Based on a comparison of the results of studies conducted in 1999-2007. on objects JSC "Siberian Chemical Plant" Federal State Unitary Enterprise "Mining? Chemical Plant" and in 1999-2010. Federal State Unitary Enterprise "Radon", concluded that the activity of microorganisms can lead to knowledge? significantly change the chemical composition and physical state of the radioactive waste and conditioned forms. Biogeochemical processes have on the safety of storage RW as a positive (destruction of macro- waste, reducing the migration method? of radionuclides), and a negative effect (biogenic gas formation in the underground formations and destruction of the cement matrix). The information on the identified microorganisms living in the near-surface storage of solid radioactive waste and deep stored? lischah liquid radioactive waste, as well as the ability of bacteria to work on PC? nents waste. Microorganisms radioactive waste near-surface storage, deep burial, bio7 sorption, biogenic gas formation, biological degradation of the cement matrix

1. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2015, том 55, № 3, с. 293–301
293
*
Успешное обращение с радиоактивными отхо
дами (РАО) – ключ к решению одной из самых
важных проблем безопасности атомной отрасли
на долгую перспективу. В настоящее время в Рос
сии накоплены сотни миллионов тонн РАО, раз
личающихся уровнем удельной активности (вы
сокоактивные, среднеактивные, низкоактив
ные), химическим составом и агрегатным
состоянием. Основными поставщиками РАО яв
ляются оборонная промышленность, атомная
энергетика, фармацевтика, медицина и рудодо
бывающая отрасль.
На начальных этапах развития атомной отрас
ли в США, России, Англии и Франции жидкие
радиоактивные отходы (ЖРО) удаляли в пресные
и морские водоемы (р. Коламбия, р. Теча, Ир
ландское море, р. Рона). Недостатки этого метода
были очевидны. Более безопасным, хотя и не
универсальным с точки зрения геологии, оказал
ся метод удаления в подземные горизонты. В Рос
сии одним из методов окончательного удаления
ЖРО среднего и низкого уровня активности до
* Адресат для корреспонденции: 119071 Москва, Ленин
ский пр т, 31, ФБУН Ин т физической химии и элек
трохимии им. А.Н. Фрумкина РАН; тел.: (495) 333 20
04; e mail: alexeysafonof@gmail.com.
сих пор является их нагнетание в глубинные во
доносные геологические формации – пласты
коллекторы. Этот метод применяется в ОАО
“СХК”, ФГУП “ГХК” и в ОАО “ГНЦ НИИАР”
[1]. Наиболее сложная ситуация наблюдается при
консервации поверхностных хранилищ РАО
ФГУП “ПО “Маяк”, созданных в период станов
ления российской атомной промышленности. В
настоящее время создаются уникальные инже
нерные конструкции, позволяющие эффективно
локализовать водоемы, занимающие значитель
ные площади [2].
В США, Канаде, России и европейских стра
нах, производящих радионуклиды, была принята
также концепция многобарьерного варианта за
хоронения РАО, когда отходы сначала заключают
в твердую негорючую непластичную матрицу (це
мент, стекло, керамика), обычно формируемую
непосредственно в металлических контейнерах,
затем помещают в хранилище, расположенное в
устойчивой геологической формации. Данная
концепция сейчас реализована в ФГУП “Радон”
и в ФГУП “ПО “Маяк” [3], а также во Франции
(ядерный центр Маркуль) и Японии (завод Рок
кашо).
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ
РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
© 2015 г. А. В. Сафонов1,
*, О. А. Горбунова2
, К. Э. Герман1
, Е. В. Захарова1
, В. Е. Трегубова1
,
Б. Г. Ершов1
, Т. Н. Назина3
1
Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва
2
ФГУП “РАДОН”, Москва
3Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН, Москва
На основании сопоставления результатов а исследований, проведенных в 1999–2007 гг. на объектах
ОАО “Сибирский химический комбинат”, ФГУП “Горно химический комбинат” и в 1999–2010 гг.
в ФГУП “РАДОН”, сделан вывод о том, что деятельность микроорганизмов может привести к зна
чительным изменениям химического состава и физического состояния радиоактивных отходов и их
кондиционированных форм. Биогеохимические процессы оказывают на сохранность хранилищ
РАО как положительное (деструкция макрокомпонентов РАО, уменьшение миграционной способ
ности радионуклидов), так и отрицательное воздействие (биогенное газообразование в подземных
пластах и деструкция цементных матриц). Приводятся сведения о выявленных микроорганизмах,
обитающих в приповерхностных хранилищах твердых радиоактивных отходов и глубинных храни
лищах жидких радиоактивных отходов, а также о способности бактерий воздействовать на компо
ненты отходов.
Микроорганизмы, радиоактивные отходы, приповерхностные хранилища, глубинное захоронение, био
сорбция, биогенное газообразование, биодеструкция цементной матрицы.
DOI: 10.7868/S0869803115020125
УДК 621.039.014
РАДИОЭКОЛОГИЯ

2. 294
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
САФОНОВ и др.
Радиоактивные отходы характеризуются раз
ным радиохимическим составом: продуктами де
ления (90Sr, 137Cs, 144Ce, 106Ru, 60Co, 95Zr, 95Nb, 99Tc)
и трансурановыми элементами. Кроме радионук
лидов в отходах присутствуют разные неоргани
ческие и органические компоненты (нитрат ио
ны, сульфат ионы, хлорид ионы, органические
растворители и экстрагенты, детергенты, нефте
продукты), содержание которых значительно
усложняет способы обращения с РАО и их хра
нение.
Для обоснования безопасности хранилищ РАО
необходимо прогнозирование форм существова
ния и миграции как радионуклидов, так и макро
компонентов. В настоящее время разработаны и
подтверждены модели миграции радионуклидов
в глубинных хранилищах жидких РАО и в при
контурной зоне приповерхностных хранилищ
кондиционированных форм РАО [4]. В моделях
учитываются различные параметры: гидрогеоло
гические характеристики, гранулометрический и
минералогический состав пород, температурные
поля, пластовое давление, значения рН и Еh и
т.д., однако микробиологические процессы в них
не отражены.
В последнее десятилетие выполнены микро
биологические исследования глубинных храни
лищ РАО ФГУП “ГХК” и ОАО “СХК” [5, 6] и
приповерхностных хранилищ ФГУП “Радон”
[7, 8]. Результаты этих работ, как и некоторых за
рубежных исследований, выполненных для хра
нилищ Хэнфорда и Саванна Ривер [9, 10], свиде
тельствуют о воздействии микрофлоры в услови
ях хранилищ, которое включает следующие
наиболее важные процессы: изменение миграци
онной способности радионуклидов; деструкцию
макрокомпонентов РАО; биогенное газообразо
вание; биогенное разрушение цементных матриц
с РАО.
Цель статьи – аналитический обзор и сопо
ставление результатов микробиологических ис
следований, проведенных авторами в хранили
щах радиоактивных отходов ОАО “Сибирский
химический комбинат”, ФГУП “РАДОН” и
ФГУП “Горно химический комбинат” для опре
деления механизмов микробной трансформации
компонентов РАО и значимости данного фактора
для безопасности длительного хранения РАО.
ИЗМЕНЕНИЕ МИГРАЦИОННОЙ
СПОСОБНОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ
Взаимодействие микроорганизмов с радио
нуклидами, приводящее к изменению миграци
онной способности радионуклидов, может про
ходить по механизмам биосорбции, биоаккуму
ляции (отличается от биосорбциии тем, что
металл накапливается внутри клетки, образуя
специфичные комплексы), кристаллизации за
счет продуктов жизнедеятельности и биовосста
новления металлов.
В ходе микробиологических исследований
пластовых вод глубинного хранилища жидких
РАО (ОАО “СХК”) выявлено разнообразное мик
робное сообщество, включающее аэробные орга
нотрофные бактерии, анаэробные бактерии с
бродильным типом метаболизма, денитрифици
рующие, железо и сульфатредуцирующие и ме
танобразующие микроорганизмы [6]. Из глубин
ного хранилища ЖРО выделено в чистую культу
ру более 50 штаммов, относящихся к родам
Kocuria, Microbacterium, Pseudomonas, Pantoea,
Acinetobacter, Enterobacter, Klebsiella, Stenotropho
monas, Sphingomonas, Acidivorax, Shewanella и De
sulfosporosinus. Большинство выделенных аэроб
ных бактерий способны сорбировать и аккумули
ровать (рис. 1) актиниды и другие трансурановые
элементы, входящие в состав отходов [238
Pu(IV),
237Np(V), 233U(VI), 241Am(III) и 90Sr(II)], и не сор
бируют 137Cs и 99Tc [11]. Из подземных горизонтов
выделены бактерии рода Shewanella и сульфатре
дуцирующие бактерии, восстанавливающие
U(VI) и Np(V) в присутствии разных органиче
ских субстратов.
Микроорганизмы, обитающие в подземных
водах полигона “Северный” ФГУП “ГХК”, были
способны сорбировать U, Cs, Sr и в незначитель
ной степени 99
Tc. Между тем радиоактивный пер
технетат ион в экосистемах является одним из
опасных соединений, поскольку обладает долгим
периодом полураспада и высокой мобильностью
за счет нахождения преимущественно в анион
ной форме. Наиболее вероятными механизмами,
определяющими перенос и иммобилизацию тех
неция, являются: во первых, микробиологиче
ское восстановление, сопровождаемое биосорб
цией или биоаккумулированием в донных отло
жениях водоемов [12]; во вторых, химическое
взаимодействие технеция с одним из биологиче
ски продуцируемых восстановителей – сульфи
дом, сопровождаемое образованием малораство
римой и легкосорбируемой химической формы
технеция – сульфида технеция [13]; и, в третьих,
сорбция на сульфидных минералах [14]. Особен
но сложная ситуация с миграцией Тс складывает
ся в случае техногенных озер типа Карачай [15].
В лабораторных условиях исследован переход
технеция и некоторых других радионуклидов из
природной озерной воды в илы, отобранные из
озер Московского региона, из водоемов района

3. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ 295
Калининской АЭС и из солено содовых озер.
Микрофлора озер играла важную роль в аккуму
лировании технеция донными осадками. Микро
организмы, способные осуществлять анаэробное
дыхание, по видимому, активно участвовали в
процессах поглощения технеция. При этом отсут
ствие вклада ионного обмена в механизм погло
щения технеция донным осадком было проде
монстрировано в экспериментах по десорбции
технеция с донных осадков под действием реаген
тов различной природы. В качестве реагентов ис
пользовали воду и растворы 1 моль/л HCl,
1 моль/л NaClO4 или 15% ной H2O2. Полученные
коэффициенты десорбции составили 0.05, 0.05,
0.08 и более 0.99 соответственно, подтвердив, что
восстановление технеция микробами, содержа
щимися в донном иле, является основным меха
низмом поглощения данного радионуклида. Эф
фективная десорбция технеция с донных отложе
ний возможна только под действием сильных
окислителей, что свидетельствует в пользу вос
становительного механизма сорбции технеция
илами, осложненного либо комплексообразова
нием с компонентами клеток микроорганизмов,
либо отложением гидратированного диоксида
технеция на внутриклеточных структурах.
Таким образом, в глубинных горизонтах, ис
пользуемых для захоронения жидких РАО, уста
новлено присутствие микроорганизмов, способ
ных восстанавливать, сорбировать и аккумулиро
вать большинство радионуклидов, что может
вносить определенный вклад в процессы мигра
ции или иммобилизации радионуклидов в преде
лах зоны хранилищ РАО. Дальнейшее развитие
микробиологических исследований может быть
направлено на разработку технологии биореме
диации загрязненных радионуклидами терри
торий.
ДЕСТРУКЦИЯ МАКРОКОМПОНЕНТОВ
РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
На примере хранилищ ФГУП “ГХК” и
“РАДОН”, ОАО “СХК”, установлено, что макро
компоненты жидких и твердых РАО подвергают
ся микробиологической деструкции. Из пласто
вой жидкости хранилищ ФГУП “ГХК” и ОАО
“СХК” были выделены накопительные культуры
денитрифицирующих бактерий, в которых доми
нировали бактерии рода Pseudomonas. В ФГУП
“РАДОН” в керне бурения приповерхностных
хранилищ с цементным монолитом РАО в воз
расте хранения около 50 лет обнаружено сообще
ство микроорганизмов, восстанавливающих нит
раты, содержащиеся в достаточном количестве в
исходных ЖРО, отвержденных цементом. Выде
ленные из цементных компаундов приповерх
ностных хранилищ штаммы принадлежали к виду
Pseudomonas aeruginosa [16].
В лабораторных экспериментах [17] был ис
следован рост накопительных и чистых культур в
среде с нитратом и ацетатом, при температуре
20°С. Результаты эксперимента (рис. 2) убеди
тельно свидетельствуют об участии микроорга
низмов в восстановлении нитрат иона – основ
ного компонента ЖРО.
Из приповерхностных хранилищ РАО ФГУП
“РАДОН” выделены также бактерии родов Myco
bacterium, Micrococcus, Flavobacterium, Rhodococ
cus, Arthrobacter, способствующие деструкции
компонентов трансформаторных масел и органи
ческих растворителей, входящих в состав РАО. В
цементных компаундах из приповерхностных
А Б В
Рис. 1. Субмикроскопическая организация клеток Pseudomonas fluorescens С 64 1 в присутствии U(VI) (А), Am(III) (Б)
и Np(V) (В). Размер линейки соответствует 1 мкм.

4. 296
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
САФОНОВ и др.
хранилищ ФГУП “РАДОН”, содержащих от 5 до
15 мас. % загрязненного радионуклидами отрабо
танного минерального масла, после 4 лет хране
ния обнаружены анаэробные органотрофные
бактерии, численность которых составляла от
(3.0–5.5) × 105
до 3.1 × 106
клеток/г. Микроорга
низмы, присутствующие в цементных компаун
дах, используют органические компоненты РАО в
качестве питательной среды. Бактерии представ
лены в виде отдельных кокковидных клеток или
плотных биопленок (матрикса), окруженных
оболочкой микробных метаболитов, что, вероят
но, позволяет клеткам выдерживать неблагопри
ятные условия солености и рН среды (рис. 3).
Бактерии родов Pseudomonas, Flavobacterium,
Aeromonas, Acinetobacter, Arthrobacter и Rhodococ
cus, выделенные из подземных вод глубинных
хранилищ РАО, в лабораторном эксперименте
за 15 сут культивирования деградировали до
67 мас. % вакуумного масла марки ВМ 4, внесен
ного в среду.
Таким образом, в подземных водах глубинных
хранилищ жидких РАО и в цементных компаун
дах из приповерхностных хранилищ твердых РАО
присутствуют микроорганизмы, способные раз
лагать как неорганические (нитрат и сульфат
ионы), так и органические компоненты РАО.
БИОГЕННОЕ ГАЗООБРАЗОВАНИЕ
В подземных горизонтах, используемых для
захоронения ЖРО (ФГУП “ГХК”), были обнару
жены микроорганизмы разных метаболических
групп, способные осуществлять процессы аэроб
ного окисления органического вещества, а также
процессы брожения, денитрификации, сульфат
редукции и метаногенеза [19].
Скорости сульфатредукции и метаногенеза
были количественно оценены радиоизотопными
методами. Оба процесса протекали на низком
уровне активности. Максимальная скорость суль
фатредукции составляла 12.19 мкг S2– л–1 сут–1. Об
разование метана из меченого бикарбоната заре
гистрировали лишь в 10 из 37 исследованных
проб воды: в пяти пробах скорость была в интер
вале от 0.11 до 0.86 мкг CH4 л–1 сут–1, в остальных
пробах метаногенез практически не регистриро
вался. Скорость метаногенеза из 2 14С ацетата в
жидкостях из скважин А 19 и Р 10 не превышала
0.19 и 0.13 мкг CH4 л–1 сут–1 [19].
Обогащение пробы пластовой воды ацетатом и
нитратом сопровождалось образованием газов
(рис. 4), в том числе молекулярного азота. При
концентрации NaNO3 более 4 г/дм3 в составе га
зовой фазы появлялся СО2. Процесс денитрифи
кации наблюдали при концентрации нитрата на
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
150 5 10
Время, сут
CNaNO3,г/л
Рис. 2. Снижение концентрации нитрат ионов в сре
де с ацетатом под воздействием сообщества микроор
ганизмов, выделенного из пластовой жидкости глу
бинного хранилища РАО ФГУП “ГХК”. Температура
инкубации 20°С.
а б в3 мкм 3 мкм2 нм
Рис. 3. Микробиологические объекты во внутренних сколах цементных компаундов в приповерхностных хранилищах:
а, б – клетки, окруженные продуктами метаболизма, в маслосодержащих компаундах после 4 лет хранения; в – кок
ковидные клетки на поверхности текстильного волокна в целлюлозосодержащих компаундах после 8.5 лет хранения.

5. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ 297
трия до 10 г/дм3, соответствующей содержанию
этого компонента в отходах низкого уровня ак
тивности.
Из расчетов, учитывающих стехиометрию
окислительно восстановительных реакций нит
рат и ацетат ионов, следует, что при полном раз
ложении нитрата внутри контура распростране
ния отходов при повышенном давлении на глуби
не около 200 м возможно пресыщение пластовой
воды образующимися биогенными газами – азо
том и углекислым газом. Вследствие большей
растворимости и возможности химической фик
сации СО2 в воде и на породе, его содержание,
скорее всего, не будет превышать границу пресы
щения. Несмотря на то, что объем биогенного
CO2 примерно в 2–3 раза больше объема N2, про
гнозируется пресыщение пластовой жидкости
именно по азоту. Однако, вследствие диффузии и
миграции газов, а также растянутого во времени
биогенного газообразования, возможно посте
пенное перераспределение газов и снижение об
щего давления [19⎯21].
Анализ метаболитов, выделяемых чистыми
культурами бактерий, изолированных из проб це
ментных компаундов с РАО из хранилищ ФГУП
“РАДОН”, свидетельствует, что в процессе жиз
недеятельности денитрифицирующие и бродиль
ные микроорганизмы способны выделять моле
кулярный азот и углекислый газ. При максимально
благоприятных условиях микроорганизмы способ
ны выделять в расчете на 1 см3
цементного ком
паунда азот в количестве (8.6–10.6) × 10–2
мл/сут из
маслосодержащих и до 0.26 мл/сут из нитратсо
держащих компаундов; углекислый газ в количе
стве (3.4–9.5) × 10–3 мл/сут из маслосодержащих и
(1.7–6.0) × 10–2 мл/сут из нитратсодержащих ком
паундов.
Образующийся в микроколичествах биоген
ный азот, химически инертный по отношению к
минералам цементной матрицы, по видимому,
рассеивается в пористой матрице, тогда как био
генный углекислый газ способствует карбониза
ции основных гидратных минералов цемента, что
подтверждается результатами рентгенофазового
анализа проб цементного компаунда. Отмечено
аномально высокое содержание карбоната каль
ция СаСО3 в сколах центральной части цемент
ного компаунда, по сравнению со сколами пери
ферийной части. Карбонизация с образованием
карбонатов кальция и растворимых гидрокарбо
натов кальция со временем ухудшает физико ме
ханические свойства цементной матрицы, увели
чивая риск ее разрушения.
Таким образом, проведенные исследования
свидетельствуют о биогенном образовании газов,
отрицательно влияющих на безопасность хране
ния РАО в глубинных и в приповерхностных хра
нилищах.
БИОГЕННОЕ КИСЛОТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ
ЦЕМЕНТНЫХ МАТРИЦ
С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ
Отвержденные цементом ЖРО и заключенные
в цементную матрицу твердые РАО размещаются
на длительное хранение в стальных или железобе
тонных контейнерах в хранилищах приповерх
Количествообразовавшегося
газа,ммоль
16
14
12
10
8
6
2
0
10.08.04.01.00.5 2.0
Концентрация NaNO3, г/дм3
4
количество образовавшихся газов суммарно, ммоль
количество образовавшегося азота, ммоль
Рис. 4. Влияние внесения нитрата натрия и ацетата натрия (1 : 2, вес/вес) в пластовую жидкость из скважины А 38 на
образование газов сообществом микроорганизмов в течение 30 сут при 20–22°С.

6. 298
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
САФОНОВ и др.
ностного либо наземного типа. Условия хранения
кондиционированных форм РАО характеризуют
ся затрудненным воздухообменом, отсутствием
света, сезонными перепадами температур (воз
можно промерзание приповерхностных храни
лищ на глубину 1.2–1.5 м, пониженной среднего
довой температурой +8…+15°С), колебаниями
рН от 7 до 11, наличием конденсированной влаги,
отсутствием прямого контакта с экзогенной мик
рофлорой. Такие условия благоприятны для раз
вития факультативно анаэробных хемооргано
трофных психротолерантных бактерий, исполь
зующих макрокомпоненты РАО в качестве
питательной среды.
Проанализирован микробиоценоз цементных
компаундов с РАО, хранящихся более 40 лет (керн
бурения приповерхностных хранилищ 1960 х го
дов ФГУП “РАДОН”), и модельных цементных
компаундов после 10 лет натурных испытаний в
условиях приповерхностных хранилищ [22, 23].
Модельные цементные компаунды содержали в
качестве воды затворения имитатор ЖРО – рас
твор нитрата натрия в концентрации 300 г/дм3
, а
также загрязненное радионуклидами отработан
ное минеральное масло (5–15 масс. %) и целлю
лозные материалы (ветошь) (до 1 масс. %). В ряд
образцов для сравнения был дополнительно вве
ден эффективный биоцид. В ходе 10 летних на
турных испытаний установлена зависимость
между присутствием микроорганизмов в цемент
ной матрице и снижением ее прочности на сжа
тие, а, следовательно, и надежности фиксации в
ней радионуклидов (рис. 5).
Бактерии используют компоненты РАО в ка
честве питательной среды, в процессе метабо
лизма выделяют органические кислоты и газы,
разрушающие цементную матрицу. Показано,
что денитрифицирующие и бродильные микро
организмы при максимально благоприятных
условиях выделяют из цементных компаундов
ацетат анионы, пропионат анионы и бутират
анионы. Концентрации ацетат анионов, выде
ляемых в расчете на 1 см3
маслосодержащих и
нитратсодержащих компаундов в сутки, состав
ляют (9.4–40.6) × 10–4
и (3.4–9.4) × 10–3
ммоль
соответственно; пропионат анионов – 37.5 ×
× 10–4 и 1.25 × 10–3 ммоль и бутират анионов –
(1.6–5.6) × 10–3
и 1.25 × 10 ⎯3
ммоль соответ
ственно.
При хранении зацементированных РАО в при
поверхностных хранилищах микроорганизмы
выделяют вещества, разрушающие портландце
1.0Е + 07
10–1
49 102(8.5лет)32 79121 20
Продолжительность хранения, мес.
Численностьбактерий,кл/г
1.0Е + 06
1.0Е + 05
1.0Е + 04
1.0Е + 03
1.0Е + 02
1.0Е + 01
1.0Е
около40лет
70
0
Прочностьнасжатие,МПа
60
50
40
30
20
10
численность бактерий без биоцида, кл/г
прочность компаунда без биоцида, МПа
численность бактерий с 3.5% биоцида, кл/г
прочность компаунда с биоцидом, МПа
Рис. 5. Корреляция численности микроорганизмов деструкторов и снижения прочности на сжатие цементной матри
цы с радиоактивными отходами (пунктиром – линии тренда).

7. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ 299
ментную матрицу. Биогенные углекислота и орга
нические кислоты агрессивны по отношению к
цементному камню и вызывают образование пор
вследствие реакций карбонизации и нейтрализа
ции гидросиликатов, гидроалюминатов кальция
и гидроокиси кальция с образованием раствори
мых и вымываемых водой солей:
Ca(OH)2 + H2O + CO2 → CaCO3↓ +
+ H2O + CO2 → Ca(HCO3)2;
Ca(OH)2 + 2CH3COOH → 2H2O + Ca(CH3COO)2.
Результаты исследования микроструктуры це
ментных компаундов с помощью сканирующего
электронного микроскопа и поляризационного
микроскопа с набором иммерсионных жидкостей
методом петрографии, а также визуальный мони
торинг в ходе натурных испытаний подтверждают
протекание кислотной биодеструкции цемента
(рис. 6, 7).
Процессы биогенного разрушения микро
структуры цементных компаундов с РАО много
кратно усиливаются вследствие сезонных перепа
дов температуры и действия воды [23]. Протека
ние микробных процессов, влияющих на
надежность инженерных барьеров на пути выхода
радионуклидов в приконтурную зону хранилищ,
может быть предотвращено с помощью биоцид
ных добавок в цементную матрицу [25].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
До настоящего времени геохимическая дея
тельность естественной подземной микробиоты
не принималась во внимание при разработке тех
нологий подземного захоронения жидких радио
активных отходов и наземного и приповерхност
ного захоронения отвержденных отходов. Имею
щиеся научные публикации и результаты авторов
статьи свидетельствуют о способности микроор
ганизмов воздействовать на радиоактивные и не
радиоактивные компоненты отходов, вмещаю
щих пород и подземных вод, что может привести
к значительным изменениям химического соста
ва и физического состояния радиоактивных отхо
дов и их кондиционированных форм. Биогеохи
мические процессы могут оказывать на сохран
ность хранилищ РАО как положительное
(деструкция макрокомпонентов РАО, уменьше
ние миграционной способности радионуклидов),
так и отрицательное воздействие (биогенное га
зообразование в подземных пластах и деструкция
цементных матриц).
Современные технологии удаления радиоак
тивных отходов из среды обитания человека, не
сомненно, должны учитывать многие факторы
как химической, так и биологической природы,
способные повлиять на сохранность РАО на про
тяжении десятков сотен и тысяч лет.
в г
б
а
Рис. 6. Порообразование на поверхности цементных компаундов с РАО после 4.5 лет натурных испытаний в приповерх
ностных хранилищах: а – маслосодержащие компаунды размером 2 × 2 × 2 см, ряды по вертикали: 0, 5, 10, 15, 20 масс. %
масла, ряды по горизонтали: 0, 0.5, 1, 3.5 масс. % биоцида; б – нитратсодержащий цементный компаунд 4 × 4 × 16 см,
3.5 масс. % биоцида; в, г – фрагменты нитратсодержащих цементных компаундов 4 × 4 × 16 см, без биоцида.

8. 300
РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
САФОНОВ и др.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин П.П.,
и др. Глубинное захоронение жидких радиоактив
ных отходов. М.: ИздАТ, 1994, 256 с.
2. Алексахин А.И. История эксплуатации водоема Ка
рачай. Обзорный очерк по архивным и отчетным
материалам ПО “Маяк” // Вопр. радиац. безопас
ности. 2005. Т. 4. № 4. С. 42–50.
3. Козлов П.В., Горбунова О.А. Цементирование как
метод иммобилизации радиоактивных отходов.
Озерск: РИЦ ВРБ ФГУП “ПО “Маяк”, 2011. 144 с.
4. Прозоров Л.Б., Хахунова М.М. Прогнозирование
вертикальной миграции радионуклидов из храни
лищ РАО приповерхностного типа // Вестн. Моск.
гос. строит. ун та. 2010. № 1. С. 267–269.
5. Nazina T.N., Kosareva I.M., Petrunyaka V.V. et al. Mi
crobiology of formation waters from the deep reposito
ry of liquid radioactive wastes Severnyi // FEMS Mi
crobiol. Ecol. 2004. V. 49. P. 97–107.
6. Назина Т.Н., Лукьянова Е.А., Захарова Е.В. Сорб
ция радионуклидов микроорганизмами из глубин
ного хранилища жидких низкоактивных отхо
дов // Микробиология. 2006. Т. 75. № 6. C. 836–
848.
7. Горбунова О.А. Влияние микробиологической де
струкции цементной матрицы на безопасность
длительного хранения кондиционированных ра
диоактивных отходов // Физика и химия обработ
ки материалов. 2011. № 4. С. 98–106.
8. Горбунова О.А., Баринов А.С. Микробиологическая
оценка состояния цементных компаундов с радио
активными отходами после длительного хранения
в приповерхностных хранилищах // Радиохимия.
2012. Т. 54. № 2. C. 182–187.
9. Fredrickson J., Zachara J., Balkwill D. et al. Geomicro
biology of highlevel nuclear waste contaminated va
dose sediment at the Hanford site, Washington state //
Appl. Environ. Microbiol. 2004. V. 70. P. 4230–4241.
10. Clarc F.E. Denitrification of acid wastes from uranium
purification process // Report № Y 1990, Oak Ridge
Y 12 Plant. Oak Ridge, Tennessee, 1975.
11. Лукьянова Е.А., Захарова Е.В., Константинова Л.И.,
Назина Т.Н. Сорбция радионуклидов микроорга
низмами из глубинного хранилища жидких низко
активных отходов // Радиохимия. 2008. Т. 50.
Вып. 1. С. 75–80.
13. Перетрухин В.Ф., Хижняк Т.В., Ляликова Н.Н., Гер
ман К.Э. Биоаккумулирование технеция 99 и не
которых актинидов илом пресноводного озера Бе
лое Косино, Московской области // Радиохимия.
1996. Т. 38. № 5. С. 471–475.
14. Перетрухин В.Ф., Муази Ф., Масленников А.Г. и др.
Физико химическое поведение урана и технеция
на некоторых новых этапах ядерного топливного
цикла // Журн. физ. хим. об ва им. Д.И. Менделе
ева. 2007. Т. 51. № 6. С. 12–24.
15. El Waer S.M., German K.E., Peretrukhin V.F. Sorption
of technetium on Inorganic sorbents and natural mi
nerals // J. Radioanal. Nucl. Chem. Articles. 1992.
V. 157. № 1. P. 3.
16. Ровный С.И., Иванов И.А., Стукалов П.М., Алекса
хин А.И. и др. Загрязнение подземных вод технеци
ем 99 в районе размещения водоемов хранилищ
жидких радиоактивных отходов озеро Карачай и
Старое болото // Вопр. радиац. безопасности.
2007. Т. 3. С. 17–28.
17. Горбунова О.А. Охрана окружающей среды и обра
щение с радиоактивными отходами научно про
мышленных центров // Труды ГУП МосНПО “Ра
10 мкм
(а)
10 мкм
500 мкм 2 мкм
(б)
(в) (г)
Рис. 7. Биогенное трещинообразование (а, б) и порообразование (в, г) в цементных компаундах с РАО после 4.5 лет
натурных испытаний в приповерхностных хранилищах.

9. РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ том 55 № 3 2015
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРАНЕНИЯ 301
дон”: Итоги научной деятельности за 2010–2011 г.
Вып. 18. М.: “IBDG”, 2012. С. 43–47, 72–80, 80–
88.
18. Сафонов А.В., Ершов Б.Г., Горбунова О.А. Регулиро
вание микробиологических процессов при дли
тельном хранении радиоактивных отходов //
Атом. энергия. 2012. Т. 112. № 4. С. 210–214.
19. Назина Т.Н., Сафонов А.В., Косарева И.М., и др.
Микробиологические процессы в глубинном хра
нилище жидких радиоактивных отходов “Север
ный” // Микробиология. 2010. Т. 79. № 4. С. 551–
561.
20. Ершов Б.Г., Сафонов А.В., Назина Т.Н., Горбунова О.А.
Влияние микробиологических процессов на без
опасность обращения с РАО // Безопасность ядер
ных технологий и окружающей среды. 2012. № 1.
С. 94–98.
21. Сафонов А.В., Косарева И.И., Ершов Б.Г. и др. Эко
логические аспекты локализации жидких радиоак
тивных отходов в глубинном хранилище “Север
ный” // Атом. энергия. 2011. Т. 111. № 2. С. 100–
104.
22. Горбунова О.А. Защита зацементированных РАО от
микробиологической коррозии // Безопасность
окружающей среды. 2010. № 3. С. 126–130.
23. Сафонов А.В., Горбунова О.А., Косарева И.М. и др.
Влияние денитрифицирующих микроорганизмов
на безопасность длительного хранения радиоак
тивных отходов // Вопр. радиац. безопасности.
2011. № 3. С. 3–12.
24. Прозоров Л.Б., Хахунова М.М. Разработка методики
проведения геомониторинга на полигоне хране
ния РАО // Радиохимия. 2009. № 4. С. 375–378.
25. Горбунова О.А. Кондиционирование низко и сред
нерадиоактивных отходов с учетом защиты це
ментных компаундов от микробиологической де
струкции // Изв. Томск. политехн. ун та. 2012.
Т. 320. № 1. С. 178–183.
Поступила в редакцию
23.09.2014
Microbiological Aspects of Radioactive Waste Storage
A. V. Safonov1
, О. A. Gorbunova2
, К. E. German1
, Е. V. Zakharova1
, V. E. Tregubova1
,
B. G. Ershov1
, Т. N. Nazina3
1
A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119071 Russia;
e mail: alexeysafonof@gmail.com
2FSUE “RADON”, Moscow
3S.N. Winogradsky Institute of Microbiology, Russian Academy of Sciences, Moscow
The article gives information about the microorganisms inhabiting in surface storages of solid radioactive
waste and deep disposal sites of liquid radioactive waste. It was shown that intensification of microbial pro
cesses can lead to significant changes in the chemical composition and physical state of the radioactive waste.
It was concluded that the biogeochemical processes can have both a positive effect on the safety of radioactive
waste storages (immobilization of RW macrocomponents, a decreased migration ability of radionuclides) and
a negative one (biogenic gas production in subterranean formations and destruction of cement matrix).