Table of Contents
مقدمة: التحدي المتنامي في مجال تلوث المياه المشعة
ويمكن أن تؤدي هذه المواد إلى إزالة الإشعاعات المؤينة من الإشعاعات التي تزيلها، إلى تهديد مستمر ومتصاعد لنوعية المياه في جميع أنحاء العالم، وتنشأ هذه الملوثات من مصادر متنوعة: حوادث محطات توليد الطاقة النووية (الكرونايل، فوكوشيما)، والتخلص غير السليم من النفايات المشعة، وإنتاج النظائر الطبية، وعمليات التعدين القديمة، وحتى التكوينات الجيولوجية الطبيعية التي تحتوي على اليورانيوم والثوريوم.
وقد تم نشر أساليب الإزالة التقليدية - مثل تبادل الأيوني، والتفسخ العكسي، واستيعاب الكربون المنشط - على مدى عقود، ولكنها تنتج في كثير من الأحيان كميات كبيرة من النفايات المشعة الثانوية، وتحتاج إلى مدخلات عالية من الطاقة، أو إلى مكافحة التلوث على مستوى التتبع، وتركز البحوث التي تجري اليوم على المواد والعمليات التي توفر قدرا أكبر من الانتقائية، وزيادة القدرة، والأثر البيئي الأدنى، وتوفر هذه المادة استعراضا شاملا للتقنيات القائمة والناشئة على حد سواء، التي تركز على المعالجة الملوحة المائية الملوثة.
Understanding Radionuclides in Water: Sources, Types, and Risks
Radio[FLlife emides of greatest concern in water include cesium-137 (137[FLT:]Cs), strontium-90 ()90Sr), iodine-131 (
وتظهر النويدات المشعة الطبيعية، مثل الرادون 226، والراون 222، والرصاص-210 أيضاً في المياه الجوفية، ولا سيما في المناطق التي توجد فيها رواسب من الرعاة أو الفوسفات، وقد وضعت منظمة الصحة العالمية مبادئ توجيهية بشأن مياه الشرب لعدة نويدات مشعة، كما أن وكالة حماية البيئة التابعة للولايات المتحدة تنفذ مستويات الكشف عن المواد الكيميائية القصوى (MCLs) فيما يتعلق بامتثال المواد النووية والنشاطات المشعة.
طرق الإزالة التقليدية: الحدود والمؤسسات
وقبل التخلّص من التقنيات المتقدمة، من المهم فهم القدرات - ونُهج الضعف التقليدية - وهذه الأساليب تظل العمود الفقري لمعظم محطات معالجة المياه، ولكنها تزداد اتساعاً بتكنولوجيات جديدة للوفاء بحدود أشد صرامة في مجال تصريف المياه.
Ion Exchange
(ب) استخدامات الراتنج الاصطناعي التي تبدل أيونات غير مؤذية (مثل الصوديوم) لأورام النويدات المشعة في المياه.() وتُزيل راتنجات التحلل الشعاعي بصورة فعالة 90 ) Sr و 137 Cs، بينما تتطلب إدارة النفايات المشعة
الاكسياء العكسي
ويدفع المكتب المياه تحت ضغط شديد من خلال حمض نصف قابل للتداول يرفض الصلب المذاب، بما في ذلك النويدات المشعة، ويحقق كفاءة إزالة 90-99 في المائة بالنسبة لمعظم النظائر، مما يجعلها حلاً ثابتاً للاستجابة في حالات الطوارئ، ومع ذلك، فإن المكتب الأوروبي يستهلك طاقة كبيرة (3-6 كيلوواط/م3 من المياه المعالجة) وينتج أيضاً مساراً مركزياً (متغيراً).
الاستيعاب النشط للكربون
ويمكن أن تغذي منطقة سطح الكربون العالية النشاط بعض النويدات المشعة، ولا سيما الأنواع العضوية واليود، وتكون فعاليتها بالنسبة للأيزوات غير العضوية مثل السيزيوم والسترونتيوم محدودة، وكثيرا ما تستخدم أجهزة تصفية الكربون كخطوة تشعير أو لضبط الطعم/الود بدلا من الإزالة الأولية، ويصبح الكربون المنبعث نفايات مشعة صلبة يجب أن تحرق أو تخزن على النحو المناسب.
التخصيب والتراكم
يمكن أن يساعد إضافة النويدات (مثلاً، الألومون، الكلوريد الأسمد) في تجميع النويدات المشعة في بلوعات أكبر تستقر، وهذا الأسلوب يعمل على أفضل وجه في النويدات المشعة التي تشكل هيدروكسيدات عزلية، مثل اليورانيوم (السادس) تحت الحاجز المحايد. غير أن الإزالة تعتمد بدرجة عالية على الهيدروجين وأقل فعالية عموماً في القشور الملوّبة مثل [FT:0](1).
مواد الاستيعاب المتقدمة: الانتقائية والقابلة للتجدد
وقد أسفرت عمليات الانجاز في العلوم في المواد الأخيرة عن ظهور مقتطفات تحسن كبير في الانتقائية بالنسبة لنويدات إذاعية محددة، حتى في وجود أحواض متنافسة، وكثيرا ما تعمل هذه المواد في ظروف معتدلة ويمكن تجديدها في دورات متعددة، مما يقلل من النفايات الثانوية.
Zeolites and Modified Zeolites
(أ) إن الزيلات الطبيعية والاصطناعية (مثلاً، النسيج، الفصام، الفصام) هي مادة ألخينية بلورية ذات مجهرات موحدة، وقدرة عالية على التبادل تجعلها ممتازة في إزالة 137]Cs و(90) [التغيير السطحي:3]
Metal —Organic Frameworks (MOFs)
(ب) [المركبات ذات الصبغة البلاستيكية العالية المتجانسة المجمَّعة من الأويونات المعدنية والوصلات العضوية، حيث يتيح حجمها الشبيهة باللون البلاستيكي ووظيفتها الكيميائية الاعتراف الدقيق بالنويدات المشعة المستهدفة، فعلى سبيل المثال، أظهرت وزارة الطاقة اليوغسلافية 66 التي تعمل بمجموعات الكربوكاتية() امتصاصاً قياسياً لليورانيوم (السادسة) من مياه البحر (+1).
المركبات الكربونية الجاهزة
Biochar produced from agricultural waste (rice husks, coconut missiles) can be chemically activated to create a low —cost, sustainable adsorbent. Doping biochar with iron oxides or Prussian blue nanoparticles significantly enhances its affinity for cesium and strontium. These composites can be produced locally, making them attractive for developing countries or emergency field deployment.
Membrane —Based Technologies: Beyond Reverse Osmosis
وتتطور عمليات الدمج من أجل تقديم طلبات أقل من الطاقة، وتخفيض الضغط، وتحسين التكامل مع خطوات العلاج الأخرى، ويمكن تصميم الأغشية المتقدمة بأحجام محددة من الأعمدة، أو الرسوم السطحية، أو المجموعات الوظيفية بهدف استهداف النويدات المشعة.
التسلل
وتعاني أجهزة الإغراق الوطنية من أحجام شديدة بين الرش والرش الفوقية، وهي عادة ترفض الأيونات المتردية (بما في ذلك 90Sr]) بينما تسمح بالإغماءات الأحادية بالهبوط، وهذا الانتقائي يقلل الضغط الطفيف واستهلاك الطاقة (1-2 كيلوواط/م3) غير أن الفلورية فعالة بشكل خاص في إزالة اليورانيوم (السادس).
الاكسس الأمامي
ويستخدم برنامج الأغذية العالمي حلاً للضغط على المياه النسيج الذي يجذب المياه من خلال حمراء دون ضغط هضالي خارجي، ويمكنه أن يحقق رفضاً كبيراً للنويدات المشعة أثناء العمل في ضغط كمين، ويقلل من تكاليف القذف والطاقة، ويكمن التحدي في إعادة توليد السائل المناعي؛ والعمل الأخير باستخدام الهيدروجيلات المستجيبة للأشعة كعوامل للسحب في إظهار الوعود لنظم مغلقة.
التحلل الكهربائي والإلكترودين
E[ectrodialysis (ED) uses an electric field to drive ions through ionive membranes, concentrating radionuclides in a reject stream. Electrodeionization (EDI) combines ED with ion-exchange resins to achieve very high purity. These methods are valuable for treating low-level radioactive effluimaents where the goaluk is volume and water reuse1]
التقنيات الناشئة والمختلطة
وغالباً ما تجمع أهم التطورات الواعدة بين آليات الإزالة المتعددة - الامتصاص، والتحول الكهروكيميائي، والعزل البيولوجي - في نظم متكاملة تعالج طائفة واسعة من النويدات المشعة في آن واحد.
المعالجة الفيوتوائية والتنويع البيولوجي المتناهي الصغر
(أ) بعض النباتات المائية (مثلاً، الحبيبات، الماء الهايسينث) والطحالب يمكن أن تتراكم النويدات المشعة في أنسجة هذه النويدات من خلال الاستيعاب الأحيائي وتركيب الترسبات السائلة () [الغاز الملوث باليورانيوم] [Fulgaris) وقد تبين أنه يزيل ما يصل إلى 80 في المائة من اليورانيوم المصمم من حلول الديلوتشي.
الأساليب الكيمائية الإلكترونية
E-FT, p. 3;
التحلل الفوتوكاتي والفصل العنصري
(أ) ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) مذيبات فوتاتوغرافية، عندما تشع بضوء فوق البنفسج، تولد أنواعاً تفاعلية يمكن أن تحط من تعقيدات النويدات العضوية، بل وتخفض بعض المعادن.
التدريبات المتكاملة للعلاج
ولا يمكن لأي تكنولوجيا بمفردها أن تعالج جميع النويدات المشعة في جميع الظروف، إذ أن نظم العالم الحقيقي تجمع عادة بين المعالجة المسبقة (الفرز، والتعديلات على الصحة، وإزالة الأيون المتنافسة) مع خطوة أولى في عملية الإزالة (مثلا، أو السطو أو الاستيعاب الانتقائي) تليها عملية التلميح (مثلا، تصميمات الأيونيات أو التبادل الإلكتروني) مثلا، يستخدم نظام " ساري " الذي تم نشره في عمودا من طراز Fukushimad
إدارة النفايات والاستدامة
ومن الجوانب الحاسمة التي تُغفل في كثير من الأحيان مصير النويدات المشعة التي تُزال بعد إزالة تلك المواد، كما أن المواد المشابهة والمشابهة والمبررات تصبح نفايات مشعة يجب تخزينها أو إبطالها بصورة آمنة، كما أن التهوية (النفايات المحتوية على الزجاج) والإسمنتية وترسيب التربة الأرضية هي أساليب موحدة للتخلص الدائم.
دراسات الحالات: التطبيقات العالمية الحقيقية
ويوضح فحص العديد من أحداث التلوث الرئيسية مدى التقدم الذي تحققه التقنيات في ظل ظروف الأزمات.
فوكوشيما دايتشي حادث نووي
Following the 2011 disaster, vast volumes of cooling water and groundwater became contaminated with 137]Cs, 90Sr, and tritium. The ALPS (Advanced Liquid Processing System) was deployed, using a multistepreration process: prefiltimiento
مركبات التعدين في اليورانيوم في جنوب أفريقيا
(ج) استخدام مصنع معالجة ميداني على نطاق واسع مزيجاً من تحييد الحجر الجيري (مجمعات استهلاك اليورانيوم - مركبات الكربون) يليه امتصاص برات مخزنية (PUROLITE S940) تزيل اليورانيوم بصورة انتقائية، وتحقق المصنع ما يقل عن 10 ميكروغرام/لتر.
نفايات النظائر الطبية
مستشفيات تنتج 99m]Tc for imaging generate low-level radioactive liquid waste containing ]99Mo and 99m]Tc. A compact system using a combination of membrane filtration and aF dischargesorb
الاتجاهات المستقبلية والاحتياجات البحثية
Despite significant progress, gaps remain. The removal of tritium (3H) is notoriously difficult because it is part of the water molecule itself; isotopic separation methods (e.g. cryogenic distillation, catalytic exchange) are energy —ense and expensive. Similarly, removal of technicalnetium hinder[Fluate]
وثمة حدود أخرى تتمثل في رصد تركيزات النويدات المشعة في الوقت الحقيقي لتحقيق العلاج الأمثل، إذ أن الجمع بين أجهزة الاستشعار المتقدمة (مثل أجهزة الكشف عن غاما المعملية - المتطورة) مع حلقات التحكم في التعلم الآلي يمكن أن يتيح نظماً تكييفية تستجيب لتقلبات كميات التلوث، والشراكات بين القطاعين العام والخاص واستمرار تمويل مشاريع البيان العملي أمران حاسمان لنقل هذه التكنولوجيات من المختبر إلى الميدان.
الاستنتاج: نظم معالجة المرضى
وقد نضجت التقنيات المتقدمة لإزالة النويدات المشعة من مصادر المياه الملوثة بشكل كبير خلال العقدين الماضيين، بينما توفر المواد الانتقائية (الزيوت، والمركبات العضوية، والمركبات العضوية الثابتة، والجيل القادم من المقاييس (NF، و FO، و EDI)، والعمليات المختلطة (الوساطة، والتخفيض الكهروكيميائي) مسارات لتصميم أهداف أعلى في الكفاءة، وتدنية النفايات، والحد من التكاليف.
وبما أن الطاقة النووية لا تزال جزءا من مزيج الطاقة العالمي، ومع استمرار التلوث بالإرث، فإن الاستثمار في البحث والهياكل الأساسية ليس ضروريان من حيث الصحة العامة، فبإدماج علوم المواد المتطورة مع مبادئ هندسية ثابتة، يمكننا حماية الموارد المائية للأجيال القادمة، وللمزيد من القراءة عن معايير العلاج والحلول المبتكرة، فإن صحيفة الوقائع بشأن معالجة مياه الفضلات المشعة [FLT: Guidance.1].]