La scala dell'acqua contaminata a Fukushima

Per comprendere la scala della sfida di trattamento, aiuta a guardare i numeri. A partire dall'inizio del 2025, più di 1,3 milioni di metri cubi di acqua trattata sono stati immagazzinati in oltre mille grandi serbatoi attraverso il sito di Fukushima Daiichi. Quel volume è ancora in aumento di circa 100 a 130 metri cubi al giorno, principalmente da acqua di terra che si infiltra negli edifici del reattore danneggiati e si mescola con acqua di raffreddamento continuamente iniettato per mantenere il sistema di scarico subcool.

L'acqua radioattiva a Fukushima è classificata con la concentrazione e i tipi di isotopi che contiene. L'acqua di costruzione del reattore appena pompata può contenere alti livelli di cesio-134, cesio-137, strontium-90, iodio-129, e una gamma di altri prodotti di fissione e di attivazione, tra cui il tritium di emergenza difficile da rimuovere.

Sistemi di trattamento primario

Il processo di trattamento dell'acqua a Fukushima Daiichi non è una sola macchina ma una catena integrata di sistemi, ciascuno con un ruolo distinto. I primi sforzi incentrati sulla rimozione del cesio di emergenza, seguita da una separazione più ampia multi-nuclide, e poi dalla lucidatura e solidificazione dei rifiuti.

Cesium rimozione: Kurion and SARRY Adsorption Systems

I sistemi di raffreddamento ad acqua con sistema di raffreddamento ad acqua compressa e i sistemi di raffreddamento ad acqua con sistema di raffreddamento ad acqua compressa sono stati utilizzati in modo rapido e rapido.

Il sistema curion ha elaborato acqua contaminata a tassi fino a 1.200 metri cubi al giorno durante il suo picco di funzionamento. Il sistema SARRY, progettato e costruito da Toshiba, potrebbe gestire 500 metri cubi al giorno per treno, con più treni che operano in parallelo. Entrambi i sistemi hanno dimostrato oltre un 99,9% di attività di ciscennio, portando l'acqua da milioni di becquerels per litro a livelli dove potrebbe essere inviato al trattamento secondario senza travolto annunci

Sistema avanzato di elaborazione del liquido (ALPS)

Il centro della strategia di rimozione multinuclide è l'ALPS, spesso descritto come il più sofisticato sistema di rimozione del radionuclide mai distribuito in un sito di incidente nucleare. A differenza dei sistemi iniziali di cesio-solo, ALPS è progettato per eliminare 62 dei 63 radionuclidi elencati in standard di regolazione giapponesi, escludendo solo il tritium. Il sistema, sviluppato da Toshiba e partner, comprende un treno di reattori a colonna chimicamente distinti, ogni

In primo luogo, co-precipitazione di ferro è eseguita aggiungendo solfato ferrico e regolando il pH a circa 8–9, che aiuta a scavengere una varietà di radionuclidi metallici come cobalto, manganese, e rutenio isotopi, formando un galleggiante idrossido di ferro stabilizzato che viene filtrato utilizzando filtri di placca e frame o centrifughe.

L'acqua di uscita di ALPS, conosciuta come "acqua trattata da ALPS", soddisfa i limiti di concentrazione di scarico per tutti i radionuclidi tranne il tritium. Tuttavia, i primi lotti di acqua numata ALPS sono stati trovati ad avere radionuclidi residui al di sopra dei limiti normativi a causa di problemi di prestazioni iniziali e l'enorme variabilità del flusso di rifiuti in arrivo.

Filtrazione Membrana e Osmosi Inversa

Le tecnologie Membrane hanno svolto un duplice ruolo nella gestione dell'acqua di Fukushima: dealinizzazione e purificazione finale. L'acqua contaminata al sito è altamente salina perché l'acqua marina è stata utilizzata per il raffreddamento di emergenza nei primi giorni, e l'intrusione dell'acqua di terra continua a portare sali disciolti.

I sistemi di trattamento delle acque reflue, che contengono un'elevata percentuale di rifiuti, possono essere utilizzati per la riduzione del carico sugli additivi a valle e per ridurre la concorrenza di fondo per i siti di scambio di ioni.

Oltre al RO, l'ultrafiltrazione e la nanofiltrazione sono impiegati occasionalmente per rimuovere le particelle colloidali sospese che potrebbero trasportare i radionuclidi sorbiti, fornendo una barriera aggiuntiva prima dello scarico finale.

Resine di scambio ionico per la rimozione di radionuclide mirata

Oltre ai grandi sistemi integrati, una varietà di resine e materiali di scambio ioni specializzati sono stati utilizzati per catturare isotopi problematici specifici. Ad esempio, il carbonio attivato argentato e zeoliti scambiati argentato sono estremamente efficaci nella rimozione dello iodio-129, un prodotto di fissione a lungo termine (half-life 15.7 milioni di anni) che può accumulare nella tiroide umana.

L'uso efficace dello scambio ionico si basa sulla comprensione della chimica della soluzione. Ioni composti come sodio, calcio e magnesio possono occupare i siti di scambio, riducendo la capacità per i radionuclidi target. Ecco perché i passi di pretrattamento come il RO e la regolazione del pH sono così importanti.

Vitrificazione: Stabilizzazione dei rifiuti ad alta attività

Tutti i processi di trattamento generano scarti radioattivi secondari: colonne di assorbimento spesi, fibbie e concentrati che contengono un mix altamente concentrato di radionuclidi. In linea con le migliori pratiche internazionali per i rifiuti di alto livello, il Giappone prevede di immobilizzare questo spreco mediante vitrificazione - trasformandolo in una forma di vetro resistente.

La struttura di vitrificazione pilota è in funzione a Fukushima, destinata a elaborare gli annunci di cesio- e stronzio-loaded in tronchi di vetro. I primi test hanno incontrato difficoltà con il riscaldamento irregolare e il rilascio di radionuclidi volatili, in particolare la volatilità del cesio a temperature elevate.

La sfida del Tritium e la ricerca in corso

Il triossido di carbonio, un isotopo radioattivo di idrogeno con una emivita di 12,3 anni, è l'unico radionuclide che il trattamento dell'acqua convenzionale non può rimuovere a scala. Poiché il tritium sostituisce l'idrogeno ordinario nelle molecole dell'acqua per formare l'acqua triziata (HTO), si comporta chimicamente identico all'acqua normale, facendo la separazione tramite filtrazione, lo scambio ioni o precipitazione straordinariamente difficile.

Mentre la rimozione del tritio su larga scala rimane commercialmente indisponibile, diverse tecnologie innovative di laboratorio e di scala pilota sono in corso di indagine. Questi includono l'arricchimento elettrolitico (dove il tritium si accumula nell'elettrolita a causa degli effetti cinetici dell'isotopo), lo scambio chimico (il processo di solforo di Girdler o lo scambio catalitico combinato, CECE), la distillazione criogenica dell'acqua o dell'iosa e'idrogeno

Sicurezza, monitoraggio e scarico controllato

Nel mese di agosto 2023, il Giappone ha iniziato il rilascio controllato di acqua trattata ALPS nell'Oceano Pacifico, una decisione sostenuta dall'IAEA dopo una revisione completa che includeva recensioni esperto pari di valutazioni di sicurezza, la prontezza operativa e piani di monitoraggio ambientale. Il processo di scarico prevede la ri-purificazione dell'acqua attraverso il trattamento secondario ALPS per garantire tutti i radionuclidi diversi dal trizio sono sotto limiti di regolazione (con un margine di errore), quindi la fusione con il sistema di scarico dell'acqua di acqua di mare

Il programma di monitoraggio rigoroso (che coinvolge TEPCO, l'Autorità di regolamentazione nucleare giapponese, e l'IAEA) - misura continuamente la radioattività nelle acque scaricate, l'acqua marina vicino alla caduta, i sedimenti marini e la biota come il pesce, gli aggiornamenti delle scorze e le alghe marine.

Innovazione e sostenibilità a lungo termine

I nanomateriali avanzati, come i nanotubi funzionalizzati di carbonio e i quadri di ossido di grafine, sono stati studiati per la loro alta superficie specifica e la selettività tunable contro lo strontium e il cesio nelle soluzioni saline.

L'apprendimento delle macchine e la modellazione digitale dei gemelli sono applicati anche per ottimizzare il funzionamento dei treni di trattamento esistenti.Con la previsione di curve di svolta per le colonne di scambio ionico utilizzando dati storici e sensori di campo reale, gli operatori possono regolare i tassi di flusso, cicli di rigenerazione e programmi di commutazione delle colonne per massimizzare la vita media e ridurre al minimo i volumi di acqua ritrattati.

Conclusioni

La soluzione di Fukushima Daiichi è stata un'esperienza di ricerca scientifica e di ricerca scientifica, che si è sviluppata in modo più efficace e più efficace nel campo della ricerca e della tecnologia.

[LT][LT]] • Tokyo Electric Power Company Holdings (TEPCO) – ALPS Trattati Water Portal
• International Atomic Energy Agency – Fukushima Daiichi Status Updates[FLT]