Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Влияние химического состава воды

На величину сорбции радиоизотопов горными породами большое влияние оказывает состав и активная реакция рас­творов.

Данные, полученные рядом исследователей (Lacy, 1955; Brown и др., 1958; Rhodes, 1957; В. И. Спицын и др., 1959; и др.), говорят о том, что степень сорбции большинства про­дуктов деления из кислого раствора низкая и колеблется от 28 до 50% в зависимости от изотопного состава раство­ра и природного сорбента. В основном из сильнокислой среды поглощаются радиоактивные изотопы циркония, нио­бия и, до некоторой степени, цезия. Микроколичества цир­кония и ниобия даже из сильнокислого раствора (рН<2) могут извлекаться на 80—90%. Цезий при этом значении рН среды поглощается некоторыми горными породами на 50—70%. Особенно сильное влияние рН среды оказывает на поглощение микроколичества церия. Так, из щелочного и нейтрального растворов радиоактивный церий независимо от начальной концентрации его и от количества и типа гор­ной породы поглощается на 98—1100%. В кислой же среде (рН<3,0) величина сорбции церия очень низкая и состав­ляет 5—10%- Степень сорбции радиоактивного стронция из щелочного раствора достигает 60—100% в зависимости от природы сорбента. В кислой среде поглощается 5—10% от начального количества стронция в растворе. Amphlett (1958), изучая поглощение радиостронция на. почвах Хен - форда при различных рН, установил, что стронций начинает сорбироваться в значительных количествах на почвах при рН>7,0, т. е. в основном из щелочных растворов (рис. 9).

Зависимость степени поглощения стронция-90 различны­ми почвами, а также каолинитом и бентонитом, от рН рас­творов была получена Ю. А. Кокотовым и др. (1961). Мак­симальные значения коэффициента распределения для большей части исследованных ими почв были равны при рН 10,0, 11,0. При меньших значениях рН коэффициент рас­
пределения уменьшался и становился очень малой величи­ной при рН 2,0. При рН более высоких, чем і 1,0, также происходит уменьшение поглощения стронция-90 исследо­ванными сорбентами. Для подзолистой почвы максимальное значение коэффициента распределения было получено при рН 7,0. Для бентонита и каштановой почвы наибольшая

Степень поглощения стронция-90 была получена при двух значе­ниях рН: при рН 9,0, 10,0 и рН 12,5; при рН, близком к 11,0, коэффициент распределения стронция-90 уменьшался. Для вы­щелоченного чернозема макси­мальное значение коэффициента распределения было получено в области рН, равной 8,5—9,0.

Ю. А. Кокотов и др. (1962), изучая влияние рН на поглоще­ние церия-144 черноземом и дер­ново-подзолистой почвой, устано­вили, что степень сорбции снижа­ется в сильнокислом и щелочном растворах. Снижение сорбции це­рия почвами при низких рН рас­творов авторы объясняют вытес­нением его ионами водорода, а при высоких рН — образованием малосорбируемых и несорбируемых форм из-за гидролиза ионов церия. И. В. Молчанов и А. А. Титлянова (1965) при исследова­нии зависимости величины сорбции церия-144 и иттрия-91 дерново-луговой почвой от рН раствора показали, что сорб­ция микроколичеств этих изотопов почвой в отсутствие ионов железа и алюминия достигает 90% и не изменяется в пределах рН 3,0—10,0. При наличии в растворе гидроли - зующихся элементов величина сорбции иттрия почвой уменьшается в слабокислой и 'нейтральной области рН, а поглощение церия почвой падает в щелочной среде, что, ве­роятно, связано с образованием отрицательно заряженных абсорбционных коллоидов.

Влияние химического состава воды

Рис. 9. Поглощение стронция почвами в зависимости от рН (по данным Amphlett, 1958).

Сорбция радиоизотопов рутения зависит от химической формы, в которой они находятся. Опыты, проведенные с рас­творами рутения-106, в которых рутений находился в виде катиона, показали, что из щелочной и нейтральной среды рутений сорбируется хорошо. Однако, когда в эксперименте

Использовались растворы, содержащие рутений в других химических формах, последний практически не сорбировал­ся на горных породах. Из кислой среды рутений практиче­ски не поглощается.

Влияние рН среды на величину сорбции продуктов де­ления урана глиной представлено на рис. 10. При измене­нии рН раствора от 2,0 до 4,0 степень сорбции небольшая и почти не изменяется, при рН от 4,0 до 5,0 происходит уве­личение поглощения радиоактивных изотопов глиной, даль­нейшее увеличение рН среды приводит к незначительному росту величины сорбции.

Влияние химического состава воды

80

70

| 60 150

6 7

Рн

9 10 п

Рис. 10. Влияние рН на поглощение радиоактивных веществ глиной (Lacy, 1955).

По данным Rhodes (1957) и Nace (1959), плутоний хоро­шо сорбируется почвой в интервале рН от 2,0 до 8,5. При рН 8,5—12,5 поглощение плутония почвой несколько снижа­ется вследствие гидролиза соединений плутония при высо­ких значениях рН.

Е. В. Рожкова и др. (1959), изучая сорбцию урана тор­фом и бурым углем, установила, что он хорошо поглощается этими природными сорбентами при рН 5,6-5-6,0, т. е. в усло­виях слабокислой среды торфяника. При увеличении рН до 7,0-5-8,0 степень сорбции урана природными сорбентами уменьшается.

По данным Nuss, Wey (1956), монтмориллонит при обра­ботке раствором U02(N03)2 при рН 2,0-т-3,0 способен по­глощать до 82,5 мг-экв и022+ на 100 г сухого веса.

В работах ряда авторов (В. М. Клечковский и Г. Н. Це - лищева, 1956; Amphlett и др., 1956; Orcutt, 1957; В. И. Спи - цын и др., 1959) отмечается, что повышение солевого соста­ва раствора приводит к уменьшению поглощения радиоак­тивных веществ сорбентами. Рост концентрации в воде отдельных химических элементов различно действует на сорбцию радиоактивных веществ. Так, например, с увели­чением содержания ионов натрия и калия в растворе умень­шается поглощение радиоактивных изотопов цезия и строн­ция. При этом ионы натрия и калия оказывают большее

Влияние химического состава воды

Рис. 11. Влияние содержания в растворе натрия, магния и кальция на коэффициент распределения радиоизотопов стронция. 1 — натрий; 2 — магний; 3 — кальций.

Влияние на сорбцию микроколичеств цезия, чем стронция. Чем больше в растворе содержание ионов кальция, тем меньше сорбция радиоактивных цезия, церия и стронция. Так, было установлено, что при увеличении в 5 раз содержа­ния ионов кальция в природной пресной воде гидрокарбо - натнокальциевого состава поглощение микроколичеств це­зия аллювиальным среднезернистым песком уменьшается в 5,4 раза. Увеличение концентрации ионов кальция воды в 3 раза уменьшает поглощение радиоактивных изотопов церия в 2,4 раза. На сорбцию стронция большое влияние оказывает содержание в природной воде, кроме кальция, и ионов магния. Оба эти макрокомпонента по химическим свойствам близки к стронцию.

В природе наряду с водами кальций-магниевого состава встречаются воды, содержащие большие количества нат­рия, который также уменьшает сорбционную способность стронция. Данные по влиянию различных концентраций в растворе ионов кальция, магния и натрия на величину коэф­фициента распределения стронция-90 между среднезерни - стым песком и растворами хлористых солей этих катионов представлены на рис. 11. Из хода кривых этого рисунка видно, что с ростом содержания в растворе ионов кальция, магния и натрия уменьшается коэффициент распределения стронция-90. При этом ионы кальция наиболее сильно уменьшают поглощение радиостронция песком, затем ионы магния и наиболее слабо действуют на степень сорбции стронция-90 ионы натрия.

Подобная картина была получена В. И. Спицыным с со­трудниками (1959) при изучении поглощения стронция-90 монтмориллонитовыми глинами из растворов, содержащих различные концентрации ионов. Ионная сила раствора в ходе выполнения опытов оставалась постоянной, значение рН равнялось 7,0—8,0. При изучении поведения микроколи­честв стронция в системе сорбент — раствор в зависимости от состава раствора определялся коэффициент rj.

_ _o. CM00

Rl— v-C + q~>

Где: Ш-2)

V — объем раствора; v 1

С — равновесная концентрация иона в растворе;

Q — количество поглощенного иона навеской сорбента.

Данные зависимости коэффициента г] от концентрации различных катионов представлены на рис. 12. Пользуясь представленными на нем кривыми, можно для монтморил­лонита расположить катионы по их способности уменьшать поглощение радиоактивного стронция в следующий ряд: Ba2+>Ca2+>Mg2+>H+>NH4+>K+>Na+. Аналогичный ряд сродства катионов монтмориллонитам был получен Gacino - vic и Місіс (1961). На основании полученных данных можно заключить, что чем выше валентность катиона, а при оди­наковой валентности чем меньше радиус гидратированного иона, тем сильнее он уменьшает степень сорбции микроко­личеств стронция монтмориллонитом.

Сорбция радия некоторыми горными породами при раз­личном катионном составе воды близка к сорбции стронция при тех же условиях. По силе воздействия на уменьшение поглощения радия некоторыми горными породами катионы можно расположить в следующий ряд: Ba2+>Pb2+>Sr2+> >Ca2+>K+>Na+.

Влияние катионов на сорбцию урана горными породами определяется химическим составом природных вод, из ко­торых происходит поглощение урана породой. Так, напри-

Влияние химического состава воды

Рис. 12. Кривые распределения микроколи­честв стронция между раствором и сорбентом в присутствии^различных катионов (В. И, Спи - цын и др., 1959).

/ — Na + ; 2 — K+; 3 - NH+; 4 - Н + ; 5- Mg2+.

6 — Са2+;-7 — Ва2+

Мер, ионы натрия, кальция и магния, присутствующие в сульфатных кислых водах, не оказывают никакого влияния на сорбцию урана горными породами.

Поглощение урана горными породами из вод гидрокар­бонатного состава в значительной степени зависит от катио­нов, присутствующих в воде. При этом по степени воздейст­вия на сорбцию урана породами катионы можно располо­жить в ряд: Mg2+>Ca2+>Na+ (А. Н. Токарев и др., 1956).

Поглощение плутония некоторыми породами такж<?, ма­ло зависит от к'атионного состава воды {Rhodes, 1957).

Влияние макроколичеств катионов на поглощение радио­изотопов горными породами в некоторых случаях определя­ется не только концентрацией и природой присутствующего катиона, но и природой горных пород и самих радиоизото­пов. Так, например, при поглощении цезия сланцами из рас­творов с большим содержанием солей сорбция радиоцезия уменьшается с увеличением валентности конкурирующих катионов, таких, как Na+, Са2+-и А13+. Однако при поглоще­нии цезия сланцами из разбавленных растворов валентность дополнительного катиона оказывает небольшое влияние на сорбцию цезия. В этом случае специфическое поглощение цезия сланцами преобладает над конкурирующей способ­ностью многовалентных ионов. При этом наиболее эффек­тивно конкурирующими катионами становятся те, которые имеют ионный радиус, близкий к ионному радиусу цезия (Jacobs, 1960). Аналогичные данные были получены Ю. А. Кокоговым и др. (1961) при изучении поглощения цезия-137 различными почвами в присутствии посторонних катионов. Авторами установлено, что двухвалентные катио­ны оказывают меньшее влияние на поглощение цезия-137 почвами, чем одновалентные катионы. При этом однова­лентные катионы по их способности уменьшать коэффициент распределения цезия-137 между почвами и растворами можно расположить в ряд: Cs+>Rb+>NH4+>K+>H+.

На степень сорбции продуктов деления тяжелых ядер могут оказывать влияние наряду с катионами также анио­ны, присутствующие в растворе. Изучение влияния анионов на сорбцию стронция-90 аллювиальным среднезернистым песком было проведено с различными растворами солей натрия. Концентрация солей в растворе во всех опытах рав­нялась 3 мг-экв/л. Результаты исследования представлены в табл. 7. Таблица 7

Влияние анионов раствора на коэффициент распределения стронция-90

Анион

С1-

N03

2— SO4

Р—

НС03

Со!

Г!-.

Ро]

Коэффициент распределения

(Кр)

16,4 ±0,6

16,8 ±0,7

17,2 ±0,6

24,0 ±3,0

45,3 ±2,9

67,2 ±19,5

52,5 ±8,7

Данные табл. 7 показывают, что те анионы (CI-, N03~. S042", F~), с которыми стронций и кальций образуют рас­творимые соединения, практически не влияют на распределе - ниє стронция-90 между песком и раствором. В этом случае поглощение стронция-90 определяется содержанием в рас­творе катионов. Присутствие в растворе анионов (С032~, Р043~), которые образуют со стронцием и кальцием трудно­растворимые соединения, значительно увеличивает коэффи­циент распределения. Такой повышенный захват стронция - 90 песком, вероятно, можно объяснить тем, что ионы на­трия, присутствующие в растворе, вытесняют из поглощаю­щего комплекса песка ионы кальция„жоторые образуют с анионами раствора нерастворимые соединения. С выпадаю­щим осадком карбоната или фосфата кальция соосаждают - ся радиоактивные изотопы стронция.

Гидрокарбонатные ионы так же, как карбонатные ионы, увеличивают степень поглощения стронция-90 песком, но в меньшей степени. Это явление, вероятно, объясняется тем, что бикарбонат при взаимодействии с песком частично пере­ходит в карбонат, который способствует поглощению строн­ция песком.

С другой же стороны, В. И. Спицьш и В. В. Громов (1958), изучая влияние анионов на поглощение радиоактив­ных изотопов стронция монтмориллонитом, поглощающий комплекс которого не содержал катионов второй группы периодической системы Д. И. Менделеева, установили, что присутствие їв растворе - анионов, с которыми стронций обра­зует нерастворимые соединения, уменьшает степень сорбции радиостронция монтмориллонитом. Это явление авторы объясняют тем, что анионы С2042~, С032~ образуют в рас­творах с микроколичествами стронция радиоколлоиды, кото­рые препятствуют поглощению стронция сорбентом.

Следовательно, на основании приведенных данных мож­но заключить, что влияние присутствующих в воде анионов на поглощение радиоизотопов стронция горной породой определяется природой катионов поглощающего комплекса породы.

Практически в поглощающем комплексе большинства природных сорбентов находятся кальций и магний, поэтому присутствие в растворе анионов, образующих труднорас­творимые соединения с кальцием и стронцием, будет увели­чивать поглощение радиоизотопов стронция горными поро­дами.

Поглощение плутония породой не зависит от присутст­вия в воде таких анионов, как NO3-, НРО42-. Присутствие же комплексообразователей, например ацетат-ионов, умень­шает сорбцию плутония горной породы (Rhodes, 1957).

При миграции урана в подземных водах наибольшее значение имеют гидрокарбонат-ионы, так как их присутст­вие в воде обусловливает образование хорошо растворимых и устойчивых соединений урана типа Na4U02 (НСОзЬ - Имеющиеся данные показывают, что содержание гидрокар­бонат-ионов выше 100 мг/л достаточно для устойчивого су­ществования в воде даже повышенных содержаний урана.

Охрана подземных вод от радиоактивных загрязнений

Распространение радиоактивных веществ, поступающих через одиночную совершенную поглощающую скважину

Наиболее простой схемой движения грунтовых вод от поглощающей совершенной скважины является та, у ко­торой ненарушенный уровень этих вод (при отсутствии работы поглощающей скважины) образует горизонтальную поверхность. Схема движения воды от …

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Образование радиоактивных отходов и радиоактивных продуктов ядерных взрывов является отрицательной сторо­ной развития атомной энергетики и работ, связанных с ис­пользованием радиоактивных веществ в различных отраслях народного хозяйства, в научных и лечебных …

ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НА ДВИЖЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

В настоящее время методы учета неоднородности свойств пород в гидрогеологии разработаны весьма слабо. Обычно используют средние характеристики отдельных петрогра­фических (литологических) разностей пород, полученные по данным полевых и лабораторных исследований. По …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.