способ реабилитации почвы, загрязненной радиоактивными нуклидами

Формула изобретения

Способ реабилитации почвы, загрязненной радионуклидами, в частности, ураном, радием, торием, включающий внесение в почву сорбента радионуклидов, взятого в эффективном количестве с учетом сорбционных характеристик и уровня загрязнения почвы, дезактивацию почвы иммобилизацией радионуклидов в сорбенте, извлечение сорбента из почвы, отличающийся тем, что в качестве сорбента используют гидролизный лигнин древесины - отход гидролизного производства лесопромышленного комплекса, перед внесением в почву сорбент упаковывают в мягкую тару в виде мешочков, выполненных из полипропиленового полотна плотностью 17 г/м², упакованный сорбент закладывают в почву на глубину подпахотного слоя, извлечение проводят путем удаления мешочков сорбента с иммобилизованными нуклидами из подпахотного слоя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к проблеме реабилитации почв, в частности к способу реабилитации локальных участков с подзолистыми почвами, загрязненными тяжелыми естественными радионуклидами.

Известен ряд способов реабилитации почв, загрязненных в основном искусственными радионуклидами.

Известен способ, где в качестве сорбента используют химические реагенты (патент США №4156658, Кл. G21F 9/00, 1979), которые осуществляют фиксацию находящихся в почве радионуклидов,

Недостатком этого способа является то, что после обработки химическими реагентами почва становится малопригодной для сельхозоборота.

Известен способ (Экология применительного производства, №2, 1993, с.31), в котором в целях реабилитации загрязненных земель почва промывается водой с последующей очисткой воды от радиоактивных элементов.

Известный способ очень трудоемкий, малоэффективен, вода вымывает из почвы водорастворимые питательные вещества, ухудшая, таким образом, ее физико-химические свойства

Известен экстрагент-сорбент для очистки почвы от цезия-137 (патент РФ 2080668, МКИ G21F 9/12, опубл. 27.05.1997), содержащий хвою, кору, опилки и/или лигнин, и/или бумажную пыль, и/или цеолит в смеси с живицей, а также поверхностно-активное вещество. Техническим результатом изобретения, по мнению авторов, является высокая степень извлечения тяжелых металлов за счет образования с сорбентом комплексов, поглощаемых растениями.

Предложенный экстрагент-сорбент чрезвычайно дорог, процесс получения отдельных компонентов сорбента (живица, хвойная мука) трудоемкий. Для выяснения процесса вымывания цезия-137 почва обрабатывается 0.05 М серной кислотой и 0.1 М раствором NaOH, после чего почву нельзя использовать в сельскохозяйственных целях.

Известно использование биосорбентов на основе морских биологических культур (Экология промышленного производства, №2, 1993, с.31). Способ предусматривает внесение полученных сорбентов в радиоактивно загрязненную почву. При этом сорбенты прочно связывают в своей структуре радионуклиды.

Предлагаемый способ не применим из-за сложности добычи сырья для сорбента в условиях моря, трудоемкости технологии переработки и получения сорбента, имея органическую основу. При длительном контакте с почвой структура сорбента будет разрушаться и радионуклиды снова окажутся в почве. Не ясен также процесс извлечения сорбента из почвы.

Известен способ реабилитации почвы (патент РФ 2088064, МКИ G21F 9/12, опубл. 27.08.1997), выбранный за прототип, включающий внесение в почву природного или искусственно созданного сорбента радионуклидов в процессе рыхления, взятого в эффективном количестве с учетом сорбционных характеристик и уровня загрязнения почвы, извлечение сорбента с сорбированными нуклидами по истечению 6-12 месяцев путем просеивания.

Недостатком прототипа является трудоемкость извлечения сорбента и ограниченность применения способа на больших площадях.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности реабилитации почвы на больших площадях, упрощение процесса внесения сорбента и извлечения радионуклидов.

В этом состоит технический результат.

Технический результат достигается тем, что способ реабилитации почвы, включающий внесение в почву сорбента радионуклидов, взятого в эффективном количестве с учетом сорбционных характеристик и уровня загрязнения почвы, дезактивацию почвы, извлечение сорбента с нуклидами из почвы, согласно изобретения, перед внесением в почву сорбент упаковывают в мягкую тару в виде мешочков, выполненных из воздухо-влагопроницаемого материала, упакованный сорбент закладывают в почву на глубину подпахотного слоя, дезактивацию почвы осуществляют иммобилизацией радионуклидов в сорбенте, извлечение проводят путем удаления мешочков сорбента с иммобилизованными нуклидами из подпахотного слоя.

В качестве сорбента используют гидролизный лигнин древесины - многотоннажный отход гидролизного производства лесопромышленного комплекса.

Новый способ реабилитации экспериментально обоснован и подтвержден в опытных условиях для подзолистых почв, загрязненных ураном, радием и торием.

Авторами исследован высокоэффективный сорбент - гидролизный лигнин древесины, который представляет собой многотоннажный отход гидролизного производства лесопромышленного комплекса и относится к типичным кислотным лигнинам. В его инфракрасном спектре присутствуют полосы 1616, 1518 и 1428 см ^-1, свидетельствующие о наличии ароматических единиц с различными заместителями, в том числе гидроксильными и метоксильными группами. Наличие интенсивной полосы 1716 см^-1 указывает на присутствие в макромолекуле лигнина карбоксильных групп. Широкая полоса при 3440 см^-1 связана с валентными колебаниями ОН-групп.

Выбор сорбента базируется на том, что лигнин обладает комбинированным полиморфным характером, поглотительной способностью и наличием различных механизмов его взаимодействия с сорбатами.

Природные воды после фильтрации через почву представляют собой сложные многокомпонентные физико-химические растворы. Степень их минерализованности оказывает заметное влияние на параметры и прочность поглощения радионуклидов сорбентами. Для выяснения прочности сорбции радионуклидов в фазе сорбента в радиоактивные растворы были добавлены нитраты калия, кальция и аммония, дигидрофосфат аммония, сульфаты магния и аммония. Их количества обеспечивали создание в жидкой фазе таких концентраций ионов водорода и макроэлементов (Са⁺², Mg⁺², К⁺), которые характерны для лизиметрических вод подзолистой почвы. При этом минерализованность растворов достигала 3.3 мг-экв/л. Гидролизный лигнин древесины приводили в контакт с указанными растворами, условия статические, время контакта - сутки. После контакта лигнин отделяли от жидкой фазы фильтрованием и в фильтрате определяли удельную активность радионуклидов. В таблице 1 приведено поглощение гидролизным лигнином урана, радия и тория из водных растворов ThCl₄, UO₂(NO ₃)₂, RaCl₂.

Таблица 1
№раствора	Сорбция на лигнине, %			Прочно фиксировано, % сорбированного
	U	Ra	Th	U	Ra	Th
1	98	83	99	82	54	97
2	94	92	98	77	51	96
3	99	92	98	80	51	96
4	95	92	98	79	55	98

Как видно из таблицы, гидролизным лигнином из растворов было сорбировано до 98% тория, 98,4% урана и до 92% радия. Причем суммарное содержание прочнопоглощенных фракций тория, урана и радия в фазе сорбента варьирует от 90-98, 61-82 и 43-54% соответственно от количества сорбированного. Следовательно, вымытые природными водами радионуклиды не будут проникать вглубь почвы, а будут прочно сорбироваться в фазе сорбента - гидролизного лигнина древесины.

Способ осуществляется следующим образом.

Навеску сорбента массой 150 г помещали в мягкую тару в виде мешочков размером 15×20 см из полипропиленового полотна плотностью 17 г/м², пропускающего воду, воздух и свет. Мешочки с лигнином заложили в радиоактивно загрязненную почву на глубину подпахотного слоя - 15-20 см. В качестве тары так же могут быть использованы пакеты. Сорбент, упакованный в мягкую тару, принимает при укладке нужную форму и защищен от размыва. Эксперимент проводили в течение двух лет. В течение вегетационного периода осуществляли дезактивацию почвы иммобилизацией радионуклидов в сорбенте.

В конце вегетационного периода упакованный сорбент с иммобилизованными радионуклидами в мешочках легко извлекали из почвы. Способ извлечения сорбента из почвы прост и возможен с помощью сельскохозяйственной техники, например картофелекопалкой, не требует дополнительных затрат и трудоемкого процесса просеивания почвы, как предлагается в других патентах, позволяет производить реабилитацию почвы на больших площадях.

Из извлеченного сорбента отбирали пробу на радиохимический анализ. Результаты натурного эксперимента позволили установить, что гидролизный лигнин эффективно и прочно поглотил уран, радий и торий из жидкой фазы загрязненной подзолистой почвы. После инкубации, по данным ИК-спектрометрического анализа, в структуре сорбента не отмечаются функционально-значимые изменения, свидетельствующие о деструкции лигнина. Его устойчивость к разложению позволяет поддерживать поглотительную способность в течение длительного времени.