Às 13h00, horário local, de 24 de agosto de 2023, a usina nuclear japonesa de Fukushima Daiichi iniciou o lançamento de água contaminada com energia nuclear no mar. Isso gerou preocupação generalizada em todo o mundo. O embaixador da China no Japão, Wu Jianghao, apresentou um protesto solene ao governo japonês sobre o lançamento de água poluída com energia nuclear de Fukushima no mar; Administração Geral de Alfândegas da China: Suspensão total das importações de produtos aquáticos japoneses; Primeiro-ministro sul-coreano: A Coreia do Sul manterá inalterada a proibição de importação de produtos aquáticos japoneses de Fukushima.
Esgoto nuclear, como o nome indica, é aquele que contém radioatividade. Como águas residuais altamente radioativas produzidas em acidentes com vazamentos nucleares ou água de resfriamento em contato direto com combustível nuclear. Especialistas afirmam que águas residuais nucleares não são iguais a águas residuais nucleares. Esgoto nuclear é ainda mais prejudicial, contendo 64 tipos de substâncias radioativas nucleares, incluindo trítio.
O esgoto nuclear contém muitos elementos radioativos, como urânio, plutônio, césio, estrôncio, iodo e cobalto. Alguns deles têm meias-vidas longas, como a do urânio-238, que é de 4.5 bilhões de anos, e a do plutônio-239, que é de 24,000 anos. Esses elementos radioativos representam sérios riscos ao corpo humano e ao meio ambiente, como carcinogenicidade, teratogenicidade e mutagenicidade. Dependendo das diferentes fontes e circunstâncias, as concentrações e proporções de vários elementos radioativos nos efluentes nucleares variam, mas geralmente excedem em muito os padrões e limites de segurança internacionais.
Se o esgoto nuclear for despejado no meio ambiente sem tratamento adequado, terá um sério impacto no ecossistema e na saúde humana. Substâncias radioativas podem ser transmitidas pela água, solo, ar, cadeias alimentares, etc., resultando em doses elevadas de radiação nos organismos, causando diversas doenças e mutações genéticas. Portanto, o tratamento e o descarte de esgoto nuclear devem seguir rigorosos padrões e normas de segurança para evitar possíveis vazamentos e acidentes.
As tecnologias de tratamento de águas residuais nucleares comumente utilizadas em diversos países são as seguintes:
- Método de precipitação química
O método de precipitação química consiste na coprecipitação do agente precipitante e de traços de radionuclídeos presentes nas águas residuais. Hidróxidos, carbonatos, fosfatos e outros compostos de radionuclídeos presentes nas águas residuais são, em sua maioria, insolúveis e, portanto, podem ser removidos durante o tratamento. O objetivo do tratamento químico é transferir e concentrar os radionuclídeos presentes nas águas residuais em um pequeno volume de lodo, de modo que as águas residuais depositadas tenham pouca radioatividade restante e possam atender aos padrões de descarte.
As vantagens deste método são o baixo custo, o bom efeito de remoção de radionuclídeos logarítmicos e a capacidade de tratar componentes não radioativos e suas concentrações, bem como águas residuais fluidizadas, com fluidização considerável. As instalações e tecnologias de tratamento utilizadas possuem experiência bastante consolidada.
Atualmente, precipitantes como sais de ferro, sais de alumínio, fosfatos e soda são os mais comumente utilizados. Para promover o processo de coagulação, são adicionados auxiliares de coagulação como argila, sílica ativada e eletrólitos poliméricos. Para césio, rutênio, iodo e outros nuclídeos radioativos concentrados de difícil remoção, devem ser utilizados precipitantes químicos especiais. Por exemplo, o césio pode ser removido por coprecipitação de ferrocianeto férrico e ferrocianeto de cobre. Algumas pessoas utilizam xantato de amido insolúvel para tratar águas residuais radioativas contendo metais. O efeito do tratamento é bom, a aplicabilidade é ampla e a taxa de remoção radioativa é >90%. É um floculante de troca iônica com excelente desempenho. Como não há sulfeto residual no tratamento de águas residuais, é mais adequado para o tratamento de águas residuais.
- Método de troca iônica
Muitos radionuclídeos são ionizados na água, especialmente em águas residuais radioativas após o tratamento por precipitação química. Devido à remoção de radionuclídeos em suspensão e coloidais, o que resta são espécies quase iônicas, a maioria das quais são cátions. Além disso, os radionuclídeos existem em pequenas quantidades na água, sendo muito adequados para o tratamento por troca iônica e, na ausência de interferência de íons não radioativos, a troca iônica pode funcionar efetivamente por um longo tempo. A maioria das resinas de troca catiônica possui alta capacidade de remoção e grande capacidade de troca para estrôncio radioativo. A resina catiônica fenólica pode remover efetivamente o césio radioativo, e a resina catiônica microporosa pode não apenas remover cátions radioativos, mas também remover zircônio, nióbio, cobalto na forma de colóides e rutênio na forma de complexos por adsorção. No entanto, essa lei tem uma fraqueza fatal. Quando o conteúdo de nuclídeos radioativos ou íons não radioativos no líquido residual é alto, o leito de resina penetra rapidamente e se torna inválido. Normalmente, a resina usada para tratar águas residuais radioativas não é regenerada, então, se ela falhar, ela deve ser substituída imediatamente.
O método de troca iônica utiliza resina de troca iônica, adequada para resíduos líquidos com baixo teor de sal. Quando o teor de sal é alto, o custo do tratamento com resina de troca iônica é maior do que o do processo seletivo. Isso se deve principalmente à baixa seletividade da resina, que possui grande correlação com radionuclídeos. Na purificação de efluentes radioativos, o uso da eletrodiálise pode aumentar a eficiência de utilização do processo de troca iônica.
- Método de adsorção
A adsorção é um método eficaz para remover íons de metais pesados da água, utilizando substâncias sólidas porosas para adsorver e remover íons de metais pesados. A tecnologia-chave do método de adsorção é a escolha do adsorvente. Os adsorventes comumente utilizados são carvão ativado, zeólita, caulim, bentonita, argila, etc. Entre eles, a zeólita é barata, segura e fácil de obter. Comparada a outros adsorventes inorgânicos, a zeólita possui maior capacidade de adsorção e melhor efeito de purificação. A capacidade de purificação da zeólita é 10 vezes maior do que a de outros adsorventes inorgânicos, tornando-a um agente de tratamento de água muito competitivo. É frequentemente usada como adsorvente em processos de tratamento de água e também funciona como trocador iônico e agente de filtragem.
O carvão ativado possui forte capacidade de adsorção e alta taxa de remoção, mas sua eficiência de regeneração é baixa e a qualidade da água tratada é difícil de atender aos requisitos de reuso. O preço é alto e a aplicação é limitada. Nos últimos anos, uma variedade de materiais adsorventes com capacidade de adsorção tem sido gradualmente desenvolvida. Estudos relevantes demonstraram que a quitosana e seus derivados são bons adsorventes para íons de metais pesados. Após a reticulação, a resina de quitosana pode ser reutilizada muitas vezes sem reduzir significativamente sua capacidade de adsorção. O uso de sepiolita modificada para tratar águas residuais com metais pesados apresenta boa capacidade de adsorção para Co e Ag, e o teor de metais pesados nas águas residuais tratadas é significativamente menor do que o padrão abrangente de descarte de esgoto.
- Evaporação e concentração
O método de concentração evaporativa possui altos fatores de concentração e purificação, sendo utilizado principalmente no tratamento de águas residuais radioativas de médio e alto nível. O princípio de funcionamento do método de evaporação é: as águas residuais radioativas são enviadas para o dispositivo de evaporação e, ao mesmo tempo, o vapor de aquecimento é introduzido para evaporar a água em vapor d'água, enquanto os radionuclídeos permanecem na água. A água condensada formada durante o processo de evaporação é descarregada ou reutilizada, e o líquido concentrado é posteriormente solidificado. O método de concentração evaporativa não é adequado para o tratamento de águas residuais contendo nuclídeos voláteis e que formam espuma facilmente; consome muita energia térmica e tem altos custos operacionais; ao mesmo tempo, ameaças potenciais como corrosão, incrustação e explosão devem ser consideradas durante o projeto e a operação. A fim de melhorar a utilização do vapor e reduzir os custos operacionais, os países têm se esforçado ao máximo no desenvolvimento de novos evaporadores, como evaporadores de compressão de vapor, evaporadores de película fina, evaporadores a vácuo e outros novos evaporadores que alcançaram resultados notáveis.
- Tecnologia de separação de membrana
A tecnologia de membranas é um método relativamente eficiente, econômico e confiável para o tratamento de águas residuais radioativas. Devido às suas características de boa qualidade de efluentes, ausência de mudança de fase dos materiais e baixo consumo de energia, a tecnologia de membranas tem sido ativamente pesquisada.
As tecnologias de membrana utilizadas no exterior incluem: microfiltração, ultrafiltração, nanofiltração , filtração por membrana com polímero solúvel em água, osmose reversa (OR), eletrodiálise, destilação por membrana, troca iônica eletroquímica, membrana líquida, separação por filtração com adsorção de ferrita e membrana de papel de troca aniônica, entre outros métodos.
Espuma de melamina, um tipo de substrato de filtragem orgânica líquida tridimensional estável em nanoescala, com tamanho de poro de até 1 nm, capacidade de poro de até 0.297 cc/g e taxa de abertura de poro de até 98%. Pode alcançar adsorção e filtragem eficientes de esgoto nuclear, mesmo com a adição da maioria dos tipos de adsorventes.
- Tratamento biológico
Os métodos de tratamento biológico incluem fitorremediação e métodos microbianos. A fitorremediação refere-se a uma nova tecnologia de tratamento in situ que utiliza plantas verdes e seus microrganismos nativos da rizosfera para trabalhar em conjunto na remoção de poluentes do meio ambiente.
A partir dos resultados de pesquisas existentes, os tipos aplicáveis de tecnologias de biorremediação incluem principalmente tecnologia de pântanos artificiais, tecnologia de filtragem de rizosfera, tecnologia de extração de plantas, tecnologia de solidificação de plantas e tecnologia de evaporação de plantas. Os resultados dos testes mostram que quase todo o urânio presente no corpo d'água pode ser enriquecido nas raízes das plantas.
O tratamento microbiológico de águas residuais pouco radioativas é uma nova tecnologia que começou a ser estudada na década de 1960. Houve alguns estudos sobre a remoção de urânio em águas residuais radioativas por esse método no país e no exterior, mas a maioria deles está atualmente em fase de pesquisa experimental.
Com o desenvolvimento da biotecnologia e o estudo aprofundado do mecanismo de interação entre microrganismos e metais, a humanidade gradualmente percebeu que o uso de microrganismos para tratar a poluição radioativa de águas residuais é um método muito promissor. Células microbianas são utilizadas como agentes de tratamento biológico para absorver, enriquecer e recuperar radionuclídeos, como o urânio, em solução aquosa, o que apresenta alta eficiência, baixo custo e baixo consumo de energia. Além disso, não há poluentes secundários, o que pode atingir a meta de redução de resíduos radioativos e criar condições favoráveis para a regeneração ou descarte geológico de nuclídeos.
- Método magneto-molécula
O Instituto de Pesquisa de Energia Elétrica dos Estados Unidos (EPRI) desenvolveu o método Mag-Mole-clue para reduzir o número de resíduos radioativos, como estrôncio, césio e cobalto gerados. O método é baseado em uma proteína chamada ferritina, que é modificada para usar moléculas magnéticas para se ligar seletivamente a contaminantes, que são então removidos da solução por ímãs, e então os metais ligados são recuperados por retrolavagem do leito filtrante magnético. A ferritina é uma proteína multiunitária multifuncional altamente conservada, comumente encontrada em organismos vivos, que tem as características especiais de resistência a ácidos diluídos (pH < 2.0), bases diluídas (pH = 12.0) e temperaturas mais altas (invariante à temperatura da água de 70 a 75 °C). Com o aprofundamento da pesquisa sobre ferritina, grande progresso foi feito no estudo de novas funções in vitro usando o nanoespaço de sua capa proteica. Estudos in vitro mostraram que a ferritina tem a capacidade de armazenar íons de metais pesados in vitro. Além disso, estudos anteriores se concentraram no mecanismo de armazenamento e liberação de ferro da ferritina, utilizando outros íons de metais pesados como sondas que competem com os íons de ferro. Em contraste, estudos recentes demonstraram que essa propriedade da ferritina de capturar íons metálicos e ser resistente à reversão pode ser explorada para construir um reator de ferritina e usá-lo em campo para monitoramento contínuo do grau de contaminação da água corrente por íons de metais pesados. Sob condições específicas in vitro, alguns núcleos metálicos, como núcleos de FeS, núcleos de CdS, núcleos de Mn3O4, núcleos magnéticos de ferro Fe3O4 e núcleos de urânio de materiais radioativos, foram montados com sucesso no nanoespaço das camadas proteicas da ferritina.
- Método de cura inerte
A Universidade Estadual da Pensilvânia e o Laboratório Nacional de Savannah River desenvolveram um novo método para processar certos líquidos de resíduos radioativos de baixo nível em uma forma solidificada para descarte seguro. Este novo processo utiliza um método de coagulação em baixa temperatura (< 90 °C) para estabilizar líquidos de resíduos radioativos altamente alcalinos e de baixa atividade, ou seja, para converter o líquido residual em um corpo solidificado inerte. Os cientistas chamaram o corpo final curado de "hidrocerâmica" (uma cerâmica porosa queimada em biscoito). Eles afirmam que o corpo final solidificado é muito duro, estável e duradouro, e pode fixar radionuclídeos em sua estrutura zeólita. Este processo de preparação é semelhante ao processo de formação de rochas na natureza.
- Tecnologia de parede de reação de percolação de ferro zero valente
A barreira reativa permeável (BRP) é um método emergente em países desenvolvidos, como Europa e Estados Unidos, para a remoção in situ de componentes poluentes em águas subterrâneas poluídas. As BRP são geralmente instaladas em aquíferos subterrâneos, perpendiculares à direção do fluxo das águas subterrâneas. Quando a água subterrânea poluída flui através da parede de reação sob a ação de seu próprio gradiente hidráulico, os poluentes são removidos por meio de reações físicas e químicas com os materiais de reação presentes na parede, de modo a atingir o objetivo de restauração da poluição.
Trata-se de uma técnica de restauração passiva que requer pouca manutenção e é de baixo custo. Como um importante ramo da tecnologia de PRB, a tecnologia Fe0O-PRB tem sido pesquisada e desenvolvida em diversos países e em diversos aspectos do tratamento da poluição de águas subterrâneas. Resultados promissores foram alcançados no estudo do mecanismo de reação, da estrutura e instalação de PRBs, e no estudo de novos materiais ativos. Acadêmicos chineses começaram a estudar a tecnologia de parede de percolação ativa, representada por ferro de valência zero, para a remediação (tratamento) de águas residuais radioativas de rejeitos de urânio, e a pesquisa atual obteve resultados satisfatórios.
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