טכנולוגיות המים של פוקושימה: תאוריות הנדסה על קיימות

אתגר ניהול המים בפוקושימה דוצ'י

ב-11 במארס 2011, רעידת אדמה בעוצמה 9.0 והצונאמי שיצר פגעה בפלושימה דה וינצ'י תחנת הכוח הגרעינית, ניתוק מערכות קירור גיבוי וגורם להתמוססות בשלוש יחידות כור.מהנדסים נתקלו בעדיפות מיידית: ייצוב ליבתים שנפגעו על ידי הזרקת מים כדי לשמור על קירור.

היקף האתגר של ניהול המים הזה הוא ללא תקדים מודרני.יותר מעשור לאחר התאונה, כ -100 מ"ק של מי הקרקע עדיין נכנס לאתר מדי יום, הדורש לכידת וטיפול מתמשך.חברת החשמל של טוקיו (TEPCO), עבודה עם הממשלה היפנית ושותפים בינלאומיים, בנה ארכיטקטורת ניהול מים משולבת כי עדיפות סגורה מחזור, טיפול רב-תחומי חזק, ובסופו של דבר נשלטת השחרור אובייקטיבי אינו מכיל רק תנאי טיפול מותאמים לתקני בטיחותיים, אלא מאוחסנים באופן קבוע, אלא גם בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, שמירה על מנת להבטיח מאוחסנים באופן קבוע, אך ורק בתנאי בטיחותיים, שמירה על מנת להבטיח מאוחסנים באופן קבוע, שמירה על מנת להבטיח, אך ורק בתנאי בטיחותיים, שמירה על מנת להבטיח תקנים מתקדמים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, שמירה על מנת להבטיח מנגנוני בטיחותיים, שמירה על מנת להבטיח, בתנאי בטיחותיים, שמירה על מנת למנוע מנגנוני אבטחה מחמירים, שמירה על מנת למנוע מנגנוני אבטחה מחמירים, בתנאי בטיחותיים, אך ורק בתנאי בטיחותיים, אשר החלמה סגורים, שמירה על מנת למנוע החלמה סגורים, שמירה על מנת למנוע מנגנוני טיפול תרופתיים, שמירה על מנת

הבנת הטכנולוגיות שנקבעו ב-Fukushima דורשת לבחון את הממשק בין כימיה גרעינית, מדע הפרדה, הנדסה תהליכים ומדיניות ציבורית.פרספקטיבה הקיימות שאומצה על ידי מהנדסים באתר משתרעת מעבר למדדים סביבתיים כדי לכלול אמינות מערכת, צמצום הפסולת של פסולת משנית, יעילות אנרגיה, ותקשורת שקופה עם קהל גלובלי מודאג. מאמר זה מספק נקודת מבט הנדסית סמכותית על מערכות מחזור המים שהפכו את Fochma לניסוי סביבתי מתקדם לבחינה מתקדמת.

תכונות: The Contaminated Water Inventory

מים מזוהמים מצטברים ב Fukushima אינו זרם הומוגני יחיד, אלא תערובת משתנה המשקפת את מקורותיה המגוונים. רדיונוקלידים ראשוניים כוללים cesium-137 (חצי חיים 30 שנים), סטרנטיום-90 (חצי חיים 29 שנים), טריטיום (חצי חיים 12.3 שנים), ומוצרים אחרים של סדקים והפעלה כגון cobaltttt, סגסוגת מים, 106n-Ric, 000, קירור, מתקני חירום, 000, 000, 000, 000, 000 קירור מוקדם יותר נזקי דם אורגניים, קירור, קירור, קירור, קירור, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 ליטרים, 000, 000, 000, 000 קירור, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קירור מים פגומים מוקדם יותר מבניינים פגומים, 000, 000, 000, 000, 000 ליטרים, 000, 000 קירור מים פגומים מוקדם יותר ממין, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000 ליטרים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קירור מים פגומים, 000

אסטרטגיית הטיפול שואפת להפחית את הריכוז של כל מכשירי הרדיו-ניוקלידים למעט טריטויום לרמות גבוהות יותר מתחת למגבלות הפרשות הרגולטוריות. טריטיטייום מציג אתגר מדעי ופוליטי ייחודי, משום שהוא זהה מבחינה כימית למולקולות מים רגילות וצורות מים (HTO) שלא ניתן להפריד על ידי שיטות כימיות או פיזיות קונבנציונליות.הממשל היפני, עם פיקוח מדעי טכני מ-FLT:0 אטומי אנרגיה מתחדשת, אשר נקבעת על ידי גישה מעשית ביותר לבחינה חיצונית של מערכת המים.

רכבת הטיפול ב-Fukushima מעסיקה סדרה של תהליכים פיזיים, כימיים וממוחשים המבוססים על membrane הממוקדים בכיתות שונות של contaminant. preטיפול ראשוני מסיר פסולת, שמנים, ומשעה מוצקים.שלבים subsequent משתמשים במודעות סלקטיבית גבוהה עבור רדיונוקלידים ספציפיים.

מערכת עיבוד נוזלי מתקדמת: הנדסה ומבצע

מערכת עיבוד הנוזלי המתקדמת (ALPS) מייצגת את החלק הטכנולוגי של תשתיות הטיפול במים של Fukushima.פיתוח באמצעות שיתוף פעולה בין TEPCO, Kurion (כיום חלק מ-Volia), טוטו, ושותפים תעשייתיים אחרים, ALPS הוא מערכת מודעות מרובות-קומדומים שנועדה להסיר ספקטרום מקיף של מכשירי רדיונוקלידים ממים מזוהמים.

בחירת כימיה ותקשורת

מנגנון ההסרה ב ALPS מסתמך בעיקר על חילופי ion ו chemisorption.עבור הסרת cesium, גבישי סילקוטיטסטום מדגימים ביצועים יוצאי דופן, המציגה סלקטיביות גבוהה עבור cesium אפילו בנוכחות של סטיות נתרן מתחרה ממי הים השגורים. Strontium הוא ממוקד באמצעות סונומטרהטנטית קשורה sominic soלכידת alkaic אחרים הם צורך מתכות דלקתיות מופעלות פחמן מופעלות; ו-reic מופעלות מופעלות.

העיצוב ההנדסי של ALPS מדגיש את המודולריות והגמישות התפעולית.רכבת טיפול מרובה פועלת במקביל, ומאפשרת החלפת מדיה ברכבת אחת בעוד אחרים ממשיכים לעבד.המערכת משיגה גורמי פירוק של 1000 או יותר עבור רוב מכשירי רדיומטר היעד, צמצום ריכוזים מחלקים למיליון לחלקים ל- מיליארד או נמוך יותר. pent Adsorbents הופכת להיות מוצקה מאוד פסולת הדורשת טיפול זהיר, גיאולוגי, וסילוקציה, וסילוקציה, ובסופו של טכניקות של בזבזניות מתקדמות יותר.

בקרת תהליכים ובדיקה

מערכות בקרה של תהליכים מודרניים למשולות את פעילות ALPS, עם אלפי חיישנים ניטור שערי זרימה, לחץ על שונים, טמפרטורה, מוליכות, pH ורמות קרינת gamma לאורך כל הרכבות הטיפול. נתונים מזינים במערכות בקרה מבוזרות אשר באופן אוטומטי להתאים את הפרמטרים של תהליכים כדי לשמור על ביצועים אופטימליים.מודלים למידת מכונות מפותחים כדי לחזות את רמות ההפעלה של מדיה, ואופטימיזציה של שינויים כימיים עבור סימולציה ובקרת תפקוד יעיל של 15%.

Membrane Technologies במחלקת הטיפול

תהליכי Membrane לוקחים תפקיד קריטי באסטרטגיה הטיפול הכוללת, המשרתים הן כמתעדות במערכות מטה הזרם וכצעדים מכריעים לפני השימוש במים או פריקה.מערכות osmosis הפוכה פרוסות למים desalinate אשר מעורבב עם מים ימיים, צמצום העומס הכולל מתמוסס מוצקות ומרכזות רדיואקטיביות לתוך זרם קטן יותר לטיפול נוסף.

דלקת ומיקרו-פרופילים משמשים מוקדם יותר ברכבת הטיפול כדי להסיר מוצקות מושעה, חלקיקים קולונואידים, ומזהמים מיקרוביאליים.אלה צעדים טרום טיפול להגן על במורד הזרם ROMAGROIN ו ion חילופי מיטות מהונאה, מרחיב את החיים התפעוליים שלהם ולהפחית את תדירות תחזוקה.

החלפת נשאר אתגר הנדסי מתמשך בסביבה הכימית התוקפנית ב-Fukushima. המפעילים פרוטוקולים preטיפול קפדני כולל התאמות pH, הזרקת אנטי-הסלמה, וניקוי כימי תקופתי. תצורה של membrane הרומן שילוב של הגדלת הרטט ונפיחות אווירית הוערכה כדי להפחית את קצבי ההדבקה. Ceramic membranes עם עמידות כימית וקרינה גבוהה נבדקים עבור שירות ארוך טווח, במיוחד בזרימה מהירה יותר.

Ion Exchange ו- Selective Sorption

מעבר למערכת ALPS רחבה, מדרגות ion ממוקדות וכושר שכנוע נועדו להשיג ניתוק עמוק יותר עבור איזוטופים ספציפיים שמציבים חששות סביבתיים או רגולטוריים מסוימים. zeolites טבעיים, במיוחד קלינטופלולייט, שימשו באופן נרחב בשלב מוקדם של תגובה מוקדמת להסרת cesium ממים רדיואקטיביים מאוד.

עבור cesium ו-Fntium הסרת, חומרים מורכבים המבוססים על hexacyanoferrate הראוסלקטיביות יוצאת דופן וקיבולת, השגת קידודים של כמה פקודות של גודל גבוה יותר מאשר מינרלים טבעיים.חומרים אלה יכולים להיות פרוסים בתצורה מיטה ארוזה או כמו מערכות מיצוי עמודה נתמך, מתן גמישות בעיצוב תהליך. עבור סטיות כגון iodide וטכנולוגיייום (asnetate כסף), התחדשות חומרים אלה דורשים חידושים מיוחדים, למרות חומרים.

הסרת טריטיום נותרה הבעיה המאתגרת ביותר של הפרדה ברכבת הטיפול.חילופי ion לא יעיל כי טריטיום מתנהגת זהה מבחינה כימית כדי protium.תעשיית הגרעין העולמית חקרה טכנולוגיות הפרדה מרובות: שילוב חילופי אלקטרוליטיים אלקטרוליטיים, השקיה מים, דינקייה Cryogenic, ו-Automope הפרדה.

הנדסה של פעילות מחזור מים

קיימות בשיקום סביבתי גרעיני משתרעת מעבר למדדים סביבתיים פשוטים כדי לכלול עמידות במערכת, צמצום פסולת, יעילות אנרגיה, ושוויון בין-דורי. מהנדסים בפוקושימה ליישם עקרונות אלה באמצעות אסטרטגיית שחזור מים סגורה, המפחיתה את הביקוש למים טריים ומפחיתה את קצב של ייצור מים חדש.

חומרים לבחירה של רכיבים צמחיים טיפול משקפים שיקולים קיימות. Components הפועלים בריכוז גבוה, סביבות אגרסיביות מבחינה כימית מול קורוזיה, brittlement, והשפלה שיכולה לסכן את אמינות המערכת וליצור פסולת נוספת באמצעות תחליף מוקדם. מהנדסים ציינו סגסוגת עמידת קורוזיה-resistant alloys כולל פלדות דופלקס ו Superoys מבוסס ניקל עבור רכיבים קריטיים.

שיטות הערכה מחזור חיים מוחלות כדי להשוות טכנולוגיות טיפול חלופיות על קריטריונים מרובים: יעילות הסרת רדיונוקל, צריכת אנרגיה, טביעת רגל פחמן, דור פסולת משני, ועלות כוללת לאורך החיים התפעוליים.ניתוח השוואתי שהוצג על ידי הסוכנות לאנרגיה אטומית היפנית בדק את ALPS נגד תהליכים מתקדמים של שיתוף כימי, חושף כי בעוד ALPS משיגה גורמי נית גבוהה יותר, הפסולת המשנית שלה דורש זרם נרחב יותר של חוסר יציבות וסילוקציה של ניהולית של ניהולית.

בקרה דיגיטלית ואופטימיזציה של תהליכים חכמים

השילוב של טכנולוגיות דיגיטליות לפעילות ניהול מים ב-Fukushima מייצג התקדמות משמעותית בהנדסת תהליכים בת קיימא.אלפי חיישנים עוקבים בקביעות אחר הכימיה של מים, פרמטרים של זרימה ורמות קרינה בכל מערכת הטיפול.הנתונים האלה מזינים במערכות בקרה מבוזרות שמחזקות פעילות יציבה, אך גם בפלטפורמות בינה מלאכותית המנבאות אירועים מופרעים, אופטימיזציה של פעולות כימיות, וזיהוי של אמצעי פעולה מבצעיים לפני שהם מובילים למערכת סגורה או מופרעת.

תוצאות מוקדמות של יישומי פיילוט AI להפגין יתרונות קיימות מוחשיים: מערכת ניהול הזרקת נגד חומרים נוגדי חמצון במפעל RO השיגה ירידה של 15% בצריכה כימית תוך שמירה על יעד להורדת השפעת אטומי תחזוקה חיזוי הפחיתו את זמן השבתה על ידי זיהוי בעיות בציוד מתעורר לפני שהם דורשים סגרי מערכת מלאה.מערכות בקרה חכמות אלה משפרות את היעילות התפעולית תוך צמצום טביעת הרגל הסביבתית של תהליך הטיפול על ידי שימוש כימי, צריכת אנרגיה, וצריכת אנרגיה, וצריכת פסולת מפעילויות תחזוקה.

סליחות ותקשורת ציבורית

הממדים הטכניים של ניהול המים של פוקושימה קיימים במסגרת רגולטורית מורכבת וחברתית קריטית במידה שווה להצלחת הפרויקט.החלטת ממשלת יפן לשחרר את אלחסם אל-PS אל תוך האוקיינוס השקט, לאחר שנים של הערכה מדעית, ייעוץ בעלי מניות בעלי מניות וסקירה בינלאומית.תוכנית השחרור דורשת מטיפול במים כדי להתפזר לריכוזי מים מתחת ל-1,500 ליטרים לליטר, שבריר של ארגון הבריאות העולמי:0.

תשתיות השחרור הן הישג הנדסי בזכותו. צינור מוגן, מוסמך מבחינה סיסמית מרחיב קילומטר אחד בחו"ל, המכוון במערכת diffuser המונדסה כדי למקסם את התערובת הסוערת והשקיקה מהירה בזרם האוקיינוס.מספר תחנות ניטור אדום למדידת טריטיום ורדיונוקלים אחרים במים ים, סימנטל, ואורגניזמים ימיים ב- amplinging נקודות ממרחק של קילומטרים, באמצעות איסוף נתונים פתוחים דרך שקיפות פנימית.

מהנדסים בפוקושימה הכירו כי מצוינות טכנית לבדה אינה יכולה לפתור חרדה ציבורית. מפעילי האתר מקיימים דיאלוג מתמשך עם שיתופי דיג מקומיים, נציגי קהילה ומומחים בינלאומיים.כוח המשימה של סבא"א מבצע סקירה עצמאית מתמשכת של תוכנית השחרור, מפרסם דוחות מפורטים המאשרים את תאימות המים מטופלים עם תקני בטיחות.מחויבות זו לשקיפות ולבעלי המניות הפכה למודל לפרויקטים אחרים בקנה מידה סביבתי ברחבי העולם, כולל אתרי גרעין, ארה"ב, לשעבר, בריטניה וברית המועצות, ארה"ב, ארה"ב, בעבר, ומעורבות זו הפכה למודל לשקיפות ומעורבות בעלי המניות הפכה למודל לפרויקטים משותפים, בעבר, בריטניה, בריטניה, ארה"ב, בריטניה, ומעורבות בעלי המניות, בעבר.

טכנולוגיות מתפתחות לטווח ארוך

בעוד אתר Fukushima עובר מתגובה חירום להריסה ארוכת טווח, מערכת ניהול המים חייבת להתפתח כדי לעמוד בדרישות משתנות.כמה טכנולוגיות מתפתחות תחת פיתוח פעיל והערכה לפריסת פוטנציאל בעשורים הקרובים.

אדים מתקדמים ו-Nanomaterials

מוסדות מחקר כולל אוניברסיטת טוקיו ואוניברסיטת קיוטו מפתחים מסגרות אורגניות מתכת ומדיום גרפן oxide מזכרים המציגיםסלקטיביות חסרת תקדים עבור רדיונוקלידים ספציפיים.מחקרים מעבדה מציעים חומרים אלה יכולים להשיג הוראות של גורמי הפרדה תלת-ממדיים של גודל גבוה יותר מאשר זיקוק מים קונבנציונלי, פוטנציאל ביצוע הקצאה של טריטיום בקנה מידה גדול של השקעה מעשית בפעם הראשונה.

Membrane Distillation and Waste Heat Utilization

מגע ישיר membrane distillion משתמשת membrane הידרופובי כדי להפריד מים פנוי מ contaminants נוזלי, כולל רדיונוקליידים שאינם מעורבים.התהליך פועל בטמפרטורות מתחת 80 מעלות צלזיוס, המאפשר לו לנצל חום פסולת נמוך מגובה נמוך ממערכות קירור קיימים של האתר ו גנרטורים דיזל. A אבטיפוס DCMD מותקן במעבדות פונקציונליות עבור מעבדות מתקדמת עבור ירידה נתונים סטרומטמים על ידי Decomx בפועל.

Oxidation

עבור קטנטן קטן, תערובת מורכבות מאוד המכיל תרכובות אורגניות, קומפלקסי מתכת, ורדיונוקלידים המתנגדים לטיפול קונבנציונלי, חמצון מים סופר קריטי מציע מסלול הרסני מעל 374 מעלות צלזיוס ו 221 בר, מים סופר קריטיים הופכים ללא קוטבי כי ממיס חומרים אלקטרו-חמצנייים אורגניים תוך הדבקה של מינים אורגניים כולל רדיונוקלידים.

ניהול פסולת שנייה ודיסקופיל גיאולוגי

מערכת ניהול מים בר קיימא חייבת לטפל בגורל הפסולת הרדיואקטיבית שנוצרת על ידי תהליכי טיפול.עמודות חילופי יון, תקשורת סינון, membrane מתרכז, וסדקים כימיים דורשים ייצוב, אפיון, ובסופו של דבר לרשות במחסן גיאולוגי. מהנדסים מפתחים חינני מלטיט מיוחדים ונוסחאות גאודוקטריות שיכולות לסכן את הפסולת הללו תוך שמירה על קיבולת מתקדמת באופן ישיר.

שיעורים להנדסת הסביבה הגרעינית

חווית הטיפול במים Fukushima מציעה תובנות המשתרעות מעבר לתעשיית הגרעין.הערך המוכח של מחסומים עצמאיים מרובים הפך לעיקרון עיצוב סטנדרטי למתקנים גרעיניים חדשים ברחבי העולם.הפריסה המוצלחת של מערכות טיפול מודולריות, מחוסמות מראש שניתן להרחיב במהירות במשבר השפיעה על תכנון מוכנות חירום באתרי הגרעין ברחבי העולם.שילוב של ניטור בזמן אמת, אוטומציה ואינטליגנציה מלאכותית שיפר את הבטיחות תוך צמצום עלויות התפעוליות וטעייה אנושית.

הפרויקט מדגיש את הצורך שילוב מדעי החברה ודיסציפלינות תקשורת לתוך אימון הנדסי.יש לצמד יכולת טכנית תקשורת שקופה, אימות עצמאי ומעורבות של בעלי עניין אמיתיים.המשימה העצמאית של IAEA ודיווחה הפומבי שלה היו הכרחיים לבניית ושמירה על אמון עם קהילות מושפעות וצופים בינלאומיים. תוכניות חופשות חינוכיות, כולל סיורים וירטואליים של מתקני טיפול ופורטל נתונים פתוח, הפכו קבוע של רכיבי פילוסופיה תפעוליים.

מנקודת מבט של משאבים, Fukushima הוכיח כי מים יכולים להיות reirculated במידה יוצאת דופן בפעולות מתקן גרעיני.שיעור זה מוחל בתכנון מערכות כור מתקדמות שבו קירור חד פעמי סגור ואפס-ליקול-דיסק-דיסקרטי-דיסקוריד-דיסקרטי הם צוברים רגולציה וקבלה בתעשייה.המאמץ האינטנסיבי לפתח טכנולוגיית הפרדה משולשת, המונעת על ידי דאגה ציבורית ולא על ידי צורך רדיואקטיבי בלבד, יצר חידושים שעשויים להועיל ליישומים גרעיניים מתקדמים אחרים.

מערכות מחזור המים ב-Fukushima Daiichi מייצגים הישג הנדסי מתמשך שהפך אתר של משבר סביבתי למעבדה חיה לטכנולוגיה מתקדמת של תיווך.המערכות ממשיכות להתפתח כהבנת האתר משתפרת וככל שטכנולוגיות חדשות בוגרות באמצעות מחקר ופיתוח.המדד האולטימטיבי להצלחה יהיה בטוח, שקוף וניהול אחראי של האתר באמצעות עשורים של פעילות פירוק הסביבה.