RU2819426C1 - Method of cleaning soil contaminated with caesium ions - Google Patents
Method of cleaning soil contaminated with caesium ions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819426C1 RU2819426C1 RU2024105465A RU2024105465A RU2819426C1 RU 2819426 C1 RU2819426 C1 RU 2819426C1 RU 2024105465 A RU2024105465 A RU 2024105465A RU 2024105465 A RU2024105465 A RU 2024105465A RU 2819426 C1 RU2819426 C1 RU 2819426C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- contaminated
- sorbent
- cleaning
- membrane
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001417 caesium ion Inorganic materials 0.000 title abstract 3
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 9
- -1 cesium ions Chemical class 0.000 claims description 18
- DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);octadecacyanide Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] DCYOBGZUOMKFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229960003351 prussian blue Drugs 0.000 claims description 11
- 239000013225 prussian blue Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 5
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N caesium atom Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 abstract description 8
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 5
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical class [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 1
- 241000380130 Ehrharta erecta Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000005442 atmospheric precipitation Substances 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010459 dolomite Substances 0.000 description 1
- 229910000514 dolomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000003621 irrigation water Substances 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к дезактивации почв, и предназначено для очистки почв от радионуклидов цезия.The invention relates to the field of environmental protection, in particular to soil decontamination, and is intended for cleaning soils from cesium radionuclides.
Известен техногенный способ очистки почвы, загрязненной радионуклидами: Sr-90 и Cs-137. Способ включает вспашку и внесение в почву химических соединений. В пахотный слой вносят известняковую или доломитовую муку в количестве 5-6 тонн на га и калийные удобрения KCl, KNO3 или KMgCl3⋅6H2O в количестве не менее 200 кг на га, с последующим посевом смеси многолетних трав, которые осенью скашивают и помещают в хранилище, исключающее миграцию радионуклидов (патент RU 2278428; МПК G21F 9/00; 2006 год).There is a known technogenic method for cleaning soil contaminated with radionuclides: Sr-90 and Cs-137. The method includes plowing and introducing chemical compounds into the soil. Limestone or dolomite flour is added to the arable layer in an amount of 5-6 tons per hectare and potassium fertilizers KCl, KNO 3 or KMgCl 3 ⋅6H 2 O in an amount of at least 200 kg per hectare, followed by sowing a mixture of perennial grasses, which are mowed and placed in a storage facility that prevents migration of radionuclides (patent RU 2278428; IPC G21F 9/00; 2006).
Недостатком известного способа является по сути дела замена очистки загрязнённой почвы на удаление радионуклидов из загрязнённого пахотного слоя в более глубоко лежащие горизонты в пределах того же участка почвы.The disadvantage of this known method is that it essentially replaces the purification of contaminated soil with the removal of radionuclides from the contaminated arable layer to deeper horizons within the same area of soil.
Известен способ очистки грунтов от радионуклидов, в частности цезия, включающий обработку загрязненного грунта кислотосодержащим дезактивирующим раствором с переводом в него радионуклидов, отделение очищенного грунта от загрязненного дезактивирующего раствора, удаление радионуклидов из раствора с переводом их в твердую фазу, корректировку состава очищенного дезактивирующего раствора и его повторное использование. Солянокислый дезактивирующий раствор содержит хлорид натрия. Удаление радионуклидов из загрязненного раствора ведут сорбцией с использованием сорбента на основе фосфата титана. Перед сорбцией загрязненный раствор частично нейтрализуют (патент RU 2331128; МПК G21F 9/28; 2008 год).There is a known method for cleaning soil from radionuclides, in particular cesium, which includes treating contaminated soil with an acid-containing decontamination solution with the transfer of radionuclides into it, separating the cleaned soil from the contaminated decontamination solution, removing radionuclides from the solution with transferring them to the solid phase, adjusting the composition of the purified decontamination solution and its reuse. The hydrochloric acid decontamination solution contains sodium chloride. Removal of radionuclides from a contaminated solution is carried out by sorption using a sorbent based on titanium phosphate. Before sorption, the contaminated solution is partially neutralized (patent RU 2331128; IPC G21F 9/28; 2008).
Известен способ очистки от радиоактивных загрязнений почвы, содержащей радиоактивные элементы, такие как радиоактивный цезий, путем обработки пробы почвы при температуре от 600 до 1450°C и парциальном давлении водяного пара 0,1 атм или менее, после чего испаренные радиоактивные элементы отделяют и удаляют из загрязненной почвы (патент JP 5853858; МПК G21F 9/02, G21F 9/28; 2016 год).There is a known method for removing radioactive contamination from soil containing radioactive elements, such as radioactive cesium, by treating a soil sample at a temperature of 600 to 1450°C and a partial pressure of water vapor of 0.1 atm or less, after which the evaporated radioactive elements are separated and removed from contaminated soil (patent JP 5853858; IPC G21F 9/02, G21F 9/28; 2016).
Недостатком известного способа является полное разрушение плодородного слоя почвы.The disadvantage of this known method is the complete destruction of the fertile soil layer.
Известен способ очистки почвы, включающий стадии смешивания почвы, содержащей радиоактивный цезий, и щелочной воды с образованием суспензии, с последующей классификацией глинистых частиц из суспензии и концентрирования радиоактивного цезия в иле, содержащем глинистые частицы. Причем к суспензии, содержащей частицы глины, добавляют коагулянт для образования флокулированного ила, после чего обезвоживают полученный флокулированный ил ( патент JP 6137887; МПК G21F 9/10, G21F 9/30, G21F 9/12, G21F 9/28; 2017 год).A known method of soil purification includes the stages of mixing soil containing radioactive cesium and alkaline water to form a suspension, followed by classification of clay particles from the suspension and concentration of radioactive cesium in sludge containing clay particles. Moreover, a coagulant is added to the suspension containing clay particles to form flocculated sludge, after which the resulting flocculated sludge is dewatered (patent JP 6137887; IPC G21F 9/10, G21F 9/30, G21F 9/12, G21F 9/28; 2017) .
Недостатком способа является его сложность и многостадийность, обусловленная сложностью разделения почвы и щелочной суспензии глины. Кроме того, часть радиоактивного цезия неизбежно теряется с промывной водой глинистой суспензии.The disadvantage of this method is its complexity and multi-stage nature, due to the difficulty of separating the soil and the alkaline clay suspension. In addition, part of the radioactive cesium is inevitably lost with the wash water of the clay suspension.
Известен способ очистки почвы от радиоактивного загрязнения, в частности цезия, включающий стадию поглощения и удаления радиоактивных элементов, содержащихся в почве, соляными растениями, которые представляют собой морские водоросли или травянистый материал. В известном способе помещают на участок почвы множеством электродов для формирования электрического поля, формируемого путем подачи электричества на электрод в виде биполярного импульса с периодом действия импульса от 0,5 до 10 секунд, при этом электрод выполнен в форме стержня и пластины, причем напряжение составляет от 2 до 30 В, а ток составляет от 0,03 до 0,5 А (Патент KR 10 - 1574741; МПК G21F 9/30; 2015 год).There is a known method for cleaning soil from radioactive contamination, in particular cesium, which includes the stage of absorption and removal of radioactive elements contained in the soil by salt plants, which are seaweed or herbaceous material. In the known method, a plurality of electrodes are placed on a plot of soil to generate an electric field, formed by supplying electricity to the electrode in the form of a bipolar pulse with a pulse period of 0.5 to 10 seconds, while the electrode is made in the form of a rod and plate, and the voltage ranges from 2 to 30 V, and the current is from 0.03 to 0.5 A (Patent KR 10 - 1574741; IPC G21F 9/30; 2015).
Недостатками способа являются, во-первых, длительный многолетний процесс дезактивации почвы как следствие использования для этой цели соляных растений, во-вторых, использования импульсных токов до 0,5 А ухудшает состояние почвы, разрушая почвенный азот.The disadvantages of this method are, firstly, the long, multi-year process of soil decontamination as a consequence of the use of salt plants for this purpose, and secondly, the use of pulsed currents up to 0.5 A worsens the condition of the soil, destroying soil nitrogen.
Известен способ очистки почвы путем контактирования почвы, содержащей радиоактивные изотопы, в частности цезия, c хлоридной средой, в результате чего изотопы цезия элюируются из почвы в хлоридную среду в виде хлорида, где хлоридная среда представляет собой смешанную соль хлоридов натрия, магния, кальция при массовом соотношении хлорид натрия:хлорид магния:хлорид кальция от 1,5 до 2:1,5-2:1, причем контакт осуществляется при температуре от 350 до 900°C. в закрытой системе, где почва и хлоридная среда приводятся в контакт в массовом соотношении от 1:1 до 1:6 (Патент KR 10 - 2549477; МПК B09C1/02, B09C1/06, B09C1/08; 2023 год).There is a known method of soil purification by contacting soil containing radioactive isotopes, in particular cesium, with a chloride medium, as a result of which cesium isotopes are eluted from the soil into the chloride medium in the form of chloride, where the chloride medium is a mixed salt of sodium, magnesium, calcium chlorides at mass the ratio of sodium chloride:magnesium chloride:calcium chloride is from 1.5 to 2:1.5-2:1, and the contact is carried out at a temperature from 350 to 900°C. in a closed system where the soil and chloride medium are brought into contact in a mass ratio of 1:1 to 1:6 (Patent KR 10 - 2549477; IPC B09C1/02, B09C1/06, B09C1/08; 2023).
Недостатками известного способа являются, во-первых, необходимость утилизации радиоактивных хлоридов, во-вторых, необратимое разрушение плодородного слоя почвы при обработке ее хлоридами при высоких температурах.The disadvantages of this known method are, firstly, the need to dispose of radioactive chlorides, and secondly, the irreversible destruction of the fertile soil layer when it is treated with chlorides at high temperatures.
Осуществляют рыхление поверхности почвы, загрязненной Cs-137, на глубину 0,03-0,07 м. На разрыхленную поверхность отсыпают полосы из биотоплива, разделенные межполосным пространством. Посередине этих полос прокладывают трубопроводы с капельницами. Засыпают полосы биотоплива разрыхленной загрязненной почвой из межполосного пространства. Покрывают их поверхность слоем сорбирующего материала и экраном из мембранного материала. Осуществляют подачу по трубопроводам через капельницы нагретого до +30-40°С раствора минеральных удобрений с добавлением аэробных микроорганизмов. Таким образом производят запуск процесса микробиологического разложения биотоплива с повышением температуры в разрыхленной загрязненной почве более +40°С для перевода радиоактивного изотопа цезия в газообразную форму с закреплением его сорбирующим материалом. Далее снимают экран из мембранного материала. Производят уборку и захоранивание сорбирующего материала с Cs-137. Осуществляют распределение оставшегося биотоплива по поверхности поля и заделку его в почву (патент RU 2615486; МПК B09C 1/10; 2017 год), (прототип).The surface of the soil contaminated with Cs-137 is loosened to a depth of 0.03-0.07 m. Strips of biofuel are poured onto the loosened surface, separated by an interstrip space. Pipelines with droppers are laid in the middle of these strips. The biofuel strips are covered with loosened contaminated soil from the space between the strips. Their surface is covered with a layer of sorbent material and a screen made of membrane material. A solution of mineral fertilizers heated to +30-40°C with the addition of aerobic microorganisms is supplied through pipelines through droppers. In this way, the process of microbiological decomposition of biofuel is started with an increase in temperature in loosened contaminated soil above +40°C to convert the radioactive cesium isotope into gaseous form and fix it with sorbent material. Next, remove the screen made of membrane material. The sorbent material containing Cs-137 is cleaned and buried. The remaining biofuel is distributed over the surface of the field and incorporated into the soil (patent RU 2615486; IPC B09C 1/10; 2017), (prototype).
Недостатком способа является его сложность, связанная с необходимостью рыхления загрязненной почвы, прокладкой трубопроводов с капельницами, подачей биотоплива, сложности с последующей уборкой сорбирующего материала.The disadvantage of this method is its complexity associated with the need to loosen contaminated soil, lay pipelines with droppers, supply biofuel, and difficulty with subsequent removal of sorbent material.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой и технологичный способ очистки почвы, загрязненной ионами цезия, не нарушающий структуру плодородного слоя почвы.Thus, the authors were faced with the task of developing a simple and technologically advanced method for cleaning soil contaminated with cesium ions, without disturbing the structure of the fertile soil layer.
Поставленная задача решена в предлагаемом способе очистки почвы, загрязненной ионами цезия, включающем контактирование загрязненной почвы и сорбента с использованием мембранного материала, в котором в загрязненную почву на глубину не более глубины плодородного слоя помещают пакет произвольной формы, выполненный из трековой мембраны и имеющий шнур, обеспечивающий возможность удаления пакета из почвы, заполненный на 80-90 % объема гранулированным сорбентом с размерами гранул в диапазоне 0.1 - 10 мкм, при этом размер пор мембраны должен быть меньше минимального размера гранул сорбента, выдерживают в течение 30-90 суток и извлекают из почвы.The problem is solved in the proposed method for cleaning soil contaminated with cesium ions, including contacting the contaminated soil and sorbent using a membrane material, in which a bag of any shape, made of a track membrane and having a cord, is placed into the contaminated soil to a depth not exceeding the depth of the fertile layer. the possibility of removing a bag from the soil, filled to 80-90% of the volume with granular sorbent with granule sizes in the range of 0.1 - 10 microns, while the pore size of the membrane must be less than the minimum size of sorbent granules, kept for 30-90 days and removed from the soil.
При этом в качестве трековой мембраны может быть использован полиэтилентерефталат.In this case, polyethylene terephthalate can be used as a track membrane.
При этом в качестве сорбента может быть использована берлинская лазурь.In this case, Prussian blue can be used as a sorbent.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ очистки почвы, загрязненной ионами цезия, путем помещения в загрязненную почву на глубину не более глубины плодородного слоя пакета произвольной формы, выполненного из трековой мембраны и заполненного гранулированным сорбентом, выдержкой в течение 30-90 суток и извлечением из почвы.Currently, from the patent and scientific and technical literature there is no known method for cleaning soil contaminated with cesium ions by placing a bag of arbitrary shape, made of a track membrane and filled with granular sorbent, in the contaminated soil to a depth of no more than the depth of the fertile layer, kept for 30- 90 days and extraction from the soil.
Способ очистки почвы, загрязненной ионами цезия, предлагаемый авторами, основан на существовании капиллярной воды, которая заполняет тонкие (капиллярные) поры почвы и передвигается в них под влиянием капиллярных (менисковых) сил. Высота подъема воды тем выше, чем тоньше капилляр. В зависимости от характера увлажнения различают капиллярно- подвешенную и капиллярно-подпертую воду. При увлажнении почвы сверху (атмосферные осадки, оросительные воды) формируется капиллярно-подвешенная вода, именно она играет важную роль в процессе очистки почвы от ионов цезия. Содержание слабосвязанной капиллярной воды способствует кинетике массопереноса ионов цезия из почвы в сорбент, резко уменьшаясь при влагосодержании почвы менее 20 масс. %. Это связано с тем, что основная масса удерживаемой свободной воды в почве находится в объёме капилляров. Капиллярная вода обеспечивает диффузионное перемещение ионов и молекул электролитов, коллоидных частиц в поровом пространстве. Для супесчаных почв наименьшая капиллярная влагоёмкость составляет 5-20 %, что объясняет потерю диффузии при меньшей влагоёмкости (Н.Ф. Ганжара. Почвоведение. М.: Агроконсалт. - 2001. - 392 с.). Полная влагоёмкость почв - наибольшее количество воды, которое может вместить почва при заполнении всех пор, колеблется от 30 % до 80 % в зависимости от обогащённости органическим веществом (там же, стр.171). С ростом капиллярного влагосодержания (30-80 масс. %) величина и скорость сорбции ионов цезия увеличивается. Эти свойства позволяют проводить сорбционную очистку (дезактивацию) увлажнённых почв в диффузионном режиме за счёт контакта почвы с стенкой мембранного пакета с сорбентом без внешнего механического перемещения порошка и воды (в автономном режиме).The method for cleaning soil contaminated with cesium ions, proposed by the authors, is based on the existence of capillary water, which fills the thin (capillary) pores of the soil and moves into them under the influence of capillary (meniscus) forces. The thinner the capillary, the higher the height of water rise. Depending on the nature of moistening, capillary-suspended and capillary-backed water are distinguished. When the soil is moistened from above (atmospheric precipitation, irrigation water), a capillary-suspended water, it plays an important role in the process of cleaning the soil from cesium ions. The content of weakly bound capillary water promotes the kinetics of mass transfer of cesium ions from the soil to the sorbent, sharply decreasing when the soil moisture content is less than 20 wt. %. This is due to the fact that the bulk of retained free water in the soil is located in the capillary volume. Capillary water ensures the diffusion movement of ions and molecules of electrolytes, colloidal particles in the pore space. For sandy loam soils, the lowest capillary moisture capacity is 5-20%, which explains the loss of diffusion at lower moisture capacity (N.F. Ganzhara. Soil Science. M.: Agroconsult. - 2001. - 392 pp.). The total moisture capacity of soils - the largest amount of water that the soil can hold when all pores are filled, ranges from 30% to 80% depending on the enrichment in organic matter (ibid., p. 171). With increasing capillary moisture content (30-80 wt.%), the magnitude and rate of sorption of cesium ions increases. These properties make it possible to carry out sorption purification (decontamination) of moistened soils in diffusion mode due to contact of the soil with the wall of the membrane package with sorbent without external mechanical movement of powder and water (in autonomous mode).
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Используют пакет произвольной формы, выполненный из трековой мембраны, например из полиэтилентерефталата, имеющий шнур, обеспечивающий возможность удаления пакета из почвы, заполненный на 80-90 % объема гранулированным сорбентом, например берлинской лазурью, с размерами гранул в диапазоне 0.1 -10 мкм, при этом размер пор мембраны должен быть меньше минимального размера гранул сорбента. Пакет помещают в загрязненную почву на глубину не более глубины плодородного слоя и выдерживают в течение 30-90 суток, затем извлекают из почвы и осуществляют захоронение в специально оборудованном месте.The proposed method can be implemented as follows. A bag of arbitrary shape is used, made of a track membrane, for example from polyethylene terephthalate, having a cord that makes it possible to remove the bag from the soil, filled to 80-90% of the volume with a granular sorbent, for example Prussian blue, with granule sizes in the range of 0.1 -10 microns, while the membrane pore size must be less than the minimum size of sorbent granules. The package is placed in the contaminated soil to a depth no greater than the depth of the fertile layer and kept for 30-90 days, then removed from the soil and buried in a specially equipped place.
Способ иллюстрируется следующими примерами.The method is illustrated by the following examples.
Пример1. В пластиковый стакан с крышкой помещают 100 г. воздушно-сухого порошка государственного стандартного образца дерновоподзолистой супесчаной почвы СДПС-1, «ГСО», в который предварительно сорбционным способом вводят в него ионы Cs(I) в количестве 0,073 мг, устанавливают влажность с помощью буферного раствора с рН = 4.3 равную 52 %. Затем в порошок в стакане помещают герметичный пакет, выполненный из материала трековой полиэтилентерефталатной пористой мембраны с площадью поверхности 10 см2 и диаметром пор 0.1 мкм, заполненный на 80 % объема гранулами берлинской лазури с размером гранул в диапазоне 0.1 - 10.0 мкм. Стакан закрывают крышкой и выдерживают 90 дней без перемешивания при постоянной температуре. Затем стакан вскрывают и устанавливают содержание цезия в сорбенте берлинская лазурь. Для этого обрабатывают пробу 20 % гидроокиси натрия, отделяют фильтрат, подкисляют его концентрированной азотной кислоты и определяют массовую концентрацию ионов цезия в фильтрате методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Элан 8000). По результатам анализа установлено содержание цезия в исходной пробе почвы - 0.073 мг, в берлинской лазури - 0.010 мг, доля цезия, перешедшего в берлинскую лазурь составляет 45 %.Example 1. 100 g of air-dry powder of the state standard sample of soddy-podzolic sandy loam soil SDPS-1, “GSO” are placed in a plastic glass with a lid, into which Cs(I) ions in the amount of 0.073 mg are previously introduced by sorption method, the humidity is set using a buffer solution with pH = 4.3 equal to 52%. Then a sealed bag made of track polyethylene terephthalate porous membrane material with a surface area of 10 cm 2 and a pore diameter of 0.1 microns, filled to 80% of the volume with Prussian blue granules with a granule size in the range of 0.1 - 10.0 microns, is placed into the powder in a glass. The glass is covered with a lid and kept for 90 days without stirring at a constant temperature. Then the glass is opened and the cesium content in the Prussian blue sorbent is determined. To do this, treat the sample with 20% sodium hydroxide, separate the filtrate, acidify it with concentrated nitric acid, and determine the mass concentration of cesium ions in the filtrate using inductively coupled plasma mass spectrometry (Elan 8000). Based on the results of the analysis, the content of cesium in the initial soil sample was determined to be 0.073 mg, in Prussian blue - 0.010 mg, the proportion of cesium transferred to Prussian blue is 45%.
Пример 2. В пластиковый стакан с крышкой помещают 100 г. воздушно-сухого порошка государственного стандартного образца дерновоподзолистой супесчаной почвы СДПС-1, «ГСО», в который предварительно сорбционным способом вводят в него ионы Cs(I) в количестве 0,043 мг, устанавливают влажность с помощью буферного раствора с рН = 4.3 равную 80 %. Затем в порошок в стакане помещают герметичный пакет, выполненный из материала трековой полиэтилентерефталатной пористой мембраны с площадью поверхности 10 см2 и диаметром пор 0.1 мкм, заполненный на 90 % объема гранулами берлинской лазури с размером гранул в диапазоне 0.1 - 10.0 мкм. Стакан закрывают крышкой и выдерживают 30 дней без перемешивания при постоянной температуре. Затем стакан вскрывают и устанавливают содержание цезия в сорбенте берлинская лазурь. Для этого обрабатывают пробу 20 % гидроокиси натрия, отделяют фильтрат, подкисляют его концентрированной азотной кислоты и определяют массовую концентрацию ионов цезия в фильтрате методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (Элан 8000). По результатам анализа установлено содержание цезия в исходной пробе почвы - 0.043 мг, в берлинской лазури - 0.027 мг, доля цезия, перешедшего в берлинскую лазурь составляет 63 %.Example 2. 100 g of air-dry powder of the state standard sample of soddy-podzolic sandy loam soil SDPS-1, “GSO” is placed in a plastic glass with a lid, into which Cs(I) ions in the amount of 0.043 mg are previously introduced by sorption method, the humidity is set using a buffer solution with pH = 4.3 equal to 80%. Then a sealed bag made of track polyethylene terephthalate porous membrane material with a surface area of 10 cm 2 and a pore diameter of 0.1 microns, filled to 90% of the volume with Prussian blue granules with a granule size in the range of 0.1 - 10.0 microns, is placed into the powder in a glass. The glass is covered with a lid and kept for 30 days without stirring at a constant temperature. Then the glass is opened and the cesium content in the Prussian blue sorbent is determined. To do this, treat the sample with 20% sodium hydroxide, separate the filtrate, acidify it with concentrated nitric acid, and determine the mass concentration of cesium ions in the filtrate using inductively coupled plasma mass spectrometry (Elan 8000). Based on the results of the analysis, the content of cesium in the initial soil sample was determined to be 0.043 mg, in Prussian blue - 0.027 mg, the proportion of cesium transferred to Prussian blue is 63%.
Таким образом, авторами предлагается простой и технологичный способ очистки загрязненных почв от ионов цезия, без изменения химического и биохимического состава очищаемых почв, то есть без нарушения структуры плодородного слоя.Thus, the authors propose a simple and technologically advanced method for cleaning contaminated soils from cesium ions, without changing the chemical and biochemical composition of the cleaned soils, that is, without disturbing the structure of the fertile layer.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819426C1 true RU2819426C1 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2064748C1 (en) * | 1994-03-31 | 1996-08-10 | Николай Александрович Овчинников | Soil rehabilitation method |
| JP5910399B2 (en) * | 2012-08-01 | 2016-04-27 | 王子ホールディングス株式会社 | How to remove environmental pollutants |
| RU2615486C1 (en) * | 2016-08-30 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова" (ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова") | Method for soil purification from radioactive cesium isotope |
| JP6418372B2 (en) * | 2014-03-20 | 2018-11-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Cesium removal method |
| AU2020100639A4 (en) * | 2019-05-23 | 2020-06-04 | Shandong Normal University | Heavy metal immobilization remediation method capable of removing amendment from soil |
| RU2812709C1 (en) * | 2023-02-13 | 2024-02-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for rehabilitation of radioactively contaminated soils |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2064748C1 (en) * | 1994-03-31 | 1996-08-10 | Николай Александрович Овчинников | Soil rehabilitation method |
| JP5910399B2 (en) * | 2012-08-01 | 2016-04-27 | 王子ホールディングス株式会社 | How to remove environmental pollutants |
| JP6418372B2 (en) * | 2014-03-20 | 2018-11-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Cesium removal method |
| RU2615486C1 (en) * | 2016-08-30 | 2017-04-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова" (ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова") | Method for soil purification from radioactive cesium isotope |
| AU2020100639A4 (en) * | 2019-05-23 | 2020-06-04 | Shandong Normal University | Heavy metal immobilization remediation method capable of removing amendment from soil |
| RU2812709C1 (en) * | 2023-02-13 | 2024-02-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method for rehabilitation of radioactively contaminated soils |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rowley et al. | Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon | |
| Namasivayam et al. | Adsorption of direct red 12 B by biogas residual slurry: equilibrium and rate processes | |
| Yuan et al. | Sewage sludge biochar: Nutrient composition and its effect on the leaching of soil nutrients | |
| Halhouli et al. | Effects of pH and inorganic salts on the adsorption of phenol from aqueous systems on activated decolorizing charcoal | |
| Barrow | Possibility of using caustic residue from bauxite for improving the chemical and physical properties of sandy soils | |
| Macalady et al. | Effects of sediment sorption on abiotic hydrolyses. 1. Organophosphorothioate esters | |
| Aminot et al. | Concept and determination of exchangeable phosphate in aquatic sediments | |
| Jeffrey et al. | Organic matter in sea water; an evaluation of various methods for isolation | |
| US6569342B1 (en) | Process for treating waters, soils, sediments and/or silts | |
| Zhao et al. | The effect of microorganisms on soil carbonate recrystallization and abiotic CO2 uptake of soil | |
| Sasaki et al. | Practical removal of radioactivity from soil in Fukushima using immobilized photosynthetic bacteria combined with anaerobic digestion and lactic acid fermentation as pre-treatment | |
| CN108905965A (en) | The method that sludge bioleaching-pyrolysis Combined Treatment prepares heavy metal absorbent | |
| RU2819426C1 (en) | Method of cleaning soil contaminated with caesium ions | |
| KR20130103550A (en) | Biological purification agent, biological purification system and biological purification method for water to be treated | |
| Lin et al. | Divalent cation addition (Ca2+ or Mg2+) stabilizes biological treatment of perchlorate and nitrate in ion-exchange spent brine | |
| Kobayashi et al. | Bioleaching and removal of radiocesium in anaerobic digestion of biomass crops: Effect of crop type on partitioning of cesium | |
| Ai et al. | Clean style recovery and utilization of residual nutrients in effluents from biohydrogen production: In Situ immobilization based on sodium alginate | |
| JPS5687496A (en) | Decontamination of water containing organics and phosphorus | |
| CN209113685U (en) | A kind of black and odorous water processing unit | |
| JP4547516B2 (en) | How to remove harmful metals from scallop scales | |
| Ross | The use of micro-organisms for the removal and recovery of heavy metals from aqueous effluents | |
| Aleissa et al. | Accumulation of uranium by filamentous green algae under natural environmental conditions | |
| KR20020010532A (en) | Filter material for water-treating and water-treating apparatus | |
| RU2812709C1 (en) | Method for rehabilitation of radioactively contaminated soils | |
| Huljev | Interaction of some metals between marine-origin humic acids and aqueous solutions |