную корневую систему, глубоко уходящую в почву и поглощающую радионуклиды на глубине 20-40 см. Таким образом, радионуклиды корневой системой сахалинской гречихи локализуются в корнях, ветках, листьях и плодах растения. Данные результаты достигаются тем, что для очистки почвы от радионуклидов цезия-137, стронция-90, плутония-238, 239, 249, америция-241 используется сахалинская гречиха, причем в течение вегетационного периода для увеличения подвижности радионуклидов в почвенно-поглощающем комплексе и увеличения накопления их в зеленой массе сахалинской гречихи почву обрабатывают соединениями азота, фосфора, калия в пределах агрохимических норм. Пример 1. В обоснование дезактивирующего действия сахалинской гречихи на загрязненных радионуклидами территориях были проведены полевые опыты в Хойникском районе Гомельской области на экспериментальной базе Стреличево. Растения были посажены на глубину 20 см 15 мая 1997 г. на дерново-палево-подзолистой супесчаной почве, развивающейся на пылеватой супеси, подстилаемой с глубины 130 см песком. Почва обладает следующими агрохимическими свойствами пахотного горизонта содержание гумуса - 2,1 подвижные формы фосфора - 170 мг/кг почвы подвижные формы калия - 150 мг/кг почвы рН почвы - 5,9. Плотность загрязнения почвы цезием составляет 346 кБк/м 2, стронцием-90 - 41 кБк/м 2. Общая площадь учетной делянки - 9 кв.м, защитные полосы по 0,5 м. Растения были посажены через 40 см (квадратно-гнездовым способом, т.е. на 1 м 2 приходилось 4 растения). Имеются сведения, что в условиях питомников практикуется площадь питания 70 х 30 см без применения удобрений. В нашем опыте минеральные удобрения (аммиачная селитра, аммофос, хлористый калий) были внесены весной под культивацию фоном из расчета 12070180. Агротехника возделывания общепринятая для пропашных культур (прополка и междурядные рыхления). Уборка была произведена 20 августа вручную. За вегетационный период гречиха достигла высоты 1,7 м, толщина основного стебля 1-1,5 см, кустистость - 2-3 побега с толщиной стеблей 0,30,5 см и высотой до 0,5 м. По расчетным данным урожай сырой массы составил 240 ц/га или 192 ц/га абсолютно сухой массы. Влажность растительной массы составила 19,75-19,87 . Были отобраны образцы растительных и почвенных проб по методу конверта для определения содержания в них радионуклидов (цезия-137, стронция-90, плутония-238, 239, 240, америция-241). Гамма-спектрометрические измерения активности радионуклидов в пробах выполнены на гаммаспектрометрической установке, укомплектованной полупроводниковыми детекторами ДГДК и гаммаспектрометрами -Р-490 и АИ-10-24-96-16. Погрешность гамма-спектрометрического анализа при определении активности цезия-137 составляет 15 . Анализ почвенных и растительных образцов на содержание радионуклидов стронция и плутония проводили по методике, утвержденной Межведомственной Комиссией по радиационному контролю природной среды. Основным методом определения радионуклидов в природных объектах является радиохимический анализ. Определение стронция-90 включает следующие последовательные этапы минерализация образца химическое вскрытие пробы отделение посторонних излучателей и инертных примесей выделение радиостронция на счетную мишень радиометрирование счетной мишени. 4439 1 Определение стронция-90 проводили путем измерения дочернего продукта иттрия-90 на низкофоновой бете-радиометрической установке РУБ-01 П (свидетельство о государственной проверке 1951284 от 15 января 1997 г.). Средняя погрешность измерения составляет 30 . Метод определения изотопов плутония включает следующую последовательность операций отжиг пробы химическое вскрытие пробы в 7,5 М азотной кислоте сорбция плутонияна сильно основном винилпиридиновом анионите ВП-1 АП в 3- - форме на хроматографической колонке хроматографическая очистка плутонияна той же колонке восстановительное элюирование плутонияокисление и соосаждение с церием, выделение на мембранный фильтр радиометрическое измерение счетной мишени. Активность мишени измеряли на альфа-спектрометрическом устройстве САЭ-01 с детектором на основе площадью примерно 5 см 2. Средняя погрешность измерения составляла 30 . Схема гамма-спектрометрического анализа на содержание америция-241 включает стадии сброса радиоцезия, концентрирования трансурановых элементов, разделения плутония и америция с последующим соосаждением А-241 на оксалате кальция. Для регистрации америция-241 использовали х-у-спектрометрическую установку, которая включала планарный детектор из особо чистого германия типа -2000-07 производства французской фирмы(площадь чувствительной поверхности ППД 2000 мм 2, толщина чувствительного слоя 7 мм, входное окно из бериллия толщиной 300 мкм) крейт 7000 Н с блоком низкого напряжения, источник высокого напряжения 7161, спектрометрический усилитель 7169 Х, персональный компьютерный анализатор с программным обеспечениеми многослойную защиту из свинца, кадмия и меди. Минимально детектируемая активность америция-241 при отсутствии примесных гамма-излучателей составляет 0,2 Бк. Достоверность результатов по проведению радиохимического анализа подтверждена Межведомственной калибровкой, проведенной Гидрометом республики Беларусь, в которой отмечено, что результаты отклонения от рекомендуемых величин по определению содержания стронция-90, цезия-137, плутония-239, 240 в пробах почвы не превышали 25-15 . Достоверность результатов подтверждена Аттестатом аккредитации/112.1.0.0287 на независимость и техническую компетентность. Дата регистрации 15 декабря 1997 г. Результаты исследований накопления радионуклидов сахалинской гречихой приведены в таблицах 1-5. Таблица 1 Накопление сахалинской гречихой стронция-90 Радионуклид Стронций-90 Удельная ктивнть, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 4 1,2810 1,59104 Таблица 2 Накопление сахалинской гречихой цезия-137 Радионуклид Цезий-137 Удельная активность, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 2 1,0710 2,07103 Таблица 3 Накопление сахалинской гречихой плутония - 239, 240 Радионуклид Плутоний-239, 240 Удельная ктивнть, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 1,30 1,10 Таблица 4 Накопление сахалинской гречихой плутония-238 Радионуклид Плутоний-238 Удельная активность, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 0,20 0,36 4439 1 Таблица 5 Накопление сахалинской гречихой америция-241 Радионуклид Америций-241 Удельная ктивнть, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 2,01 1,85 В таблице 6 приведены результаты исследования накопления радионуклидов сахалинской гречихой в контрольном опыте. Таблица 6 Радионуклид Стронций-90 цезий-137 плутоний-239, 240 плутоний-238 америций-241 Удельная ктивнть, Бк/кг Корни гречихи Листья и стебли гречихи 14,00 31,71 24,00 28,00 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Как видно из таблиц 1-5, удельное содержание радионуклидов в сахалинской гречихе, выросшей на загрязненной территории. За вегетационный период, который составлял только 3 месяца, значительно выше(примерно на 4 порядка) по сравнению с содержанием радионуклидов в сахалинской гречихе, выросшей в условиях контрольного опыта на чистой территории (содержание радионуклидов в ее биомассе в пределах глобальных выпадений). Кроме того, следует отметить, что сахалинская гречиха накапливает не только радионуклиды цезия и стронция, но и трансурановые элементы плутоний-238, 239, 240 и, особенно, америций 241, содержание которого в окружающей среде постоянно увеличивается и который является наиболее потенциально опасным в экологическом отношении. Однако значения накопления радионуклидов могут быть выше, так как в эксперименте незначительно время вегетационного периода (только 3 месяца). Литературные данные показывают, что использование таких мобильных накопителей радионуклидов как клевер и сено приблизительно в аналогичных условиях накапливает радионуклидов примерно на порядок ниже. Следовательно, использование предлагаемого технического решения позволяет уменьшить загрязнение почвы радионуклидами, уменьшить их поступление в сельскохозяйственную продукцию и, таким образом, снизить радиационную нагрузку населения, проживающего на загрязненной вследствие аварии на ЧАЭС территории повысить технологичность процесса дезактивации почв за счет применения технологии изменения подвижности радионуклидов в почвенно-поглощающем комплексе сохранить без изменения плодородие почвы, ее агрохимические характеристики снизить экономические затраты на дезактивацию загрязненных территорий. Источники информации 1. Заявка Франции 2624644, МПК 219/35, 1989. 2.1080 С 1, 19961228 2, 19961627 С 1, 1997863 С 1, 1995. 3.864 1, 1995. 4. Отчет НИР Предварительные исследования по накоплению радионуклидов в зеленой массе сахалинской гречихи с использованием технологии изменения подвижности радионуклидов в почвеннопоглощающем комплексе. - ИРЭП НАН Б. - Инв.173. - 1998. - С. 39 (научный руководитель д.т.н. Г.А. Кавхута). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4