Am 13. August 00 um 24:2023 Uhr Ortszeit leitete das japanische Kernkraftwerk Fukushima Daiichi nuklear kontaminiertes Wasser ins Meer ein. Dies löste weltweit große Besorgnis aus. Der chinesische Botschafter in Japan, Wu Jianghao, legte bei der japanischen Regierung einen feierlichen Protest gegen die Einleitung des durch Fukushima verseuchten Wassers ins Meer ein. Die chinesische Zollbehörde verhängte ein vollständiges Importverbot für japanische Wasserprodukte. Der südkoreanische Premierminister erklärte, Südkorea werde das Importverbot für japanische Wasserprodukte aus Fukushima unverändert aufrechterhalten.
Nukleares Abwasser ist, wie der Name schon sagt, radioaktives Abwasser. Dazu gehören hochradioaktive Abwässer, die bei nuklearen Leckagen entstehen, oder Kühlwasser, das in direktem Kontakt mit Kernbrennstoff steht. Experten sagen, dass nukleares Abwasser nicht gleich nukleares Abwasser ist. Nukleares Abwasser ist sogar noch schädlicher und enthält 64 Arten radioaktiver Substanzen, darunter auch Tritium.
Atomabwässer enthalten zahlreiche radioaktive Elemente wie Uran, Plutonium, Cäsium, Strontium, Jod und Kobalt. Einige von ihnen haben lange Halbwertszeiten, wie beispielsweise die Halbwertszeit von Uran-238 von 4.5 Milliarden Jahren und die von Plutonium-239 von 24,000 Jahren. Diese radioaktiven Elemente stellen eine ernste Gefahr für den menschlichen Körper und die Umwelt dar und können beispielsweise krebserregend, teratogen und mutagen sein. Je nach Quelle und Umständen variieren die Konzentrationen und Anteile verschiedener radioaktiver Elemente in Atomabwässern, überschreiten aber in der Regel die internationalen Standards und Sicherheitsgrenzwerte bei weitem.
Wird nukleares Abwasser ohne ordnungsgemäße Behandlung in die Umwelt eingeleitet, hat dies schwerwiegende Auswirkungen auf das Ökosystem und die menschliche Gesundheit. Radioaktive Stoffe können über Wasser, Boden, Luft und Nahrungsketten übertragen werden, was zu erhöhten Strahlendosen in Organismen führt und verschiedene Krankheiten und Genmutationen verursacht. Daher müssen die Behandlung und Entsorgung von nuklearen Abwässern strengen Sicherheitsstandards und -normen entsprechen, um mögliche Leckagen und Unfälle zu vermeiden.
Die in verschiedenen Ländern üblicherweise verwendeten Technologien zur Behandlung nuklearer Abwässer sind folgende:
- Chemische Fällungsmethode
Bei der chemischen Fällung werden das Fällungsmittel und die Spuren von Radionukliden im Abwasser gemeinsam ausgefällt. Hydroxide, Carbonate, Phosphate und andere Radionuklidverbindungen im Abwasser sind meist unlöslich und können daher während der Behandlung entfernt werden. Ziel der chemischen Behandlung ist es, die Radionuklide im Abwasser zu einem kleinen Schlammvolumen zu überführen und zu konzentrieren, sodass das abgelagerte Abwasser nur noch eine geringe Radioaktivität aufweist und die Abwassernormen erfüllt.
Die Vorteile dieser Methode liegen in den niedrigen Kosten, der guten Entfernung logarithmischer Radionuklide und der Möglichkeit, nicht radioaktive Komponenten und deren Konzentrationen sowie fluidisiertes Abwasser mit hoher Fluidisierung zu behandeln. Die eingesetzten Behandlungsanlagen und -technologien verfügen über langjährige Erfahrung.
Derzeit werden am häufigsten Fällungsmittel wie Eisensalze, Aluminiumsalze, Phosphate und Soda verwendet. Um den Koagulationsprozess zu fördern, werden Koagulationshilfsmittel wie Ton, aktivierte Kieselsäure und Polymerelektrolyte zugesetzt. Für Cäsium, Ruthenium, Jod und andere schwer zu entfernende, konzentrierte radioaktive Nuklide sollten spezielle chemische Fällungsmittel verwendet werden. Beispielsweise kann Cäsium durch Kopräzipitation von Eisen(III)- und Kupfer(III)-cyanid entfernt werden. Unlösliches Stärkexanthogenat wird zur Behandlung metallhaltiger radioaktiver Abwässer eingesetzt. Die Behandlungswirkung ist gut, die Anwendbarkeit breit gefächert, und die radioaktive Entfernungsrate liegt bei über 90 %. Es handelt sich um ein Ionenaustauscher-Flockungsmittel mit hervorragender Leistung. Da bei der Abwasserbehandlung kein Restsulfid entsteht, eignet es sich besser für die Abwasserbehandlung.
- Ionenaustauschverfahren
Viele Radionuklide werden in Wasser ionisiert, insbesondere in radioaktivem Abwasser nach chemischer Fällung. Durch die Entfernung suspendierter und kolloidaler Radionuklide verbleiben nahezu ionische Spezies, die meisten davon Kationen. Da Radionuklide in Wasser nur in geringen Mengen vorhanden sind, eignen sie sich sehr gut für die Ionenaustauschbehandlung. Ohne Störungen durch nicht radioaktive Ionen kann der Ionenaustausch über lange Zeit effektiv funktionieren. Die meisten Kationenaustauscherharze verfügen über eine hohe Entfernungskapazität und eine große Austauschkapazität für radioaktives Strontium. Phenolische Kationenharze können radioaktives Cäsium effektiv entfernen, während mikroporöse Kationenharze nicht nur radioaktive Kationen, sondern auch Zirkonium, Niob und Kobalt in Form von Kolloiden sowie Ruthenium in Form von Komplexen durch Adsorption entfernen können. Dieses Gesetz hat jedoch eine entscheidende Schwäche. Bei hohem Gehalt an radioaktiven Nukliden oder nicht radioaktiven Ionen in der Abwasserflüssigkeit penetriert das Harzbett schnell und wird unbrauchbar. Normalerweise wird das zur Behandlung radioaktiver Abwässer verwendete Harz nicht regeneriert. Wenn es also versagt, sollte es sofort ersetzt werden.
Das Ionenaustauschverfahren verwendet Ionenaustauscherharz, das sich für Abwasser mit geringem Salzgehalt eignet. Bei hohem Salzgehalt sind die Kosten der Behandlung mit Ionenaustauscherharz höher als die des selektiven Verfahrens. Dies liegt hauptsächlich an der geringen Selektivität des Harzes, die stark mit Radionukliden korreliert. Bei der Reinigung radioaktiver Abwässer kann der Einsatz von Elektrodialyse die Nutzungseffizienz des Ionenaustauschverfahrens erhöhen.
- Adsorptionsmethode
Adsorption ist eine effektive Methode zur Entfernung von Schwermetallionen aus Wasser. Dabei werden poröse Feststoffe verwendet, um Schwermetallionen zu adsorbieren und zu entfernen. Der Schlüssel zur Adsorption liegt in der Wahl des Adsorbens. Häufig verwendete Adsorbentien sind Aktivkohle, Zeolith, Kaolin, Bentonit und Ton. Zeolith ist günstig, sicher und leicht erhältlich. Im Vergleich zu anderen anorganischen Adsorbentien verfügt Zeolith über eine höhere Adsorptionskapazität und eine bessere Reinigungswirkung. Die Reinigungsleistung von Zeolith ist zehnmal höher als die anderer anorganischer Adsorbentien, weshalb es ein sehr wettbewerbsfähiges Mittel zur Wasseraufbereitung ist. Es wird häufig als Adsorbent in Wasseraufbereitungsprozessen eingesetzt und fungiert zudem als Ionenaustauscher und Filtermittel.
Aktivkohle verfügt über ein starkes Adsorptionsvermögen und eine hohe Entfernungsrate. Allerdings ist ihre Regenerationseffizienz gering, und die Wasserqualität des behandelten Wassers erfüllt die Anforderungen für eine Wiederverwendung kaum. Aktivkohle ist teuer und ihre Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. In den letzten Jahren wurden schrittweise verschiedene Adsorptionsmaterialien mit hoher Adsorptionskapazität entwickelt. Studien haben gezeigt, dass Chitosan und seine Derivate gute Adsorbentien für Schwermetallionen sind. Nach der Vernetzung kann Chitosanharz ohne nennenswerte Verringerung der Adsorptionskapazität mehrfach wiederverwendet werden. Die Verwendung von modifiziertem Sepiolith zur Behandlung von Schwermetallabwässern weist eine gute Adsorptionskapazität für Co und Ag auf, und der Schwermetallgehalt im behandelten Abwasser liegt deutlich unter dem Standard für allgemeine Abwassereinleitungen.
- Verdampfung und Konzentration
Das Verdampfungskonzentrationsverfahren zeichnet sich durch einen hohen Konzentrations- und Reinigungsfaktor aus und wird hauptsächlich zur Behandlung von mittel- und hochradioaktivem Abwasser eingesetzt. Das Funktionsprinzip des Verdampfungsverfahrens ist: Das radioaktive Abwasser wird einer Verdampfungsvorrichtung zugeführt, während gleichzeitig Heizdampf eingeleitet wird, um das Wasser zu verdampfen. Die Radionuklide verbleiben dabei im Wasser. Das beim Verdampfungsprozess entstehende Kondenswasser wird abgeleitet oder wiederverwendet, und die konzentrierte Flüssigkeit wird weiter verfestigt. Das Verdampfungskonzentrationsverfahren eignet sich nicht zur Behandlung von Abwasser, das flüchtige Nuklide enthält und leicht schäumt. Es verbraucht viel Wärmeenergie und verursacht hohe Betriebskosten. Gleichzeitig müssen potenzielle Gefahren wie Korrosion, Ablagerungen und Explosionen bei Planung und Betrieb berücksichtigt werden. Um die Dampfnutzung zu verbessern und die Betriebskosten zu senken, haben die Länder keine Mühen gescheut, neue Verdampfer zu entwickeln. So haben beispielsweise Dampfkompressionsverdampfer, Dünnschichtverdampfer, Vakuumverdampfer und andere neue Verdampfer bemerkenswerte Ergebnisse erzielt.
- Membrantrennungstechnologie
Die Membrantechnologie ist eine relativ effiziente, wirtschaftliche und zuverlässige Methode zur Behandlung radioaktiver Abwässer. Da die Membrantrenntechnologie eine gute Abwasserqualität, keinen Phasenwechsel der Materialien und einen geringen Energieverbrauch aufweist, wird sie intensiv erforscht.
Im Ausland werden folgende Membrantechnologien eingesetzt: Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration , wasserlösliche Polymer-Membranfiltration, Umkehrosmose (RO), Elektrodialyse, Membrandestillation, elektrochemischer Ionenaustausch, Flüssigmembran, Ferrit-Adsorptionsfiltration, Membrantrennverfahren und Anionenaustauscherpapiermembranen sowie andere Methoden.
Melaminschaum ist ein stabiles, dreidimensionales organisches Filtersubstrat im Nanomaßstab mit einer Porengröße von bis zu 1 nm, einer Porenkapazität von bis zu 0.297 cm³/g und einer Porenöffnungsrate von bis zu 98 %. Es ermöglicht eine effiziente Adsorption und Filtration von nuklearen Abwässern, selbst bei Zugabe der meisten Arten von Adsorbentien.
- Biologische Behandlung
Zu den biologischen Behandlungsmethoden zählen Phytoremediation und mikrobielle Verfahren. Phytoremediation bezeichnet eine neue In-situ-Behandlungstechnologie, bei der Grünpflanzen und ihre in der Rhizosphäre heimischen Mikroorganismen gemeinsam Schadstoffe aus der Umwelt entfernen.
Aus den vorliegenden Forschungsergebnissen geht hervor, dass die anwendbaren Bioremediationstechnologien hauptsächlich die Pflanzenkläranlagentechnologie, die Rhizosphärenfiltrationstechnologie, die Pflanzenextraktionstechnologie, die Pflanzenverfestigungstechnologie und die Pflanzenverdampfungstechnologie umfassen. Die Testergebnisse zeigen, dass fast das gesamte Uran im Gewässer in den Wurzeln der Pflanzen angereichert werden kann.
Die mikrobiologische Behandlung schwach radioaktiver Abwässer ist eine neue Technologie, deren Erforschung bereits in den 1960er Jahren begann. Es gibt im In- und Ausland einige Studien zur Entfernung von Uran aus radioaktiven Abwässern mit dieser Methode, die meisten davon befinden sich jedoch derzeit im experimentellen Forschungsstadium.
Mit der Entwicklung der Biotechnologie und der eingehenden Untersuchung der Wechselwirkungsmechanismen zwischen Mikroorganismen und Metallen erkannte man allmählich, dass der Einsatz von Mikroorganismen zur Behandlung radioaktiver Abwässer eine vielversprechende Methode darstellt. Mikrobielle Zellen werden als biologische Behandlungsmittel eingesetzt, um Radionuklide wie Uran in wässriger Lösung zu absorbieren, anzureichern und zurückzugewinnen. Dies ist hocheffizient, kostengünstig und energiesparend. Darüber hinaus entstehen keine sekundären Schadstoffe, wodurch das Reduktionsziel radioaktiver Abfälle erreicht und günstige Bedingungen für die Regeneration oder geologische Entsorgung von Nukliden geschaffen werden können.
- Magneto-Molekül-Methode
Das US-amerikanische Electric Power Research Institute (EPRI) hat die Mag-Mole-Clue-Methode entwickelt, um die Menge radioaktiver Abfälle wie Strontium, Cäsium und Kobalt zu reduzieren. Die Methode basiert auf einem Protein namens Ferritin, das so modifiziert wurde, dass es mithilfe magnetischer Moleküle gezielt Schadstoffe bindet. Diese werden dann mithilfe von Magneten aus der Lösung entfernt. Die gebundenen Metalle werden anschließend durch Rückspülen des magnetischen Filterbetts zurückgewonnen. Ferritin ist ein hochkonserviertes, multifunktionales Mehreinheitenprotein, das häufig in lebenden Organismen vorkommt und die besondere Eigenschaft besitzt, gegenüber verdünnten Säuren (pH < 2.0), verdünnten Basen (pH = 12.0) und höheren Temperaturen (invariant gegenüber 70–75 °C Wassertemperatur) beständig zu sein. Mit der Vertiefung der Ferritinforschung wurden große Fortschritte bei der Untersuchung neuer Funktionen in vitro unter Nutzung des Nanoraums seiner Proteinhülle erzielt. In-vitro-Studien haben gezeigt, dass Ferritin die Fähigkeit besitzt, Schwermetallionen in vitro zu speichern. Darüber hinaus konzentrierten sich frühere Studien auf den Mechanismus der Eisenspeicherung und -freisetzung aus Ferritin, wobei andere Schwermetallionen als Sonden dienten, die mit Eisenionen konkurrieren. Neuere Studien haben hingegen gezeigt, dass diese Eigenschaft von Ferritin, Metallionen zu binden und gegen Umkehrung resistent zu sein, genutzt werden kann, um einen Ferritinreaktor zu konstruieren und ihn im Feld zur kontinuierlichen Überwachung des Kontaminationsgrades von fließendem Wasser mit Schwermetallionen einzusetzen. Unter bestimmten Bedingungen in vitro gelang es, einige Metallkerne, wie FeS-Kerne, CdS-Kerne, Mn3O4-Kerne, magnetische Fe3O4-Eisenkerne und Urankerne aus radioaktiven Materialien, erfolgreich in den Nanoraum der Ferritin-Proteinhüllen zu integrieren.
- Inerte Aushärtungsmethode
Die Pennsylvania State University und das Savannah River National Laboratory haben ein neues Verfahren entwickelt, um schwach radioaktive Abfallflüssigkeiten zu verfestigen und so sicher zu entsorgen. Das neue Verfahren nutzt ein Niedertemperatur-Koagulationsverfahren (< 90 °C), um hochalkalische, schwach radioaktive Abfallflüssigkeiten zu stabilisieren, also in einen inerten, erstarrten Körper umzuwandeln. Die Wissenschaftler bezeichneten den fertigen, ausgehärteten Körper als „Hydrokeramik“ (eine schrühgebrannte, poröse Keramik). Der erstarrte Körper sei sehr hart, stabil und langlebig und könne Radionuklide in seiner Zeolithstruktur fixieren. Dieser Aufbereitungsprozess ähnelt der Gesteinsbildung in der Natur.
- Nullwertige Eisenperkolationsreaktionswandtechnologie
Die durchlässige reaktive Barriere (PRB) ist eine in Industrieländern wie Europa und den USA entwickelte Methode zur In-situ-Entfernung von Schadstoffbestandteilen aus verschmutztem Grundwasser. PRBs werden üblicherweise in unterirdischen Grundwasserleitern senkrecht zur Fließrichtung des Grundwassers installiert. Fließt das verschmutzte Grundwasser aufgrund seines eigenen hydraulischen Gefälles durch die Reaktionswand, werden die Schadstoffe durch physikalische und chemische Reaktionen mit den Reaktionsmaterialien in der Wand entfernt, um die Verschmutzung zu beseitigen.
Es handelt sich um eine passive Sanierungstechnik, die wenig Wartung erfordert und kostengünstig ist. Als wichtiger Zweig der PRB-Technologie wurde die Fe0-PRB-Technologie in vielen Ländern und in vielen Bereichen der Grundwasserbehandlung erforscht und weiterentwickelt. Die Untersuchung des Reaktionsmechanismus, der Struktur und Installation von PRBs sowie die Erforschung neuer aktiver Materialien haben ermutigende Ergebnisse erzielt. Chinesische Wissenschaftler haben begonnen, die aktive Perkolationswandtechnologie mit nullwertigem Eisen zur Sanierung (Behandlung) radioaktiver Abwässer aus Uranrückständen zu untersuchen, und die aktuelle Forschung hat zu einigen Ergebnissen geführt.
Weitere Informationen zu den Melaminschaum-Nanofiltrationsprodukten von SINOYQX erhalten Sie unter [email protected] oder telefonisch unter +86-28-8411-1861.
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