Способ локализации радиоактивных загрязнений почв Советский патент 1993 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к способам локализации радиоактивных загрязнений почв и может быть использовано как для предотвращения утечки радионуклидов из мест загрязнения, так и для очистки поверхностных и сточных вод в зоне захоронения ра диоа кти вн ых отхо до в (РАО).

Цель изобретения - повышение степени локализации радиоактивных загрязнений почв.

Поставленная цель достигается за счет того, что на путях возможной миграции радионуклидов из мест загрязнения создают

геохимический защитный барьер свободной фильтрации с фиксацией радионуклидов в образующейся нерастворимой в воде твердой минеральной фазе. Указанный барьер создают путем раздельного введения в грунт водорастворимых катионов кальция или бария и анионов фосфорной или серной кислот, причем первыми по фронту распространения грунтовых воде радионуклидами вводят катионы кальция или бария.

Особенностью способа является то, что радионуклиды, содержащиеся в грунтовых. водах, осаждаются непосредственно на геСО

о о

Jbb

СО

охимическом барьере, который создается в грунте в момент контакта мигрирующих радионуклидов с барий- и сульфат-ионами или кальций- и фосфат-ионами. При своем взаимодействии указанные катионы щелочноземельных металлов и анионы минеральных кислот образуют плохорастворимую минеральную фазу, в кристаллическую решетку которой входят присутствующие в грунтовых водах радионуклиды.

Другой особенностью способа является водопроницаемость создаваемого защитного геохимического барьера. Та к. как использование 0,1%-ных растворов веществ при образовании нерастворимой минеральной фазы практически не изменяет порово- го пространства грунта, не препятствует фильтрации грунтовых вод с одновременной их очисткой от радионуклидов.

Вышеуказанные пары катионов и анионов вводят в почву на путях миграции ради-. онуклйдов от места загрязнения через скважины в виде их водорастворимых солей. Скважины располагают фронтально относительно пути движения радионуклидов, причем в ближайший по ходу миграции радионуклидов ряд скважин вводят водный раствор соли щелочноземельного металла, а в последующий ряд - водный раствор соли, содержащей анион минеральной кислоты. В случае, если одной пары рядов скважин будет недостаточно для задержания мигрирующих радионуклидов испол ьзу- ют последующие пары рядов скважин. Сами скважины могут быть расположены относительно друг друга в линейном или шахматном порядке, однако шахматный порядок предпочтительнее из-за большей надежности контакта растворов солей друг с другом. Расстояние между рядами скважин составляет не менее 5 м, т.к. при меньшем расстоянии эффект полного захвата радионуклидов геохимическим барьером может не достигаться.

Способ локализации радиоактивных загрязнений почв осуществляется следующим образом.

Вокруг пункта захоронения РАО в направлении стока грунтовых вод бурят в шахматном порядке четное количество рядов скважин фронтально расположенных отно- сительнй направления миграции радионуклидов. Диаметр и глубина скважин, глубина перфорации обсадной трубы (для закачки барьерных растворов), расстояние между скважинами и от стенок пункта захоронения РАО определяется конкретными геолого- гидрогеологическими условиями пункта захоронения РАО.

Для конкретного случая ПЗРО Подлес- ный в районе Чернобыльской АЭС предложено: диаметр скважин - 130-150 мм, глубина скважин - 20 м, расстояние между

скважинами - от 5 до 10 м, удаление первого ряда скважин от стенок пункта захоронения РАО - 20-30 м. Концентрация барьерных растворов составляет 0,1%.

При наличии в районе загрязнения ра0 диоэктивных вод с кислой реакцией (рН 7) первыми по фронту вводят водорастворимые катионы щелочноземельных металлов кальция или бария для создания щелочной среды, в которой наиболее полно происхо5 дит образование фосфатного геохимического барьера при взаимодействии оксида кальция и фосфата (или дигидрофосфата) калия и сульфатного геохимического барьера при взаимодействии гидроокиси (или

0 нитрата) бария с сульфатом натрия. В кристаллическую решетку этих геохимических барьеров входят радионуклиды, {содержащиеся в грунтовых водах.

При наличии в районе загрязнения

5 радиоактивных вод со слабощелочной реакцией очередность введения водорастворимых веществ может быть любой.

Для подтверждения осуществимости способа и достижения поставленной цели

0 проведены лабораторные испытания на воде, взятой из раскопа в районе пункта временной ликвидации радиоактивных отходов (ПВЛРО) Рыжий лес в районе Чернобыльской АЭС.

5 П р и м е р 1. Водорастворимые реагенты сульфат натрия и нитрат бария использовали в виде 0,1%-ных растворов при их мольном соотношении 1:1.

Отбиралось 4 л загрязненной радионук0 лидами воды, весь объем делили на две равные части, в одной растворили 4 г нитрата бария, в другой части - 2,174 г сульфата натрия. Оба раствора сливали при перемешивании, при этом выпадал осадок сульфа5 та бария, вес осадка составил 3,572 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов. Оставшиеся 3,8 л снова делили на две равные части. В первой части растворили 3,8 г нитрата бария, во

0 второй - 2,068 г сульфата натрия. Оба раствора сливали при перемешивании, выпавший осадок составил 3,394 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов. Оставшиеся 3,6 г

5 снова делили на две части. В первой части растворили 3,6 г нитрата бария, а во второй 1,957 г сульфата натрия. Оба раствора вновь сливали при перемешивании с образованием осадка сульфата бария. Вес осадка составил 3,215 г. После отбора 200 мл раствора

для анализа, оставшиеся 3,4 л раствора вновь делили на две части. В первой растворили 3,4 г нитрата бария, во второй - 1,848 г сульфата натрия. Вес образовавшегося осадка составил 3.036 г. Всего за время опыта выпало осадка сульфата бария 13,217 г. Полученный осадок фильтровался и сушился на воздухе в течение одной недели и затем был проверен на десорбцию радионуклидов из него во внешнюю среду. Для чего полученный осадок выстаивался на воздухе в течение 2 месяцев, после чего заливался дистиллированной водой, перемешивался и отстаивался в течение 18-ти месяцев под водой. По истечении этого срока воду над осадком анализировали на со- держание радионуклидов. Вода удовлетворяла нормам ДКв (НРБ 76/87).

Результаты очистки воды от радионуклидов представлены в табл.1.

Пример 2. Водорастворимые реагенты геохимического фосфатного барьера - оксид кальция и фосфат или дигидрофосфат калия - использовали в виде 0,1%-ных растворов при их мольном соотношении 1:1.

Отбиралось 4 л загрязненной радионуклидами воды, весь объем делили на две рав- ные части. В одной растворили 4 г дигидрофосфата калия, во второй части - 2,7472 оксида кальция. Оба раствора сливали при перемешивании, при этом выпадал осадок гидроксилапатита. Вес осадка составил 4,9215 г. 200 мл раствора отбирали на определение содержания радионуклидов. .Оставшиеся 3,8 л раствора снова делили на две равные части. В первой части растворили 3,8 г дигидрофосфата калия, во второй - 2,6098 г оксида кальция, оба раствора сливали при перемешивании с образованием осадка гидроксилапатита, вес осадка - 4,675 г. Оставшиеся 3,6 г раствора после отбора пробы для анализа, снова делили на две части. В первой растворяли 3,6 г дигидрофосфата калия, во второй - 2,4725 г оксида кальция. Вес выпавшего осадка после сливания и перемешивания составил - 4,429 г. Всего за время опыта выпало осадка гидроксилапатита - 14,0255 г. Полученный осадок проверен на десорбцию из него радионуклидов во внешнюю среду.

Результаты очистки воды от радионуклидов представлены в табл.2.

Пример 3. Проводили натурные испытания геохимического фосфатного барьера на воде из пункта временной ликвидации радиоактивных отходов (ПВЛРО) Рыжий лес район Чернобыльской АЭС.

Испытания проводили в металлическом ящике размером 2000 х 500 х 350 мм, разделенном перегородками на 8 секций, перегородки не достигают на 90 мм дна ящика, 3 перегородки не достигают верха ящика на 95 мм. Ящик на высоту 30 см засыпан местным песком. В первую секцию наливали во- 5 ду из раскопа в ПВЛРО, в которую предварительно добавили исходные реагенты дигидрофосфат калия и оксид кальция сначала один, а поток другой. Фильтрация воды через песок осуществлялась медлен0 но, в последнем 8-м секторе вода показалась через 15 дней, После появления воды соответственно во 2-й, 4-й и 6-й секциях в нее добавлялись реагенты из расчета 0,1 %- ной концентрации в растворе при мольном

5 соотношении 1:1.

В последнюю секцию поступала вода, удовлетворяющая нормам ДКв, что показано в табл.3.

П р и м е р 4. Проводили по примеру 3,

0 но в качестве барьерных растворов использовали сульфат натрия и нитрат бария при их мольном соотношении 1:1.

В табл. 4 проведены результаты испытаний.

5 Из приведенных данных видно, что активность воды после прохождения через геохимический защитный барьер снижается до норм допустимой концентрации радионуклидов в воде, ДКв.

0 Таким образом, использование изобретения позволит повысить степень локализации радиоактивных загрязнений почв в районах захоронения радиоактивных отходов и при возможных авариях АЭС, предот5 вратить обводнение мест захоронения РАО, так как образующиеся геохимические защитные барьеры не препятствуют фильтрации грунтовых вод вследствие своей водопроницаемости; предотвратить мигра0 цию радионуклидов из зоны радиоактивного загрязнения как с грунтовыми водами, так и возможность их последующего испарения и поступления в состав атмосферной пыли, что будет способствовать улучшению

5 экологической обстановки.

Формула изобретения 1. Способ локализации радиоактивных загрязнений почв, включающий создание

0 вокруг места загрязнения защитного барьера, отличающийся тем, что, с целью повышения степени локализации радиоактивных загрязнений, на путях миграции радионуклидов в почве бурят четное число

5 рядов фронтально расположенных скважин, в нечетные ряды которых вводят 0,1%-ный раствор соли, содержащей катион щелочноземельного металла, а в четные ряды-0,1%- . ный раствор соли, содержащей анион

минеральной кислоты при молярном соотношении количеств вводимых солей 1:1.

2. Способ по п. 1, от л имеющийся тем, что все скважины расположены друг относительно друга в шахматном порядке.

3. Способ поп, 1, отличающийся тем. что в качестве катиона щелочноземельного металла используют ион бария, а в качестве аниона минеральной кислоты - сульфат-ион.

4. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я 5 тем, что в качестве катиона щелочноземельного металла используют ион кальция, а в качестве аниона минеральной кислоты - фосфат-ион.;

10Таблица

Использование: предотвращение утечки радионуклидов вместе с грунтовыми водами из мест загрязнения и зон подземного захоронения радиоактивных отходов. Сущность изобретения: способ заключается в создании в почве на путях миграции радионуклидов вместе с грунтовыми водами геохимических барьеров путем раздельного введения через пробуренные скважины водных растворов солей, содержащих катион щелочноземельного металла и анион минеральной кислоты, причем первым походу движения радионуклидов вводят катион щелочноземельного металла, при мольном соотношении количеств вводимых солей 1:1, в качестве катиона щелочноземельного металла используют ионы бария или кальция, а в качестве аниона минеральной кислоты - сульфат-ионы или фосфат-ион, 3 з.п.ф-лы.

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4