Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками
Выполнены исследования возможности использования искусственных геохимических барьеров на основе щавелево-алюмосиликатных (ЩАС) гелей для блокирования распространения радионуклидов подземными техногенными потоками. Экспериментально установлено, что такие барьеры эффективно адсорбируют радионуклиды ⁹⁰...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2017
|
| Назва видання: | Вопросы атомной науки и техники |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136021 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками / О.В. Полевич, И.В. Удалов, А.В. Чуенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 2. — С. 194-200. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-136021 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1360212025-02-23T18:20:36Z Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками Використання спеціальних геохімічних бар’єрів для блокування поширення важких металів і радіонуклідів підземними техногенними потоками Use of special geochemical barriers for blocking of heavy metals and radionuclides spreading by underground technogenic flows Полевич, О.В. Удалов, И.В. Чуенко, А.В. Диагностика и методы исследований Выполнены исследования возможности использования искусственных геохимических барьеров на основе щавелево-алюмосиликатных (ЩАС) гелей для блокирования распространения радионуклидов подземными техногенными потоками. Экспериментально установлено, что такие барьеры эффективно адсорбируют радионуклиды ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. В течение месяца функционирования барьера активность исследуемых радионуклидов в наблюдательных участках потока снижается до уровня природного фона. Виконано дослідження можливості використання штучних геохімічних бар’єрів на основі щавелево-алюмосилікатних (ЩАС) гелів для блокування поширення радіонуклідів підземними техногенними потоками. Експериментально встановлено, що такі бар’єри ефективно адсорбують радіонукліди ⁹⁰Sr і ¹³⁷Cs. Протягом місяця функціонування бар’єра активність досліджуваних радіонуклідів у наглядових ділянках потоку знижується до рівня природного фона. Study of possibility to use the artificial geochemical barriers on the base of sorrel-aluminosilicate gel is carried out for blocking the spreading of radionuclides by underground technogenic flo. It is experimentally revealed that such barriers effectively absorb radionuclides ⁹⁰Sr and ¹³⁷Cs. During the month of functioning of the barrier the activity of investigated radionuclides in observation areas of flow decreases to the level of natural background. 2017 Article Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками / О.В. Полевич, И.В. Удалов, А.В. Чуенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 2. — С. 194-200. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136021 622.84:543.422 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований |
| spellingShingle |
Диагностика и методы исследований Диагностика и методы исследований Полевич, О.В. Удалов, И.В. Чуенко, А.В. Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Выполнены исследования возможности использования искусственных геохимических барьеров на основе щавелево-алюмосиликатных (ЩАС) гелей для блокирования распространения радионуклидов подземными техногенными потоками. Экспериментально установлено, что такие барьеры эффективно адсорбируют радионуклиды ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs. В течение месяца функционирования барьера активность исследуемых радионуклидов в наблюдательных участках потока снижается до уровня природного фона. |
| format |
Article |
| author |
Полевич, О.В. Удалов, И.В. Чуенко, А.В. |
| author_facet |
Полевич, О.В. Удалов, И.В. Чуенко, А.В. |
| author_sort |
Полевич, О.В. |
| title |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| title_short |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| title_full |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| title_fullStr |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| title_full_unstemmed |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| title_sort |
использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Диагностика и методы исследований |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/136021 |
| citation_txt |
Использование специальных геохимических барьеров для блокирования распространения тяжелых металлов и радионуклидов подземными техногенными потоками / О.В. Полевич, И.В. Удалов, А.В. Чуенко // Вопросы атомной науки и техники. — 2017. — № 2. — С. 194-200. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT polevičov ispolʹzovaniespecialʹnyhgeohimičeskihbarʹerovdlâblokirovaniârasprostraneniâtâželyhmetalloviradionuklidovpodzemnymitehnogennymipotokami AT udaloviv ispolʹzovaniespecialʹnyhgeohimičeskihbarʹerovdlâblokirovaniârasprostraneniâtâželyhmetalloviradionuklidovpodzemnymitehnogennymipotokami AT čuenkoav ispolʹzovaniespecialʹnyhgeohimičeskihbarʹerovdlâblokirovaniârasprostraneniâtâželyhmetalloviradionuklidovpodzemnymitehnogennymipotokami AT polevičov vikoristannâspecíalʹnihgeohímíčnihbarêrívdlâblokuvannâpoširennâvažkihmetalívíradíonuklídívpídzemnimitehnogennimipotokami AT udaloviv vikoristannâspecíalʹnihgeohímíčnihbarêrívdlâblokuvannâpoširennâvažkihmetalívíradíonuklídívpídzemnimitehnogennimipotokami AT čuenkoav vikoristannâspecíalʹnihgeohímíčnihbarêrívdlâblokuvannâpoširennâvažkihmetalívíradíonuklídívpídzemnimitehnogennimipotokami AT polevičov useofspecialgeochemicalbarriersforblockingofheavymetalsandradionuclidesspreadingbyundergroundtechnogenicflows AT udaloviv useofspecialgeochemicalbarriersforblockingofheavymetalsandradionuclidesspreadingbyundergroundtechnogenicflows AT čuenkoav useofspecialgeochemicalbarriersforblockingofheavymetalsandradionuclidesspreadingbyundergroundtechnogenicflows |
| first_indexed |
2025-11-24T09:14:48Z |
| last_indexed |
2025-11-24T09:14:48Z |
| _version_ |
1849662571539333120 |
| fulltext |
194 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108)
УДК 622.84:543.422
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ
БАРЬЕРОВ ДЛЯ БЛОКИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ ПОДЗЕМНЫМИ
ТЕХНОГЕННЫМИ ПОТОКАМИ
О.В. Полевич, И.В. Удалов, А.В. Чуенко
Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина
E-mail: igorudalov8@gmail.com; +(38)050-595-94-42
Выполнены исследования возможности использования искусственных геохимических барьеров на
основе щавелево-алюмосиликатных (ЩАС) гелей для блокирования распространения радионуклидов
подземными техногенными потоками. Экспериментально установлено, что такие барьеры эффективно
адсорбируют радионуклиды
90
Sr и
137
Cs. В течение месяца функционирования барьера активность
исследуемых радионуклидов в наблюдательных участках потока снижается до уровня природного фона.
ВВЕДЕНИЕ
Определенный прогресс в сфере производства,
интенсивное использование природных ресурсов,
внедрение научно-технических достижений,
постоянное повышение технической оснащенности
в различных отраслях человеческой деятельности
сопровождается возникновением и возрастанием
уровня негативных факторов антропогенного
воздействия на окружающую природную среду.
Вследствие постоянного антропогенного
воздействия на экологические системы и внедрения
в биохимические циклы и трофические цепи ряда
химических элементов и их радиоактивных
изотопов в количествах и соотношениях, не
свойственных сформированному природному
«геохимическому гомеостазу» экосистем,
происходят негативные изменения эколого-
геохимических показателей окружающей природной
среды [1].
Наиболее существенным видом загрязнения
окружающей природной среды считается
химическое загрязнение, а одним из важнейших
факторов химического загрязнения компонентов
экологических систем является содержание в них
токсичных тяжелых металлов (ТМ), таких как Cr,
Co, Zn, Cd, Pb и др., антропогенное поступление
которых в окружающую среду значительно
превышает природные потоки.
Основными источниками поступления
загрязняющих элементов (ТМ) в среду являются:
сбросы промышленных предприятий,
хвостохранилища черной и цветной металлургии;
отвалы горных пород; шламонакопители;
золоотвалы; терриконы и т. п. Из этих накопителей
технологических отходов осуществляется миграция
ТМ в количествах, значительно превышающих
нормы ПДК в объектах окружающей природной
среды [2].
На рубеже ХХ–ХХІ веков человечество реально
столкнулось с широким распространением нового
негативного фактора, являющегося результатом
собственной деятельности, – загрязнением среды
радионуклидами (РН), т. е. по существу химическим
загрязнением, связанным с превышением
естественного уровня содержания (природного
фона) радиоактивных изотопов элементов в
компонентах экологических систем.
Источниками поступления РН в окружающую
среду могут быть предприятия ядерной энергетики и
связанные с ней организации научных исследований
и технологий, использующие в своей деятельности
ядерные установки различного назначения,
радиационно опасные вещества и изделия из них
(радиоизотопные приборы и источники
ионизирующих излучений) [3].
В формировании радиационной обстановки в
регионах Украины принимают участие также
предприятия нефтяной, газовой, угольной
промышленностей и тепловой энергетики. При их
эксплуатации происходит перераспределение
природных радионуклидов (U, Th, продуктов их
распада и
40
K) в окружающей среде.
По оценкам [4], загрязнение почвы РН на 2001
год составляло:
137
Cs – 1,09 Бк/см
2
(диапазон
0,05…4,01 Бк/см
2
),
90
Sr – 0,08 Бк/см
3
(диапазон
0,07…0,114 Бк/см
2
). Объемная активность в
поверхностных водах составляла 0,19 Бк/л
(диапазон 0,13…0,39 Бк/л),
90
Sr – 0,02 Бк/л (диапа-
зон 0,15…0,029 Бк/л),
3
H 2,5 Бк/л. Объемная
активность в питьевой воде
137
Cs составляла 0,3 Бк/л
(диапазон 0,11…0,5 Бк/л),
90
Sr – 0,11 Бк/л (диапазон
0,01…0,5 Бк/л). В целом, техногенные нагрузки на
окружающую среду на территории Северо-
Восточной Украины, за исключением нагрузки в
виде
40
K, значительно ниже природного значения
радиационного фона.
Особое внимание уделяется таким
мероприятиям, как накопление, хранение, перевозка
и захоронение радиоактивных отходов деятельности
предприятий ядерной промышленности и
энергетики, которые строго регламентируются
специальными документами и правилами и
контролируются собственными экологическими
службами этих предприятий. Сооружение новых
накопителей промышленных ядерных отходов
допускается только в том случае, когда приведены
доказательства того, что не представляется
возможным перейти на использование безотходных
и малоотходных технологий. Таким образом, можно
считать, что безаварийная эксплуатация
mailto:igorudalov8@gmail.com
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108) 195
предприятий ядерной промышленности и
энергетики не представляет опасности загрязнения
окружающей природной среды РН.
Иная ситуация в настоящее время складывается в
области захоронения отходов угледобычи, особенно
при реструктуризации и ликвидации шахт Донбасса.
Захоронение отходов угледобычи, техногенно
усиленных природной радиоактивностью, главным
образом осуществляется в рекультивируемых
прудах-отстойниках шахтных вод. Эти отходы по
своим радиационным характеристикам мало в чем
уступают отходам уранодобывающих предприятий
[5].
Проектами захоронения отходов угледобычи,
загрязненных ТМ и РН, в прудах-отстойниках
предусматривалось сооружение противо-
фильтрационных экранов, исключающих
инфильтрацию, а следовательно, вымывание
токсичных и радиоактивных элементов и миграцию
их в окружающую среду. При этом основное
внимание обращалось на отсутствие в пределах
прудов-отстойников подземных вод и грунтовых
потоков [6].
За время эксплуатации прудов-отстойников
шахтных вод, а это для некоторых из них составляет
свыше 50 лет, в ряде районов их расположения
происходили изменения гидрогеологической
ситуации, т. е. возникновение в районе прудов-
отстойников подземных потоков вследствие
изменения их «русла». Образовывались дефекты
противофильтрационных экранов вследствие их
естественного старения и повреждений в результате
военных действий в различных регионах Донбасса,
что, естественно, привело к инфильтрации
токсичных металлов и радиоактивных элементов и
их миграции в грунт.
Это является возможной причиной того, что при
исследовании маршрутов техногенных грунтовых
потоков, содержащих ТМ, в некоторых из них при
радиологическом анализе было выявлено
существенное повышение удельной бета-активности
90
Sr и
137
Cs в пульпе потока.
Движение грунтовых потоков является
основным и наиболее мобильным механизмом
переноса (распространения) загрязняющих
элементов (ТМ и РН) в природных ландшафтах от
зоны питания (источника загрязнения) вдоль потока
до зоны разгрузки. Это распространение
представляет собой определенную опасность на
всем маршруте переноса, особенно в случае наличия
на маршруте источников и водоемов питьевого
назначения.
В наибольшей степени техногенную нагрузку
испытывают подземные воды, расположенные
вблизи от земной поверхности. Таковыми являются
грунтовые воды первых от поверхности напорных
горизонтов, составляющих зону активного
водообмена, которая характеризуется относительно
высокими скоростями передвижения подземных
потоков по пласту.
Техногенное воздействие потока на
определенную часть природной среды приводит к
изменению состояния ландшафтов как природно-
техногенных систем. Количественными критериями
изменения природно-техногенных систем являются
экологические нормативы, разработанные для
различных компонентов природной среды,
геохимические критерии, основанные на сравнении
с фоновыми и кларковыми концентрациями,
биогеохимические критерии [7]. Если в
соответствии с этими критериями такое изменение
становится неприемлемым для человека и
биотичных компонентов, возникает необходимость
снижения уровня техногенного влияния путем
внедрения соответствующих природоохранных
мероприятий [8].
1. ИСКУССТВЕННЫЕ ГЕОХИМИЧЕСКИЕ
БАРЬЕРЫ
В условиях экономической ситуации,
сложившейся в Украине, наиболее приемлемым и
достаточно эффективным и экономичным способом
решения проблемы следует считать осуществление
природоохранных мероприятий на основе создания
искусственных геохимических барьеров (ГБ).
Создание искусственных (инженерных,
редиментационных) ГБ для охраны окружающей
природной среды состоит в целенаправленном
построении геохимических обстановок, для которых
характерно резкое снижение интенсивности
миграции загрязняющих элементов в результате их
перевода в малоподвижные формы, т. е. из
состояния техногенного рассеяния в состояние
техногенной концентрации. Структура основных
этапов создания искусственных ГБ детально
изложена в [9].
Одним из основных элементов этой структуры
является разработка способа локализации
загрязнения, т. е. определение материала для
создания и конструкции ГБ. При определении
материала барьера руководствуются следующими
основными критериями: барьер должен эффективно
перехватывать загрязнители и удерживать их на
протяжении расчетного срока эксплуатации;
выбранный материал должен иметь относительно
невысокую стоимость; материал не должен быть
дополнительным источником загрязнения.
Возможно использование как природных
материалов, так и искусственных образований [10,
11].
Вторым существенным моментом создания
искусственных ГБ для концентрации загрязнителей
(ТМ и РН), мигрирующих в техногенных грунтовых
потоках, является определение пространственного
размещения барьера в природно-техногенной
системе. Ряд исследователей полагает, что
концентрация на ГБ элементов-загрязнителей,
вовлеченных в техногенную миграцию, наиболее
желательна в непосредственной близости от
источников загрязнения, ввиду того, что эти участки
территории уже нарушены в результате
хозяйственной деятельности и в большинстве
случаев практически непригодны для
использования.
Однако в ряде случаев предполагаемые
источники загрязнения могут находиться вне зоны
196 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108)
досягаемости (на недоступных территориях).
Существенным фактором возможности сооружения
эффективного ГБ является тип почвогрунта на
участке маршрута техногенного потока.
Перенос загрязнителей с грунтовыми водами в
ряде случаев представляет собой относительно
компактное образование (поток) определенного
химического состава с распределенными в
пространстве характеристиками – характерными
габаритами, скоростями потока, концентрациями
химических элементов и т. п. (рис. 1). В таких
случаях, особенно, если глубина потока достаточно
велика (h ≥ 10 м) и загрязнение по сути не угрожает
состоянию поверхности почвы, целесообразным
может быть сооружение искусственного барьера для
непосредственной защиты от воздействия
загрязнителей конкретного важного объекта,
например источника питьевого или иного
хозяйственного назначения.
Для техногенных потоков данного типа
целесообразным представляется создание
искусственного ГБ методом инъекции в грунт
химически активных вяжущих и гелеобразующих
веществ.
В работе предлагается один из возможных
способов создания искусственных ГБ для удержания
ТМ и РН, мигрирующих в техногенных подземных
потоках. Концентрация загрязнителей
предлагаемым способом осуществляется путем
инъекции химически активных и гелеобразующих
веществ. Такой процесс, так называемый
мелиорация массивов пород, приводит к
формированию специфических образований,
которые характеризуются как техногенно-
геохимические системы.
Взаимодействие химически активных
компонентов в таких системах обусловливает
существенные изменения геохимических
параметров природных сред, что, в свою очередь,
видоизменяет физико-химические процессы и
вызывает проявление новых. Все это определенным
образом влияет на свойства пород в границах
обработанного массива после завершения
инъекционных работ. Наибольшая контрастность
техногенной среды с природной может, вероятно,
возникнуть при инъекционном химическом
уплотнении грунтовых массивов, содержащих
минерализованные подземные воды. С физико-
химической точки зрения, каждый из элементов
подобной техногенно-геохимической обстановки
целесообразно рассматривать как систему гель –
раствор электролита, где различия состава и
концентрации компонентов в жидкой фазе геля и в
подземных водах обусловливают их встречную
диффузию. На качественном уровне эту систему
можно считать статичной, учитывая, что остаточные
скорости фильтрации после инъекции очень малы, а
в ряде случаев, по данным гидроиспытаний, вообще
не зафиксированы.
Создание искусственного ГБ предлагаемым
способом осуществляется следующим образом: на
маршруте техногенного подземного потока
фронтально его направлению бурится цепь скважин,
в которые нагнетаются растворы, формирующие
силикатный гель. Концентрация и состав растворов
определяются временем гелеобразования и
пористостью грунта.
В качестве гелеобразующего используется
раствор, который формирует щавелево-
алюмосиликатный гель (ЩАС-гель). Раствор
изготавливается путем смешивания силиката Na
плотностью 1,19 г/см
3
и комплексного отвердителя.
Отвердитель представляет собой водный раствор,
содержащий 50 г/л Al2(SO4)3 и 50 г/л щавелевой
кислоты. Время гелеобразования регулируется
соотношением отвердителя и силиката. При
выполнении приведенного инъекционного процесса
время гелеобразования составляет порядка 1,5…2 ч.
Необходимая устойчивость ЩАС-геля в водной
среде обеспечивается высокой прочностью связей
типа Si–O–Si и Si–O–Al, возникающих при
гелеобразовании.
Лабораторные исследования по определению
адсорбционной поглотительной способности ЩАС-
гелей, проведенные в фильтрационных колонках,
заполненных гелем, при фильтрации через них
растворов, содержащих ТМ, показали высокую
адсорбционную эффективность гелей для всех ТМ
(в том числе Sr и Cs).
2. ПРОГРАММА ИССЛЕДОВАНИЯ
И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Во время проведения плановых исследований
техногенных подземных потоков, содержащих
токсичные ТМ, были выявлены потоки с
существенно повышенной удельной бета-
активностью элементов
90
Sr и
137
Cs, а также с
повышенным содержанием Pb в пульпе потока.
На основе результатов, полученных при
выполнении модельных исследований в рамках
геофильтрационной модели и некоторых
дополнительных расчетов, было определено
первичное направление техногенного потока от
источника загрязнения – пруда-отстойника шахтных
вод, расположенного на недоступной территории.
После установления первичного направления
исследуемого потока с использованием специально
разработанного алгоритма на основе кустового
метода индикаторного испытания была
осуществлена собственно маршрутизация потока до
области разгрузки. В качестве элемента-индикатора
использовался Pb [12].
Для исследования эффективности функцио-
нирования искусственного ГБ был оборудован
специальный полигон, расположенный на участке
потока между скважинами Sn и Sn+1, которые
являются маркерами маршрута потока, и
включающий в себя собственно искусственный ГБ
на основе ЩАС-геля и комплекс наблюдательных
скважин (см. рис. 1).
На территории полигона грунт преимущественно
песчано-глинистый, поэтому скважины
Sji (i = 1,…,7) расположены фронтально к
направлению потока на расстоянии ∆l = 5 м одна от
другой, что является достаточным для образования
сплошного адсорбирующего силикатного гелиевого
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108) 197
барьера в толще грунта на пути минерализации
загрязнителей. Ввиду того, что глубина залегания
потока на участке маршрута Sn Sn+1 составляет
порядка (15±3) м, скважины цепи Sj были
пробурены до глубины Н0 = 20 м.
Рис. 1. Схема полигона исследования
искусственного ГБ (Sn, Sn+1 – скважины-маркеры
маршрута техногенного потока;
Sj (j=1, …, 7) – цепь скважин для создания ГБ
путем инъекции гелеобразующего раствора;
Sk (k=1, …, 7) – цепь наблюдательных скважин)
Наблюдательные скважины Ski (i = 1, …, 7) для
определения эффективности ГБ как инструмента
предотвращения распространения ТМ и РН далее
вдоль потока пробурены ниже барьера на
расстоянии L = 100 м, глубиной H1 = 20 м и ∆l = 5 м
(cм. рис. 1).
Программа исследования функционирования
искусственного ГБ была реализована в следующей
последовательности.
1. Перед сооружением искусственного барьера
произведен контрольный отбор проб и определены
содержание Pb и бета-активности
90
Sr и
137
Cs в
пробах пульпы потока всех скважин полигона (так
называемый нулевой цикл).
Произведена инъекция гелеобразующих
веществ в скважины Sji (i = ) для образования
сплошного адсорбирующего барьера на основе
ЩАС-геля.
2. На протяжении месяца функционирования
созданного искусственного ГБ с интервалом 10 сут
отбирались пробы пульпы из скважин ГБ Sji и
наблюдательных скважин Ski .
3. Выполнен анализ отобранных проб пульпы
на содержание Pb и уровень бета-активности
90
Sr и
137
Cs.
Отбор проб пульпы техногенного подземного
потока из скважин полигона осуществлялся при
помощи модифицированного дночерпателя
Петерсена.
Инструментальным аналитическим методом
определения содержания Pb в отобранном
материале был метод рентгенофлуоресцентного
анализа (РФА) в аппаратурной реализации
многоэлементного квантометра СРМ-25 с
рентгеновской трубкой 3РХВ-Re в качестве
источника возбуждения характеристического
рентгеновского излучения атомов образца, в состав
матрицы которого кроме Pb входят элементы Cr, Ni,
Cu, Zn и легкие элементы. При подготовке проб к
анализу использовалось предварительное
концентрирование вытяжек из субстратов пульпы, и
в результате получены тонкие ненасыщенные
образцы. Методическое и метрологическое
обеспечения были поддержаны комплексным
методом внешнего стандарта и теоретических
поправок [13]. При этом влияние матричных
эффектов на определение абсолютной концентрации
исследуемого элемента, связанное в ряде случаев с
расхождением матричного состава образцов и
используемых стандартов (СДО-3, СДО-4, СДО-6),
относительно невелико и не превышает 20% [14].
Для определения бета-активности в отобранных
пробах
90
Sr и
137
Cs использовались радиометры
СРП-68-01 и «Бета» в соответствии с «Методикой
экспрессного определения объемной и удельной
активности бета-излучающих нуклидов в воде,
продуктах питания, продукции растениеводства и
животноводства методом «прямого» измерения
«толстых» проб».
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
И ОБСУЖДЕНИЕ
В соответствии с программой исследования на
первом этапе были определены содержание
элемента Pb и активности радионуклидов
90
Sr и
137
Cs
в пробах пульпы техногенного потока из скважин
цепей Sj (будущий барьер) и Sk (наблюдательные
скважины) до проведения инъекции гелео-
бразующих веществ (так называемый нулевой
цикл). Результаты измерений представлены в табл. 1
и 2.
Таблица 1
Содержание элемента Pb в скважинах Sji (i = 1, …, 7)
и Ski (i = 1, …, 7), нулевой цикл (Т = 0)
Скважины СPb, мг/дм
3
Sj1 0,46±0,06
Sj2 4,15±0,36
Sj3 17,12±2,25
Sj4 22,50±3,12
Sj5 15,31±1,92
Sj6 3,62±0,29
Sj7 0,25±0,03
Sk1 0,55±0,07
Sk2 5,68±0,52
Sk3 16,91±2,05
Sk4 21,12±2,92
Sk5 16,70±2,12
Sk6 4,24±0,41
Sk7 0,42±0,06
198 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108)
Таблица 2
Активность
90
Sr и
137
Cs в пробах пульпы
из скважин Sji (i = 1, …, 7) и цепи
Ski (i =1, …, 7), нулевой цикл (Т = 0)
Скважины
90
Sr, Бк/дм
3
137
Cs, Бк/дм
3
Sj1 21,5 18,4
Sj2 46,5 25,4
Sj3 58,3 29,4
Sj4 63,4 32,9
Sj5 54,4 28,6
Sj6 42,6 20,3
Sj7 20,9 15,2
Sk1 20,8 17,3
Sk2 41,4 25,8
Sk3 59,0 29,0
Sk4 62,4 34,4
Sk5 55,7 27,3
Sk6 38,2 22,3
Sk7 22,4 16,4
После проведения инъекции гелеобразующих
веществ в скважины Sji (i = 1, …, 7) и образования
сплошного адсорбирующего барьера на основе
ЩАС-геля был выполнен анализ содержания Pb и
активности РН
90
Sr и
137
Cs в пробах пульпы потока
из скважин на образовавшемся ГБ и из
наблюдательных скважин с интервалом ∆Т = 10 сут.
Результаты измерений, выполненных в течение
месяца (Т = 30 сут) функционирования ГБ,
приведены в табл. 3–8.
Таблица 3
Содержание Pb и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах
пульпы скважин цепи Sji (i = 1, …, 7), Т = 10 сут
Скважины СPb, мг/дм
3
90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sj1 0,49±0,08 24,6 20,6
Sj2 5,12±0,61 52,7 36,3
Sj3 23,15±3,25 79,4 42,4
Sj4 27,80±4,61 84,6 48,9
Sj5 21,25±2,05 72,1 41,8
Sj6 4,08±0,41 47,8 26,3
Sj7 0,31±0,03 22,7 21,9
Таблица 4
Содержание Pb (M±m, n = 5) и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах пульпы скважин цепи Ski
(наблюдательные) (i = 1, …, 7), Т = 10 сут
Скважины СPb, мг/дм
3
90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sk1 0,51±0,06 20,4 17,1
Sk2 5,12±0,50 38,9 23,1
Sk3 14,12±1,84 57,4 27,1
Sk4 19,55±2,41 59,3 31,3
Sk5 14,25±2,11 54,7 26,9
Sk6 4,08±0,40 37,7 22,1
Sk7 0,43±0,05 21,7 16,0
Таблица 5
Содержание Pb и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах
пульпы скважин цепи Sji (ГБ) (i = 1, … 7), Т = 20 сут
Скважины СPb, мг/дм
3
90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sj1 1,21±0,14 29,8 23,6
Sj2 8,15±1,76 76,1 48,5
Sj3 31,25±6,05 104,2 62,3
Sj4 36,42±6,88 112,8 71,9
Sj5 29,85±5,85 104,0 59,5
Sj6 7,90±1,60 68,9 42,8
Sj7 1,16±0,12 27,6 23,3
Таблица 6
Содержание Pb и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах
пульпы скважин цепи Ski (наблюдательные)
(i = 1, … 7), Т = 20 сут
Скважины СPb, мг/дм
3
90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sk1 0,50±0,06 19,8 14,1
Sk2 4,85±0,45 34,8 16,9
Sk3 10,84±1,25 41,4 20,6
Sk4 14,85±1,85 44,8 22,4
Sk5 11,05±2,10 40,3 19,8
Sk6 4,05±0,40 32,9 17,2
Sk7 0,43±0,05 19,7 12,3
Таблица 7
Содержание Pb и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах
пульпы скважин цепи Sji (ГБ) (i = 1, …, 7), Т=30 сут
Скважины СPb, мг/дм
3 90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sj1 1,85±0,21 30,9 25,6
Sj2 14,29±3,65 103,6 54,8
Sj3 41,25±7,81 137,8 72,4
Sj4 47,85±8,12 150,5 95,6
Sj5 40,34±7,23 140,3 71,2
Sj6 13,60±2,95 98,4 50,5
Sj7 1,95±0,21 28,7 26,1
Таблица 8
Содержание Pb и активность
90
Sr и
137
Cs в пробах
пульпы скважин цепи Ski (наблюдательные)
(i = 1, …, 7), Т = 30 сут
Скважины СPb, мг/дм
3
90
Sr,
Бк/дм
3
137
Cs,
Бк/дм
3
Sk1 0,50±0,08 19,7 11,6
Sk2 3,87±0,42 23,4 11,8
Sk3 3,62±0,46 29,4 12,3
Sk4 3,85±0,53 31,2 14,9
Sk5 3,45±0,45 29,2 12,4
Sk6 3,12±0,39 23,5 12,1
Sk7 0,43±0,05 19,6 11,8
На рис. 2 показана динамика снижения уровня
активности исследуемых РН в наблюдательной
скважине Sk4 (максимальная активность в скважинах
цепи Sk) в течение первого месяца
функционирования сформированного
адсорбирующего барьера.
ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108) 199
Рис. 2. Динамика снижения активности
90
Sr и
137
Cs
в наблюдательных скважинах в течение 30 сут
функционирования ГБ
Из рис. 2 видно, что сформированный ГБ на
основе ЩАС-геля действует достаточно
эффективно. Активность исследуемых РН за месяц
снизилась до уровня природного фона.
На рис. 3 отражен процесс накопления на ГБ (Sj4)
РН
90
Sr и
137
Cs. Видно, что происходит интенсивный
рост активности этих РН на начальной стадии
функционирования барьера.
Рис. 3. Динамика накопления на ГБ РН
90
Sr и
137
Cs
(рост уровня активности) в течение 30 сут
функционирования барьера
Из рис. 3 можно сделать вывод, что на начальной
стадии функционирования ГБ на основе ЩАС-геля
рост активности исследуемых РН в теле барьера
происходит практически по линейному закону.
По результатам измерения активности
исследуемых РН на момент Т = 30 сут (см. табл. 7)
было построено распределение активности по
ширине барьера (цепь скважин Sj), которое показано
на рис. 4.
Рис. 4. Распределение активности
90
Sr и
137
Cs
по ширине ГБ (цепь скважин Sj), Т = 30 сут,
данные табл. 7
Для выявления конфигурации объемного
распределения
90
Sr и
137
Cs в теле барьера были
проведены измерения распределения активности по
вертикали. Измерения проводились по скважине Sj4
(максимальная активность РН) в момент Т = 30 сут
на глубинах h = 20, 16, 12, 8 и 4 м. Одновременный
отбор проб пульпы осуществлялся при помощи
гирлянды батометров специальной конструкции.
Распределение активности
90
Sr и
137
Cs по глубине
показано на рис. 5. При h = 0 β-активность имеет
средние значения, специфичные для почвы района
исследований.
Рис. 5. Вертикальное распределение активности
90
Sr и
137
Cs в теле адсорбирующего ЩАС-гель
барьера, Т = 30 сут, скважина Sj4
Из рис. 4 и 5 можно сделать вывод, что на
начальной стадии функционирования
адсорбирующего ГБ на основе ЩАС-геля в теле
барьера формируется достаточно компактное
образование с повышенной β-активностью и
соответственно с повышенным содержанием
радиоактивных изотопов
90
Sr и
137
Cs. Динамика
развития этой области требует долгосрочных
регулярных наблюдений, поскольку емкость барьера
ограничена, а сами барьеры этого типа подвержены
старению из-за происходящих на них различных
процессов переконденсации.
200 ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2017. №2(108)
ВЫВОДЫ
Искусственные ГБ на основе ЩАС-геля
являются эффективными адсорбентами РН
90
Sr и
137
Cs.
Искусственные ГБ на основе ЩАС-гелей могут
быть использованы для блокирования
распространения РН вдоль подземных техногенных
потоков.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. П.В. Елпатьевский. Геохимия миграционных
потоков в природно-техногенных системах. М.:
«Наука», 1993, 252 с.
2. О.І. Бондар, І.В. Коринько, В.М. Ткач,
О.І. Федоренко. Моніторинг навколишнього
середовища: Навч. посібник. КиевХарьков: ДЕІ-
ГТІ, 2005, 126 с.
3. Г.Д. Коваленко, К.Г. Рудя. Радиоэкология
Украины. Киев: ИПЦ «Київський університет»,
2001, 167 с.
4. В.И. Витько, Г.Д. Коваленко, В.М. Никитин,
А.А. Чеканов и др. Радиоэкология: Учебное
пособие. Белгород: изд-во Белгородского ун-та,
2002, 204 с.
5. В.К. Янчев, И.К. Решетов, И.В. Удалов.
Проблемы радиоэкологической безопасности при
реструктуризации шахт Донбасса // Екологія
довкілля та безпека життєдіяльності. 2006,
№3 (33), с. 22-28.
6. И.К. Решетов, И.В. Удалов. Радиационно-
экологическая обстановка на закрывающихся
шахтах Стахановского региона Луганской области //
Проблеми охорони навколишнього природного
середовища та екологічної безпеки: Зб. наук. ін. /
УкрНДІЕП. Харків: ВД ”Райдер”, 2005, с. 48-57.
7. В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг, Т.А. Барабо-
шкина и др. Экологические функции литосферы /
Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 2000,
316 с.
8. В.А. Мироненко. Контроль и восстановление
качества подземных вод на загрязненных
территориях // Геоэкология. 1998, № 2, с. 115-123.
9. С.М. Блинов, Н.Г. Максимович. Методо-
логические основы применения геохимических
барьеров для охраны окружающей среды //
География и окружающая среда. СПб, 2003,
с. 294-304.
10. В.И. Сергеев. Защита подземных вод от
загрязнения в районах проектируемых и
действующих хвостохранилищ. М.: Изд-во МГУ,
1992, 188 с.
11. Н.Г. Максимович, С.М. Блинов, В.И. Сергеев
и др. Разработка комплексного экрана для защиты
подземных вод в районе шламохранилища //
Уральский геологический журнал. 2000, №2, с. 130-
144.
12. Дослідження процесів та механізмів
утворення гідрогеохімічних бар’єрів у зонах
змішування ґрунтових антропогенних потоків і
поверхневих вод: Звіт про НДР (заключн.) /
Харківський нац. ун-т; кер. О.В. Полєвич; ДР
0112U008340; Х., 2014, 73 с.
13. О.В. Полевич, А.В. Шперер, Т.И. Углова.
Информационные технологии рентгено-
флуоресцентного анализа состава жидкостей //
Вестн. Нац. техн. ун-та «ХПИ». 2004, №45,
с. 158-165.
14. В.И. Кудряшов, А.С. Серебряков. Исполь-
зование физических методов элементного анализа
для определения влияния окружающей среды на
организм человека // Экологическая химия. 2003,
№12 (3), с. 179-190.
Статья поступила в редакцию 18.01.2017 г.
ВИКОРИСТАННЯ СПЕЦІАЛЬНИХ ГЕОХІМІЧНИХ БАР’ЄРІВ ДЛЯ БЛОКУВАННЯ
ПОШИРЕННЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ І РАДІОНУКЛІДІВ ПІДЗЕМНИМИ
ТЕХНОГЕННИМИ ПОТОКАМИ
О.В. Полєвич, І.В. Удалов, О.В. Чуєнко
Виконано дослідження можливості використання штучних геохімічних бар’єрів на основі щавелево-
алюмосилікатних гелів для блокування поширення радіонуклідів підземними техногенними потоками.
Експериментально встановлено, що такі бар’єри ефективно адсорбують радіонукліди
90
Sr і
137
Cs. Протягом
місяця функціонування бар’єра активність досліджуваних радіонуклідів у наглядових ділянках потоку
знижується до рівня природного фона.
USE OF SPECIAL GEOCHEMICAL BARRIERS TO PROHIBITION OF DIFFUSION OF
HEAVY METALS AND RADIONUCLIDES UNDERGROUND TECHNOGENIC FLOW
O.V. Polevich, I.V. Udalov, A.V. Chuenko
Researches of possibility of the use of artificial geochemical barriers are executed on the basis of silica-alumina
gels to prohibition of diffusion of heavy metals and radionuclides underground technogenic flow. It is
experimentally set that such barriers effectively adsorb radionuclides
90
Sr and
137
Cs. During the month of
functioning of barrier activity of investigated radionuclides in the observant areas of flow goes down to the level of
natural background.
|