Quản lý chất thải phóng xạ phát sinh trong quá trình vận hành các cơ sở hạt nhân, trong y học, công nghiệp và các lĩnh vực khác là vấn đề quan trọng liên quan đến sự phát triển của công nghệ hạt nhân và năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới. Do tính độc hại của nó, chất thải phóng xạ không thể thải trực tiếp ra môi trường. Nó phải được phân loại và xử lý trước, giảm thể tích chất phóng xạ xuống mức nhỏ nhất có thể để ổn định và sau đó lưu trữ lâu dài hoặc xử lý. Một trong những tiêu chí để phân loại rác thải là nguồn gốc xuất xứ của loại vật liệu này, lượng chất thải phóng xạ phát sinh lớn nhất trong chu trình nhiên liệu hạt nhân. Chất thải có thể là kết quả của việc cung cấp nhiên liệu (từ quá trình tinh chế và làm giàu uranium); cũng được tạo ra trong quá trình vận hành các lò phản ứng điện hạt nhân và trong quá trình tái xử lý nhiên liệu đã qua sử dụng.
Một loại chất thải khác là kết quả của việc ngừng hoạt động các cơ sở hạt nhân bao gồm các lò phản ứng điện và nghiên cứu, ngừng hoạt động các cơ sở chu trình nhiên liệu cũng như các phòng thí nghiệm và tòa nhà nơi sản xuất và sử dụng đồng vị phóng xạ. Ngoài ra còn có chất thải tổ chức phát sinh trong quá trình sản xuất đồng vị phóng xạ và sử dụng chúng trong y học, nghiên cứu, công nghiệp và nông nghiệp. Các vật liệu phóng xạ từ các ứng dụng này có chứa các hạt nhân phóng xạ cụ thể được tạo ra bởi sự chiếu xạ neutron trong các lò phản ứng hoặc máy gia tốc hạt nhân. Nhóm đặc biệt là chất thải không phát sinh từ hoạt động hạt nhân, ví dụ, được tạo ra trong quá trình xử lý nguyên liệu thô có chứa hạt nhân phóng xạ tự nhiên (sản xuất phân bón tổng hợp từ quặng phốt phát, khai thác dầu khí). Các cách phân loại khác của chất thải phóng xạ có tính đến dạng, mức độ phóng xạ, lượng hạt nhân phóng xạ tồn tại lâu dài hoặc độc tính của chúng. Theo hình thức – chất thải rắn, lỏng và khí được phân loại, theo mức độ phóng xạ – chất thải phóng xạ ở mức độ thấp, trung bình và cao được phân biệt.
Chất thải phóng xạ ở mức độ thấp và trung bình (LRW), được sản xuất tại các cơ sở hạt nhân, phòng thí nghiệm và bệnh viện, gây ra một vấn đề đặc biệt vì khối lượng lớn cũng như hàm lượng chất phóng xạ có trong các chất thải này thấp. Giai đoạn xử lý đầu tiên là cô đặc chất thải, sau đó chúng được đông cứng bằng xi măng, nhựa đường, thủy tinh hoặc bitum. Trước khi gắn xi măng, một số hạt nhân phóng xạ có thể được tách ra để tái sử dụng. Các công nghệ xử lý khác nhau dựa trên các quy trình đã thiết lập được sử dụng trong ngành công nghiệp thông thường được sử dụng trong lĩnh vực hạt nhân để xử lý chất thải phóng xạ: kết tủa hóa học, trao đổi ion, bay hơi nhiệt và chiết dung môi. Gần đây, các quy trình mới, chẳng hạn như phương pháp điện hóa và công nghệ sinh học hoặc tách màng đang trở nên phổ biến. Mục tiêu của việc xử lý chất thải phóng xạ là:
1. Nồng độ chất phóng xạ để giảm thể tích cần xử lý;
2. Khử trùng nước thải thải ra môi trường;
3. Tách các thành phần có giá trị để tái chế, ví dụ: axit boric khỏi nước làm mát, một số kim loại có giá trị hoặc có thể tái sử dụng như lanthanide hoặc Actinide có thể bị đốt cháy trong các hệ thống truyền động tăng tốc (ADS) và làm giảm tỷ lệ đồng vị tồn tại lâu dài trong chất thải chứa.
Từ quan điểm công nghệ, việc lựa chọn công nghệ xử lý phải dựa trên việc đạt được các mục tiêu này. Việc xử lý chất thải phóng xạ là cần thiết có tính đến nguy cơ tiềm ẩn của chất phóng xạ đối với sức khỏe con người và môi trường xung quanh. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp phụ thuộc vào vốn và chi phí vận hành, lượng chất thải và đặc tính của nó, mục tiêu được chỉ định của quy trình, ví dụ: giá trị của các hệ số khử nhiễm và hệ số giảm khối lượng. Thiết kế các nhà máy dựa trên màng cho ứng dụng hạt nhân gặp phải những khó khăn tương tự như việc lập kế hoạch lắp đặt cho ngành công nghiệp thông thường. Các màng được sử dụng để xử lý các dung dịch phóng xạ phải chịu sự đóng cặn và tắc nghẽn làm giảm dòng thấm, chúng cần được làm sạch định kỳ và chúng phải được thiết kế và vận hành theo cách giảm thiểu tất cả các hiện tượng bất lợi này. Tuy nhiên, hậu quả của những nhược điểm này nghiêm trọng hơn so với cách lắp đặt thông thường; sự tắc nghẽn kéo dài trong các hệ thống được sử dụng để xử lý chất thải phóng xạ có thể dẫn đến sự gia tăng phóng xạ rất lớn và có thể gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành các cơ sở hạt nhân.
Vấn đề quan trọng trong xử lý chất thải phóng xạ bằng phương pháp màng là lựa chọn loại màng phù hợp để tiếp xúc lâu dài với dung dịch phóng xạ. Màng tiếp xúc với bức xạ ion hóa có thể thay đổi đặc tính tách và thẩm thấu của nó, đặc biệt là màng làm từ polyme có thể trải qua những thay đổi cấu trúc khác nhau. Điện trở suất và độ ổn định của màng phải được kiểm tra trước khi lựa chọn màng cho ứng dụng cụ thể. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của chiếu xạ đến độ ổn định của màng được thực hiện bởi một số nhóm nghiên cứu; họ tập trung vào việc đánh giá giá trị ngưỡng cho hoạt động của màng đối với một ứng dụng cụ thể. Các vấn đề về điện trở suất có thể tránh được bằng cách sử dụng các màng vô cơ như các rào cản bằng gốm hoặc kim loại. Chúng không chỉ chịu được môi trường hóa học khắc nghiệt mà còn có thể chịu được mọi loại bức xạ: γ, β và α. Tăng cường sức đề kháng có thể đạt được bằng cách sửa đổi cấu trúc và hóa học thích hợp. Màng thương mại có thể được sửa đổi trong phòng thí nghiệm để thay đổi đặc tính thẩm thấu và phân tách của chúng. Việc sửa đổi có thể bao gồm việc kết hợp các vật liệu khác nhau, đưa vào các nhóm chức năng hoặc kết hợp các chất phụ gia vào nền màng. Các kỹ thuật xử lý khác nhau, chẳng hạn như oxy hóa hóa học, xử lý huyết tương hoặc ghép bằng bức xạ được áp dụng để đạt được các đặc tính mong muốn.
Các quy trình màng được sử dụng để xử lý chất thải phóng xạ lỏng mang lại một số lợi thế với hệ số khử nhiễm cao, giảm khối lượng lớn và tiêu thụ năng lượng thấp. Hệ thống màng rất đơn giản và có thể hoạt động ở điều kiện nhiệt độ và áp suất vừa phải. Chúng linh hoạt, dễ dàng nâng cấp và có thể kết hợp đơn giản với các phương pháp xử lý khác. Việc quản lý chất thải phóng xạ phù hợp và an toàn là cần thiết có tính đến mối nguy hiểm tiềm ẩn của chất phóng xạ đối với sức khỏe con người và môi trường xung quanh. Các công nghệ thông thường được áp dụng để xử lý chất thải phóng xạ như kết tủa kết hợp với lắng đọng, trao đổi ion và bay hơi có nhiều hạn chế.
Từ khóa: phóng xạ; quản lý chất thải; công nghệ màng;
– CMD&DND –
