בשעה 13:00 שעון מקומי ב-24 באוגוסט 2023, תחנת הכוח הגרעינית פוקושימה דאיצ'י ביפן יזמה את הזרמת מים מזוהמים גרעיניים לים. זה עורר דאגה רחבה בעולם. שגריר סין ביפן וו ג'יאנגהאו הגיש מחאה חגיגית לממשלת יפן על הזרמת מים גרעיניים מזוהמים מפוקושימה לים; מינהל המכס הכללי של סין: השעיה מוחלטת של יבוא מוצרי מים יפניים; ראש ממשלת דרום קוריאה: דרום קוריאה תשמור על איסור הייבוא של מוצרי פוקושימה היפניים ללא שינוי.
שפכים גרעיניים, כפי שהשם מרמז, הם שפכים המכילים רדיואקטיביות. כמו מי שפכים רדיואקטיביים מאוד המיוצרים בתאונות דליפה גרעיניות, או מי קירור במגע ישיר עם דלק גרעיני. מומחים אומרים ששפכים גרעיניים אינם שווים לשפכים גרעיניים. שפכים גרעיניים מזיקים אף יותר, ומכילים 64 סוגים של חומרים רדיואקטיביים גרעיניים כולל טריטיום.
ביוב גרעיני מכיל יסודות רדיואקטיביים רבים, כגון אורניום, פלוטוניום, צזיום, סטרונציום, יוד וקובלט. לחלקם יש מחצית חיים ארוכים, כמו זמן מחצית החיים של אורניום-238, שהוא 4.5 מיליארד שנים, וזמן מחצית החיים של פלוטוניום-239, שהוא 24,000 שנים. יסודות רדיואקטיביים אלו מהווים סכנות חמורות לגוף האדם ולסביבה, כגון קרצינוגניות, טרטוגניות ומוטגניות. בהתאם למקורות ולנסיבות שונות, הריכוזים והפרופורציות של יסודות רדיואקטיביים שונים בשפכים גרעיניים משתנים, אך בדרך כלל חורגים בהרבה מהסטנדרטים ומגבלות הבטיחות הבינלאומיות.
אם שפכים גרעיניים יוזרמו לסביבה ללא טיפול מתאים, תהיה לכך השפעה רצינית על המערכת האקולוגית ועל בריאות האדם. חומרים רדיואקטיביים יכולים להיות מועברים דרך מים, אדמה, אוויר, שרשראות מזון וכו', וכתוצאה מכך מינוני קרינה מוגברים באורגניזמים, מה שגורם למחלות שונות ומוטציות גנים. לכן, הטיפול והסילוק של שפכים גרעיניים חייבים לעמוד בתקני בטיחות ונורמות מחמירות כדי למנוע כל דליפה ותאונות אפשריות.
טכנולוגיות טיהור שפכים גרעיניים הנפוצות במדינות שונות הן כדלקמן:
- שיטת משקעים כימית
שיטת המשקעים הכימיים היא שיטת משקיעה משותפת של חומר המשקע וכמות עקבות הרדיונוקלידים בשפכים. הידרוקסידים, קרבונטים, פוספטים ותרכובות אחרות של רדיונוקלידים במי שפכים אינם מסיסים לרוב ולכן ניתן להסירם במהלך הטיפול. מטרת הטיפול הכימי היא להעביר ולרכז את הרדיונוקלידים בשפכים לנפח קטן של בוצה, כך שלשפכים המופקדים נותרה רדיואקטיביות מועטה והם יכולים לעמוד בתקני ההזרמה.
היתרונות של שיטה זו הם עלות נמוכה, אפקט הסרה טוב של רדיונוקלידים לוגריתמיים, ויכולת לטפל ברכיבים לא רדיואקטיביים וריכוזיהם ובשפכים מנוזלים עם נזילות ניכרת. מתקני הטיפול והטכנולוגיות בהם נעשה שימוש הם בעלי ניסיון בוגר למדי.
כיום, חומרי משקעים כגון מלחי ברזל, מלחי אלומיניום, פוספטים וסודה הם הנפוצים ביותר בשימוש. על מנת לקדם את תהליך הקרישה מוסיפים עזרי קרישה כמו חימר, סיליקה פעילה ואלקטרוליטים פולימריים. עבור צסיום, רותניום, יוד ונוקלידים רדיואקטיביים מרוכזים אחרים שקשה להסירם, יש להשתמש במשקעים כימיים מיוחדים. לדוגמה, ניתן להסיר צזיום על ידי משקעים משותפים של פרוציאניד ברזל ופרוציאניד נחושת. יש אנשים שמשתמשים בקסנטאט עמילן בלתי מסיס לטיפול בשפכים רדיואקטיביים המכילים מתכת. השפעת הטיפול טובה, הישימות רחבה ושיעור ההסרה הרדיואקטיבית הוא מעל 90%. זהו חומר חילופי יונים עם ביצועים מצוינים. מכיוון שאין סולפיד שאריות בעת טיפול בשפכים, הוא מתאים יותר לטיפול בשפכים.
- שיטת החלפת יונים
רדיונוקלידים רבים מיוננים במים, במיוחד שפכים רדיואקטיביים לאחר טיפול משקעים כימיים. בשל סילוקם של רדיונוקלידים מרחפים וקולואידים, מה שנותר הוא מינים כמעט יוניים, רובם קטיונים. יתרה מכך, רדיונוקלידים קיימים בכמויות קטנות במים, ולכן הם מתאימים מאוד לטיפול בחילופי יונים, ובהיעדר הפרעות של יונים לא רדיואקטיביים, חילופי יונים יכולים לפעול ביעילות לאורך זמן. לרוב שרפי החלפת הקטיונים יש יכולת הסרה גבוהה ויכולת החלפה גדולה לסטרונציום רדיואקטיבי. שרף הקטיונים הפנוליים יכול להסיר ביעילות צזיום רדיואקטיבי, ושרף הקטיונים המיקרו-נקביים יכול לא רק להסיר קטיונים רדיואקטיביים, אלא גם להסיר זירקוניום, ניוביום, קובלט בצורה של קולואידים ורותניום בצורה של קומפלקסים באמצעות ספיחה. עם זאת, לחוק הזה יש חולשה קטלנית. כאשר תכולת הנוקלידים הרדיואקטיביים או היונים הלא רדיואקטיביים בנוזל הפסולת גבוהה, מיטת השרף תחדור במהירות ותהפוך לפסולה. בדרך כלל, השרף המשמש לטיפול בשפכים רדיואקטיביים אינו מתחדש, ולכן ברגע שהוא נכשל, יש להחליפו מיד.
בשיטת חילופי היונים נעשה שימוש בשרף מחליף יונים, המתאים לפסולת נוזל עם תכולת מלח נמוכה. כאשר תכולת המלח גבוהה, עלות הטיפול בשרף חילופי יונים גבוהה מזו של תהליך סלקטיבי. זה נובע בעיקר מהסלקטיביות הנמוכה של השרף שיש לו מתאם גדול עם רדיונוקלידים. בטיהור שפכים רדיואקטיביים, השימוש באלקטרודיאליזה יכול להגביר את יעילות הניצול של תהליך חילופי יונים.
- שיטת ספיחה
ספיחה היא שיטה יעילה להרחקת יוני מתכות כבדות מהמים על ידי שימוש בחומרים מוצקים נקבוביים לספיחה והסרה של יוני מתכות כבדות. טכנולוגיית המפתח של שיטת הספיחה היא בחירת הסופח. חומרי הספיחה הנפוצים הם פחם פעיל, זאוליט, קאולין, בנטוניט, חימר וכו'. ביניהם, זאוליט זול, בטוח וקל להשגה. בהשוואה לסופחים אנאורגניים אחרים, לזאוליט יש יכולת ספיחה גדולה יותר ואפקט טיהור טוב יותר. יכולת הטיהור של זאוליט גבוהה פי 10 מזו של סופחים אנאורגניים אחרים, ולכן הוא חומר תחרותי מאוד לטיפול במים. הוא משמש לעתים קרובות כסופח בתהליכי טיפול במים, והוא מתפקד גם כמחליף יונים וסוכן מסנן.
לפחם פעיל יכולת ספיחה חזקה וקצב הסרה גבוה, אך יעילות ההתחדשות של פחם פעיל נמוכה, ואיכות המים של המים המטופלים קשה לעמוד בדרישות השימוש החוזר. המחיר יקר והאפליקציה מוגבלת. בשנים האחרונות פותחו בהדרגה מגוון חומרי ספיגה בעלי יכולת ספיחה. מחקרים רלוונטיים הראו כי הצ'יטוזן ונגזרותיו הם סופחים טובים ליוני מתכות כבדות. לאחר ההצלבה, ניתן לעשות שימוש חוזר בשרף הצ'יטוזן פעמים רבות מבלי להפחית משמעותית את יכולת הספיחה. לשימוש בספיוליט שונה לטיפול בשפכי מתכות כבדות יש יכולת ספיחה טובה עבור Co ו-Ag, ותכולת המתכות הכבדות בשפכים המטופלים נמוכה משמעותית מהתקן ההזרמת ביוב המקיף.
- אידוי וריכוז
שיטת ריכוז האידוי היא בעלת מקדם ריכוז ומקדם טיהור גבוהים, והיא משמשת בעיקר לטיפול בשפכים רדיואקטיביים ברמה בינונית וגבוהה. עקרון העבודה של שיטת האידוי הוא: מי השפכים הרדיואקטיביים נשלחים למכשיר האידוי, ובמקביל מוכנסים אדי החימום לאידוי המים לאדי מים, בעוד הרדיונוקלידים נשארים במים. המים המעובה הנוצרים בתהליך האידוי נזרקים או עושים בהם שימוש חוזר, והנוזל המרוכז מתמצק עוד יותר. שיטת ריכוז האידוי אינה מתאימה לטיפול בשפכים המכילים נוקלידים נדיפים ומקצפים בקלות; הוא צורך הרבה אנרגיית חום ויש לו עלויות תפעול גבוהות; יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון איומים פוטנציאליים כגון קורוזיה, אבנית ופיצוץ במהלך התכנון והתפעול. על מנת לשפר את ניצול הקיטור ולהפחית את עלויות התפעול, מדינות לא חסכו במאמץ בפיתוח של מאיידים חדשים, כגון מאיידים לדחיסת אדים, מאיידים עם סרט דק, מאייד ואקום ומאיידים חדשים אחרים השיגו תוצאות יוצאות דופן.
- טכנולוגיית הפרדת ממברנות
טכנולוגיית ממברנה היא שיטה יעילה יחסית, חסכונית ואמינה לטיפול בשפכים רדיואקטיביים. מכיוון שלטכנולוגיית הפרדת ממברנות יש מאפיינים של איכות שפכים טובה, ללא שינוי פאזה של חומרים וצריכת אנרגיה נמוכה, טכנולוגיית הממברנה נחקרה באופן פעיל.
טכנולוגיות ממברנה הנמצאות בשימוש בחו"ל כוללות: מיקרו-סינון, אולטרה-סינון, ננו-סינון , סינון ממברנה באמצעות פולימר מסיס במים, אוסמוזה הפוכה (RO), אלקטרודיאליזה, זיקוק ממברנה, החלפת יונים אלקטרוכימית, ממברנה נוזלית, סינון ספיחה באמצעות פריט, הפרדת ממברנות נייר להחלפת אניונים ושיטות נוספות.
קצף מלמין, מעין מצע סינון אורגני נטו תלת מימדי יציב בקנה מידה ננו, גודל הנקבוביות שלו עד 1nm, קיבולת נקבוביות עד 0.297cc/g, קצב פתיחת נקבוביות עד 98%. זה יכול להשיג ספיחה וסינון יעילים של שפכים גרעיניים, אפילו את רוב סוגי הסופחים ניתן להוסיף.
- טיפול ביולוגי
שיטות טיפול ביולוגיות כוללות phytoremediation ושיטות מיקרוביאליות. Phytoremediation מתייחס לטכנולוגיה חדשה לטיפול במקום המשתמשת בצמחים ירוקים ובמיקרואורגניזמים ילידיים של rhizosphere שלהם כדי לעבוד יחד כדי להסיר מזהמים בסביבה.
מתוצאות המחקר הקיימות, הסוגים הרלוונטיים של טכנולוגיות ביולוגיות כוללות בעיקר טכנולוגיית שטח ביצה בנויה, טכנולוגיית סינון rhizosphere, טכנולוגיית מיצוי צמחים, טכנולוגיית מיצוק צמחים וטכנולוגיית אידוי צמחים. מתוצאות הבדיקה עולה כי ניתן להעשיר כמעט את כל האורניום בגוף המים בשורשי הצמחים.
טיפול מיקרוביולוגי בשפכים דלי רדיואקטיביים הוא טכנולוגיה חדשה שהחלה להיחקר בשנות ה-1960. היו כמה מחקרים על פינוי אורניום בשפכים רדיואקטיביים בשיטה זו בבית ומחוצה לה, אך רובם נמצאים בשלב המחקר הניסיוני כיום.
עם התפתחות הביוטכנולוגיה והמחקר המעמיק של מנגנון האינטראקציה בין מיקרואורגניזמים למתכות, אנשים הבינו בהדרגה שהשימוש במיקרואורגניזמים לטיפול בזיהום שפכים רדיואקטיבי הוא שיטה מבטיחה מאוד. תאים מיקרוביאליים משמשים כחומרי טיפול ביולוגיים לקליטת, העשרה ושחזור רדיונוקלידים כגון אורניום בתמיסה מימית, בעלת יעילות גבוהה, עלות נמוכה וצריכת אנרגיה נמוכה. יתרה מכך, אין מזהם משני, שיכול להשיג את מטרת הפחתת הפסולת הרדיואקטיבית וליצור תנאים נוחים להתחדשות או סילוק גיאולוגי של גרעינים.
- שיטת מגנטו-מולקולה
המכון לחקר החשמל החשמלי של ארצות הברית (EPRI) פיתח את שיטת Mag-Mole-lue להפחתת מספר הפסולת הרדיואקטיבית כגון סטרונציום, צסיום וקובלט שנוצרו. השיטה מבוססת על חלבון בשם פריטין, אשר שונה לשימוש במולקולות מגנטיות לקשירה סלקטיבית של מזהמים, אשר מוסרים לאחר מכן מהתמיסה על ידי מגנטים, ולאחר מכן את המתכות הקשורות מוחזרות על ידי שטיפה לאחור של מיטת המסנן המגנטי. פריטין הוא חלבון רב-תכליתי רב-תכליתי שמור מאוד המצוי באורגניזמים חיים, בעל המאפיינים המיוחדים של עמידות לחומצות מדוללות (pH<2.0), בסיסים מדוללים (pH=12.0) וטמפרטורות גבוהות יותר (שונות לטמפרטורת מים של 70-75°C). עם העמקת מחקר הפריטין, חלה התקדמות רבה בחקר פונקציות חדשות במבחנה תוך שימוש בחלל הננו של מעטפת החלבון שלו. מחקרים במבחנה הראו שלפריטין יש את היכולת לאגור יוני מתכות כבדות במבחנה. בנוסף, מחקרים קודמים התמקדו במנגנון של אגירת ברזל ושחרור מפריטין תוך שימוש ביוני מתכות כבדות אחרות בתור בדיקות המתחרות עם יוני ברזל. לעומת זאת, מחקרים עדכניים הראו שניתן לנצל את התכונה הזו של פריטין ללכידת יוני מתכת ולהיות עמיד בפני היפוך לבניית כור פריטין ולהשתמש בו בשטח לצורך ניטור רציף של מידת הזיהום של מים זורמים על ידי יוני מתכות כבדות. בתנאים ספציפיים במבחנה, כמה גרעיני מתכת, כגון גרעיני FeS, גרעיני CdS, גרעיני Mn3O4, גרעיני ברזל מגנטי Fe3O4 וגרעיני אורניום של חומרים רדיואקטיביים, הורכבו בהצלחה לחלל הננו של קונכיות חלבון הפריטין.
- שיטת ריפוי אינרטי
אוניברסיטת מדינת פנסילבניה והמעבדה הלאומית של סוואנה ריבר פיתחו שיטה חדשה לעיבוד נוזלי פסולת רדיואקטיביים מסוימים ברמה נמוכה לצורה מוצקה לסילוק בטוח. תהליך חדש זה משתמש בשיטת קרישה בטמפרטורה נמוכה (< 90 מעלות צלזיוס) כדי לייצב נוזל פסולת רדיואקטיבי בעל פעילות נמוכה מאוד, כלומר להמיר את נוזל הפסולת לגוף מוצק אינרטי. המדענים כינו את הגוף המרפא הסופי "קרמיקה הידרו" (קרמיקה נקבובית מבושלת ביסק). הם אומרים שהגוף המוצק הסופי קשה מאוד, יציב ועמיד לאורך זמן, ויכול לקבע רדיונוקלידים במבנה הזאוליט שלו. תהליך הכנה זה דומה לתהליך היווצרותם של סלעים בטבע.
- טכנולוגיית תגובת תגובת תגובת ברזל בעלת אפס ערך
מחסום תגובתי חדיר (PRB) הוא שיטה המתהווה במדינות מפותחות כמו אירופה וארצות הברית להסרה במקום של רכיבים מזהמים במי תהום מזוהמים. PRBs מותקנים בדרך כלל באקוויפרים תת קרקעיים, בניצב לכיוון זרימת מי התהום. כאשר מי התהום המזוהמים זורמים דרך דופן התגובה תחת פעולת שיפוע הידראולי משלהם, המזהמים יוסרו על ידי תגובות פיסיקליות וכימיות עם חומרי התגובה שבקיר, כדי להשיג את מטרת שיקום הזיהום.
זוהי טכניקת שיקום פסיבית הדורשת תחזוקה מועטה וזולה. כענף חשוב של טכנולוגיית PRB, טכנולוגיית Fe0-PRB נחקרה ופותחה במדינות רבות ובהיבטים רבים של טיפול בזיהום מי תהום. תוצאות מעודדות הושגו בחקר מנגנון התגובה, המבנה וההתקנה של PRBs וחקר חומרים פעילים חדשים. החוקרים של סין החלו לחקור את טכנולוגיית קירות החלחול הפעילים המיוצגים על ידי ברזל אפס ערכי לשיקום (טיפול) של שפכים רדיואקטיביים של אורניום, והמחקר הנוכחי השיג תוצאות מסוימות.
למידע נוסף על מוצרי ננו-סינון קצף מלמין SINOYQX, אנא צרו עמנו קשר בכתובת [email protected] או שלחו לנו הודעה בטלפון: 86-28-8411-1861+.
חלק מהתמונות והטקסטים מועתקים מהאינטרנט, וזכויות היוצרים שייכות למחבר המקורי. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק.