способ предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами

Формула изобретения

1. Способ предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами, включающий засыпку открытых хранилищ радиоактивных отходов природным грунтом, отличающийся тем, что создают слой гидрофобизированного грунта толщиной, достаточной для исключения капиллярного подъема жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрофобизацию грунта осуществляют обработкой его раствором гудрона в органическом растворителе.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что гудрон берут для обработки грунта в количестве 0,2-0,5 вес.%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой гидрофобизированного грунта составляет 3-5 см.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для обеззараживания радиоактивно загрязненных территорий.

Одной из проблем радиохимической промышленности является утилизация радиоактивных отходов, получаемых при переработке облученного ядерного горючего. В настоящее время радиоактивные отходы направляют на подземное захоронение, либо отверждают и хранят в геологических формациях, либо хранят в наземных хранилищах (естественных или искусственных). Главной задачей всех существующих методов является предотвращение их попадания в окружающую среду.

Известен способ предотвращения загрязнения среды токсичными и радиоактивными металлами, который включает формирование техногенных геохимических барьеров на пути миграционных потоков металлоносных вод [1]. В этом способе первоначально проводят исследование местонахождения и направления миграции загрязненных карбонатных ураноносных вод. Затем на пути миграционного потока, укладывают последовательно буферный слой (преимущественно сульфидов) и барьер из гранулированных мелкодисперсных глин.

Недостатком известного способа является то, что в нем не исключается фильтрация техногенных растворов через сорбционный барьер. В первый момент очистка техногенных растворов от загрязняющих веществ может быть достаточной, но со временем из-за того, что фильтрационный барьер имеет определенную сорбционную и химическую емкость, через барьер будет проходить неочищенный техногенный раствор, и цель не будет достигнута.

Известен также способ локализации техногенного металла, который заключается в создании на пути его миграции с поверхностными водами геохимического барьера с целью предотвращения его попадания в водоемы поверхностного стока. Геохимический барьер создают на границе участка, обрабатываемого металлсодержащими химикатами, с помощью карбоната кальция и песка [2].

Недостатком известного способа, так же как и в первом случае, является фильтрация техногенных растворов через геохимический барьер.

Известен также способ локализации радиоактивных отходов, заключающийся в том, что в искусственно созданных бассейнах создается глиняный экран с защитным слоем из песка и супеси для предотвращения попадания радиоактивных элементов в водоносные потоки [3]. В этих бассейнах отходы находятся в виде гетерогенной фазы. Пульпы представляют собой смесь гидроксидов алюминия, никеля, железа, марганца и хрома, а также оксидов кремния. Декантаты бассейнов представляют собой щелочные растворы, основной солевой фон которых создается нитратом натрия. Основными продуктами деления в накопленных отходах являются Sr-90 и Cs-137. Вклад остальных радионуклидов (цирконий, ниобий, рутений, редкоземельные элементы) на 2-3 порядка ниже. Радионуклиды соосаждаются на гидроокисных осадках и накапливаются в донной части хранилищ. Глиняный экран и пригрузочный слой из песка надежно изолируют водоносный горизонт от попадания в него радионуклидов.

Недостатком известного способа является то, что открытая поверхность является источником поступления радионуклидов в окружающую воздушную среду, особенно это опасно в случае непредвиденных природно-метеорологических явлений.

Известен способ предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными элементами, который включает засыпку открытых хранилищ радиоактивных отходов природным грунтом, который представляет собой песок [4]. При этом вытесненную часть декантата из бассейна направляют на полигон глубинного захоронения жидких радиоактивных отходов. Грунт изолирует пульпу от окружающей среды. Грунт представляет собой песок с небольшими включениями глины и супеси. Такой грунт был выбран для засыпки бассейна в связи с тем, что капиллярный подъем жидкости в песке значительно ниже (0,5 м), чем при использовании суглинка (3,5-6,0 м) или супеси (1 м). Кроме того, песок сорбирует радионуклиды. При этом песок проницаем для газов, образующихся при радиолитических процессах, происходящих в пульпе.

По технической сущности и достигаемому положительному эффекту этот способ [4] является наиболее близким к заявляемому техническому решению и взят нами в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является капиллярный подъем жидкости в слое грунта, что может при определенных условиях (например, локальное снижение уровня слоя песка) привести к выносу токсичных и радиоактивных элементов и их аэрозольный разнос на поверхность дамбы. Можно увеличить высоту дамбы, но увеличение слоя над пульпой бассейна нарушает принцип экономической приемлемости способа. Кроме того, природный грунт обладает недостаточно высокой сорбционной способностью по радионуклидам.

Задачей изобретения является разработка способа предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами, включающий засыпку открытых хранилищ радиоактивных отходов природным грунтом, в котором исключают капиллярный подъем жидкости. При этом проницаемость дамбы для газов не будет нарушена.

Поставленная задача решается тем, что в способе предотвращения загрязнения окружающей среды токсичными и радиоактивными веществами, включающем засыпку открытых хранилищ радиоактивных отходов природным грунтом, создают слой гидрофобизированного грунта толщиной, достаточной для исключения капиллярного подъема жидкости. При этом гидрофобизацию грунта осуществляют обработкой его раствором гудрона в органическом растворителе. Гудрон берут для обработки грунта в количестве 0,2- 0,5% (вес.). Слой гидрофобизированного грунта составляет 3-5 см.

Пример 1. Определение высоты капиллярного подъема жидкости в грунте проводили следующим образом. Пробы испытуемого грунта доводили до воздушно-сухого состояния и затем загружали в стеклянные колонки высотой 40 см, диаметром 13 мм. Наполнение колонок грунтом проводили с легкой трамбовкой. Для испытаний был взят образец песка, которым засыпают бассейн. Песок гидрофобизировали гудроном 0,01%, 0,02%, 0,05%, 0,1%, 0,2%, 0,5%, 1% (вес.) следующим образом. Навески гудрона растворяли в четыреххлористом углероде, полученный раствор заливали на песок из расчета на 10 г песка 10 мл раствора гудрона. Смесь перемешивали периодически в течение двух часов, а затем высушивали в чашках Петри также при перемешивании с последующей сушкой на воздухе в течение суток. В контрольном опыте песок в колонку загружали без гидрофобизации (38 см). В остальных опытах после загрузки слоя песка (10 см) загружали слой гидрофобизированного песка (4 см), затем снова слой песка без гудрона до верха колонки (до 38 см). Результаты опытов приведены на чертеже. На чертеже приведен график зависимости высоты капиллярного подъема жидкости в грунте с различной гидрофобизацией. Как видно из чертежа, слой гидрофобизированного песка, содержащего 0,2-0,5% гудрона, предотвращает капиллярный подъем жидкости в песке. При меньших количествах гудрона со временем наблюдается подъем жидкости. При больших количествах гудрона (1% (вес.) и более) происходит комкование грунта, и эти опыты не приведены на чертеже. В контрольном опыте жидкость достигает уровня 30 см за 30 суток.

Дополнительные опыты показали, что оптимальным является слой гидрофобизированного песка 3-5 см.

Пример 2. В стеклянных сосудах размером 38х23х17 см готовят имитатор донных отложений. Состав осадка: Al - 15 г/л, Fe - 2 г/л, Cr - 1 г/л, Mn - 4 г/л, Ni - I г/л, Ca - 1 г/л, SiO₂ - 3,7 г/л; состав маточника: Na₂CO₃ - 1,5 г/л, NaNO₃ - 40 г/л, NaAc - 4 г/л, Cr - 6,4 г/л. Вес единицы объема исходного раствора имитатора гидроокисных пульп составляет 1,15, маточника - 1,05. После отстоя и уплотнения пульп вес единицы объема донного осадка составляет 1,25-1,30. Слой осадка после выдержки и уплотнения в течение 20 суток имеет высоту 5 см, слой декантата над осадком - 5 см. Грунт равномерно засыпают на осадок, после образования слоя грунта над осадком 2 см, засыпку прекращают. Через 4 часа отстоявшуюся осветленную жидкость удаляют до уровня осадка. Затем снова засыпают грунт до достижения его высоты в сосуде 5 см. При этом за счет капиллярного подъема жидкости весь грунт увлажняется. Далее в один сосуд засыпают гидрофобизированный грунт, содержащий 0,5% (вес.) гудрона толщиной слоя 3 см, а затем снова слой грунта 2 см. В другой сосуд (контрольный опыт) засыпают слой грунта 5 см, но без добавления гидрофобизированного грунта.

Визуальные наблюдения показывают, что в опыте, где засыпают гидрофобизированный грунт, нет капиллярного подъема жидкости, и грунт над гидрофобизированным песком сухой. В контрольном опыте грунт сразу же увлажняется по всей высоте.

Пример 3. Опыты по изучению сорбции радиоцезия на грунте проводили на образце, содержащем 0,5% (вес.) гудрона. Навеску гидрофобизированного песка (1,6 г) заливали 8 мл раствора состава: NaNO₃ - 30 г/л, NaHCO₃ - 2 г/л, Cs-137 - 4,644-10⁴ Бк/мл (Т:Ж=1:5), перемешивали и выдерживали при комнатной температуре в закрытых пробирках в течение 17 суток. После четырех и десяти суток смесь перемешивали. Аналогичные операции проводили и с контрольным образцом (без гудрона). Замеры, сделанные через 17 суток, показали, что в контрольном опыте в растворе осталось 4,355-10³ Бк/мл цезия-137, а в растворе, бывшем в контакте с гидрофобизированным песком, осталось 1,463-10³ Бк/мл, т. е. коэффициент очистки раствора от радиоцезия в предлагаемом способе выше в 3 раза.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность защиты окружающей среды от радиоактивных отходов. При этом используются материалы, которые не требуют больших экономических затрат.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения

1. А.с. СССР N 835938, МПК 6 G 21 F 9/20, 1981.

2. А.с. СССР N 835968, МПК 6 C 02 F 1/62, 1981.

3. Вторая Российская конференция по радиохимии. Сборник тезисов докладов, Димитровград, 1997, л. 111.

4. Вторая Российская конференция по радиохимии. Сборник тезисов докладов, Димитровград, 1997, л. 112.