Table of Contents
The Unprecedented Scale of Wastewater Contamination at Fukushima
إن الفشل الكارثي في محطة الطاقة النووية في تي بي سي في فوكوشيما دايشي في آذار/مارس 2011 قد أطلق كميات كبيرة من المواد المشعة، ولتثبيت النواة المضرورة للمفاعلات التي لا تزال تحتوي على حطام وقود مُستنقع، فإن المشغلين يُحرقون باستمرار مياهاً مبردة، وقد أحدثت هذه العملية أكثر من 1.3 مليون متر مكعب من المياه الملوثة بشدة، مخزنة في أكثر من 000 1 خزان في الموقع.
ويعرض تراكم هذه المياه أزمة تخزين شديدة، حيث تكبر الصهاريج وتتأثر بالزلازل وأمواج التسونامي في المنطقة النشطة من الناحية الزلزالية، وتستمر عمليات الاقتحام التي تُقدَّر حالياً بـ 100 إلى 200 متر مكعب في اليوم في توسُّع حجمها على الرغم من الحواجز المُعدَّلة مثل جدران التربة المجمَّدة ونظم التدرُّب الفرعية، كما أن هذه التدفقات لا تتطلَّب إلاَّب على تكنولوجيات لإزالة التلوث التي لا تُ كثيراً من حيث إنها تُتْ.
أساليب المعاملة التقليدية والحدود المستمرة لها
وقد استندت الاستجابات الأولية لحالات الطوارئ إلى التكنولوجيات الثابتة، حيث أزالت التهطال الكيميائي باستخدام أملاح الباريوم، بينما استهدفت مادة الاسترونتيوم المركب من الهيدروكسيدات الحديدية، واستولت على مجموعة من المقالات، وكانت النظم المكرومة مثل وحدات كوريون وسارريو تركز تحديدا على إزالة الأسمدة، وتم بعد ذلك نشر عمود التسلسل المتطور للسائل المحتوي على مواد كيميائية.
وتصبح راتنجات صرف الأيونيات المستنفدة والحمأة المتسربة نفايات مشعة عالية المستوى، وتتطلب ترسيخا قويا وتخزينا طويل الأجل، وتمر تريتيوم، الموجود كجزيء من طراز HTO، من خلال كل حاجز تقليدي لأن سلوكه الكيميائي يكاد يكون مطابقا للمياه العادية، وتحتاج العمليات التي تستهلك كميات كبيرة من المواد الكيمائية والطاقة، إلى اهتمام مستمر من المشغلين، وتعاني من الإغراقة، وهذه القيود تجعل المعالجة التقليدية أكثر تكلفة وصعوبة.
التكنولوجيات التالية لتطهير التلوث
نظم تصويب ميمبران المتقدمة
١-٣ تطورت تكنولوجيا الميمبرون إلى ما يتجاوز الظاهر العكسي البسيط، إذ إن عوامل التحلل الحديثة من الفلم البسيط من أكسيد الغرامات والرسمية قد صممت بدقة شديدة بحيث تميز بين النظائر، كما أن مكامن الترميم المحتوية على ثلاثية الرش، يمكن أن تحتفظ بصورة انتقائية بالسموم والسترونيوم العالي، مع السماح بمرورات المياه المتطاولة من ثلاثي.
تقدمت أجهزة البوليمر المطبعة بشكل مقطعي خطوة أخرى، عن طريق إنشاء مكافآت ذات شكل نموذجي تضاهي الأويون المستهدفة، تحقق هذه الأجهزة الانتقائية القصوى حتى في مصفوفات كيميائية معقدة، وهي تعمل في درجات حرارة عالية مع انخفاض المجرى، مما يجعلها مثالية لفصل مستمر بين النويدات المتعددة، وعندما تقترن بفحص سريع لأشعة الشمس، فإن هذه النظم يمكن أن تضبط تلقائياً معدل التدفقات
العلاج الكيميائي الكهربي والتأثير المتقدم
وتتحول التكنولوجيات الكيمائية الإلكترونية إلى أنواع مشعة مباشرة في واجهات الكهروود، وتتجنب المواد الكيميائية القابلة للاستهلاك، وتستخدم إزالة الكهرمائية التي تستخدم كهروود الكربون الخبيثة التي تُحمّل أونصاراً عند تطبيق كمية منخفضة من الفولط، وعكست الحجم المحتمل للإطلاقات إلى تدفق نفايات مركزة للترسيب، وقد طور الباحثون في جامعة طوكيو نفايات كربونية الاصطناعية الاصطناعية.
وتستغل عمليات التسمم بالكهرباء المولدة عن مفارقات هيدروكسيل التي تولدت على أساس الفول السوداني للماس لتعدين مركبات عضوية يمكن أن تتجمع مع النويدات المشعة، وتحسن كفاءة الفصل في المجرى السفلي، وتدمج الخلايا الكهروكيميائية المحمولة، وبعضها يختبر ميدانيا بالفعل في موقع فوكوشيما، وتسمح بمعاملة لا مركزية بالقرب من المصدر، وتخفض مخاطر النقل.
استراتيجيات المعالجة البيولوجية والتنويع المغناطيسي
(ب) توفر الكائنات الحية مجموعة أدوات رائعة لاستخلاص النظائر المشعة، وبعض الميكروالغايات، مثل ] الكلوريلا ، وهي عادة ما تلتقط السيزيوم وستيرونتيوم عن طريق البوتاسيوم وممرات نقل الكالسيوم، عن طريق هندسة هذه الطحالب إلى بروتينات متعددة المعادن مثل البنيوتينات الثابتة باستمرار.
(أ) المعالجة المغناطيسية باستخدام محطات سريعة النمو مثل زهور الشمس وهيوجين المياه تم اختبارها في إصلاح التربة في فوكوشيما، ويجري استكشاف النظم الهيدرولوبية الخاضعة للرقابة لتخزين النويدات المشعة المتبقية من البراميل السائلة، وفي حين أن هذه النظم أبطأ من الأساليب الكيميائية المادية، فإن حلقات المعالجة البيولوجية المتكاملة يمكن أن تكون بمثابة مرحلة نهائية للتخدير، مما يقلل من العبء السامة قبل التصريف.
مواد تبادل المعلومات
وقد شهد العقد الماضي ثورة في المواد الإباحية المتعلقة باحتراق النويدات المشعة، وقد استخدمت المواد غير العضوية مثل البوليلينات الفوقية والزيوليات منذ فترة طويلة، ولكن الانتقائية في الأطر المركبة للنحاس الفلزي قد دفعت إلى تسجيل مستوياتها، فعلى سبيل المثال، يمكن للمورفلورية التي تتخذ من النحاس أن تضخ كميات كبيرة من الأسمنتات في إطار وجودها المصمم من النافوس.
وقد أظهرت المواد المشابهة التي تم تركيبها مؤخراً، بما في ذلك الجسيمات المغنطية المختلطة بالأغلة الانتقائية، إمكانية الإمساك السريع بالناويدات المشعة والفصل المغنطيسي لها، وتبسيط خطوة الفصل بين السائل الصلب، وقد أظهرت مركبات أكسيد الكبريت التي تعمل بمجموعات من الصبغة البلاستيكية، وجود كميات استثنائية من اليورانيوم والندوب، بينما تضخم الهيدروك المزدوج في نفس الوقت.
التدريبات العلاجية المختلطة والمتكاملة
ولا يمكن لأي تكنولوجيا واحدة أن تعالج بفعالية الكوكتيل المعقد لمياه فوكوشيما المستعملة، وينتقل توافق الآراء إلى " قطارات المعالجة " التي تجمع بين العمليات التكميلية في التسلسل، وقد يبدأ قطار متقدم نموذجي بتأليف الكمبراني لإزالة الكولويدات وقطع الصلب، ويعقبه عمود من المواد الاستهلاكية المتعددة الأطراف للسيوم والسترونتيوم، وخلية كهروكيميائية بالنسبة للمجموعات المتبقية من المعادن الثقيلة.
كما أن نهج نظام النظم هذا ييسر استعادة الحرارة وإعادة تدوير المياه والانتقال التدريجي من النفايات إلى موارد قيمة، بينما حققت التوائم الرقمية - البديهة - نماذج معامل المعالجة التي تدفعها شركات الاستشعار الحية - المزودة بمقياس بيانات لتحفيز التعديلات والتنبؤ بالأداء في ظروف مؤثرة مختلفة، وقد أظهرت النباتات الرائدة التي شُيدت بالتعاون بين شركة TEPCO وJAEA وشركاء دوليون أن نسبة 99 في المائة من محطات التدريب على النفايات يمكن أن تحققها
الاعتبارات البيئية والمتعلقة بالسلامة
ولا يلغي التطهير المتقدم من التلوث الحاجة إلى إدارة ثانوية قوية للنفايات، إذ يجب تثبيت الملاءمات المتسربة والرنين المركز والمخلفات البيولوجية في مصفوفات مثل الأسمنت، أو البوليمرات الأرضية، أو النماذج المزدوجة قبل التخزين المؤقت، ويجب أن يشكل اختيار المواد والعمليات الدقيقة نوع وتركيب النويدات المشعة، وتوليد الحرارة، وسلوك الرش الطويل الأجل في إطار مرفق التخلص الجيولوجي.
الرصد البيئي حول موقع فوكوشيما مستمر، مع شبكات آبار المياه الجوفية، ومحطات أخذ العينات في المحيطات، والدراسات الاستقصائية للإشعاع المحمول جواً، وقد بدأ إطلاق المياه المعالجة بجهاز البوليسترال في عام 2023 تحت إشراف الوكالة الدولية للطاقة الذرية، حيث تضاءلت تركيزات ثلاثية السائل إلى 1/7 من المبادئ التوجيهية لمنظمة الصحة العالمية بشأن مياه الشرب قبل التصريف، ولا يزال التصور العام حساساً، ويُسهم في تبادل البيانات وإشراك أصحاب المصلحة المحليين في برامج الرصد، هما مفتاح تحقيق الامتثال للتصريف.
نظام البوليسترال والارتقاء المستمر
ويظل نظام تجهيز السائل المتقدم، الذي بدأ تشغيله منذ عام 2013، هو مجموعة عمل إزالة التلوث في فوكوشيما، ويستخدم طوابير متعددة من الجرعات الكيميائية واستيعابها لإزالة 62 نويدة إذاعية، باستثناء ملحوظ من ثلاثي الأطراف، وعلى مر السنين، تحسنت درجة الموثوقية: الاستعاضة عن أعمدة قياسات الارتداد الافتراضية الأصلية بوساطة أعلى من القدرة، إضافة إلى تحديث مواصفات أكثر قوة على الإنترنت.
وقد قامت شركة TEPCO وشركاؤها في مجال البحوث باختبار وحدة نموذجية لفصل ثلاثي الأطراف، على أساس عملية التخصيب الكهربائي المشترك والتبادل الحفاز، مما يستغل الفرق الطفيف بين الجزيئات الثلاثية والمائية العادية خلال عملية التحلل الكهربائي والتراكم الحراري، وفي حين أن مرحلة الفصل متواضعة، فإن أكاديميات متعددة المراحل يمكن أن تركز على التريبات في الحجم الصغير.
مسارات البحث والابتكار في المستقبل
ومن المتوقع أن تمتد فترة التوقف عن تشغيل فوكوشيما دايتشي من 30 إلى 40 سنة، حيث يجب أن تعمل المعالجة المائية بموثوقية قريبة من مستوى الميول، وهناك عدة ناقلات بحثية حاسمة، أولا، تتطلب إدارة ثلاثية الأبعاد انجازات في أجهزة التبديل التحفيزية أو التفكيكات الخفية التي يمكن أن تحقق القفز الصناعي دون تكلفة طاقة مفرطة، وثانيا، ستؤدي نظم المعالجة الآلية والمدارة عن بعد إلى التقليل من جرعة العامل.
ويجري تطبيق الاستخبارات الفنية والتعلم الآلي للتنبؤ بالفترة الزمنية المتوقعة، وتحقيق الحد الأمثل من دورات التجديد، واكتشاف حالات الفشل في المعدات الاستهلالية، مما يؤدي إلى تجنب حدوث انقطاع غير مخطط له وتدفقات ثانوية للنفايات، وثالثا، يعجل التعاون الدولي في إطار الوكالة الدولية للطاقة الذرية ووكالة الطاقة النووية التابعة لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي بنقل الاكتشافات على نطاق مختبري إلى نماذج أولية للتخلص من الأعباء الإشعاعية ذات التأثير المنخفض.
برامج ممولة تمويلاً عاماً، بما في ذلك مشروع تحديد خصائص المياه المعالجة بآلات متعددة الأبعاد في اليابان و بعثات استعراض الوكالة الدولية للطاقة الذرية ] تنشر باستمرار النتائج التي تسترشد بها الإطار التنظيمي المتطور، وستسترشد الرؤى التي تكتسب في فوكوشيما بالتأهب للحوادث النووية في جميع أنحاء العالم وتحفز التقدم التكنولوجي المتطور الذي ينطبق على المياه الصناعية الصعبة الأخرى، من التعدين إلى التصنيع الصيدلي.
خاتمة
إن التحدي المتمثل في معالجة المياه الملوثة في فوكوشيما لم يسبق له مثيل من حيث الحجم والتعقيد، ومع ذلك فقد أطلق موجة من الإبداع الهندسي، والاختلاط المتطور للدمبراني، والخلايا الكهروكيميائية، والوساطة البيولوجية، وقطارات المعالجة المختلطة الذكية، مما يؤدي إلى تحويل مشكلة لا تحتمل إلى مهمة تنقية مطَّرة، بينما لا يزال الفصل بين ثلاثي الأبعاد قائما بالفعل على الركود المقدس.
وتمتد الدروس المستفادة إلى ما يتجاوز الحوادث النووية، إذ أن الابتكارات في المواهب الانتقائية والرصد في الوقت الحقيقي والفلسفة الخالية من السائلة، تجد الآن تطبيقات في قطاع معالجة المياه الأوسع، وتُعلِّم تجربة فوكوشيما أن المرونة التكنولوجية والشفافية والتعاون الدولي هي ذات أهمية المعدات نفسها، وبما أن الموقع ينتقل من الاستجابة لحالات الطوارئ إلى الانتعاش الطويل الأجل، فإن استمرار تطور تكنولوجيا إزالة التلوث في المياه المستعملة سيشكل حجر الزاوية.