RU2317603C1 - Method for rehabilitating soil polluted with radioactive nuclides - Google Patents

Abstract

FIELD: rehabilitation of soils, including podsolic soils polluted with heavy natural radionuclides.

SUBSTANCE: proposed method includes introduction of radionuclide sorbents into soil in effective amount considering sorbing characteristics and degree of soil pollution, soil decontamination, and extraction of sorbent with nuclides from soil. Pending introduction into soil sorbent is packed in soft bags made of polypropylene cloth of 17 g/m² density. Packed sorbent is introduced in soil through subsoil depth and soil is decontaminated by immobilizing radionuclides in sorbent; the latter is extracted by removing sorbent bags with immobilized nuclides from subsoil. Used as sorbent is hydrolytic lignin (waste of lumber complex in hydrolysis industry).

EFFECT: enhanced effectiveness of soil rehabilitation on large areas, facilitated procedures of sorbent introduction and radionuclide extraction.

1 cl

Description

Изобретение относится к проблеме реабилитации почв, в частности к способу реабилитации локальных участков с подзолистыми почвами, загрязненными тяжелыми естественными радионуклидами.The invention relates to the problem of soil rehabilitation, in particular to a method for the rehabilitation of local areas with podzolic soils contaminated with heavy natural radionuclides.

Известен ряд способов реабилитации почв, загрязненных в основном искусственными радионуклидами.A number of methods for the rehabilitation of soils contaminated mainly by artificial radionuclides are known.

Известен способ, где в качестве сорбента используют химические реагенты (патент США №4156658, Кл. G21F 9/00, 1979), которые осуществляют фиксацию находящихся в почве радионуклидов,There is a method where chemical agents are used as sorbent (US Pat. No. 4,156,658, Cl. G21F 9/00, 1979), which fix the radionuclides in the soil,

Недостатком этого способа является то, что после обработки химическими реагентами почва становится малопригодной для сельхозоборота.The disadvantage of this method is that after processing with chemical reagents, the soil becomes unsuitable for agricultural turnover.

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.A known method (Ecology of applied production, No. 2, 1993, p.31), in which, in order to rehabilitate contaminated lands, the soil is washed with water, followed by water purification from radioactive elements.

Известный способ очень трудоемкий, малоэффективен, вода вымывает из почвы водорастворимые питательные вещества, ухудшая, таким образом, ее физико-химические свойстваThe known method is very time-consuming, ineffective, water leaches water-soluble nutrients from the soil, thus worsening its physicochemical properties

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.Known extractant sorbent for cleaning soil from cesium-137 (RF patent 2080668, MKI G21F 9/12, publ. 05.27.1997), containing needles, bark, sawdust and / or lignin, and / or paper dust, and / or zeolite mixed with gum, as well as a surfactant. The technical result of the invention, according to the authors, is a high degree of extraction of heavy metals due to the formation of complexes absorbed by plants with the sorbent.

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.The proposed extractant sorbent is extremely expensive, the process of obtaining the individual components of the sorbent (gum, coniferous flour) is laborious. To clarify the cesium-137 leaching process, the soil is treated with 0.05 M sulfuric acid and 0.1 M NaOH solution, after which the soil cannot be used for agricultural purposes.

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.It is known to use biosorbents based on marine biological cultures (Ecology of Industrial Production, No. 2, 1993, p.31). The method involves introducing the obtained sorbents into the contaminated soil. At the same time, sorbents firmly bind radionuclides in their structure.

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.The proposed method is not applicable due to the complexity of the extraction of raw materials for the sorbent in the sea, the complexity of the processing technology and sorbent, having an organic basis. With prolonged contact with the soil, the structure of the sorbent will be destroyed and the radionuclides will again be in the soil. The process of extracting the sorbent from the soil is also not clear.

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.A known method of soil rehabilitation (RF patent 2088064, MKI G21F 9/12, publ. 08/27/1997), selected for the prototype, including the introduction into the soil of a natural or artificially created sorbent of radionuclides in the process of loosening, taken in an effective amount taking into account the sorption characteristics and level soil contamination, sorbent extraction with sorbed nuclides after 6-12 months by sieving.

Недостатком прототипа является трудоемкость извлечения сорбента и ограниченность применения способа на больших площадях.The disadvantage of the prototype is the complexity of extracting the sorbent and the limited application of the method over large areas.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности реабилитации почвы на больших площадях, упрощение процесса внесения сорбента и извлечения радионуклидов.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of soil rehabilitation in large areas, simplifying the process of applying the sorbent and extracting radionuclides.

В этом состоит технический результат.This is the technical result.

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.The technical result is achieved by the fact that the method of soil rehabilitation, including introducing into the soil a sorbent of radionuclides, taken in an effective amount taking into account the sorption characteristics and the level of soil contamination, soil decontamination, removing the sorbent with nuclides from the soil, according to the invention, before the soil is introduced into the soil, the sorbent is packaged soft containers in the form of bags made of air-moisture-permeable material, the packed sorbent is laid in the soil to the depth of the subsoil layer, the soil is decontaminated by immobi ization of radionuclides in the sorbent, the extraction is carried out by removing the immobilized sorbent pouches nuclides from subsurface layer.

В качестве сорбента используют гидролизный лигнин древесины - многотоннажный отход гидролизного производства лесопромышленного комплекса.As the sorbent, hydrolysis lignin of wood is used - a large-tonnage waste of the hydrolysis production of the timber industry complex.

Новый способ реабилитации экспериментально обоснован и подтвержден в опытных условиях для подзолистых почв, загрязненных ураном, радием и торием.The new rehabilitation method is experimentally justified and confirmed under experimental conditions for podzolic soils contaminated with uranium, radium and thorium.

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.The authors studied a highly effective sorbent - wood hydrolysis lignin, which is a large-tonnage waste of the hydrolysis production of the timber industry complex and refers to typical acidic lignins. Its infrared spectrum contains bands of 1616, 1518, and 1428 cm ^-1 , indicating the presence of aromatic units with various substituents, including hydroxyl and methoxy groups. The presence of an intense band of 1716 cm ^–1 indicates the presence of carboxyl groups in the lignin macromolecule. A wide band at 3440 cm ^-1 is associated with stretching vibrations of OH groups.

Выбор сорбента базируется на том, что лигнин обладает комбинированным полиморфным характером, поглотительной способностью и наличием различных механизмов его взаимодействия с сорбатами.The choice of sorbent is based on the fact that lignin has a combined polymorphic character, absorption capacity and the presence of various mechanisms of its interaction with sorbates.

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(NO₃)₂, RaCl₂.Natural waters after filtration through the soil are complex multicomponent physical and chemical solutions. The degree of their mineralization has a significant effect on the parameters and strength of the absorption of radionuclides by sorbents. To determine the strength of sorption of radionuclides in the sorbent phase, potassium, calcium, and ammonium nitrates, ammonium dihydrogen phosphate, magnesium sulfate, and ammonium sulfate were added to the radioactive solutions. Their amounts ensured the creation in the liquid phase of such concentrations of hydrogen ions and macrocells (Ca ⁺² , Mg ⁺² , K ⁺ ), which are characteristic of lysimetric waters of podzolic soil. At the same time, the salinity of the solutions reached 3.3 mEq / L. Hydrolytic lignin of wood was brought into contact with the indicated solutions, the conditions are static, the contact time is 24 hours. After contact, the lignin was separated from the liquid phase by filtration and the specific activity of radionuclides was determined in the filtrate. Table 1 shows the absorption by hydrolysis of lignin of uranium, radium and thorium from aqueous solutions of ThCl ₄ , UO ₂ (NO ₃ ) ₂ , RaCl ₂ .

Таблица 1Table 1 №раствораNo. of solution Сорбция на лигнине, %Sorption on lignin,% Прочно фиксировано, % сорбированногоFirmly fixed,% sorbed   UU RaRa ThTh UU RaRa ThTh 1one 9898 8383 9999 8282 5454 9797 22 9494 9292 9898 7777 5151 9696 33 9999 9292 9898 8080 5151 9696 4four 9595 9292 9898 7979 5555 9898

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.As can be seen from the table, up to 98% of thorium, 98.4% of uranium, and up to 92% of radium were sorbed from hydrolysis lignin. Moreover, the total content of strongly absorbed fractions of thorium, uranium and radium in the sorbent phase varies from 90-98, 61-82 and 43-54%, respectively, of the amount of sorbed. Consequently, radionuclides washed by natural waters will not penetrate deeper into the soil, but will be firmly sorbed in the phase of the sorbent - wood hydrolysis lignin.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

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.A weighed portion of a sorbent weighing 150 g was placed in a soft container in the form of bags of 15 × 20 cm in size from a polypropylene fabric with a density of 17 g / m ² , transmitting water, air and light. Sacks with lignin were placed in radioactive contaminated soil to a depth of the subsoil layer - 15-20 cm. Packages can also be used as containers. The sorbent, packed in soft containers, takes the desired shape during installation and is protected from erosion. The experiment was carried out for two years. During the growing season, the soil was deactivated by immobilization of radionuclides in the sorbent.

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.At the end of the growing season, a packaged sorbent with immobilized radionuclides in bags was easily removed from the soil. The method of extracting the sorbent from the soil is simple and possible using agricultural machinery, such as a potato digger, does not require additional costs and the laborious process of sifting the soil, as proposed in other patents, allows the rehabilitation of the soil over large areas.

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.A sample was taken from the extracted sorbent for radiochemical analysis. The results of a full-scale experiment showed that hydrolysis lignin efficiently and firmly absorbed uranium, radium, and thorium from the liquid phase of contaminated podzolic soil. After incubation, according to IR spectrometric analysis, no functionally significant changes are observed in the structure of the sorbent, indicating the destruction of lignin. Its resistance to degradation helps maintain absorption capacity for a long time.

Claims (1)

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.A method for the rehabilitation of soil contaminated with radionuclides, in particular, uranium, radium, thorium, including introducing into the soil a sorbent of radionuclides taken in an effective amount taking into account the sorption characteristics and level of soil contamination, soil deactivation by immobilization of radionuclides in the sorbent, extracting the sorbent from the soil, characterized in that the hydrolysis lignin of wood is used as a sorbent - a waste of the hydrolysis production of the timber industry complex, before being introduced into the soil, the sorbent is packaged in soft packaging in a e pouches made of polypropylene fiber density of 17 g / m ^2, a packed sorbent laying into the ground to a depth of subsurface layers, extraction is carried out by removing the immobilized sorbent pouches nuclides from subsurface layer.