RU2013913C1 - Method for reducing transition of cesium radionuclides from soil into plants - Google Patents

Abstract

FIELD: agriculture. SUBSTANCE: to grow "clean" plants, the soil is treated with ferrocyanide-bentonite sorbent - waste product of demetallization and clarification of wine materials, or with sorbent produced from chloride pickling solutions. Sorbents contain 1-10 wt.- % of copper ferrocyanides and/or trivalent iron. Sorbent is placed into soil before its mechanical cultivation in the amount of 2-20 g/m² or during watering in the amount of 0.05-5 g/m². This reduces transition of radiocesium into plants 2-30 times. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственной радиологии, конкретно, к кормопроизводству, и может быть использовано для получения "чистой" продукции растениеводства на территории, загрязненной радиоизотопами цезия. The invention relates to agricultural radiology, in particular, to fodder production, and can be used to obtain "clean" crop products in the territory contaminated with radioisotopes of cesium.

Известен способ снижения поступления радиоизотопов стронция и цезия из почвы в растение за счет применения различных агроприемов обработки почвы (фрезерование, дискование, вспашка и заглубление загрязненного слоя) в сочетании с внесением в почву мелиорантов, химических и органических удобрений. Недостатком данного способа является недостаточная степень снижения поступления радионуклидов в растение (не более 2,5 раз). There is a method of reducing the flow of radioisotopes of strontium and cesium from the soil into the plant through the use of various agricultural methods of tillage (milling, disking, plowing and deepening the contaminated layer) in combination with the introduction of ameliorants, chemical and organic fertilizers. The disadvantage of this method is the insufficient degree of reduction of radionuclides in the plant (not more than 2.5 times).

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является способ снижения поступления обменного радиоцезия путем внесения в почву природного сорбента - цеолита - в количестве 10 т/га (1 кг/м²) (прототип). Недостатком способа является низкая степень снижения перехода радиоцезия в растения (не более чем 1,5 раза).The closest in technical essence and the achieved effect is a way to reduce the exchange of radiocaesium by introducing into the soil a natural sorbent - zeolite - in an amount of 10 t / ha (1 kg / m ² ) (prototype). The disadvantage of this method is the low degree of decrease in the transition of radiocaesium to plants (not more than 1.5 times).

Задачей изобретения является увеличение степени снижения перехода радиоцезия из почвы в растения. The objective of the invention is to increase the degree of reduction of the transition of cesium from soil to plants.

Поставленная цель решается путем внесения в почву ферроцианидно-бентонитового сорбента на основе ферроцианидов меди и/или железа - отхода процесса деметаллизации и осветления виноматериалов. This goal is achieved by introducing into the soil a ferrocyanide-bentonite sorbent based on ferrocyanides of copper and / or iron - the waste process of demetallization and clarification of wine materials.

Существенным отличием предложенного способа является использование в качестве селективного сорбента ферроцианидно-бентонитового сорбента (ФБС), причем ФБС вносят в почву перед ее механической обработкой в количестве 5-20 г/м² или при поливе в количестве 0,05-5 г/м² в пересчете на ферроцианидную составляющую.A significant difference of the proposed method is the use of a ferrocyanide-bentonite sorbent (PBS) as a selective sorbent, with PBS added to the soil before its mechanical treatment in an amount of 5-20 g / m ² or when watering in an amount of 0.05-5 g / m ² in terms of the ferrocyanide component.

Данная совокупность существенных признаков не описана в патентной и научно-технической литературе, что свидетельствует о соответствии предложенного решения требованию "новизна". This set of essential features is not described in the patent and scientific and technical literature, which indicates that the proposed solution meets the requirement of "novelty."

ФБС в виде осадка образуется в больших количествах при деметаллизации (удалении избыточных ионов железа, цинка, меди и др. металлов) и осветлении виноматериалов. Согласно существующей технологии, виноматериал, загрязненный ионами переходных металлов выше допустимых норм, обрабатывают раствором ферроцианида калия и порошкообразным бентонитом, иногда в присутствии пищевых коагулянтов (желатин, костный клей и др.). Образующиеся при этом ферроцианиды переходных металлов захватываются частицами бентонита и вместе со взвешенными веществами оседают в виде осадка. После отстоя и сгущения осадок сушат и используют в качестве сорбента. Торговая марка такого сорбента "ХЖ-90". В сухом ХЖ-90 основными компонентами являются бентонит и ферроцианиды переходных металлов (в основном железа (III)). Кроме указанных компонентов в небольших количествах содержатся соли органических кислот, остатки плодов и ягод, желатина, микроэлементы. PBS in the form of a precipitate is formed in large quantities during demetallization (removal of excess ions of iron, zinc, copper and other metals) and clarification of wine materials. According to existing technology, wine material contaminated with transition metal ions above acceptable standards is treated with a solution of potassium ferrocyanide and powdered bentonite, sometimes in the presence of food coagulants (gelatin, bone glue, etc.). The resulting transition metal ferrocyanides are captured by bentonite particles and, together with suspended solids, are precipitated. After settling and thickening, the precipitate is dried and used as a sorbent. The trademark of such a sorbent is "KhZh-90". In dry KhZh-90, the main components are bentonite and transition metal ferrocyanides (mainly iron (III)). In addition to these components, salts of organic acids, residues of fruits and berries, gelatin, and trace elements are contained in small quantities.

В сорбенте ХЖ-90 содержание ферроцианида железа составляет 1,5-5 мас.%. In the sorbent KhZh-90, the content of iron ferrocyanide is 1.5-5 wt.%.

Кроме того, ФБС образуется при двухстадийной обработке бентонитовой глины сначала отработанными травильными растворами (содержащими хлориды железа или смесь хлоридов железа и меди), а затем ферроцианидом калия. В этом случае образовавшиеся сорбенты могут содержать 2,5-10 мас.% ферроцианидов переходных металлов. Использование данной технологии получения позволяет утилизовать ряд отходов гальванических и металлургических производств. Данные сорбенты имеют условное обозначение ФБС-Т. In addition, PBS is formed during the two-stage treatment of bentonite clay with first spent pickling solutions (containing iron chloride or a mixture of iron and copper chlorides), and then potassium ferrocyanide. In this case, the resulting sorbents may contain 2.5-10 wt.% Transition metal ferrocyanides. Using this production technology allows you to recycle a number of waste galvanic and metallurgical industries. These sorbents have the designation FBS-T.

Эффективность ФБС по снижению перехода радиоцезия из почвы в растения намного превосходит бентонит и природный цеолит (клиноптилолит). Высокая эффективность предлагаемого сорбента связана, по-видимому, с наличием в его составе ферро- цианидов переходных металлов. Хотя указанные соединения известны как селективные сорбенты, способные извлекать ионы цезия из растворов, как средства снижения перехода радиоцезия из почвы в растения они не были известны. The effectiveness of PBS in reducing the transfer of radiocesium from soil to plants far exceeds bentonite and natural zeolite (clinoptilolite). The high efficiency of the proposed sorbent is apparently associated with the presence of transition metal ferrocyanides in its composition. Although these compounds are known as selective sorbents capable of extracting cesium ions from solutions, they were not known as a means of reducing the transfer of radiocesium from soil to plants.

Нами экспериментально было показано, что при внесении в почву равных доз (по действующему веществу) синтетических фероцианидов железа, меди и ФБС их эффективность практически одинакова. Кроме того, наличие в составе ФБС органических веществ и микроэлементов благоприятно влияет на рост растений и на их урожайность, а присутствие бентонитовой основы придает им повышенную физико-химическую устойчивость и обеспечивает удобство при внесении в почву. ФБС вносят в почву перед ее механической обработкой в количестве 5-20 г/м², а при поливе - 0,05-5 г/м². При использовании меньших доз снижается эффективность сорбента, а увеличение доз выше указанных не приводит к дальнейшему увеличению эффективности и экономически нецелесообразно.We experimentally showed that when equal doses (according to the active ingredient) of synthetic ferocyanides of iron, copper and PBS are introduced into the soil, their effectiveness is almost the same. In addition, the presence of organic substances and microelements in the FBS composition favorably affects the growth of plants and their productivity, and the presence of a bentonite base gives them increased physical and chemical stability and provides convenience when applied to the soil. PBS is introduced into the soil before its mechanical treatment in an amount of 5-20 g / m ² , and when watering - 0.05-5 g / m ² . When using smaller doses, the effectiveness of the sorbent decreases, and an increase in the doses above the indicated ones does not lead to a further increase in efficiency and is not economically feasible.

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что предлагаемая совокупность существенных признаков является новой, неочевидной для специалиста, а предложенное решение удовлетворяет условно "изобретательский уровень". All of the above indicates that the proposed set of essential features is new, not obvious to the specialist, and the proposed solution satisfies the conditionally "inventive step".

П р и м е р 1. В почву, загрязненную радионуклидами цезия (120 мкКи/кг почвы), при механической обработке (вспашке) вносили в сухом виде ферроцианидно-бентонитовый сорбент ХЖ-90 с содержанием ферроцианида железа 2 мас.% в количестве 250 г/м² (5 г/м² в пересчете на ферроцианид железа) и семена пшеницы и ячменя. Через 20 дней зеленую массу растений скашивали и определяли в ней содержание ¹³⁷Cs.PRI me R 1. Into the soil contaminated with cesium radionuclides (120 µCi / kg of soil), during mechanical processing (plowing), the ferrocyanide-bentonite sorbent KhZh-90 with the content of iron ferrocyanide 2 wt.% In the amount of 250 was applied in dry form g / m ² (5 g / m ² in terms of iron ferrocyanide) and wheat and barley seeds. After 20 days, the green mass of plants was mowed and the content of ¹³⁷ Cs was determined in it.

П р и м е р 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1 с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят в почву в виде водной суспензии в количестве 1000 г/м² (20 г/м² по ферроцианиду железа (III)).PRI me R 2. The method is carried out analogously to example 1 with the difference that the sorbent KhZh-90 is applied to the soil in the form of an aqueous suspension in an amount of 1000 g / m ² (20 g / m ² for iron (III) ferrocyanide).

П р и м е р 3. Способ осуществляют аналогично примеру 1, с тем отличием, что вносят сорбент ФБС-Т, содержащий смесь ферроцианидов железа и меди в количестве 5 мас.%, в количестве 40 г/м² (2 г/м² в пересчете на ферроцианиды). Результаты приведены в таблице.PRI me R 3. The method is carried out analogously to example 1, with the difference that make the FBS-T sorbent containing a mixture of ferrocyanides of iron and copper in an amount of 5 wt.%, In an amount of 40 g / m ² (2 g / m ² in terms of ferrocyanides). The results are shown in the table.

П р и м е р 4. Способ осуществляют по примеру 1 с тем отличием, что вносят ФБС-Т, содержащий ферроцианид железа в количестве 10 мас.%, в количестве 50 г/м² (5 г/м² в пересчете на ферроцианид железа). Результаты приведены в таблице.PRI me R 4. The method is carried out as in example 1 with the difference that contribute FBS-T containing ferrocyanide iron in an amount of 10 wt.%, In an amount of 50 g / m ² (5 g / m ² in terms of ferrocyanide gland). The results are shown in the table.

П р и м е р 5. Способ осуществляют аналогично примеру 1 с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят при поливе в виде водной суспензии в количестве 2,5 г/м² (0,5 г/м² по ферроцианиду железа (III)).PRI me R 5. The method is carried out analogously to example 1 with the difference that the sorbent HZH-90 is applied when watering in the form of an aqueous suspension in an amount of 2.5 g / m ² (0.5 g / m ² for iron ferrocyanide ( III)).

П р и м е р 6. Способ осуществляют аналогично примеру 5, с тем отличием, что сорбент ХЖ-90 вносят в количестве 250 г/м² (5 г/м² по ферроцианиду железа (III)).PRI me R 6. The method is carried out analogously to example 5, with the difference that the sorbent XH-90 contribute in the amount of 250 g / m ² (5 g / m ² for ferrocyanide iron (III)).

Результаты радиометрического анализа зеленой массы растений, выращенных по примерам 1-4, и контрольной группы растений, выращенных на загрязненной почве без внесения сорбента, приведены в таблице. Содержание ¹³⁷Cs в зеленой массе контрольных растений составило в пшенице 1,6 ±0,2; в ячмене - 0,7±0,2 м Ки/г.The results of radiometric analysis of the green mass of plants grown according to examples 1-4, and the control group of plants grown on contaminated soil without applying the sorbent are shown in the table. The content of ¹³⁷ Cs in the green mass of the control plants was 1.6 ± 0.2 in wheat; in barley - 0.7 ± 0.2 m Ci / g.

Представленные данные показывают, что внесение в почву ФБС позволяет снизить содержание ¹³⁷Cs в растениях в 2,8-40 раз, по сравнению с 1,3 раза, достигаемом в способе прототипа. При этом абсолютное количество вносимого сорбента может быть в 4-200 раз меньшим.The presented data show that the introduction of PBS into the soil allows to reduce the ¹³⁷ Cs content in plants by 2.8–40 times, compared with 1.3 times achieved in the prototype method. In this case, the absolute amount of the introduced sorbent can be 4-200 times smaller.

Технико-экономические преимущества предлагаемого способа состоят в увеличении кратности снижения содержания радионуклидов цезия в зеленой массе растений по сравнению с прототипом в 2-30 раз, а также в повышении экономичности процесса получения "чистой" продукции растениеводства за счет использования значительно меньших (в 4-200 раз) количеств вносимого сорбента. The technical and economic advantages of the proposed method consist in increasing the reduction ratio of cesium radionuclides in the green mass of plants compared to the prototype by 2-30 times, as well as in increasing the efficiency of the process of obtaining "pure" crop products through the use of much smaller (4-200 times) the amount of sorbent introduced.

Кроме того, принципиальным отличием предложенного способа от известного является чрезвычайно прочная фиксация радионуклидов цезия на суперселективном бентонит-ферроцианидном сорбенте в отличие от природных минералов типа клиноптилолита. Коэффициенты распределения цезия, являющиеся критерием селективных свойств сорбентов для БФС в 1 моль/л растворе нитрата натрия, составляют величину 10⁴, а для клиноптилолитов 400-600. Это свидетельствует о том, что при изменении солевого фона (что возникает в процессе внесения минеральных удобрений в почву или при поливе) радионуклиды цезия будут вымываться из клиноптилолита, в то время как на БФС эти процессы происходить не будут.In addition, the fundamental difference between the proposed method and the known one is the extremely strong fixation of cesium radionuclides on a superselective bentonite-ferrocyanide sorbent, in contrast to natural minerals such as clinoptilolite. The cesium distribution coefficients, which are the criterion for the selective properties of sorbents for BFS in 1 mol / L sodium nitrate solution, are 10 ⁴ , and for clinoptilolites 400-600. This indicates that when the salt background changes (which occurs during the application of mineral fertilizers in the soil or during irrigation), cesium radionuclides will be washed out of clinoptilolite, while these processes will not occur on BFS.

Claims (4)

1. СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕХОДА РАДИОНУКЛИДОВ ЦЕЗИЯ ИЗ ПОЧВЫ В РАСТЕНИЯ путем внесения в почву селективного сорбента, отличающийся тем, что в качестве селективного сорбента используют ферроцианидно-бентонитовый сорбент на основе ферроцианидов меди и/или железа. 1. METHOD OF REDUCING THE TRANSITION OF CESIUM RADIONUCLIDES FROM SOIL TO PLANTS by introducing a selective sorbent into the soil, characterized in that a ferrocyanide-bentonite sorbent based on copper and / or iron ferrocyanides is used as a selective sorbent. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ферроцианидно-бентонитового сорбента используют отход процесса деметаллизации и осветления виноматериалов или сорбент, полученный на основе хлоридных травильных отходов. 2. The method according to claim 1, characterized in that as the ferrocyanide-bentonite sorbent is used the waste process of demetallization and clarification of wine materials or sorbent obtained on the basis of chloride etching waste. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ферроцианидно-бентонитовый сорбент вносят в почву перед ее механической обработкой или при поливе до посадки растений. 3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the ferrocyanide-bentonite sorbent is introduced into the soil before its mechanical treatment or when watering before planting. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что ферроцианидно-бентонитовый сорбент вносят в почву перед механической обработкой в количестве 2 - 20 г/м², а при поливе - 0,05 - 5,0 г/м² в пересчете на ферроцианидную составляющую.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the ferrocyanide-bentonite sorbent is applied to the soil before mechanical treatment in an amount of 2 to 20 g / m ² , and when watering, 0.05 to 5.0 g / m ² in terms of the ferrocyanide component.

Images