CC BY
13
УДК 546. 294;574:539.1.04
ПРОЦЕССЫ СОРБЦИИ-ДЕСОРБЦИИ РАДИОЦЕЗИЯ В МОДИФИЦИРОВАННЫХ БИТУМАМИ ПОЧВО-ГРУНТАХ
Л. П. Фирсова
(кафедра радиохимии)
Экспериментально изучено влияние антидефляционной обработки кварцевого песка и почвы водными эмульсиями битума на гранулометрический состав, степени адсорбции и коэффициенты распределения цезия-137 в системах почво-грунты - вода, а также на степени выщелачивания радиоцезия из кварцевого песка и почвы растворами соляной кислоты. Сопоставление данных для песка и почвы как обработанных (с целью пьиеподавления), так и необработанных, показало, что введение малых количеств битума (<1%) практически не меняет параметры процессов сорбции-десорбции радиоцезия в системах почво-грунты - водные растворы.
Проблема предотвращения образования пыли на территориях, загрязненных радионуклидами, тяжелыми металлами и др. поллютантами, особенно остро встала после ряда экологических катастроф, вызванных крупномасштабными авариями на химических заводах и предприятиях ядерного топливного цикла, сопровождавшимися выбросами токсичных веществ в атмосферу [1, 2]. Атмосферная пыль, содержащая радиоактивные вещества, пестициды и другие яды, относится к важнейшим факторам, определяющим радиационные и химические поражения населения [3]. Опасность ингаляционного поступления поллютантов в организм человека обусловливает необходимость мер, направленных на снижение концентрации пыли в воздухе и пылеподавление на загрязненных территориях. К антидефляционным мероприятиям относится обработка пылящих почв и грунтов на сельскохозяйственных угодьях, дорожных покрытиях и т. п. Однако внесение в почвы химических реагентов с целью пылеподавления может приводить к побочным экологическим эффектам, в том числе небезобидным. В частности, антидефляционная обработка почв может существенно изменять процессы миграции, сорбции и десорбции поллютантов в почвах [4] и системах почва - почвенный раствор - корни растений и далее переход токсикантов по пищевым цепям к человеку с водой и продуктами питания.
В ряд перспективных антидефляционных реагентов входят композиции на основе битумов. Однако в литературе не обнаружено данных по влиянию битумов на процессы сорбции и десорбции поллютантов, в том числе радиоактивных, в почвенных системах.
В данной работе экспериментально изучено влияние модифицирования почвогрунтов битумами на их гранулометрический состав и параметры сорбции-десорбции в них радиоактивного цезия-137.
Экспериментальная часть
В качестве антидефляционных композиций использовали водные эмульсии битума с содержанием битума 0,115 и 1,15 мас.%, стабилизированные ПАВ (производные ал-киламинов), подкисленные соляной кислотой.
Образцы почв, кислых (рН 4,8) дерново-подзолистых, а также образцы песка были отобраны в Московской области. Из почв были удалены камни и крупные части неразложившихся растений. После этого образцы измельчали в ступке, сушили на воздухе при комнатной температуре (17-22°) и просеивали через сита, отбирая фракции с размером частиц 0,5-0,25; 0,25-0,16; 0,160,045 и 0,045-0,014 мм. Собранные фракции взвешивали для определения весовой доли каждой из них. Затем их обрабатывали водными эмульсиями битума в соотношении ж:т, равном 1 :1 или 2:1 . Обработку проводили при температуре 19±2°. Затем образцы снова доводили до воздушно-сухого состояния, просеивали, собирая и взвешивая фракции. Результаты гранулометрического анализа
Т а б л и ц а 1
Гранулометрический состав кварцевого песка до и после обработки
Фракция с зерном (мкм): Весовая доля фракций в образцах, %
песок песок+ битум (0,115%) песок +битум (1,15%)
14-45 11 3 <1
45-160 17 5 <1
160-250 28 39 2
250-500 44 53 98
Т а б л и ц а 2
Коэффициенты распределения Кр цезия-137 в системе почво-грунты - раствор
Образец почво-грунтов Кр (см3/г) при ж:т
5:1 100:1
Почва (5,7 ± 1,3).103 (5,2 ± 1,2).103
Почва + битум (6,1 ± 1,2).103 (6,0 ± 0,9).103
Песок (0,8 ± 0,9).103 (1,7 ± 0,6).103
Песок + битум (1,5 ± 0,7).103 (1,8 ± 1,0).103
исходных и модифицированных битумом почвогрунтов приведены в табл. 1, где показано, как модифицирование битумом почвогрунтов изменяет их гранулометрический состав, увеличивая долю крупных слипшихся частиц, менее подверженных ветровому уносу.
При изучении параметров сорбции радиоцезия навески почвогрунтов, обработанных эмульсиями битума и необработанных (контрольных), вносили в сосуды с мешалкой и раствором, содержащим радионуклид цезий-137. Соотношение ж:т в этих опытах было равно 5:1 или 100:1; скорость вращения мешалки 500 об/мин, температура 19±2°. Через заданные промежутки времени (от 0,5 ч до 5 дн) твердую и жидкую фазы разделяли центрифугированием и отбирали пробу жидкости для измерения активности раствора на гамма-спектрометре. Погрешность измерения составляла 5%. После измерения активности пробы возвращали в сосуды для перемешивания до очередного отбора и измерения удельной активности жидкой фазы. По полученным данным рассчитывали степени сорбции радиоцезия образцами почвогрунтов, в том числе в условиях сорбционного равновесия и далее рассчитывали коэффициенты распределения радионуклида между твердым почвогрунтом и раствором (Кр). Результаты определения Кр представлены в табл. 2.
Границы доверительного интервала рассчитаны для 68,3%-й доверительной вероятности. Число параллельных измерений составляло 8 - 12. Как следует из данных табл. 2, для дерново-подзолистых кислых необработанных почв найденное из экспериментальных данных значение Кр составляет 5,7.103 и 5,2 см3/г для соотношений ж:т = 5:1 и ж:т = 100:1 соответственно. Это не противоречит известным [2] значениям Кр: (2,16±3,23) 103 и (8,4±13,6)103 см3/г для песчаных и глинистых почв соответственно. Следует отметить, что антидефляционная обработка почвы практически не изменила величину Кр, в то же время существенно увеличился коэффициент распределения цезия-137 при обработке кварцевого песка
эмульсией битума (1,15%-я концентрация). При изучении десорбции радиоцезия предварительно получали образцы почвогрунтов, содержащие цезий-137. С этой целью воздушно-сухие почвы и песок смешивали с радиоактивным раствором в соотношении т:ж = 1:50. При комнатной температуре (17-22°) и периодическом встряхивании твердая фаза и раствор контактировали в течение 1-2 недель. Затем раствор удаляли фильтрованием на воронке Бюхнера. На фильтре почвогрунты промывали несколькими миллилитрами спирта или ацетона. Почвогрунты сушили на воздухе до постоянного веса и определяли их удельную активность. Для де сорбирования цезия из почвогрунтов использовали соляную кислоту (1 моль/л). Опыты проводили с навесками почвогрунтров 1 г при температуре 19±2° и соотношении т:ж = 1:5 при непрерывном встряхивании. По окончании выщелачивания раствор отделяли центрифугированием. Отобранную пробу раствора упаривали досуха, после чего активность пробы измеряли на одноканальном гамма-спектрометре «VEB RFT Messelektronik Ottoschon Dresden». Погрешность измерения составила 5%. По результатам измерений радиоактивности определяли степени десорбции радиоцезия с модифицированных битумом и немодифици-рованных почвогрунтов. Для образцов: «почва» и «почва + битум» степени десорбции радиоцезия соляной кислотой оказались равными, %: 5,3±0,9 и 4,6±0,6 соответственно; в случае образцов «чистый песок» и «песок, модифицированный битумом» степени десорбции составляют, %: 7,5±0,7 и 5,5±1,3. Как видно из приведенных результатов, степень десорбции соляной кислотой радиоцезия после непродолжительного контакта (1-2 недели) почвогрунтов с активными растворами существенно меньше для дерново-подзолистых почв, чем для песка, причем в случае почв она слабо зависит от предварительной антидефляционной обработки твердых образцов, в случае песка эта зависимость более существенна. Анализ всей совокупности приведенных данных позволяет сделать вывод, что при внесении малых количеств битума (порядка 1 % и меньше) антидефляционная обработка слабо влияет на параметры процессов сорбции-десорбции радиоцезия в почвогрунтах. Для подзолистых почв это влияние слабее, чем для обедненных по органической компоненте песков. Таким образом, побочные экологические эффекты антидефляционной обработки почво-грунтов, по-видимому, не будут значительными.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Зимон А.Д., Пикалов В.К. Дезактивация. М., 1994.
2. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред.
Р.М. Алексахина, Н.А. Корнеева. М., 1991.
3. Биологические эффекты ингалированных радионуклидов.
М., 1984.
4. Lindsay W.L. Chemical Equilibria in Soil. N.Y., 1979.
Поступила в редакцию 08.12.98
