A les 13:00 hora local del 24 d'agost de 2023, la central nuclear japonesa de Fukushima Daiichi va iniciar l'abocament d'aigua contaminada per toxines nuclears al mar. Això va despertar una preocupació generalitzada a tot el món. L'ambaixador de la Xina al Japó, Wu Jianghao, va presentar una protesta solemne al govern japonès per l'abocament d'aigua contaminada per toxines nuclears de Fukushima al mar; Administració General de Duanes de la Xina: Suspensió completa de les importacions de productes aquàtics japonesos; Primer ministre sud-coreà: Corea del Sud mantindrà la prohibició d'importació de productes aquàtics japonesos de Fukushima sense canvis.
Les aigües residuals nuclears, com el seu nom indica, són aigües residuals que contenen radioactivitat. Com ara aigües residuals altament radioactives produïdes en accidents de fuites nuclears o aigua de refrigeració en contacte directe amb combustible nuclear. Els experts diuen que les aigües residuals nuclears no són iguals a les aigües residuals nuclears. Les aigües residuals nuclears són encara més nocives, ja que contenen 64 tipus de substàncies radioactives nuclears, inclòs el triti.
Les aigües residuals nuclears contenen molts elements radioactius, com ara urani, plutoni, cesi, estronci, iode i cobalt. Alguns d'ells tenen vides mitjanes llargues, com ara la vida mitjana de l'urani-238, que és de 4.5 milions d'anys, i la vida mitjana del plutoni-239, que és de 24,000 anys. Aquests elements radioactius representen greus perills per al cos humà i el medi ambient, com ara carcinogenicitat, teratogenicitat i mutagenicitat. Depenent de les diferents fonts i circumstàncies, les concentracions i proporcions de diversos elements radioactius en els efluents nuclears varien, però normalment superen amb escreix els estàndards internacionals i els límits de seguretat.
Si les aigües residuals nuclears s'aboquen al medi ambient sense un tractament adequat, tindran un impacte greu en l'ecosistema i la salut humana. Les substàncies radioactives es poden transmetre a través de l'aigua, el sòl, l'aire, les cadenes alimentàries, etc., cosa que provoca un augment de les dosis de radiació en els organismes, causant diverses malalties i mutacions genètiques. Per tant, el tractament i l'eliminació de les aigües residuals nuclears han de seguir estàndards i normes de seguretat estrictes per evitar possibles fuites i accidents.
Les tecnologies de tractament d'aigües residuals nuclears que s'utilitzen habitualment en diversos països són les següents:
- Mètode de precipitació química
El mètode de precipitació química és un mètode de coprecipitació de l'agent precipitant i la quantitat mínima de radionúclids a les aigües residuals. Els hidròxids, carbonats, fosfats i altres compostos de radionúclids de les aigües residuals són majoritàriament insolubles i, per tant, es poden eliminar durant el tractament. L'objectiu del tractament químic és transferir i concentrar els radionúclids de les aigües residuals en un petit volum de fangs, de manera que les aigües residuals dipositades tinguin poca radioactivitat restant i puguin complir els estàndards de descàrrega.
Els avantatges d'aquest mètode són el baix cost, el bon efecte d'eliminació de radionúclids logarítmics i la capacitat de tractar components no radioactius i les seves concentracions, així com aigües residuals fluiditzades amb una fluidització considerable. Les instal·lacions i tecnologies de tractament utilitzades tenen una experiència força madura.
Actualment, els precipitants com les sals de ferro, les sals d'alumini, els fosfats i la sosa són els més utilitzats. Per tal de promoure el procés de coagulació, s'afegeixen agents coagulants com l'argila, la sílice activada i els electròlits polimèrics. Per al cesi, el ruteni, el iode i altres núclids radioactius concentrats que són difícils d'eliminar, s'han d'utilitzar precipitants químics especials. Per exemple, el cesi es pot eliminar mitjançant la coprecipitació de ferrocianur fèrric i ferrocianur de coure. Algunes persones utilitzen xantat de midó insoluble per tractar aigües residuals radioactives que contenen metall. L'efecte del tractament és bo, l'aplicabilitat és àmplia i la taxa d'eliminació radioactiva és > 90%. És un floculant d'intercanvi iònic amb un rendiment excel·lent. Com que no hi ha sulfur residual durant el tractament de les aigües residuals, és més adequat per al tractament de les aigües residuals.
- Mètode d'intercanvi iònic
Molts radionúclids s'ionitzen a l'aigua, especialment a les aigües residuals radioactives després del tractament de precipitació química. A causa de l'eliminació de radionúclids en suspensió i col·loïdals, el que queda són espècies gairebé iòniques, la majoria de les quals són cations. A més, els radionúclids existeixen en petites quantitats a l'aigua, per la qual cosa són molt adequats per al tractament d'intercanvi iònic, i en absència d'interferències d'ions no radioactius, l'intercanvi iònic pot funcionar eficaçment durant molt de temps. La majoria de les resines d'intercanvi catiònic tenen una alta capacitat d'eliminació i una gran capacitat d'intercanvi d'estronci radioactiu. La resina catiònica fenòlica pot eliminar eficaçment el cesi radioactiu, i la resina catiònica microporosa no només pot eliminar cations radioactius, sinó també eliminar zirconi, niobi, cobalt en forma de col·loides i ruteni en forma de complexos mitjançant adsorció. Tanmateix, aquesta llei té una debilitat fatal. Quan el contingut de núclids radioactius o ions no radioactius en el líquid residual és alt, el llit de resina penetrarà ràpidament i esdevindrà invàlid. Normalment, la resina que s'utilitza per tractar les aigües residuals radioactives no es regenera, per la qual cosa, un cop falla, s'ha de substituir immediatament.
El mètode d'intercanvi iònic utilitza resina d'intercanvi iònic, que és adequada per a líquids residuals amb baix contingut de sal. Quan el contingut de sal és alt, el cost del tractament amb resina d'intercanvi iònic és superior al del procés selectiu. Això es deu principalment a la baixa selectivitat de la resina, que té una gran correlació amb els radionúclids. En la purificació d'aigües residuals radioactives, l'ús d'electrodiàlisi pot augmentar l'eficiència d'utilització del procés d'intercanvi iònic.
- Mètode d'adsorció
L'adsorció és un mètode eficaç per eliminar ions de metalls pesants de l'aigua mitjançant l'ús de substàncies sòlides poroses per adsorbir i eliminar ions de metalls pesants. La tecnologia clau del mètode d'adsorció és l'elecció de l'adsorbent. Els adsorbents més utilitzats són el carbó activat, la zeolita, el caolí, la bentonita, l'argila, etc. Entre ells, la zeolita és barata, segura i fàcil d'obtenir. En comparació amb altres adsorbents inorgànics, la zeolita té una major capacitat d'adsorció i un millor efecte de purificació. La capacitat de purificació de la zeolita és 10 vegades superior a la d'altres adsorbents inorgànics, per la qual cosa és un agent de tractament d'aigua molt competitiu. Sovint s'utilitza com a adsorbent en processos de tractament d'aigua i també funciona com a intercanviador d'ions i agent de filtre.
El carbó activat té una forta capacitat d'adsorció i una alta taxa d'eliminació, però l'eficiència de regeneració del carbó activat és baixa i la qualitat de l'aigua tractada és difícil de complir amb els requisits de reutilització. El preu és car i l'aplicació és limitada. En els darrers anys, s'ha desenvolupat gradualment una varietat de materials adsorbents amb capacitat d'adsorció. Estudis rellevants han demostrat que la quitosana i els seus derivats són bons adsorbents per a ions de metalls pesants. Després de la reticulació, la resina de quitosana es pot reutilitzar moltes vegades sense reduir significativament la capacitat d'adsorció. L'ús de sepiolita modificada per tractar aigües residuals de metalls pesants té una bona capacitat d'adsorció per a Co i Ag, i el contingut de metalls pesants a les aigües residuals tractades és significativament inferior a l'estàndard integral de descàrrega d'aigües residuals.
- Evaporació i concentració
El mètode de concentració evaporativa té un factor de concentració i un factor de purificació elevats, i s'utilitza principalment per tractar aigües residuals radioactives de nivell mitjà i alt. El principi de funcionament del mètode d'evaporació és: l'aigua residual radioactiva s'envia al dispositiu d'evaporació i, al mateix temps, s'introdueix el vapor d'escalfament per evaporar l'aigua en vapor d'aigua, mentre que els radionúclids romanen a l'aigua. L'aigua condensada formada durant el procés d'evaporació es descarrega o reutilitza, i el líquid concentrat se solidifica encara més. El mètode de concentració per evaporació no és adequat per tractar aigües residuals que contenen núclids volàtils i que fan escuma fàcilment; consumeix molta energia calorífica i té uns costos operatius elevats; alhora, s'han de tenir en compte amenaces potencials com la corrosió, l'escamació i l'explosió durant el disseny i el funcionament. Per tal de millorar la utilització del vapor i reduir els costos operatius, els països no han escatimat esforços en el desenvolupament de nous evaporadors, com ara evaporadors de compressió de vapor, evaporadors de pel·lícula fina, evaporadors de buit i altres nous evaporadors que han aconseguit resultats notables.
- Tecnologia de separació de membranes
La tecnologia de membranes és un mètode relativament eficient, econòmic i fiable per al tractament d'aigües residuals radioactives. Com que la tecnologia de separació per membranes té les característiques de bona qualitat de l'efluent, sense canvi de fase dels materials i baix consum d'energia, la tecnologia de membranes s'ha investigat activament.
La tecnologia de membrana utilitzada a l'estranger són: microfiltració, ultrafiltració, nanofiltració , filtració de membrana de polímers solubles en aigua, osmosi inversa (RO), electrodiàlisi, destil·lació de membrana, intercanvi iònic electroquímic, membrana líquida, filtració per adsorció de ferrita, separació per membrana i membrana de paper d'intercanvi aniònic i altres mètodes.
L'escuma de melamina, un tipus de substrat de filtració orgànica net tridimensional estable a nanoescala, amb una mida de porus de fins a 1 nm, una capacitat de porus de fins a 0.297 cc/g i una taxa d'obertura de porus de fins al 98%. Pot aconseguir una adsorció i filtració eficients d'aigües residuals nuclears, i fins i tot s'hi poden afegir la majoria d'adsorbents.
- Tractament biològic
Els mètodes de tractament biològic inclouen la fitoremediació i els mètodes microbians. La fitoremediació fa referència a una nova tecnologia de tractament in situ que utilitza plantes verdes i els microorganismes indígenes de la seva rizosfera per treballar conjuntament per eliminar contaminants del medi ambient.
A partir dels resultats de la recerca existents, els tipus aplicables de tecnologies de biorremediació inclouen principalment la tecnologia d'aiguamolls construïts, la tecnologia de filtració de rizosfera, la tecnologia d'extracció de plantes, la tecnologia de solidificació de plantes i la tecnologia d'evaporació de plantes. Els resultats de les proves mostren que gairebé tot l'urani del cos d'aigua es pot enriquir a les arrels de les plantes.
El tractament microbiològic d'aigües residuals de baixa radioactivitat és una tecnologia nova que va començar a estudiar-se a la dècada del 1960. S'han realitzat alguns estudis sobre l'eliminació d'urani en aigües residuals radioactives mitjançant aquest mètode, tant al país com a l'estranger, però la majoria es troben actualment en fase de recerca experimental.
Amb el desenvolupament de la biotecnologia i l'estudi en profunditat del mecanisme d'interacció entre microorganismes i metalls, la gent es va adonar gradualment que l'ús de microorganismes per tractar la contaminació radioactiva de les aigües residuals és un mètode molt prometedor. Les cèl·lules microbianes s'utilitzen com a agents de tractament biològic per absorbir, enriquir i recuperar radionúclids com l'urani en solució aquosa, cosa que té una alta eficiència, baix cost i baix consum d'energia. A més, no hi ha contaminants secundaris, cosa que pot aconseguir l'objectiu de reducció de residus radioactius i crear condicions favorables per a la regeneració o l'eliminació geològica dels núclids.
- Mètode de magnetomolècula
L'Institut de Recerca d'Energia Elèctrica dels Estats Units (EPRI) ha desenvolupat el mètode Mag-Mole-clue per reduir el nombre de residus radioactius com l'estronci, el cesi i el cobalt generats. El mètode es basa en una proteïna anomenada ferritina, que es modifica per utilitzar molècules magnètiques per unir-se selectivament a contaminants, que després s'eliminen de la solució mitjançant imants i, a continuació, els metalls units es recuperen mitjançant un rentat a contracorrent del llit filtrant magnètic. La ferritina és una proteïna multiunitat multifuncional altament conservada que es troba habitualment en organismes vius, que té les característiques especials de resistència a àcids diluïts (pH < 2.0), bases diluïdes (pH = 12.0) i temperatures més altes (invariant a la temperatura de l'aigua de 70 a 75 °C). Amb l'aprofundiment de la investigació de la ferritina, s'han fet grans progressos en l'estudi de noves funcions in vitro utilitzant el nanoespai de la seva capa proteica. Estudis in vitro han demostrat que la ferritina té la capacitat d'emmagatzemar ions de metalls pesants in vitro. A més, estudis previs s'han centrat en el mecanisme d'emmagatzematge i alliberament de ferro de la ferritina utilitzant altres ions de metalls pesants com a sondes que competeixen amb els ions de ferro. En canvi, estudis recents han demostrat que aquesta propietat de la ferritina de capturar ions metàl·lics i de ser resistent a la reversió es pot aprofitar per construir un reactor de ferritina i utilitzar-lo en el camp per a la monitorització contínua del grau de contaminació de l'aigua que flueix per ions de metalls pesants. En condicions específiques in vitro, alguns nuclis metàl·lics, com ara nuclis de FeS, nuclis de CdS, nuclis de Mn3O4, nuclis de ferro magnètic de Fe3O4 i nuclis d'urani de materials radioactius, s'han assemblat amb èxit a l'espai nano de les closques de proteïnes de ferritina.
- Mètode de curació inert
La Universitat Estatal de Pennsilvània i el Laboratori Nacional Savannah River han desenvolupat un nou mètode per processar certs líquids de residus radioactius de baixa activitat en una forma solidificada per a la seva eliminació segura. Aquest nou procés utilitza un mètode de coagulació a baixa temperatura (< 90 °C) per estabilitzar líquids de residus radioactius altament alcalí i de baixa activitat, és a dir, convertir el líquid de residus en un cos solidificat inert. Els científics van anomenar el cos curat final "hidroceràmica" (una ceràmica porosa cuita amb biscuit). Diuen que el cos solidificat final és molt dur, estable i durador, i pot fixar radionúclids a la seva estructura zeolitica. Aquest procés de preparació és similar al procés de formació de les roques a la natura.
- Tecnologia de paret de reacció de percolació de ferro zero-valent
La barrera reactiva permeable (PRB) és un mètode emergent en països desenvolupats com Europa i els Estats Units per a l'eliminació in situ de components contaminants en aigües subterrànies contaminades. Les PRB generalment s'instal·len en aqüífers subterranis, perpendiculars a la direcció del flux d'aigües subterrànies. Quan les aigües subterrànies contaminades flueixen a través de la paret de reacció sota l'acció del seu propi gradient hidràulic, els contaminants s'eliminaran mitjançant reaccions físiques i químiques amb els materials de reacció de la paret, per tal d'aconseguir l'objectiu de restaurar la contaminació.
Aquesta és una tècnica de restauració passiva que requereix poc manteniment i és econòmica. Com a branca important de la tecnologia PRB, la tecnologia Fe0-PRB s'ha investigat i desenvolupat en molts països i en molts aspectes del tractament de la contaminació de les aigües subterrànies. S'han obtingut resultats encoratjadors en l'estudi del mecanisme de reacció, l'estructura i la instal·lació dels PRB i l'estudi de nous materials actius. Els estudiosos xinesos han començat a estudiar la tecnologia de paret de percolació activa representada pel ferro de valença zero per a la remediació (tractament) de residus radioactius de residus d'urani, i la investigació actual ha aconseguit certs resultats.
Per obtenir més informació sobre els productes de nanofiltració d'escuma de melamina SINOYQX, poseu-vos en contacte amb nosaltres a [email protected] o envieu-nos un missatge de veu: +86-28-8411-1861.
Algunes imatges i textos es reprodueixen d'Internet i els drets d'autor pertanyen a l'autor original. Si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte amb nosaltres per eliminar-la.