Композиция для реабилитации загрязненных радиоцезием почв

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ РЕАБИЛИТАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОЦЕЗИЕМ ПОЧВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Москальчук Леонид Николаевич Капустина Инна Борисовна Баклай Анатолий Анатольевич Хололович Марина Евгеньевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт энергетических и ядерных исследований - Сосны Национальной академии наук Беларуси(56)3603 1, 2000.2080668 1, 1997.20010421, 2002.2004136338 , 2006.2184095 1, 2002.831 1, 1995.3819 1, 2001. Башарин А.В. и др. Радиохимия. - 2003. Т. 45. -3. - С. 262-264. Иванов С.Н. и др. Доклады Академии наук БССР, 1975. - Т. . -10. С. 926-928. Агеец В.Ю. Международный аграрный журнал. - 2001. -12. - С. 24-27. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. - М. ВО Агропромиздат, 1990. - С. 130-131.(57) Композиция для реабилитации загрязненных радиоцезием почв, отличающаяся тем,что содержит кремнеземистый сапропель, нейтрализованный гидролизный лигнин и глинисто-солевые шламы с размером частиц 0,007-0,050 мм при следующем соотношении компонентов, об.кремнеземистый сапропель 60-80 нейтрализованный гидролизный лигнин 10-20 глинисто-солевые шламы 10-20. Изобретение относится к проблемам загрязнения окружающей среды - радиоэкологии,а именно, к средствам для реабилитации загрязненных радионуклидами почв и может быть использовано в агропромышленном комплексе в качестве сорбента радиоцезия и удобрительного состава для повышения плодородия дерново-подзолистых почв. Для очистки почвы от тяжелых металлов и радионуклидов используются различные методы и сорбенты, позволяющие снизить уровни загрязнения до предельно допустимых величин за счет образования труднорастворимых комплексов с сорбентами 1-2. Однако 10909 1 2008.08.30 более прочная и надежная фиксация радиоцезия происходит в кристаллической решетке глинистых минералов типа монтмориллонита и гидрослюд. Известна композиция, состоящая из 65 сапропеля (карбонатного), 25 цеолита и 10 сульфата алюминия для детоксикации грунта, загрязненного тяжелыми металлами, и получения экологически чистой продукции 3. Известная композиция позволяет снизить кислотность почвы за счет применения карбонатного сапропеля, улучшить ее агрохимические свойства, повысить биологическую активность и продуктивность почвенной микрофлоры. Однако, несмотря на эти преимущества, высокое содержание карбоната кальция и низкое содержание окислов железа в карбонатном сапропеле не позволяют использовать его для снижения радиоцезия в почве. Известно также средство для снижения содержания радиостронция в почвенном растворе на основе сапропелей оз. Лочинское с высоким содержанием органического вещества и емкостью катионного обмена, что обусловливает его способность поглощать радионуклиды стронция и снижать их содержание в почве 4. Однако для снижения содержания радиоцезия в почве органические сапропели малоэффективны, что обусловлено низким содержанием в них минеральных компонентов и, в частности, глинистых минералов, которыми, как известно, преимущественно сорбируется и фиксируется радиоцезий. Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является композиция для фиксации радионуклидов цезия и стронция, включающая фосфогипс и трепел 5. Данная композиция обладает высокой сорбционной способностью по отношению радионуклидам цезия и стронция, однако она недостаточно надежно и полно фиксирует радиоцезий. Это связано как с особенностями тонкопористой структуры трепела, так и с низким содержанием подвижного калия в трепеле. Поэтому фиксация цезия осуществляется в основном по механизму, который имеет диффузионную природу, протекает во времени и с невысокой скоростью, для установления квазиравновесия этого процесса (обменная сорбция и фиксация в кристаллической решетке) требуется продолжительное время. При этом за необменное поглощение, как правило, принимают фиксированный 137, не вытесняемый из минералов и почв многократными циклами десорбции растворами, содержащими ионы Кили 46. Кроме того, известная композиция не обладает достаточно высокой удобрительной ценностью. Задачей предлагаемого изобретения является создание композиции, обладающей высокой сорбционной и фиксирующей способностью в отношении радионуклидов цезия и высокими удобрительными свойствами для реабилитации и восстановления плодородия загрязненных почв. Поставленная задача достигается за счет того, что композиция для реабилитации загрязненных радиоцезием почв содержит кремнеземистый сапропель, нейтрализованный гидролизный лигнин и глинисто-солевые шламы с размером частиц 0,007-0,050 мм при следующем соотношении компонентов, об.кремнеземистый сапропель 60-80 нейтрализованный гидролизный лигнин 10-20 глинисто-солевые шламы 10-20. Гидролизный лигнин - многотоннажный отход гидролизной промышленности, является дешевым источником органического вещества, а капиллярно-пористая структура и большая удельная поверхность гидролизного лигнина (790 м 2/г) предопределяют его высокую сорбционную способность в отношении радионуклидов и возможность применения гидролизного лигнина в качестве компонента мелиорант-сорбента для реабилитации почв,загрязненных радионуклидами. Использование в композиции нейтрализованного гидролизного лигнина позволяет также повысить удобрительные свойства. Глинисто-солевые шламы, образующиеся при переработке сильвинитовой руды, являются крупнотоннажными отходами калийного производства. В то же время благодаря содержанию глинистых минералов, преимущественно гидрослюдистого состава, высокой 2 10909 1 2008.08.30 дисперсности, способности к набуханию и к ионному обмену глинисто-солевые шламы представляют значительный интерес в качестве минеральной добавки для снижения содержания радиоцезия в почвенном растворе за счет фиксации его в межпакетном пространстве слоистых глинистых минералов. Кроме того, в глинисто-солевых шламах содержится значительное количество макро- и микроэлементов, особенно бора, необходимых для питания растений, что определяет их удобрительную ценность. Применение в составе предлагаемой композиции кремнеземистого сапропеля, содержащего 45-50 минеральных компонентов в основном алюмосиликатной и глинистой природы, в сочетании с 10-20 об.глинисто-солевых шламов с размерами илистых частиц 0,007-0,050 мм позволяет повысить сорбционные свойства и, что особенно существенно - увеличить фиксацию радиоцезия. Кремнеземистый сапропель, кроме того,содержит целый комплекс питательных веществ и важнейших микроэлементов, что в сочетании с нейтрализованным гидролизным лигнином, обладающим высоким гумусообразующим потенциалом и способностью к комплексообразованию, и глинисто-солевыми шламами обусловливает высокую почвоулучшающую ценность предлагаемой композиции. Предлагаемую композицию получают в лабораторных условиях следующим образом. Кремнеземистый сапропель (влажность 40-50 ) в количестве 60-80 об.смешивают с нейтрализованным гидролизным лигнином, высушенным до 50-60 -ной влажности, в количестве 10-20 об.и тщательно перемешивают до получения однородной массы, затем добавляют глинисто-солевые шламы с размером частиц 0,007-0,05 мм в количестве 10-20 об.и снова тщательно перемешивают. Для получения предлагаемой композиции используют нейтрализованный гидролизный лигнин Речицкого гидролизного завода (7,0) с содержанием органического вещества (ОВ) - 80,8 , глинисто-солевые шламы из шламохранилища ПО Беларуськалий(8,0) и кремнеземистый сапропель оз. Червоное Гомельской области (5,1, содержание ОВ - 51,4 ). Сорбционная способность полученных композиций оценивалась по степени сорбциидесорбции радиоцезия из модельных растворов. В качестве радиоактивного раствора применялсяс активностью 250-300 Бк/мл. Взаимодействие композиции с радиоактивным раствором проводилось при соотношении твердой и жидкой фаз 14. Количество сорбированного цезия определялось гамма-спектрометрическим способом после перемешивания, отстаивания в течение 2 суток и последующего разделения твердой и жидкой фазы. Десорбция поглощенного радиоцезия проводилась в динамических условиях путем семикратных промывок 0,1 н КС и в статических условиях 0,5 н КС, а затем 0,1 н НО 3 в течение 2 суток. По экспериментальным данным селективной сорбции рассчитывался обменный потенциал связывания радиоцезия , характеризующий способность композиции селективно поглощать и фиксировать цезий. Примеры составов композиций по предполагаемому изобретению и результаты определения показателей сорбции-десорбции 137 и потенциала связывания радиоцезия приведены в табл. 1. 10909 1 2008.08.30 Таблица 1 Показатели сорбции-десорбции радиоцезия идля составов композиций из модельных растворов Десорбировано,Наименование компо- СодержаниеСорбироПример 0,5 н КСнентов об.ммоль/кг вано,0,1 н КС 0,1 н О 3 1 Кремнеземистый са 60 пропель Нейтрализованный 1520 82,4 19,5 12,2 20 гидролизный лигнин Глинисто-солевые 20 шламы 2 Кремнеземистый са 70 пропель Нейтрализованный 1375 83,6 15,8 10,5 20 гидролизный лигнин Глинисто-солевые 10 шламы 3 Кремнеземистый са 75 пропель Нейтрализованный 875 83,2 23,4 12,0 20 гидролизный лигнин Глинисто-солевые 5 шламы 4 Кремнеземистый са 80 пропель Нейтрализованный 1560 82,0 24,2 12,3 10 гидролизный лигнин Глинисто-солевые 10 шламы Как видно из приведенных в табл. 1 данных, применение кремнеземистого сапропеля в сочетании с 10-20 об.нейтрализованного гидролизного лигнина и 10-20 об.глинисто-солевых шламов обеспечивает существенное повышение сорбционной способности композиции по отношению к радиоцезию. При таких соотношениях компонентов достигается высокая степень сорбции радиоцезия, более низкая десорбция и соответственно наиболее высокая степень его фиксации (значения потенциала связывания составляют 1375-1560 ммоль/кг). Предлагаемая композиция обладает также высокими агрохимическими показателями,которые приведены в табл. 2. Таблица 2 Агрохимическая характеристика композиции Содержание обменных форм, мг-экв/кг Пример 10909 1 2008.08.30 Данные табл. 2 показывают, что композиция, полученная на основе кремнеземистого сапропеля в сочетании с нейтрализованным гидролизным лигнином и глинисто-солевыми шламами, характеризуется оптимальным уровнем , высоким содержанием обменных форм калия, кальция и магния, что обусловливает большую удобрительную ценность предлагаемой композиции. Оптимизация сорбционных и агрохимических свойств предлагаемой композиции, как следует из табл. 1 и 2, достигается при соотношении компонентов 60-80 об.кремнеземистого сапропеля, 10-20 об.нейтрализованного гидролизного лигнина и 10-20 об.глинисто-солевых шламов с размером частиц 0,007-0,05 мм. При содержании кремнеземистого сапропеля в составе композиции менее 60 об.снижается сорбционная способность в отношении радионуклидов цезия, при содержании более 80 об.- уменьшается количество обменных форм калия и кальция. При содержании более 20 об.нейтрализованного гидролизного лигнина увеличивается степень десорбции радиоцезия, а при содержании менее 10 об.глинисто-солевых шламов - уменьшается способность композиции фиксировать радиоцезий. Свыше 20 об.глинисто-солевых шламов в составе композиции нежелательно вследствие высокого содержания в них солей натрия. Таким образом, использование предлагаемой композиции при проведении реабилитации загрязненных радионуклидами почв позволяет не только снизить содержание радиоцезия в почвенном растворе, но и надежно связать его, и тем самым предотвратить поступление 137 в растения, а также обеспечить улучшение структуры почвы и ее плодородия. Кроме того, применение композиции позволит уменьшить загрязнение окружающей среды за счет утилизации многотоннажных отходов гидролизного и калийного производств и использования местного природного сырья - сапропелей. Источники информации 1. Патент РФ 2080668, МПК 21 9/12, 1997. 2. Патент РФ 2184095, МПК С 04 В 18/30, 2002. 3. Кирейчева Л.В., Хай Нгуен Суан. - Агрономический вестник. - 2001. -3 - С. 38. 4. Патент РБ 1350, МПК С 09 К 17/00, С 05 11/02, А 01 В 79/00, 1996. 5. Патент РБ 3603, МПК 21 9/16, 2000 (прототип). 6. Бакунов Н.А. Почвоведение. - 2005. -6. - С. 715-723. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5