في الساعة الواحدة ظهرًا بالتوقيت المحلي يوم 13 أغسطس/آب 00، بدأت محطة فوكوشيما دايتشي للطاقة النووية اليابانية بتصريف مياه ملوثة نوويًا في البحر. أثار ذلك قلقًا واسع النطاق في العالم. قدّم سفير الصين لدى اليابان، وو جيانغهاو، احتجاجًا رسميًا للحكومة اليابانية على تصريف مياه فوكوشيما الملوثة نوويًا في البحر؛ وأعلنت الإدارة العامة للجمارك الصينية تعليق استيراد المنتجات المائية اليابانية بشكل كامل؛ وأعلن رئيس الوزراء الكوري الجنوبي أن كوريا الجنوبية ستُبقي على حظر استيراد المنتجات المائية اليابانية من فوكوشيما دون تغيير.
مياه الصرف الصحي النووية، كما يوحي اسمها، هي مياه صرف تحتوي على إشعاعات، مثل مياه الصرف عالية الإشعاع الناتجة عن حوادث التسرب النووي، أو مياه التبريد الملامسة للوقود النووي. يقول الخبراء إن مياه الصرف الصحي النووية لا تُعادل مياه الصرف النووي، بل إنها أكثر ضررًا، إذ تحتوي على 64 نوعًا من المواد النووية المشعة، بما في ذلك التريتيوم.
تحتوي مياه الصرف النووي على العديد من العناصر المشعة، مثل اليورانيوم والبلوتونيوم والسيزيوم والسترونشيوم واليود والكوبالت. لبعضها أعمار نصفية طويلة، مثل عمر النصف لليورانيوم-238، الذي يبلغ 4.5 مليار سنة، وعمر النصف للبلوتونيوم-239، الذي يبلغ 24,000 سنة. تُشكل هذه العناصر المشعة مخاطر جسيمة على جسم الإنسان والبيئة، مثل السرطان والتشوهات الخلقية والطفرات الجينية. وتختلف تركيزات ونسب العناصر المشعة المختلفة في النفايات النووية باختلاف المصادر والظروف، ولكنها عادةً ما تتجاوز بكثير المعايير الدولية وحدود السلامة.
إذا تم تصريف مياه الصرف الصحي النووية في البيئة دون معالجة مناسبة، فسيكون لذلك تأثير خطير على النظام البيئي وصحة الإنسان. يمكن أن تنتقل المواد المشعة عبر الماء والتربة والهواء والسلاسل الغذائية وغيرها، مما يؤدي إلى زيادة جرعات الإشعاع في الكائنات الحية، مسببةً أمراضًا مختلفة وطفرات جينية. لذلك، يجب أن تتبع معالجة مياه الصرف الصحي النووية والتخلص منها معايير ومعايير سلامة صارمة لتجنب أي تسرب أو حوادث محتملة.
فيما يلي تقنيات معالجة مياه الصرف النووي الشائعة الاستخدام في مختلف البلدان :
- طريقة الترسيب الكيميائي
طريقة الترسيب الكيميائي هي طريقة لترسيب عامل الترسيب وكمية ضئيلة من النويدات المشعة في مياه الصرف الصحي. الهيدروكسيدات والكربونات والفوسفات ومركبات النويدات المشعة الأخرى في مياه الصرف الصحي غير قابلة للذوبان في الغالب، وبالتالي يمكن إزالتها أثناء المعالجة. الهدف من المعالجة الكيميائية هو نقل النويدات المشعة الموجودة في مياه الصرف الصحي وتركيزها في حجم صغير من الحمأة، بحيث تبقى مياه الصرف الصحي المترسبة قليلة النشاط الإشعاعي، وتفي بمعايير التصريف.
تتميز هذه الطريقة بانخفاض تكلفتها، وفعاليتها في إزالة النويدات المشعة اللوغاريتمية، وقدرتها على معالجة المكونات غير المشعة وتركيزاتها ومياه الصرف الصحي المميعة بتميع كبير. وتتمتع مرافق وتقنيات المعالجة المستخدمة بخبرة واسعة.
في الوقت الحالي، تُعدّ المواد المُرسبة، مثل أملاح الحديد والألمنيوم والفوسفات والصودا، الأكثر استخدامًا. ولتحسين عملية التخثر، تُضاف مُساعدات التخثر، مثل الطين والسيليكا المُنشّطة وإلكتروليتات البوليمر. أما بالنسبة للسيزيوم والروثينيوم واليود والنويدات المُشعّة المُركّزة الأخرى التي يصعب إزالتها، فيجب استخدام مواد مُرسبة كيميائية خاصة. على سبيل المثال، يُمكن إزالة السيزيوم عن طريق الترسيب المُشترك لفيروسيانيد الحديديك وفيروسيانيد النحاس. يستخدم بعض الأشخاص زانثات النشا غير القابلة للذوبان لمعالجة مياه الصرف الصحي المُشعّة التي تحتوي على معادن. يتميز هذا المُعالج بتأثير جيد، ونطاق تطبيق واسع، ومعدل إزالة إشعاعي يزيد عن 90%. وهو مُركّب مُركّب بالتبادل الأيوني ذو أداء ممتاز. ولأنه لا يُخلّف كبريتيدًا مُتبقيًا عند معالجة مياه الصرف الصحي، فهو أكثر ملاءمةً لمعالجة مياه الصرف الصحي.
- طريقة تبادل الأيونات
تتأين العديد من النويدات المشعة في الماء، وخاصةً مياه الصرف الصحي المشعة بعد المعالجة الكيميائية بالترسيب. ونتيجةً لإزالة النويدات المشعة العالقة والغروانية، يتبقى أنواع شبه أيونية، معظمها كاتيونات. علاوةً على ذلك، توجد النويدات المشعة بكميات صغيرة في الماء، مما يجعلها مناسبةً جدًا للمعالجة بالتبادل الأيوني، وفي غياب أيونات غير مشعة، يمكن أن يعمل التبادل الأيوني بفعالية لفترة طويلة. تتميز معظم راتنجات التبادل الكاتيوني بقدرة إزالة عالية وقدرة تبادل كبيرة للسترونشيوم المشع. يمكن لراتنج الكاتيون الفينولي إزالة السيزيوم المشع بفعالية، ويمكن لراتنج الكاتيون الدقيق المسامي إزالة الكاتيونات المشعة، بالإضافة إلى إزالة الزركونيوم والنيوبيوم والكوبالت على شكل غرويات، والروثينيوم على شكل معقدات من خلال الامتزاز. ومع ذلك، فإن هذا القانون له نقطة ضعف قاتلة. عندما يكون محتوى النويدات المشعة أو الأيونات غير المشعة في سائل النفايات مرتفعًا، يتسرب الراتنج بسرعة ويصبح غير صالح للاستخدام. عادةً، لا يتجدد الراتنج المستخدم في معالجة مياه الصرف الصحي المشعة، لذا يجب استبداله فورًا في حال تلفه.
تستخدم طريقة التبادل الأيوني راتنج التبادل الأيوني، وهو مناسب لسوائل النفايات منخفضة الملح. عندما تكون نسبة الملح عالية، تكون تكلفة المعالجة باستخدام راتنج التبادل الأيوني أعلى من تكلفة المعالجة الانتقائية. ويعود ذلك أساسًا إلى انخفاض انتقائية الراتنج، الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالنويدات المشعة. في تنقية مياه الصرف الصحي المشعة، يمكن أن يزيد استخدام التحليل الكهربائي من كفاءة استخدام عملية التبادل الأيوني.
- طريقة الامتزاز
الامتزاز طريقة فعالة لإزالة أيونات المعادن الثقيلة من الماء باستخدام مواد صلبة مسامية لامتصاصها وإزالتها. وتتمثل التقنية الرئيسية لهذه الطريقة في اختيار المادة الماصة. ومن بين المواد الماصة الشائعة الاستخدام: الكربون المنشط، والزيوليت، والكاولين، والبنتونيت، والطين، وغيرها. ويتميز الزيوليت برخص ثمنه وسلامته وسهولة الحصول عليه. وبالمقارنة مع المواد الماصة غير العضوية الأخرى، يتميز الزيوليت بقدرة امتصاص أكبر وتأثير تنقية أفضل. وتتفوق قدرته على التنقية بعشر مرات على قدرة المواد الماصة غير العضوية الأخرى، مما يجعله مادة معالجة مياه تنافسية للغاية. ويُستخدم غالبًا كمادة ماصة في عمليات معالجة المياه، كما يعمل كمبادل أيوني وعامل ترشيح.
يتميز الكربون المنشط بقدرة امتصاص عالية ومعدل إزالة مرتفع، إلا أن كفاءة تجديده منخفضة، كما أن جودة المياه المعالجة يصعب عليها تلبية متطلبات إعادة الاستخدام. سعره مرتفع وتطبيقه محدود. في السنوات الأخيرة، طُوّرت تدريجيًا مجموعة متنوعة من المواد الماصة ذات القدرة على الامتصاص. أظهرت الدراسات ذات الصلة أن الكيتوزان ومشتقاته مواد ماصة جيدة لأيونات المعادن الثقيلة. بعد التشابك، يمكن إعادة استخدام راتنج الكيتوزان عدة مرات دون انخفاض كبير في قدرته على الامتصاص. يتميز استخدام السيبيوليت المعدل لمعالجة مياه الصرف الصحي المحتوية على المعادن الثقيلة بقدرة امتصاص جيدة للكوبالت والفضة، ومحتوى المعادن الثقيلة في مياه الصرف الصحي المعالجة أقل بكثير من المعيار الشامل لتصريف مياه الصرف الصحي.
- التبخر والتركيز
تتميز طريقة التركيز التبخيري بمعامل تركيز وتنقية مرتفعين، وتُستخدم غالبًا لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات المستوى الإشعاعي المتوسط والعالي. مبدأ عمل طريقة التبخير هو: تُرسل مياه الصرف الصحي المشعة إلى جهاز التبخير، وفي الوقت نفسه، يُدخل بخار التسخين لتبخير الماء إلى بخار ماء، بينما تبقى النويدات المشعة في الماء. يُصرف الماء المكثف المتكون أثناء عملية التبخير أو يُعاد استخدامه، ويصلب السائل المركز أكثر. لا تُناسب طريقة التركيز التبخيري معالجة مياه الصرف الصحي التي تحتوي على نويدات متطايرة وسهلة الرغوة؛ فهي تستهلك الكثير من الطاقة الحرارية وتكاليف تشغيل عالية؛ وفي الوقت نفسه، يجب مراعاة المخاطر المحتملة، مثل التآكل والتقشر والانفجار، أثناء التصميم والتشغيل. من أجل تحسين استخدام البخار وخفض تكاليف التشغيل، لم تدخر البلدان أي جهد في تطوير أجهزة التبخير الجديدة، مثل أجهزة تبخير ضغط البخار، وأجهزة تبخير الأغشية الرقيقة، وأجهزة تبخير التفريغ وغيرها من أجهزة التبخير الجديدة حققت نتائج ملحوظة.
- تكنولوجيا فصل الغشاء
تُعد تقنية الأغشية طريقةً فعّالة واقتصادية وموثوقة نسبيًا لمعالجة مياه الصرف الصحي المشعة. ونظرًا لخصائص تقنية فصل الأغشية التي تتميز بجودة مياه الصرف، وعدم حدوث أي تغيير في طور المواد، وانخفاض استهلاك الطاقة، فقد حظيت بأبحاث مكثفة.
تشمل تقنيات الأغشية المستخدمة في الخارج ما يلي: الترشيح الدقيق، والترشيح الفائق، والترشيح النانوي ، والترشيح الغشائي باستخدام البوليمر القابل للذوبان في الماء، والتناضح العكسي، والتحليل الكهربائي، والتقطير الغشائي، والتبادل الأيوني الكهروكيميائي، والغشاء السائل، وفصل الأغشية بالترشيح الامتزازي للفريت، وغشاء ورق التبادل الأنيوني، وغيرها من الطرق.
رغوة الميلامين، وهي نوع من ركائز الترشيح العضوي الشبكي ثلاثي الأبعاد، مستقرة على مستوى النانو، يصل حجم مسامها إلى نانومتر واحد، وسعة مسامها إلى 1 سم مكعب/جم، ومعدل فتح مسامها إلى 0.297%. يمكنها تحقيق امتصاص وترشيح فعال لمياه الصرف الصحي النووية، حتى مع إضافة معظم أنواع المواد الماصة.
- المعالجة البيولوجية
تشمل طرق المعالجة البيولوجية المعالجة بالنباتات والطرق الميكروبية. وتشير المعالجة بالنباتات إلى تقنية معالجة جديدة في الموقع، تستخدم النباتات الخضراء والكائنات الدقيقة المحلية في جذورها للعمل معًا لإزالة الملوثات من البيئة.
بناءً على نتائج البحوث الحالية، تشمل تقنيات المعالجة الحيوية المُطبقة بشكل رئيسي تقنية الأراضي الرطبة المُنشأة، وتقنية ترشيح الجذور، وتقنية استخلاص النباتات، وتقنية تجميد النباتات، وتقنية تبخير النباتات. وتُظهر نتائج الاختبارات إمكانية إثراء معظم اليورانيوم الموجود في المسطح المائي بجذور النباتات.
المعالجة الميكروبيولوجية لمياه الصرف الصحي منخفضة الإشعاع تقنية جديدة بدأت دراستها في ستينيات القرن الماضي. وقد أُجريت بعض الدراسات حول إزالة اليورانيوم من مياه الصرف الصحي المشعة بهذه الطريقة محليًا ودوليًا، إلا أن معظمها لا يزال في مرحلة البحث التجريبي حاليًا.
مع تطور التكنولوجيا الحيوية والدراسة المتعمقة لآلية التفاعل بين الكائنات الدقيقة والمعادن، أدرك الناس تدريجيًا أن استخدام الكائنات الدقيقة لمعالجة تلوث مياه الصرف الصحي الإشعاعي يُعدّ طريقة واعدة للغاية. تُستخدم الخلايا الميكروبية كعوامل معالجة بيولوجية لامتصاص النويدات المشعة، مثل اليورانيوم، وتخصيبها، واستعادتها في المحاليل المائية، مما يتميز بكفاءة عالية وتكلفة منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة. علاوة على ذلك، لا يوجد ملوث ثانوي، مما يُحقق هدف الحد من النفايات المشعة ويهيئ ظروفًا مواتية لتجديد النويدات أو التخلص منها جيولوجياً.
- طريقة الجزيء المغناطيسي
طوّر معهد أبحاث الطاقة الكهربائية الأمريكي (EPRI) طريقة "ماغ-مول-كلو" لتقليل عدد النفايات المشعة، مثل السترونشيوم والسيزيوم والكوبالت، المُولّدة. تعتمد هذه الطريقة على بروتين يُسمى الفيريتين، وهو بروتين مُعدّل لاستخدام جزيئات مغناطيسية لربط الملوثات بشكل انتقائي، والتي تُزال من المحلول بواسطة المغناطيس، ثم تُستعاد المعادن المرتبطة عن طريق الغسيل العكسي لطبقة المرشح المغناطيسي. الفيريتين بروتين متعدد الوظائف وعالي الحفظ، ويوجد بكثرة في الكائنات الحية، ويتميز بخصائص مميزة تتمثل في مقاومته للأحماض المخففة (درجة الحموضة <2.0) والقواعد المخففة (درجة الحموضة = 12.0) ودرجات الحرارة العالية (ثابتة لدرجة حرارة الماء من 70 إلى 75 درجة مئوية). مع تعميق أبحاث الفيريتين، أُحرز تقدم كبير في دراسة وظائف جديدة في المختبر باستخدام الفراغ النانوي لغلافه البروتيني. وقد أظهرت الدراسات المختبرية قدرة الفيريتين على تخزين أيونات المعادن الثقيلة في المختبر. بالإضافة إلى ذلك، ركزت الدراسات السابقة على آلية تخزين الحديد وإطلاقه من الفيريتين باستخدام أيونات معادن ثقيلة أخرى كمجسات تتنافس مع أيونات الحديد. في المقابل، أظهرت دراسات حديثة إمكانية استغلال خاصية الفيريتين هذه، المتمثلة في التقاط أيونات المعادن ومقاومة انعكاسها، في بناء مفاعل فيريتين واستخدامه ميدانيًا للمراقبة المستمرة لدرجة تلوث المياه المتدفقة بأيونات المعادن الثقيلة. في ظل ظروف محددة في المختبر، تم بنجاح تجميع بعض النوى المعدنية، مثل نوى FeS وCdS وMn3O4 ونوى الحديد المغناطيسي Fe3O4 ونوى اليورانيوم للمواد المشعة، في الفراغ النانوي لأغلفة بروتين الفيريتين.
- طريقة المعالجة الخاملة
طورت جامعة ولاية بنسلفانيا ومختبر نهر سافانا الوطني طريقة جديدة لمعالجة بعض سوائل النفايات المشعة منخفضة المستوى وتحويلها إلى حالة صلبة للتخلص منها بأمان. تعتمد هذه العملية الجديدة على طريقة تخثر منخفضة الحرارة (أقل من 90 درجة مئوية) لتثبيت سائل نفايات مشعة قلوي للغاية ومنخفض النشاط، أي تحويله إلى جسم صلب خامل. أطلق العلماء على الجسم المُعالج النهائي اسم "السيراميك المائي" (سيراميك مسامي مُسخن بالبسكويت). ويؤكدون أن الجسم الصلب النهائي يتميز بصلابة عالية وثبات وعمر طويل، ويمكنه تثبيت النويدات المشعة في تركيبه الزيوليتي. تشبه عملية التحضير هذه عملية تكوين الصخور في الطبيعة.
- تقنية جدار التفاعل لتسرب الحديد صفر التكافؤ
الحاجز التفاعلي النفاذ (PRB) هو طريقة ناشئة في الدول المتقدمة، مثل أوروبا والولايات المتحدة، لإزالة الملوثات من المياه الجوفية الملوثة في الموقع. تُركّب هذه الحاجزات عادةً في طبقات المياه الجوفية، عموديةً على اتجاه تدفق المياه الجوفية. عندما تتدفق المياه الجوفية الملوثة عبر جدار التفاعل بتأثير تدرجها الهيدروليكي، تُزال الملوثات بتفاعلات فيزيائية وكيميائية مع مواد التفاعل في الجدار، مما يُسهم في استعادة التلوث.
هذه تقنية ترميم سلبية تتطلب صيانة قليلة وتكلفة منخفضة. وباعتبارها فرعًا مهمًا من تكنولوجيا PRB، فقد خضعت تقنية FeO-PRB للبحث والتطوير في العديد من البلدان، وفي جوانب عديدة من معالجة تلوث المياه الجوفية. وقد تحققت نتائج مشجعة في دراسة آلية التفاعل، وهيكل وتركيب PRBs، ودراسة المواد الفعالة الجديدة. وقد بدأ باحثون صينيون بدراسة تقنية جدار التسرب النشط، المتمثلة في الحديد صفر التكافؤ، لمعالجة مياه الصرف الصحي المشعة من مخلفات اليورانيوم، وقد حقق البحث الحالي نتائج مؤكدة.
للحصول على مزيد من المعلومات حول منتجات الترشيح النانوي المصنوعة من رغوة الميلامين من SINOYQX، يرجى التواصل معنا عبر البريد الإلكتروني [email protected] أو الاتصال بنا صوتيًا على الرقم: +86-28-8411-1861.
بعض الصور والنصوص مُستنسخة من الإنترنت، وحقوق الطبع والنشر محفوظة للمؤلف الأصلي. في حال وجود أي انتهاك، يُرجى التواصل معنا لحذفها.