Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В лабораторных экспериментах продемонстрирована эффективность стабилизации урана в твердой фазе Са-фосфатов при нейтрализации природно-техногенных стоков двух предприятий ЯТЦ растворами Na2HPO4 с удалением более 99% урана. Аналогичные результаты были получены в “чистом” модельном растворе Ca(NO3)2. В осадках предположительно образуются сначала основная масса гидроксиапатита, и затем появляется брушит. Присутствие натрия, сульфатной серы и примесей тяжелых металлов не влияют на интенсивность процесса захвата урана. Однако, в растворе ЭХЗ, где исходно было больше кальция, урана в растворе остается ниже уровня определения методом ICP MS. Ожидаемых фосфатов иона-уранила зафиксировано не было, вследствие низких концентраций урана в исходных растворах. Данные рентгеновской дифракции и СЭМ-ЭДС предполагают вхождение урана в брушит CaHPO4*2H2O, второй механизм накопления урана – сорбция на поверхности фосфатных фаз, причем сорбция явно отстает от кристаллизации гидроксиапатита, которая проходит в первые часы реакции, давая четкие каймы по периферии зерен. Термодинамические расчеты – позволяют предположить образование собственных фаз урана (оксиды переменного состава или кларкеит, содержащий натрий). Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии подтверждают проведенные расчеты. РФЭС показывает наличие урана в состоянии U4+ в образце, который вероятно присутствует в виде отдельных оксидных наночастиц UO2. Появление на поверхности урана в пятивалентном состоянии можно объяснить следствием частичного восстановления урана в состоянии U6+ в приповерхностном слое образца. При оценке эффективности использования различных источников фосфора для удаления урана в лабораторных экспериментах установлено, что в образце с апатитовой рудой она достигает 99,2%, с фосфатом натрия, гидрофосфатом натрия, дигидрофосфатом натрия и фосфоритной мукой 79%,. Добавление Нефелиновые хвостов и молочной сыворотки привело к 52,6% и 57,6% осаждению урана. В экспериментах с растворимыми фосфатными соединениями (Na3PO4, Na2HPO4, NaH2PO4) были обнаружены урановые фазы в виде кальциевого фосфата урана. В экспериментах с добавлением апатита, апатитовой руды, нефелиновых хвостов и молочной сыворотки обнаружено образование уранинита. Проведены лабораторные модельные эксперименты по формированию биогенных и абиогенных железистых фаз в пробах подземных вод. Для этого в качестве источника железа был использован металлический порошок железа (ЗВИ). Установлено, что в процессе коррозии железа в присутствии нитрат-ионов в абиотических условиях основными продуктами коррозии являются оксиды железа, такие как ферригидрит и магнетит. Микробные процессы в присутствии комплексного загрязнения включающего сульфат- и нитрат-ионы ускоряют процесс коррозии и приводят к образованию преимущественно сульфидно-железистых минеральных фаз. Биогенные продукты коррозии металлического железа на порядок лучше сорбируют уран, чем продукты, полученные в абиогенных условиях. Проведена оценка изменения микробного разнообразия при введении различных форм фосфатов и органических веществ в условии микрокосмов и оценка интенсивности денитрификации в зависимости от формы и концентрации фосфатных добавок. Установлено, что максимальное микробное обрастание было характерно для фторапатита из Кольского полуострова и фосфоритной муки. При оценке использования растворимых источников фосфора было установлено, что оптимальным для микробных процессов является гидрофосфат натрия. При оценке источника углерода в смеси с гидрофосфатом натрия установлено, что максимальная эффективность удаления нитрата (98-99%) наблюдалась при добавлении молочной сыворотки и сахара в смеси с фосфатом и при добавлении сахара с апатитом. Минимальное микробное разнообразие относительно количества OTU и индекса Шеннона было обнаружено также при добавлении молочной кислоты. В пробах с сахаром обнаружено доминирование представителей денитрифицирующих бактерий Acidovorax, Paenibacillus, Pseudomonas, Rhizobium. Добавление апатита в сочетании с сахаром привело к доминированию бактерий рода Pseudomonas. При добавлении молочной сыворотки высокая эффективность удаление нитрата достигнута вкладом представителей Acidovorax и Pseudomonas. В летний период была проведена экспедиция на шламонакопители вблизи Электролизно-химического завода с участием А.Е. Богуславского, А.В. Сафонова и Г.Д. Артемьева. В ходе экспедиции на заболоченном участке в пойме реки Сыргил был поставлен полевой эксперимент по воздействию фосфатных добавок на активацию микробного сообщества и накопление урана.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведенный на первом этапе лабораторный скрининг различных растворимых и нерастворимых источников фосфора показал, что наиболее эффективное удаление урана происходит при добавлении гидрофосфата калия и апатитовой руды. Проведены эксперименты по моделированию образования кальциево-фосфатного геохимического барьера при разных концентрациях ионов Са и РО4 имитирующих условия водоносного горизонта. Экспериментально установлено изменение значений рН при осаждении фосфатов кальция при добавлении различных фосфатных реагентов – фосфата и гидрофосфата калия (Na2HPO4, K3PO4 и K2HPO4). В области высоких концентраций фосфата (1000-10000 мг/л), происходит значительное изменение рН растворов. При добавлении к кальциевому раствору фосфата калия происходит закисление раствора, при добавлении гидрофосфата калия – защелачивание. Закисление раствора в первом случае приводит к снижению эффективности осаждения фосфатов кальция, щелочная среда, напротив, является благоприятной для данного процесса. Доля осажденного фосфора при добавлении гидрофосфата калия при высоких концентрациях ионов Са и РО4 превышает 99%. Моделирование формирования фосфатного барьера в условиях, имитирующих водоносный горизонт проводилось в реакторе заполненным среднезернистым кварцевым песком с пористостью около 30-40%, отобранном в районе расположения отстойников ЖРО. При исследовании образцов грунта из установки, были обнаружены фосфаты кальция, хотя минеральных фаз урана обнаружено не было вследствие его низкой концентрации в исходном растворе. Методом ИК-спектроскопии было установлено, что фосфаты, полученные из раствора на выходе из колонки, представлены минералом брушитом Са(НРО4)*2Н2О, что позволяет сделать вывод что в колонке фосфаты также представлены этим минералом. Таксономический анализ микробного сообщества, в областях, оптимальных для создания фосфатного биогеохимического барьера в зоне подземных вод и в зоне поймы р. Сыргил зоны разгрузки подземных вод показал, что ключевыми таксонами были представители семейств Comamonadaceae, Paenibacillaceae, Devosiaceae, Sphingomonadaceae, Lysobacteraceae, Hyphomicrobiaceae, Rhizobiaceae, Pseudomonadaceae, Bacillaceae. На уровне родов в пробах доминировали представители Paenibacillus, Devosia, Acidovorax, Clostridium, Hyphomicrobium, Pseudomonas, Legionella. Проведенный метагеномный анализ показывает наличие в исследованных пробах генов восстановления нитрата, что говорит о возможности проведения биоремедиации данных участков от нитратов при активации микробных сообществ источниками углерода и фосфора. Наличие генов восстановления сульфата показывает возможность формирования сульфидного барьера для иммобилизации урана и различных металлов в сульфидных формах и нерастворимых сульфидно-железистых осадках. При создании барьера, в микроаэрофильных условиях заболоченной поймы р. Сыргил в зоне разгрузки подземных вод при создании фосфатного барьера ин ситу установлено, что биологическое удаление нитрата может происходить преимущественно в результате процесса денитрификации, стимулированной добавлением источников фосфора. Формирование фосфатного барьера для урана происходит в исследованных областях за счет образования фосфатных фаз, ассоциированных с кальцием, железом, а также сульфидно-железистых фаз. Образование последних происходит за счет активации сульфатвосстанавливающих микроорганизмов рода Desulfovibrio. Активация микроорганизмов в зоне барьера с добавлением фосфатов способствует снижению редокс-потенциала системы и формированию дополнительных биогенных сульфидно-железистых минеральных фаз. Доминирование бактерий рода Pseudomonas в системе дает возможность предполагать их участие в восстановлении урана в условиях фосфатного барьера. Однако эти предположения требуют дополнительных инструментальных доказательств. На основании полученных данных можно отметить, что апатитовая руда, а также гидрофосфат калия + ZVI являются наиболее оптимальными компонентами для создания реактивного барьера для урана в условиях заболоченной поймы, которые приводят к комплексной иммобилизации урана за счет химических и биогеохимических процессов, а также обеспечивают удаление нитрата. Построена модель формирования геохимического и биогеохимического барьера на участке размещения хранилища низкоуровневых РАО. За основу предлагаемой модели взята геологическая обстановка и технологические решения сформировавшиеся на участке размещения низкоуровневых РАО на ПО «Электрохимический завод» г. Зеленогорск. Проведены расчеты объёмов и концентраций фосфатных растворов для закачки связывания мигрирующего кальция. При кристаллизации фосфата одновременно будет проходить связывание находящего в растворе урана по двум механизмам сорбции и вхождение урана в фосфатные фазы. В результате закачки будет формироваться зона кольматации величина которой будет зависеть от активной пористости грунтов. Проведена оценка изменения пористости в водоносном горизонте. Расчеты объёма кристаллизующихся фосфатов и изменение активной пористости, проведены для слоя мощностью 7 и 15 метров. Проницаемость слоя практически прекратится уже через два года и именно этот срок можно закладывать как время формирования зоны кольматации. В реальной системе распределение пористости будет изменяться от нуля, в районе участка закачки до 0,2(исходная активная пористость) на её границе в нижней части. Формирование зоны кольматации возможно проводить только на завершающем этапе функционирования отстойников. Так как изменение фильрующие параметры участка приведет к снижению грунтового стока. Если эксплуатация карт после образования зоны кольматации продолжится, то это вызовет подъем уровня грунтовых вод под картами, вплоть до их подтопления. Действие геохимического барьера можно усилить путем создания биогеохимического барьера, что позволит провести очистку загрязненных подземных вод как в зоне их фильтрации в водоносных горизонтах, так и в месте их выхода в зоне разгрузки в пойме р. Сыргил. На основании полученных данных при обследовании водоносных горизонтов и вод заболоченной поймы во всех случаях были обнаружены микроорганизмы, восстанавливающие нитрат до молекулярного азота, а также сульфатредуцирующие бактерии, восстанавливающие сульфат ионы до сероводорода.