Việc ứng dụng rộng rãi năng lượng hạt nhân đã đẩy vấn đề ô nhiễm phóng xạ trở thành chủ đề nóng hiện nay trên toàn thế giới. Các quốc gia phát triển sử dụng hạt nhân là nguồn năng lượng đóng vai trò không thể thiếu đã và đang dồn nguồn lực nghiên cứu xử lý nước thải phóng xạ. Các phương pháp xử lý nước thải phóng xạ hiệu quả đã trở thành vấn đề cấp thiết nhất trong quá trình phát triển công nghệ hạt nhân.
Nhiên liệu hóa thạch không thể tái tạo và các nguồn năng lượng tái tạo có sẵn lại hạn chế, nên năng lượng hạt nhân ngày càng nhận được sự chú ý như một nguồn năng lượng thay thế thiết yếu. Với sự phát triển của các nhà máy điện hạt nhân mới trên toàn thế giới, một lượng lớn chất thải phóng xạ, bao gồm cả nước thải, được tạo ra thông qua nhiều hoạt động khác nhau. Nước thải phóng xạ tạo ra trong quá trình vận hành các lò phản ứng hạt nhân và ứng dụng đồng vị phóng xạ trong các cơ sở bức xạ và hạt nhân. Thành phần hóa học và mức độ phóng xạ của chất thải được tạo ra phụ thuộc vào từng loại hoạt động thực hiện. Các hạt nhân phóng xạ hòa tan có tính di động trong môi trường tự nhiên. Chúng có thể xâm nhập vào môi trường nước, như sông và nước ngầm, nếu không được xử lý thích hợp. Điều này làm tăng nguy cơ con người tiếp xúc với các hạt nhân phóng xạ. Do đó, nước thải phóng xạ không qua xử lý, thải ra môi trường bên ngoài sẽ gây hại cho con người và thiên nhiên.
Để đảm bảo sự phát triển bền vững của năng lượng hạt nhân, cần phải tái xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng, thu hồi các hạt nhân hữu ích và tăng cường sử dụng tài nguyên urani. Mặt khác, việc xử lý sẽ có thể làm giảm khối lượng chất thải phóng xạ, độ phóng xạ và độc tính lâu dài của chất thải phóng xạ. Chu trình nhiên liệu U-Pu chủ yếu dựa vào quy trình PUREX cổ điển. Đó là một quá trình hóa học sử dụng tributyl photphat để tạo ra các khả năng chiết khác nhau đối với uranium, plutonium và các sản phẩm phân hạch khác nhằm thực hiện việc tách và thu hồi các sản phẩm U và Pu. Quy trình PUREX đầu tiên là quá trình hòa tan thành phần nhiên liệu. Sau khi điều chỉnh nồng độ, điều chỉnh axit và các quy trình tiếp theo được thực hiện để thu được vật liệu cần chiết và tách, quá trình khử nhiễm đồng chiết, tách uranium và plutonium và chiết ngược. Sau đó, thu được dung dịch sản phẩm uranium và plutonium, cuối cùng thu được sản phẩm rắn thông qua quá trình tinh chế và biến đổi.
Quy trình PUREX
Trao đổi ion
Trao đổi ion là công nghệ sử dụng các ion trên thiết bị trao đổi ion để trao đổi một số ion nhất định trong dung dịch loãng nhằm đạt được mục đích tách và chiết một số ion cụ thể. Phương pháp này thường thích hợp để xử lý chất thải lỏng có hàm lượng muối thấp. Trong quá trình xử lý, chất thải phóng xạ ở mức độ thấp trải qua quá trình keo tụ và xử lý lắng. Vì hầu hết các hạt và chất keo được loại bỏ sau khi xử lý trước, nên lượng ion còn lại trong dung dịch thích hợp để xử lý bằng bộ trao đổi ion. Theo loại vật liệu, chất trao đổi ion có thể được chia thành hai loại: nhựa và vật liệu vô cơ. Trong nghiên cứu ban đầu, các chất trao đổi ion dựa trên nhựa đã nhận được nhiều sự chú ý hơn. Bhattacharyya và cộng sự đã nghiên cứu đặc tính hấp phụ của Th và U trên nhựa trao đổi cation (Dowex50) thông qua các thí nghiệm theo mẻ. Kết quả cho thấy Th có lực liên kết với nhựa mạnh hơn U. U có thể rửa giải khi nồng độ HNO3 nằm trong khoảng từ 1 đến 2 mol.L−1, trong khi Th cần rửa giải ở nồng độ HNO3 cao hơn ( >6 mol). Nó cho thấy loại nhựa này có thể được sử dụng để tách U khỏi Th tùy theo sự khác biệt về độ axit rửa giải. Nur và cộng sự đã tổng hợp nhựa polycondensation resorcinol-formaldehyde để tách Sr. Kết quả cho thấy khi độ pH là 7,5–8,5, khả năng trao đổi ion của Sr cao tới 2,28 meq·g−1.
(A) Thiết bị xử lý nước thải quy trình trao đổi ion; (B) Độ chọn lọc trao đổi ion Cs+ được tăng cường nhờ zeolit bọc lưu huỳnh; (C) thay đổi hệ số phân phối (Kd) và hiệu suất loại bỏ sau khi nạp lưu huỳnh.
Kết tủa hóa học
Kết tủa hóa học là công nghệ làm giảm hoạt độ riêng của nước thải phóng xạ bằng cách kết tủa đồng thời chất kết tủa và hạt nhân phóng xạ trong chất thải lỏng, từ đó tinh chế. Do phương pháp này có ưu điểm là quy trình đơn giản, chi phí thấp, phạm vi ứng dụng rộng rãi nên thời kỳ đầu nó thường được sử dụng để xử lý nước thải phóng xạ. Các chất kết tủa thường được sử dụng bao gồm muối nhôm, phốt phát, muối sắt, soda, v.v. Bởi vì hầu hết cacbonat, phốt phát và hydroxit của hạt nhân phóng xạ trong nước thải không dễ hòa tan trong nước nên chúng có thể được loại bỏ sau khi kết tủa. Độ pH của dung dịch, tốc độ khuấy và thời gian khuấy cũng như lượng chất kết tủa đều sẽ ảnh hưởng đến hiệu ứng kết tủa. Để tăng cường hiệu quả đông tụ, có thể thêm đất sét, SiO2 hoạt tính, chất điện phân polyme và các chất đông tụ khác. Các chất kết tủa thông thường gặp khó khăn trong việc loại bỏ đồng thời Caesium, ruthenium, iốt và các hạt nhân phóng xạ khác và cần phải có một số chất kết tủa đặc biệt hoặc các phương pháp khác. Ví dụ, clorua dạng đồng có thể được sử dụng để kết tủa chất phóng xạ I−, chất này tương tác với I− để tạo thành kết tủa. Trong điều kiện nồng độ clorua dạng đồng là 150 mg·L−1, phản ứng chỉ mất 15 phút và tốc độ loại bỏ I− với nồng độ ban đầu từ 5,0 đến 40,0 mg·L−1 là 95,8%. Tuy nhiên, các chất kết tủa truyền thống gặp khó khăn trong việc loại bỏ 137C trong chất lỏng thải. Rogers và cộng sự đã phát triển một phương pháp kết tủa pha loãng đồng vị mới để loại bỏ chất phóng xạ Caesium khỏi nước thải nồng độ thấp bằng cách đưa 133C không phóng xạ vào chất lỏng thải. Sự gia tăng Caesium ổn định được sử dụng để tăng tổng nồng độ Caesium, sau đó natri tetraphenylborat được sử dụng làm chất kết tủa để đạt được mục đích loại bỏ một lượng rất nhỏ 137C khỏi nước thải. Kết quả thực nghiệm cho thấy hoạt độ cuối cùng của 137C có thể được giảm xuống theo tiêu chuẩn 3,0 × 10−6 Ci·mL−1 của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, giúp nước thải có thể xả trực tiếp vào cống rãnh hoặc các phương pháp xử lý tương tự. Quá trình này không nhạy cảm với độ pH và thời gian trộn. Tuy nhiên, khi xác định liều lượng chất kết tủa ban đầu phải xem xét ảnh hưởng của ion kali cạnh tranh. Quá trình này đơn giản, trực tiếp và có thể được sử dụng làm công nghệ xử lý chất thải phóng xạ nồng độ thấp chứa Caesium.
Loại bỏ Sr2+ thông qua quy trình HPC-MF
Tách Màng
Tách màng là phương pháp có khả năng phân tách chọn lọc và tính chọn lọc của nó có thể đạt được sự phân tách, tinh chế, cô đặc và các mục đích khác. Theo đường kính lỗ rỗng khác nhau, màng có thể được chia thành nhiều loại, chẳng hạn như thẩm thấu ngược, siêu lọc, lọc nano và vi lọc. Do ưu điểm là tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường, hiệu quả cao, kinh tế và dễ kiểm soát nên nó được sử dụng rộng rãi trong thực phẩm, thủy luyện, năng lượng, xử lý nước thải, v.v. Do cấu trúc và hiệu suất độc đáo của màng phân tách, công nghệ màng đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước. Nó được sử dụng trong quá trình khử mặn nước biển và chuẩn bị nước tinh khiết ở giai đoạn đầu. Sau này, với sự phát triển không ngừng của công nghệ, nó cũng được ứng dụng và nghiên cứu rộng rãi trong xử lý chất thải phóng xạ. Quá trình màng dùng để xử lý chất thải phóng xạ có ưu điểm là hệ số tinh chế cao, thể tích nồng độ lớn, tiêu thụ năng lượng thấp, hệ thống đơn giản, vận hành linh hoạt và kết hợp dễ dàng. Nó có thể được lựa chọn theo thành phần của chất thải phóng xạ, trạng thái của dung dịch và loại màng phân tách.
Công nghệ bay hơi
Để xử lý và thải bỏ chất thải phóng xạ, công nghệ bay hơi thường được sử dụng để cô đặc nó. Nguyên lý làm việc cơ bản là đưa chất thải phóng xạ vào thiết bị bay hơi và làm nóng bằng lò sưởi điện hoặc đưa hơi nước gia nhiệt vào. Nước trong chất lỏng thải được đun nóng để bay hơi tạo thành hơi nước, sau đó được làm lạnh bằng hệ thống ngưng tụ để tạo thành nước ngưng tụ. Sau khi vượt qua thử nghiệm, nó được thải ra hoặc tái sử dụng, trong khi các hạt nhân phóng xạ không bay hơi vẫn còn trong nước, được cô đặc và thải ra, sau đó trải qua quá trình xử lý hóa rắn tiếp theo. Công nghệ bay hơi là phương pháp đã được chứng minh có thể làm giảm đáng kể lượng nước thải phóng xạ. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong xử lý chất lỏng phóng xạ, đặc biệt đối với chất thải có nồng độ tương đối cao và hầu như không có hạt nhân phóng xạ dễ bay hơi. Nó có hệ số thanh lọc và ưu điểm là hiệu ứng giảm khối lượng lớn, tính linh hoạt cao, phạm vi ứng dụng rộng rãi và khả năng kết hợp với nhiều công nghệ khác nhau. Đồng thời, phương pháp này không cần sử dụng chất phụ gia và không gây ô nhiễm thứ cấp.
Từ khóa: bức xạ; chất thải phóng xạ; công nghệ hạt nhân;
– CMD&DND –
