Мета дослідження: розробка та опрацювання нового ефективного методу дезактивації радіаційно забруднених ґрунтів для зменшення негативного впливу радіонуклідів на навколишнє середовище та здоров’я людини.

Матеріали і методи дослідження. Об’єкт дослідження – піщаний ґрунт, забруднений радіоцезієм.
Застосовано методи дослідження – рентгенівська дифрактометрія, дисперсійний аналіз, гамма-спектрометрія.

Результати. Запропоновано комплексний метод очищення радіоактивно забрудненого ґрунту, що об’єднує плазмохімічну обробку суспензії «ґрунт-вода» з подальшим відокремленням очищеного ґрунту та коагуляційно-сорбційне очищення утвореного супернатанту. Супернатант містить дисперсію у водній фазі мікро- та наночастинок, які містять радіоактивні речовини. Для осадження твердої фази використано принцип гетерокоагуляції, що зменшує міграцію радіоактивних частинок у дисперсійне середовище, з використанням позитивно зарядженого колоїду гідроксиду заліза (ІІІ) як коагулянта. Для дезактивації рідкої фази супернатанту використано комплексний сорбент на основі мікро- та наночастинок гідроксиду заліза, модифікованих фероціанідами нікелю-калію, та високодисперсні шаруваті алюмосилікати. При цьому ступінь дезактивації ґрунту становить 91,6%, а супернатанту – ≈98%. Застосування цього методу дозволяє отримати очищений ґрунт, який можна використовувати у процесах рекультивації ґрунтів, а також очищену воду. Передбачається багаторазове використання технологічної води, що перешкоджає додатковому забрудненню довкілля радіоактивними речовинами. Радіоактивний шлам придатний для компактування і подальшого зберігання у сховищах радіоактивних відходів.

Висновки. За результатами даного дослідження розроблено та опрацьовано новий ефективний метод дезактивації ґрунту, який є ефективним і перспективнии підходом у боротьбі з наслідками аварій на атомних електростанціях та іншими джерелами радіаційного забруднення. Він дозволяє ефективно видаляти радіоактивні речовини із ґрунту та води, зменшуючи негативний вплив на довкілля та здоров’я людей. Основні переваги методу полягають у його високій ефективності, можливості повторного використання технологічної води, а також у зменшенні обсягу радіоактивних відходів, які потребують подальшої обробки та зберігання. Запропонований підхід є важливим кроком у збереженні екосистем та забезпеченні безпеки життя та здоров’я населення.

ґрунт, радіоактивне забруднення, дезактивація, плазмохімічна обробка, сорбція, мікро- і наночастинки

1. Ostoich P, Beltcheva M, Antonio Heredia Rojas J, Metcheva R. Radionuclide contamination as a risk factor in terrestrial ecosystems: occurrence, biological risk, and strategies for remediation and detoxification. In : The toxicity of environmental pollutants. IntechOpen; 2022. DOI : https://doi.org/10.5772/intechopen.104468

2. Shi Y, Zhao J, Ding B, Zhang Y, Li Z, MMAli M, Siqin T, Zhao H, et al. Multivariate statistical study on naturally occurring radioactive materials and radiation hazards in lakes around a Chinese petroleum industrial area. Nuclear Engineering and Technology. 2024 Feb. DOI : https://doi.org/10.1016/j.net.2024.01.027

3. Koua A, Michel H, Alabdullah J, Barci V, Aka HK, Barci-Funel G, Ardisson G. First measurements of anthropogenic and natural radionuclides in surface soils (10 cm) of Cфte d'Ivoire. Comptes Rendus Chimie. 2009 Aug;12(8):850-3. DOI : https://doi.org/10.1016/j.crci.2008.11.012

4. Siraz MM, Rakib MD, Alam MS, Al Mahmud J, Rashid MB, Khandaker MU, Islam MS, Yeasmin S. Assessment of radionuclides from coal-fired brick kilns on the outskirts of Dhaka city and the consequent hazards on human health and the environment. Nuclear Engineering and Technology. 2023 August; 55 (8):2802-2811. DOI : https://doi.org/10.1016/j.net.2023.04.045

5. Ota M, Koarashi J. Contamination processes of tree components in Japanese forest ecosystems affected by the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident 137Cs fallout. Science of the Total Environment. 2022 Apr; 816:151587. DOI : https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151587

6. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer in terrestrial and freshwater environments. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2010. 208 p. Technical reports series, № 472.

7. Handbook of parameter values for the prediction of radionuclide transfer to wildlife. Vienna: International Atomic Energy Agency; 2014. 229 p. Technical reports series, № 479.

8. Kozhakhanov TE, Larionova NV, Lukashenko SN, Baigazinov ZA, Kabdyrakova AM, Kunduzbayeva AY. Peculiarities in accummulation of radionuclides by fruit and berry trees and shrubs. Journal of Environmental Radioactivity. 2024 Jan; 271:107317. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107317

9. Tsukada H, Takeda A, Takahashi T, Fukutani S, Akashi M, Takahashi J, Uematsu S, Chyzhevskyi I, Kirieiev S, Kashparov V, Zheleznyak M. Transfer of 137Cs and 90Sr from soil-to-potato: Interpretation of the association from global fallout in Aomori to accidental release in Fukushima and Chornobyl. Science of the Total Environment. 2023 Jul:165467. DOI : https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165467

10. Phuong HT, Ba VN, Thien BN, Truong Thi Hong L. Accumulation and distribution of nutrients, radionuclides and metals by roots, stems and leaves of plants. Nuclear Engineering and Technology. 2023 May. DOI : https://doi.org/10.1016/j.net.2023.03.039

11. Labunska I, Kashparov V, Levchuk S, Santillo D, Johnston P, Polishchuk S, Lazarev N, Khomutinin Y. Current radiological situation in areas of Ukraine contaminated by the Chernobyl accident: Part 1. Human dietary exposure to Caesium-137 and possible mitigation measures. Environment International. 2018 Aug; 117:250-9. DOI : https://doi.org/10.1016/j.envint.2018.04.053

12. Labunska I, Levchuk S, Kashparov V, Holiaka D, Yoschenko L, Santillo D, Johnston P. Current radiological situation in areas of Ukraine contaminated by the Chornobyl accident: Part 2. Strontium-90 transfer to culinary grains and forest woods from soils of Ivankiv district. Environment International. 2021 Jan; 146:106282. DOI : https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106282

13. Lavrinenko V, Shevchenko V. Vplyv radioaktyvnoho zabrudnennia na stan zdorovia naselennia Chernihivskoi oblasti [The impact of radioactive contamination on the health of the population of Chernihiv region]. Ecological Sciences. 2022;(1):95-8. (Ukrainian). DOI : https://doi.org/10.32846/2306-9716/2022.eco.1-40.17.

14. Tsytsiura Ya, Shkatula Yu, Zabarna T, Pelekh L. Innovatsiini pidkhody do fitoremediatsii ta fitorekultyvatsii u suchasnykh systemakh zemlerobstva [Innovative approaches to phytoremediation and phytoremediation in modern farming systems]. Vinnytsia: Druk; 22. 1200 p. (Ukrainian).

15. Srinivasulu M, Narasimha G, Francis AJ. Cost effective technologies for solid waste and wastewater treatment. Elsevier; 2022. Chapter 3. Bioremediation approach for treatment of soil contaminated with radiocesium. P. 25-37. DOI : https://doi.org/10.1016/b978-0-12-822933-0.00006-1

16. urkis JM, Bardos RP, Graham J, Cundy AB. Developing field-scale, gentle remediation options for nuclear sites contaminated with 137Cs and 90Sr: The role of Nature-Based Solutions. Journal of Environmental Management. 2022 Apr; 308:114620. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114620

17. Hrodzynskyi D, Dembnovetskyi O, Levchuk O. Perspektyvy vykorystannia ta utrymannia radiatsiino urazhenykh zemel [Perspectives of use and keeping of radiation damaged lands]. Visnyk Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy . 2003;(4):15-25. (Ukrainian).

18. Yasutaka T, Naito W. Assessing cost and effectiveness of radiation decontamination in Fukushima Prefecture, Japan. Journal of Environmental Radioactivity. 2016 Jan; 151:512-20. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2015.05.012

19. Rддf C, Martinsson J, Eriksson M, Ewald J, Javid RG, Hjellstrцm M, Isaksson M, Rasmussen J et al. Restoring areas after a radioactive fallout: a multidisciplinary study on decontamination. Journal of Environmental Radioactivity. 2023,Dec;270:107268. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107268

20. Horelik SS, Skakov YuA, Rastorguev LN. Rentgenografiya i elektronno-opticheskiy analiz [X-ray and Electron-Optical Analysis]. Moskva: MYSYS; 2002. 360 p. (Russian).

21. Zabulonov YL, Kadoshnikov VM, Melnychenko TI, Zadvernyuk HP, Kuzenko SV, Lytvynenko YV. Geochemical behavior of ferric hydroxide nanodispersion under the influence of weak magnetic fields. Mineralogical Journal. 2021;43(2):74-9. DOI : https://doi.org/10.15407/mineraljournal.43.02.074

22. Zabulonov Yu, Melnychenko T, Kadoshnikov V, Kuzenko S, Shkapenko V, inventors. Sposib oderzhannia nanodyspersii kompleksnoho sorbentu dlia ochyshchennia tekhnohenno zabrudnenykh ta radioaktyvnykh vod [The Method of Obtaining a Nanodispersion of a Complex Sorbent forthe Purification of Technogenically Polluted and Radioactive Waters]. Ukrainian patent 152730. 2023 Apr 5. (Ukrainian).

23. Petrov SV, Zabulonov YuL, Masato Homma. Study on plasma-stimulated remediation of radioactively contaminated soil. In: New approaches in engineering research. Vol. 3. 2021: 103-15. DOI : https://doi.org/10.9734/bpi/naer/v3/10209D

24. Japan Atomic Energy Agency. Remediation of contaminated areas in the aftermath of the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station; Overview, analysis and lessons learned, 2; Recent developments, supporting R&D and international discussions. Tokai-mura: 2015. 49 p. JAEA-Review 2014-052.

25. Nakao A, Ogasawara S, Sano O, Ito T, Yanai J. Radiocesium sorption in relation to clay mineralogy of paddy soils in Fukushima, Japan. Science of the Total Environment. 2014,Jan;468-469:523-9. DOI : https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.08.062

26. Varlakov AP, Germanov AV, Maryakhin MA, Varlakova GA. Tekhnologiya dezaktivatsii radioaktivno zagriaznennogo grunta [The technology of decontamination of radioactively contaminated soil]. Analytics. 2018;(1):46-50. (Russian). DOI : https://doi.org/10.22184/2227-572x.2018.38.1.46.50

27. Kim JH, Kim SM, Yoon IH, Yang HM, Kim I. Novel two-step process for remediation of Cs-contaminated soil assisted by magnetic composites. Chemical Engineering Journal. 2021,Nov;424:130554. DOI : https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130554

28. Zabulonov Y, Melnychenko T, Kadoshnikov V, Kuzenko S, Guzii S, Peer I. New sorbents and their application for deactivation of liquid radioactive waste. In: Lecture notes in civil engineering. Cham: Springer Nature Switzerland; 2024: 126-36. DOI : https://doi.org/10.1007/978-3-031-55068-3_14

29. Melnychenko T, Kadoshnikov V, Lytvynenko Y, Pysanska I, Zabulonov Y, Marysyk S, Krasnoholovets V. Nanodispersion of ferrocianides for purification of man-made contaminated water containing caesium. Journal of Environmental Radioactivity. 2023 May; 261:107135. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107135

30. Tananaev Y, Seifer H, Kharytonov Yu, Kuznetsov VH, Korolkov AP. Khimiya ferrotsianidov [Chemistry of ferrocyanide]. Moscow: Nauka; 1971. 315 p. (Russian).

31. Mykheev V. Renthenometrycheskyi opredelytel myneralov [X-ray mineral detector]. Moskva: Hosudarstvennoe nauchno-tekhnycheskoe yzdatelstvo lyteraturы po heolohyy y okhrane nedr; 1957. 868 p. (Russian).

32. Mirkin LY. Spravochnik po rentgenostrukturnomu analizu polikristallov [Handbook of X-ray diffraction analysis of polycrystals]. Moscow: HYFML; 1961. 863 p. (Russian).

33. Rakitskaya T, Truba A, Ennan A. Fazovyy sostav i kataliticheskaya aktivnost nanostrukturirovannykh materialov na osnove tverdoy sostavlyayushchey svarochnogo aerozolya[Phase composition and catalytic activity of nanostructured materials based on the solid component of the welding aerosol]. Voprosy khimii i khimicheskoy tekhnologii [Issues of chemistry and chemical technology]. 2016;(1):29-34. (Russian).