HomeXử lý nước thải chất phóng xạ
Thứ Năm, 25 tháng 12, 2014
Xử lý nước thải chất phóng xạ là gì? Phương pháp và cách tiến hành theo công nghệ nào tốt nhất? Nguyên nhân khắc phục sự cố gây ra
1. Định nghĩa chất thải phóng xạ:
Chất thải phóng xạ là những loại chất thải có chứa 1 lượng chất phóng xạ trong đó. Nó là sản phẩm phụ từ các nhà máy điện hạt nhân, hay từ các ứng dụng trong phân hạch hoặc công nghệ hạt nhân (nghiên cứu và y học). Chất thải phóng xạ có khả năng gây nguy hiểm đến sự sống và môi trường xung quanh. Để bảo vệ sức khỏe cho con người và môi trường, các quy định chặt chẽ về quản lí và xử lí chất thải phóng xạ đã được đề ra bởi các cơ quan chính phủ.
2. Các phương pháp xử lí:
2.1 Phương pháp xử lí chất thải lỏng:
Các quy trình có sẵn để xử lý chất thải phóng xạ lỏng chủ yếu là: trao đổi ion/hấp phụ, kết tủa hóa học, bốc hơi hoặc siêu lọc / thẩm thấu ngược. Tuy nhiên, chất lỏng có chứa chất lơ lửng phải được loại bỏ các chất lơ lửng trước khi xử lí . Lắng, gạn, lọc hoặc ly tâm là các phương pháp thường để xóa các chất thải chất thải hay loại bỏ các mảnh vụn li ti hoặc các hạt không hòa tan.
2.1.1 Phương pháp kết tủa hóa học:
Quá trình kết tủa hóa học thường được dùng để loại bỏ các chất thải phóng xạ từ dung dịch nước ở mức độ thấp và trung cấp tại các cơ sở tái chế nhiên liệu, các phòng thí nghiệm nghiên cứu và các nhà máy điện. Quá trình kết tủa là rất linh hoạt, đầu tư tương đối thấp và chi phí hoạt động; và có thể xử lý từ khối lượng lớn các chất thải lỏng có chứa nồng độ tương đối thấp của một số chất có chứa một lượng lớn các hạt bụi hoặc chất lỏng có nồng độ cao của các muối không hoạt động.
Tuy nhiên trong giai đoạn tiền xử lý như là oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ, phân hủy các chất khó phân giải, điều chỉnh pH, thay đổi trạng thái hóa trị hoặc điều chỉnh các loại ion, nên được áp dụng trước khi sự hình thành kết tủa để cải thiện quá trình. Hạt nhân phóng xạ có thể được loại bỏ bằng cách kết tủa hoặc hấp phụ trên các hạt có trong chất thải.
2.1.2 Phương pháp trao đổi ion/ hấp phụ:
Phương pháp trao đổi ion có ứng dụng rộng rãi để loại bỏ các phân tử phóng xạ tan từ chất thải lỏng được sản xuất trong các hoạt động chu trình nhiên liệu hạt nhân, sản xuất đồng vị phóng xạ hoặc ở các cơ sở nghiên cứu. Nó rất hiệu quả trong chuyển một lượng lớn chất phóng xạ các của một chất lỏng vào một chất rắn có khối lượng nhỏ hơn.
Quá trình trao đổi ion liên quan đến việc thay thế của các cation hoặc anion giữa mảng các chất rắn không hòa tan có chứa nhóm phân cực với một dung dịch lỏng. Khi các nhóm ion âm trao đổi với các cation và khi đó chúng được tích điện dương.Quá trình này được thưc hiện chọn lọc, cân bằng hóa học, như một quy luật và có thể đảo ngược; do đó ion trao đổi có thể được "tái sinh" và chất thải phóng xạ lỏng phục hồi với khả năng hoạt động cao hoặc nếu trao đổi trở thành "cạn kiệt", chúng sẽ được loại bỏ và xử lý như chất thải phóng xạ.
Một loạt các vật liệu có sẵn có khả năng trao đổi ion của các chất phóng xạ lỏng như là : (a) Vật liệu trong tự nhiên (đất sét, zeolit, cellulose, than, collagen) và (b) Các vật liệu tổng hợp như zeolit, gel oxit ngậm nước của kim loại hoặc các polymer có chứa một số nhóm ion (axit sulfonic, axit cacboxylic, nhóm amin, v..v).
2.1.3 Phương pháp bay hơi:
. Quá trình bốc hơi có hiệu quả khi muốn tập trung hoặc loại bỏ muối, kim loại nặng và một số các chất độc hại từ nước của chất thải và có thể giảm khối lượng lớn chất thải lỏng với các yếu tố gây độc cao. Quá trình này thường được sử dụng xử lý bậc cao, trung bình hay thấp của các dòng nhập liệu nước thải; đặc biệt là việc xử lý khối lượng nhỏ các chất thải có hoạt tính cao và có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng các thiết bị bay hơi có sắn trên thị trường.
. Tuy nhiên, sự bay hơi có một số hạn chế lớn như sau: là chúng không thích hợp cho dòng nước thải có chứa nồng độ lớn các muối không hoạt động và rất tốn kém vì nhu cầu năng lượng lớn và sự hiện diện của một số hợp chất hữu cơ có thể gây nổ trong quá trình bay hơi.
2.2 Phương pháp chôn cất:
2.2.1 Phương pháp đưa vào không gian:
Có ba lý do thuyết phục để đưa chất thải hạt nhân vào không gian. Đầu tiên, nó rất an toàn. Thứ hai, không gian xử lý tốt hơn so với việc chôn cất dưới lòng đất. Thứ ba, cuối cùng nó có thể mở rộng cánh cửa cho việc chinh phục không gian của con
người.
Chất thải sẽ được đóng gói cẩn thận. Một tên lửa hay tàu con thoi không gian sẽ được sử dụng để đưa các chất thải đóng gói vào không gian. Có một số điểm đến cuối cùng cho chất thải đã được xem xét, bao gồm cả quỹ đạo nó vào mặt trời. Nỗi lo về chất thải hạt nhân sẽ tan biến và không thể gây hại cho con người nếu chúng ta có thể đưa chúng vào hệ mặt trời, hay “thả” vào mặt trời. Bằng cách giữ cho hệ thống khởi động trên mặt đất thay vì đặt nó trên xe, thiết kế và xây dựng các container không thể phá vỡ và sắp xếp nhiều lớp phòng ngừa rủi ro, chúng ta có thể hoạt động một cách đúng đắn và an toàn.
Tuy nhiên phương pháp xử lý chất thải này chỉ có thể thích hợp cho chất thải phóng xạ “mức thấp” (LLW) hoặc nhiên liệu đã qua sử dụng (tức là tồn tại lâu dài vật liệu phóng xạ cao là tương đối nhỏ về khối lượng). Bởi vì chi phí cao của giải pháp này và các khía cạnh an toàn liên quan với nguy cơ thất bại trong việc khởi động, giải pháp này đã bị loại bỏ.
2.2.2 Phương pháp chôn sâu trong lòng đất:
Kho lưu trữ bao gồm các đường hầm khai thác hoặc các hang động sẽ được đặt vào đó các chất thải đóng gói. Chất thải rắn đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan sâu khoan từ bề mặt tới độ sâu vài km với đường kính thường ít hơn 1 mét. Các thùng chứa chất thải sẽ được ngăn cách với nhau bởi một lớp bentonite hoặc xi măng. Các lỗ khoan sẽ không được hoàn toàn đầy các chất thải. Khoảng trên 2 km sẽ được niêm phong với các vật liệu như nhựa đường, bentonite hoặc bê tông. Việc khai quật một kho lưu trữ sâu dưới lòng đất phải sử dụng công nghệ khai thác hoặc công nghệ kĩ thuật dân dụng được giới hạn đến các địa điểm có thể (ví dụ như dưới đất hoặc gần bờ), để khai quật ổn định hợp lý và không có dòng nước ngầm lớn thì độ sâu từ 250m đến 1000m. Ở độ sâu lớn hơn 1000m, việc khai quật có thể trở nên ngày càng khó khăn nên rất tốn kém.
2.2.3 Phương pháp chôn lấp dưới biển:
Chôn cất chất thải phóng xạ trong các trầm tích đại dương sâu có thể được thực hiện bằng hai kỹ thuật khác nhau: đâm xuyên hoặc khoan lỗ. Độ sâu chôn cất các thùng chứa chất thải dưới đáy biển có thể khác nhau giữa hai kĩ thuật này. Trong trường hợp của đâm xuyên, thùng chứa chất thải có thể được đặt khoảng 50 mét vào các lớp trầm tích. Sự đâm xuyên nặng khoảng vài tấn sẽ rơi xuống nước, đủ để chôn sâu vào các lớp trầm tích.
Một khía cạnh quan trọng của việc xử lý chất thải vào các trầm tích đáy biển là chất thải được cô lập dưới đáy biển bằng độ dày của trầm tích. Năm 1986, một số sự tín hiệu khả quan trong quá trình này đã được thu thập từ các thí nghiệm được thực hiện ở độ sâu khoảng 250 mét ở vùng biển Địa Trung Hải. Các thí nghiệm chứng minh cho thấy hướng đi này được tạo ra bởi sự đâm xuyên đã bị đóng cửa và lấp đầy xung quanh các trầm tích có mật độ giống nhau không bị ảnh hưởng.
Chất thải cũng có thể được đặt bằng cách sử dụng các thiết bị khoan dựa trên các kỹ thuật được sử dụng ở vùng biển sâu trong khoảng 30 năm. Bằng phương pháp pháp này, đống chất thải đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan đến độ sâu 800 mét dưới đáy biển, với các container cao nhất khoảng 300 mét dưới đáy biển.
Ngoài ra, còn có đề xuất về 1 phương pháp công nghệ thấp – đó là niêm phong hai hoặc ba hộp đựng chất thải hạt nhân được tráng men vào lõi của một con cá ngừ khổng lồ bằng thép không rỉ. Cá ngừ này sẽ được cho vào một chiếc tàu lớn. Tại một địa điểm được xác định trước trong đại dương, nó sẽ được thả qua một bên. Quá trình lái sẽ được chính xác thông qua việc sử dụng các cánh quạt lái. Với thiết kế thủy động lực thích hợp, chúng sẽ có khả năng đạt tốc độ hợp lý. Điều này cần đủ để chôn vùi hoàn toàn trong trong bùn sâu (nên chọn những nơi có bùn mềm để dễ chôn vùi).
1. Định nghĩa chất thải phóng xạ:
Chất thải phóng xạ là những loại chất thải có chứa 1 lượng chất phóng xạ trong đó. Nó là sản phẩm phụ từ các nhà máy điện hạt nhân, hay từ các ứng dụng trong phân hạch hoặc công nghệ hạt nhân (nghiên cứu và y học). Chất thải phóng xạ có khả năng gây nguy hiểm đến sự sống và môi trường xung quanh. Để bảo vệ sức khỏe cho con người và môi trường, các quy định chặt chẽ về quản lí và xử lí chất thải phóng xạ đã được đề ra bởi các cơ quan chính phủ.
2. Các phương pháp xử lí:
2.1 Phương pháp xử lí chất thải lỏng:
Các quy trình có sẵn để xử lý chất thải phóng xạ lỏng chủ yếu là: trao đổi ion/hấp phụ, kết tủa hóa học, bốc hơi hoặc siêu lọc / thẩm thấu ngược. Tuy nhiên, chất lỏng có chứa chất lơ lửng phải được loại bỏ các chất lơ lửng trước khi xử lí . Lắng, gạn, lọc hoặc ly tâm là các phương pháp thường để xóa các chất thải chất thải hay loại bỏ các mảnh vụn li ti hoặc các hạt không hòa tan.
2.1.1 Phương pháp kết tủa hóa học:
Quá trình kết tủa hóa học thường được dùng để loại bỏ các chất thải phóng xạ từ dung dịch nước ở mức độ thấp và trung cấp tại các cơ sở tái chế nhiên liệu, các phòng thí nghiệm nghiên cứu và các nhà máy điện. Quá trình kết tủa là rất linh hoạt, đầu tư tương đối thấp và chi phí hoạt động; và có thể xử lý từ khối lượng lớn các chất thải lỏng có chứa nồng độ tương đối thấp của một số chất có chứa một lượng lớn các hạt bụi hoặc chất lỏng có nồng độ cao của các muối không hoạt động.
Tuy nhiên trong giai đoạn tiền xử lý như là oxy hóa các chất ô nhiễm hữu cơ, phân hủy các chất khó phân giải, điều chỉnh pH, thay đổi trạng thái hóa trị hoặc điều chỉnh các loại ion, nên được áp dụng trước khi sự hình thành kết tủa để cải thiện quá trình. Hạt nhân phóng xạ có thể được loại bỏ bằng cách kết tủa hoặc hấp phụ trên các hạt có trong chất thải.
2.1.2 Phương pháp trao đổi ion/ hấp phụ:
Phương pháp trao đổi ion có ứng dụng rộng rãi để loại bỏ các phân tử phóng xạ tan từ chất thải lỏng được sản xuất trong các hoạt động chu trình nhiên liệu hạt nhân, sản xuất đồng vị phóng xạ hoặc ở các cơ sở nghiên cứu. Nó rất hiệu quả trong chuyển một lượng lớn chất phóng xạ các của một chất lỏng vào một chất rắn có khối lượng nhỏ hơn.
Quá trình trao đổi ion liên quan đến việc thay thế của các cation hoặc anion giữa mảng các chất rắn không hòa tan có chứa nhóm phân cực với một dung dịch lỏng. Khi các nhóm ion âm trao đổi với các cation và khi đó chúng được tích điện dương.Quá trình này được thưc hiện chọn lọc, cân bằng hóa học, như một quy luật và có thể đảo ngược; do đó ion trao đổi có thể được "tái sinh" và chất thải phóng xạ lỏng phục hồi với khả năng hoạt động cao hoặc nếu trao đổi trở thành "cạn kiệt", chúng sẽ được loại bỏ và xử lý như chất thải phóng xạ.
Một loạt các vật liệu có sẵn có khả năng trao đổi ion của các chất phóng xạ lỏng như là : (a) Vật liệu trong tự nhiên (đất sét, zeolit, cellulose, than, collagen) và (b) Các vật liệu tổng hợp như zeolit, gel oxit ngậm nước của kim loại hoặc các polymer có chứa một số nhóm ion (axit sulfonic, axit cacboxylic, nhóm amin, v..v).
2.1.3 Phương pháp bay hơi:
. Quá trình bốc hơi có hiệu quả khi muốn tập trung hoặc loại bỏ muối, kim loại nặng và một số các chất độc hại từ nước của chất thải và có thể giảm khối lượng lớn chất thải lỏng với các yếu tố gây độc cao. Quá trình này thường được sử dụng xử lý bậc cao, trung bình hay thấp của các dòng nhập liệu nước thải; đặc biệt là việc xử lý khối lượng nhỏ các chất thải có hoạt tính cao và có thể được thực hiện thông qua việc sử dụng các thiết bị bay hơi có sắn trên thị trường.
. Tuy nhiên, sự bay hơi có một số hạn chế lớn như sau: là chúng không thích hợp cho dòng nước thải có chứa nồng độ lớn các muối không hoạt động và rất tốn kém vì nhu cầu năng lượng lớn và sự hiện diện của một số hợp chất hữu cơ có thể gây nổ trong quá trình bay hơi.
2.2 Phương pháp chôn cất:
2.2.1 Phương pháp đưa vào không gian:
Có ba lý do thuyết phục để đưa chất thải hạt nhân vào không gian. Đầu tiên, nó rất an toàn. Thứ hai, không gian xử lý tốt hơn so với việc chôn cất dưới lòng đất. Thứ ba, cuối cùng nó có thể mở rộng cánh cửa cho việc chinh phục không gian của con
người.
Chất thải sẽ được đóng gói cẩn thận. Một tên lửa hay tàu con thoi không gian sẽ được sử dụng để đưa các chất thải đóng gói vào không gian. Có một số điểm đến cuối cùng cho chất thải đã được xem xét, bao gồm cả quỹ đạo nó vào mặt trời. Nỗi lo về chất thải hạt nhân sẽ tan biến và không thể gây hại cho con người nếu chúng ta có thể đưa chúng vào hệ mặt trời, hay “thả” vào mặt trời. Bằng cách giữ cho hệ thống khởi động trên mặt đất thay vì đặt nó trên xe, thiết kế và xây dựng các container không thể phá vỡ và sắp xếp nhiều lớp phòng ngừa rủi ro, chúng ta có thể hoạt động một cách đúng đắn và an toàn.
Tuy nhiên phương pháp xử lý chất thải này chỉ có thể thích hợp cho chất thải phóng xạ “mức thấp” (LLW) hoặc nhiên liệu đã qua sử dụng (tức là tồn tại lâu dài vật liệu phóng xạ cao là tương đối nhỏ về khối lượng). Bởi vì chi phí cao của giải pháp này và các khía cạnh an toàn liên quan với nguy cơ thất bại trong việc khởi động, giải pháp này đã bị loại bỏ.
2.2.2 Phương pháp chôn sâu trong lòng đất:
Kho lưu trữ bao gồm các đường hầm khai thác hoặc các hang động sẽ được đặt vào đó các chất thải đóng gói. Chất thải rắn đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan sâu khoan từ bề mặt tới độ sâu vài km với đường kính thường ít hơn 1 mét. Các thùng chứa chất thải sẽ được ngăn cách với nhau bởi một lớp bentonite hoặc xi măng. Các lỗ khoan sẽ không được hoàn toàn đầy các chất thải. Khoảng trên 2 km sẽ được niêm phong với các vật liệu như nhựa đường, bentonite hoặc bê tông. Việc khai quật một kho lưu trữ sâu dưới lòng đất phải sử dụng công nghệ khai thác hoặc công nghệ kĩ thuật dân dụng được giới hạn đến các địa điểm có thể (ví dụ như dưới đất hoặc gần bờ), để khai quật ổn định hợp lý và không có dòng nước ngầm lớn thì độ sâu từ 250m đến 1000m. Ở độ sâu lớn hơn 1000m, việc khai quật có thể trở nên ngày càng khó khăn nên rất tốn kém.
2.2.3 Phương pháp chôn lấp dưới biển:
Chôn cất chất thải phóng xạ trong các trầm tích đại dương sâu có thể được thực hiện bằng hai kỹ thuật khác nhau: đâm xuyên hoặc khoan lỗ. Độ sâu chôn cất các thùng chứa chất thải dưới đáy biển có thể khác nhau giữa hai kĩ thuật này. Trong trường hợp của đâm xuyên, thùng chứa chất thải có thể được đặt khoảng 50 mét vào các lớp trầm tích. Sự đâm xuyên nặng khoảng vài tấn sẽ rơi xuống nước, đủ để chôn sâu vào các lớp trầm tích.
Một khía cạnh quan trọng của việc xử lý chất thải vào các trầm tích đáy biển là chất thải được cô lập dưới đáy biển bằng độ dày của trầm tích. Năm 1986, một số sự tín hiệu khả quan trong quá trình này đã được thu thập từ các thí nghiệm được thực hiện ở độ sâu khoảng 250 mét ở vùng biển Địa Trung Hải. Các thí nghiệm chứng minh cho thấy hướng đi này được tạo ra bởi sự đâm xuyên đã bị đóng cửa và lấp đầy xung quanh các trầm tích có mật độ giống nhau không bị ảnh hưởng.
Chất thải cũng có thể được đặt bằng cách sử dụng các thiết bị khoan dựa trên các kỹ thuật được sử dụng ở vùng biển sâu trong khoảng 30 năm. Bằng phương pháp pháp này, đống chất thải đóng gói sẽ được đặt trong các lỗ khoan đến độ sâu 800 mét dưới đáy biển, với các container cao nhất khoảng 300 mét dưới đáy biển.
Ngoài ra, còn có đề xuất về 1 phương pháp công nghệ thấp – đó là niêm phong hai hoặc ba hộp đựng chất thải hạt nhân được tráng men vào lõi của một con cá ngừ khổng lồ bằng thép không rỉ. Cá ngừ này sẽ được cho vào một chiếc tàu lớn. Tại một địa điểm được xác định trước trong đại dương, nó sẽ được thả qua một bên. Quá trình lái sẽ được chính xác thông qua việc sử dụng các cánh quạt lái. Với thiết kế thủy động lực thích hợp, chúng sẽ có khả năng đạt tốc độ hợp lý. Điều này cần đủ để chôn vùi hoàn toàn trong trong bùn sâu (nên chọn những nơi có bùn mềm để dễ chôn vùi).
