24 серпня 2023 року о 13:00 за місцевим часом японська атомна електростанція Фукусіма-1 ініціювала скидання забрудненої радіоактивними речовинами води в море. Це викликало широке занепокоєння у світі. Посол Китаю в Японії Ву Цзянхао висловив урочистий протест уряду Японії щодо скидання забрудненої радіоактивними речовинами води з Фукусіми-1 в море; Головне митне управління Китаю: Повне призупинення імпорту японської продукції водного середовища; Прем'єр-міністр Південної Кореї: Південна Корея збереже заборону на імпорт японської продукції водного середовища з Фукусіми-1 без змін.
Ядерні стічні води, як випливає з назви, – це стічні води, що містять радіоактивність. Такі як високорадіоактивні стічні води, що утворюються внаслідок витоків ядерних матеріалів, або охолоджувальна вода, що безпосередньо контактує з ядерним паливом. Експерти стверджують, що ядерні стічні води не тотожні ядерним стічним водам. Ядерні стічні води ще більш шкідливі, оскільки містять 64 види ядерних радіоактивних речовин, включаючи тритій.
Атомні стічні води містять багато радіоактивних елементів, таких як уран, плутоній, цезій, стронцій, йод та кобальт. Деякі з них мають тривалий період напіврозпаду, наприклад, період напіврозпаду урану-238, який становить 4.5 мільярда років, та період напіврозпаду плутонію-239, який становить 24 000 років. Ці радіоактивні елементи становлять серйозну небезпеку для організму людини та навколишнього середовища, таку як канцерогенність, тератогенність та мутагенність. Залежно від різних джерел та обставин, концентрації та пропорції різних радіоактивних елементів у ядерних стічних водах різняться, але зазвичай значно перевищують міжнародні стандарти та межі безпеки.
Якщо радіоактивні стічні води скинуться в навколишнє середовище без належного очищення, це матиме серйозний вплив на екосистему та здоров'я людини. Радіоактивні речовини можуть передаватися через воду, ґрунт, повітря, харчові ланцюги тощо, що призводить до збільшення доз опромінення організмів, спричиняючи різні захворювання та генні мутації. Тому очищення та утилізація радіоактивних стічних вод повинні відповідати суворим стандартам та нормам безпеки, щоб уникнути будь-яких можливих витоків та аварій.
Технології очищення стічних вод ядерних систем, що зазвичай використовуються в різних країнах, такі:
- Метод хімічного осадження
Метод хімічного осадження – це метод спільного осадження осаджувача та слідової кількості радіонуклідів у стічних водах. Гідроксиди, карбонати, фосфати та інші сполуки радіонуклідів у стічних водах здебільшого нерозчинні, тому їх можна видалити під час очищення. Метою хімічного очищення є перенесення та концентрування радіонуклідів у стічних водах у невеликий об'єм осаду, щоб осідані стічні води мали низьку радіоактивність і відповідали стандартам скидання.
Перевагами цього методу є низька вартість, хороший ефект видалення логарифмічних радіонуклідів, а також можливість очищення нерадіоактивних компонентів та їх концентрацій, а також псевдозріджених стічних вод зі значним флюїдизацією. Очисні споруди та технології, що використовуються, мають досить великий досвід.
Наразі найчастіше використовуються такі осаджувачі, як солі заліза, солі алюмінію, фосфати та сода. Для стимулювання процесу коагуляції додають допоміжні речовини для коагуляції, такі як глина, активований кремнезем та полімерні електроліти. Для цезію, рутенію, йоду та інших концентрованих радіоактивних нуклідів, які важко видалити, слід використовувати спеціальні хімічні осаджувачі. Наприклад, цезій можна видалити шляхом спільного осадження фероціаніду заліза (III) та фероціаніду міді. Деякі люди використовують нерозчинний ксантогенат крохмалю для очищення радіоактивних стічних вод, що містять метали. Ефект очищення хороший, застосування широке, а швидкість видалення радіоактивності перевищує 90%. Це іонообмінний флокулянт з відмінними характеристиками. Оскільки під час очищення стічних вод не залишається залишкового сульфіду, він більше підходить для очищення стічних вод.
- Іонообмінний метод
Багато радіонуклідів іонізуються у воді, особливо у радіоактивних стічних водах після хімічного осадження. Завдяки видаленню зважених та колоїдних радіонуклідів залишаються майже іонні види, більшість з яких є катіонами. Більше того, радіонукліди присутні у воді в невеликих кількостях, тому вони дуже підходять для іонообмінної обробки, і за відсутності перешкод від нерадіоактивних іонів іонообмін може ефективно працювати протягом тривалого часу. Більшість катіонообмінних смол мають високу здатність до видалення та велику обмінну здатність для радіоактивного стронцію. Фенольна катіонна смола може ефективно видаляти радіоактивний цезій, а мікропориста катіонна смола може не тільки видаляти радіоактивні катіони, але й видаляти цирконій, ніобій, кобальт у формі колоїдів та рутеній у формі комплексів шляхом адсорбції. Однак цей закон має фатальну слабкість. Коли вміст радіоактивних нуклідів або нерадіоактивних іонів у стічній рідині високий, шар смоли швидко проникає та стає непридатним. Зазвичай смола, яка використовується для обробки радіоактивних стічних вод, не регенерується, тому після її виходу з ладу її слід негайно замінити.
Метод іонного обміну використовує іонообмінну смолу, яка підходить для рідких відходів з низьким вмістом солі. Коли вміст солі високий, вартість обробки іонообмінною смолою вища, ніж у селективному процесі. Це головним чином пов'язано з низькою селективністю смоли, яка має значну кореляцію з радіонуклідами. При очищенні радіоактивних стічних вод використання електродіалізу може підвищити ефективність процесу іонного обміну.
- Адсорбційний метод
Адсорбція – це ефективний метод видалення іонів важких металів з води шляхом використання пористих твердих речовин для адсорбції та видалення іонів важких металів. Ключовою технологією методу адсорбції є вибір адсорбенту. Найчастіше використовуваними адсорбентами є активоване вугілля, цеоліт, каолін, бентоніт, глина тощо. Серед них цеоліт дешевий, безпечний і легкодоступний. Порівняно з іншими неорганічними адсорбентами, цеоліт має більшу адсорбційну здатність і кращий очисний ефект. Очисна здатність цеоліту в 10 разів вища, ніж у інших неорганічних адсорбентів, тому він є дуже конкурентоспроможним засобом для очищення води. Він часто використовується як адсорбент у процесах очищення води, а також функціонує як іонообмінник і фільтруючий агент.
Активоване вугілля має високу адсорбційну здатність та високу швидкість видалення, але ефективність регенерації активованого вугілля низька, а якість очищеної води важко задовольняє вимоги щодо повторного використання. Ціна його висока, а застосування обмежене. В останні роки поступово розробляється різноманітна адсорбційна ємність. Відповідні дослідження показали, що хітозан та його похідні є хорошими адсорбентами для іонів важких металів. Після зшивання хітозанову смолу можна використовувати повторно багато разів без значного зниження адсорбційної здатності. Використання модифікованого сепіоліту для очищення стічних вод від важких металів має хорошу адсорбційну здатність для Co та Ag, а вміст важких металів в очищених стічних водах значно нижчий, ніж у стандарті комплексного скидання стічних вод.
- Випаровування і концентрування
Метод випарного концентрування має високий коефіцієнт концентрації та коефіцієнт очищення і здебільшого використовується для очищення стічних вод середнього та високого рівня радіоактивності. Принцип роботи методу випаровування полягає в наступному: радіоактивні стічні води надходять до випарного пристрою, і одночасно подається нагрівальна пара для випаровування води у водяну пару, тоді як радіонукліди залишаються у воді. Конденсована вода, що утворюється під час процесу випаровування, скидається або використовується повторно, а концентрована рідина додатково твердне. Метод випарного концентрування не підходить для очищення стічних вод, що містять леткі нукліди та легко пінляться; він споживає багато теплової енергії та має високі експлуатаційні витрати; водночас під час проектування та експлуатації необхідно враховувати потенційні загрози, такі як корозія, утворення накипу та вибух. Для покращення використання пари та зниження експлуатаційних витрат країни не шкодують зусиль для розробки нових випарників, таких як парокомпресійні випарники, тонкоплівкові випарники, вакуумні випарники та інші нові випарники досягли вражаючих результатів.
- Технологія мембранного розділення
Мембранна технологія є відносно ефективним, економічним та надійним методом очищення радіоактивних стічних вод. Оскільки технологія мембранного розділення має характеристики гарної якості стічних вод, відсутності фазового переходу матеріалів та низького споживання енергії, мембранна технологія активно досліджується.
Мембранні технології, що використовуються за кордоном, включають: мікрофільтрацію, ультрафільтрацію, нанофільтрацію , водорозчинну полімерну мембранну фільтрацію, зворотний осмос (RO), електродіаліз, мембранну дистиляцію, електрохімічний іонний обмін, рідинну мембрану, феритову адсорбційну фільтрацію, мембранне розділення та аніонообмінну паперову мембрану та інші методи.
Меламінова піна, своєрідний нанорозмірний стабільний тривимірний чистий органічний фільтраційний субстрат, з розміром пор до 1 нм, ємністю пор до 0.297 куб. см/г, швидкістю відкриття пор до 98%. Вона може досягати ефективної адсорбції та фільтрації ядерних стічних вод, навіть якщо до неї додається більшість видів адсорбентів.
- Біологічне лікування
Біологічні методи очищення включають фіторемедіацію та мікробні методи. Фіторемедіація — це нова технологія очищення in-situ, яка використовує зелені рослини та їхні місцеві мікроорганізми ризосфери для спільної роботи з видалення забруднюючих речовин у навколишньому середовищі.
Згідно з існуючими результатами досліджень, до застосовних типів технологій біоремедіації в основному належать технологія штучних водно-болотних угідь, технологія фільтрації ризосфери, технологія екстракції рослин, технологія затвердіння рослин та технологія випаровування рослин. Результати випробувань показують, що майже весь уран у водоймі може бути збагачений коренями рослин.
Мікробіологічна обробка низькорадіоактивних стічних вод – це нова технологія, вивчення якої почалося в 1960-х роках. У країні та за кордоном проводилися деякі дослідження щодо видалення урану з радіоактивних стічних вод цим методом, але більшість із них наразі перебувають на стадії експериментальних досліджень.
З розвитком біотехнологій та поглибленим вивченням механізму взаємодії між мікроорганізмами та металами люди поступово усвідомили, що використання мікроорганізмів для очищення радіоактивних стічних вод є дуже перспективним методом. Мікробні клітини використовуються як біологічні очисні агенти для поглинання, збагачення та відновлення радіонуклідів, таких як уран, у водному розчині, що має високу ефективність, низьку вартість та низьке енергоспоживання. Крім того, немає вторинних забруднювачів, що може досягти мети зменшення радіоактивних відходів та створити сприятливі умови для регенерації або геологічного захоронення нуклідів.
- Магнітомолекулярний метод
Науково-дослідний інститут електроенергетики США (EPRI) розробив метод Mag-Mole-clue для зменшення кількості утворених радіоактивних відходів, таких як стронцій, цезій та кобальт. Метод базується на білку під назвою феритин, який модифікований для використання магнітних молекул для вибіркового зв'язування забруднюючих речовин, які потім видаляються з розчину за допомогою магнітів, а потім зв'язані метали витягуються шляхом зворотного промивання магнітного фільтрувального шару. Феритин - це висококонсервативний багатофункціональний багатоблочний білок, який зазвичай зустрічається в живих організмах, має особливі характеристики стійкості до розведених кислот (pH < 2.0), розведених лугів (pH = 12.0) та вищих температур (інваріантний до температури води 70～75°C). З поглибленням досліджень феритину досягнуто значного прогресу у вивченні нових функцій in vitro з використанням нанопростору його білкової оболонки. Дослідження in vitro показали, що феритин має здатність зберігати іони важких металів in vitro. Крім того, попередні дослідження були зосереджені на механізмі зберігання та вивільнення заліза з феритину з використанням інших іонів важких металів як зондів, що конкурують з іонами заліза. На противагу цьому, нещодавні дослідження показали, що ця властивість феритину захоплювати іони металів та бути стійким до зворотного розпаду може бути використана для створення феритинового реактора та його використання в польових умовах для безперервного моніторингу ступеня забруднення проточної води іонами важких металів. За певних умов in vitro деякі ядра металів, такі як ядра FeS, ядра CdS, ядра Mn3O4, магнітні ядра заліза Fe3O4 та ядра урану радіоактивних матеріалів, були успішно зібрані в нанопростір білкових оболонок феритину.
- Метод інертного затвердіння
Університет штату Пенсильванія та Національна лабораторія Саванна-Рівер розробили новий метод переробки певних рідких відходів низького рівня радіоактивності у тверду форму для безпечного захоронення. Цей новий процес використовує метод низькотемпературної (< 90°C) коагуляції для стабілізації високолужної, низькоактивної рідкої радіоактивної відходної речовини, тобто для перетворення рідкої відходної речовини на інертне тверде тіло. Вчені назвали кінцеве затверділе тіло «гідрокерамікою» (пориста кераміка, випалена методом бісквітного випалу). Вони кажуть, що кінцеве затверділе тіло дуже тверде, стабільне та довговічне, і може фіксувати радіонукліди у своїй цеолітній структурі. Цей процес підготовки схожий на процес формування гірських порід у природі.
- Технологія стінки реакції перколяції нульвалентного заліза
Проникний реактивний бар'єр (PRB) – це метод, що з'являється в розвинених країнах, таких як Європа та Сполучені Штати, для видалення забруднюючих речовин із забруднених ґрунтових вод на місці. PRB зазвичай встановлюються в підземних водоносних горизонтах, перпендикулярно до напрямку потоку ґрунтових вод. Коли забруднені ґрунтові води протікають через реакційну стінку під дією власного гідравлічного градієнта, забруднюючі речовини видаляються шляхом фізичних та хімічних реакцій з реакційними матеріалами в стінці, щоб досягти мети відновлення забруднення.
Це техніка пасивного відновлення, яка потребує мінімального обслуговування та є недорогою. Як важлива галузь технології PRB, технологія Fe0-PRB досліджувалася та розроблялася в багатьох країнах і застосовується в багатьох аспектах очищення ґрунтових вод від забруднення. Обнадійливі результати були досягнуті у вивченні механізму реакції, структури та встановлення PRB, а також у вивченні нових активних матеріалів. Китайські вчені почали вивчати технологію активної перколяційної стінки, представлену нульвалентним залізом, для ремедіації (очищення) радіоактивних стічних вод уранових хвостів, і поточні дослідження досягли певних результатів.
Щоб отримати додаткову інформацію про продукти нанофільтрації меламінової піни SINOYQX, зв’яжіться з нами за адресою [email protected] або зателефонуйте нам за номером +86-28-8411-1861.
Деякі зображення та тексти відтворено з Інтернету, і авторські права належать оригінальному автору. Якщо є порушення, зв’яжіться з нами, щоб видалити.