Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÍ MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN XỬ LÝ Ô NHIỄM ĐẤT
TIỂU LUẬN
XỬ LÝ ĐẤT DO Ô NHIỄM PHÓNG XẠ
TP.HCM Tháng 5 Năm 2010
TP.HCM Tháng 5 Năm 2010
1
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
MỤC LỤC
Trang
I/ CHẤT PHÓNG XẠ VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG.........................
4
1. Chất phóng xạ................................................................................
4
2. Bụi phóng xạ...................................................................................
5
3. Ô nhiễm đất do chất phóng xạ......................................................
5
II/ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT PHÓNG XẠ................................
9
1. Ảnh hưởng chất phóng xạ lên con người.....................................
9
2. Ảnh hưởng chất phóng xạ lên môi trường đất............................
9
III/ CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG TRÁNH VÀ XỬ LÝ...........................
10
1. Các phương pháp đánh giá môi trường phóng xạ.......................
10
2. Các biện pháp phòng tránh...........................................................
10
3. Các biện pháp xử lý.......................................................................
12
Xử lý chất phóng xạ trước khi xâm nhập vào đất..................
12
Xử lý chất phóng xạ sau khi xâm nhập vào đất.....................
14
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................
23
2
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
I/ Chất phóng xạ và ô nhiễm môi trường
Loài người không bao giờ quên khi hai
quả bom nguyên tử lần đầu tiên sử dụng ở
hai thành phố Nagasaki và Hiroshima
(Nhật Bản) vào tháng 8 năm 1945. Hậu quả
của việc nổ bom nguyên tử này đã sản sinh
ra những tia phóng xạ gây nguy hiểm cho
con người, môi trường và những sinh vật
khác trong một thời gian rất dài.
Hình 1 Vụ nổ bom nguyên tử ở Nagasaki
1. Chất phóng xạ
Những nguyên tử của cùng một nguyên tố, có cùng số nguyên tử nhưng
nguyên tử lượng khác nhau được gọi là những đồng vị (chất phóng xạ). 12C và
14
C là những đồng vị của C; 235U, 238U và 239U là những đồng vị của Uranium, là
những chất phóng xạ.
Môi trường phóng xạ là một phần môi trường sống của con người, bao gồm
các bức xạ α (alpha), β (beta) và γ (gamma) thoát ra từ các chất phóng xạ trong
đất, nước, không khí và các tia vũ trụ.
Theo các tính toán của Uỷ ban Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA) và
Uỷ ban Khoa học của Liên hiệp quốc về Đánh giá Ảnh hưởng của Phóng xạ
Nguyên tử (UNSCEAR) thì suất liều tương đương trung bình toàn cầu là 2,436
mSv và hình thành từ các nguồn khác nhau. Các nguyên tố phóng xạ K 40, họ
U238 và Th232 có vai trò quan trọng tạo nên môi trường phóng xạ, đặc biệt là
nguồn chiếu trong chủ yếu là khí rađon (Rn) và các bức xạ của các chất phóng
xạ chiếm một tỷ lệ nhất định.
3
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
a/
b/ c/
Hình 2.1 Các nguyên tố phóng xạ: a/ Radon; b/ Potassium; c/ Uranium
2. Bụi phóng xạ
Bụi phóng xạ xâm nhập tới bề mặt tới bề mặt Trái Đất từ khí quyển. Nguồn
gốc của loại bụi này là những vụ nổ thử vũ khí hạt nhân. Bụi phóng xạ khi rơi
xuống là cây sẽ gây tác động sẽ gây tác động có hại và qua chuỗi thức ăn, bụi
này từ lá cây qua động vật rồi đến người.
Lượng bụi phóng xạ mà mặt đất thu nhận, phụ thuộc vào bản chất của đất,
địa hình và loại thảm thực vật. Odum (1971) cho biết, giữa đồng cỏ phân bố
trên đất than bùn có tính chất acid, ở vùng đồi và đồng cỏ phân bố ở thung lũng
trên đất thịt màu nâu, có phản ứng gần trung tính, lượng 90Sr được tích lũy từ
cùng một nguồn bụi phóng xạ đã rất khác nhau. Ở đồng cỏ thuộc thung lũng,
các chỉ số tương ứng là 1; 6,6 và 115. Như vậy, những động vật ăn cỏ tích lũy
bụi phóng xạ cao hơn nhiều so với trong đất và trong cỏ.
3. Ô nhiễm đất do các chất phóng xạ
Nguyên nhân của ô nhiễm phóng xạ trong đất là do các chất phóng xạ có
sẵn trong thành phần địa chất, đất và do chất thải phóng xạ từ các nhà máy điện
hay trung tâm nghiên cứu khoa học.
4
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
-
Phóng xạ tự nhiên: từ U238, Ra226, Te, Tb159, Cs137 và Sr90 … có sẵn
trong lòng đất. Trong điều kiện môi trường thuận lợi, các nguyên tố này phân rã
và gây phóng xạ nồng độ cao, gây hại môi trường đất. Điều này xảy ra ở những
vùng mỏ phóng xạ, tập trung lượng phóng xạ cao.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của
phóng xạ Radon, Radium,
Uranium có trong đến
nhà
Lượng phóng xạ tự nhiên trong đất: lượng phóng xạ được phát hiện trong
một lượng đất (một mét vuông, sâu một feet). Bảng ở phía dưới là kết quả của
việc đo và tính toán cho lượng đất này (tổng cộng lượng đất là 7.894 x 10 5 m3)
và danh sách về mức độ phóng xạ của từng chất.
Ghi chú: Mức độ phóng xạ rất đa dạng phụ thuộc vào loại đất, sự hình thành
của các chất phóng xạ và nồng độ của chúng (gần bằng 1,58 g/cm 3 Được sử
dụng để tính toán trong bảng dưới). Bảng dưới tính toán dựa trên các con số
tượng trưng.
5
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Lượng chất phóng xạ tự nhiên trong một mét vuông, chiều sâu 1 feet
Chất phóng
xạ
Độ phóng xạ dùng
cho tính toán
Khối lượng của
chất phóng xạ
Độ phóng xạ được
đo trong lượng đất
Uranium
0.7 pCi/g (25
Bq/kg)
2,200 kg
0.8 curies (31 GBq)
Thorium
1.1 pCi/g (40
Bq/kg)
12,000 kg
1.4 curies (52 GBq)
Potassium
40
11 pCi/g (400
Bq/kg)
2000 kg
13 curies (500 GBq)
Radium
1.3 pCi/g (48
Bq/kg)
1.7 g
1.7 curies (63 GBq)
Radon
0.17 pCi/g (10
kBq/m3) soil
11 µg
0.2 curies (7.4 GBq)
Tổng cộng:
>17 curies (>653
GBq)
Bảng 3.1 Lượng chất phóng xạ tự nhiện trong một mét vuông, sâu một feet.
-
Phóng xạ nhân tạo: Do các thảm họa nhà máy điện hạt nhân, như
Trecnobyn (Ucraina) là một ví dụ: MTST bị nhiễm nặng. Ngoài việc gây hại
cấp tính, chúng còn gây hại tiềm tàng trong lòng đất, chúng còn gây hại tiềm
tàng trong đất. Chúng thấm xuống nước ngầm và lại làm sinh vật cả môi trường
nhiễm phóng xạ khi tiếp xúc với đất hay dùng nước sinh hoạt. Ngoài ra nguồn
ô nhiễm còn do các trung tâm nguyên cứu nguyên tử, các bệnh viện dùng chất
phóng xạ và những vụ thử vụ thử vũ khí hạt nhân. Các chất phóng xạ thâm
nhập vào đất và theo chu trình dinh dưỡng tới cây trồng, động vật và con người.
Người ta thấy rằng, sau mỗi vụ nổ thử vũ khí hạt nhân, những vùng cách xa
trung tâm thử thì chất phóng xạ trong đất cũng tăng lên gấp 10 lần. Tỉ lệ giữa
lượng đồng vị phóng xạ có trong cơ thể động vật với lượng đồng vị phóng xạ
6
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
có trong môi trường được gọi là “hệ số cô đặc”. Sau các vụ nổ nguyên tử, trong
đất thường tồn lưu 3 chất phóng xạ chủ yếu là Sr 90, I131, Cs137. Các chất này theo
chu trình dinh dưỡng sẽ thâm nhập vào người làm thay đổi cấu trúc tế bào, gây
ra những bệnh về di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư.
Hình 3.2 Các nguy cơ ô
nhiễm phóng xạ trong
quá trình xử lý nhiên
liệu hạt nhân.
Kết quả điều tra của Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự (1991) ở khu vực nhà
máy nhiệt điện Phả Lại cho thấy, đất có hoạt độ phóng xạ bêta, nhưng rất thấp
so với ngưỡng quy định. Người ta đã chứng minh rằng ở thời kỳ 20, 25, thậm
chí 50 năm sau vụ thử hạt nhân đất đã bị nhiễm xạ, vẫn không thể an toàn cho
sinh vật và người. Thậm chí, có những vùng đất nhiễm xạ đã trở thành đất chết.
7
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
II/ Ảnh hưởng của các chất phóng xạ
1. Ảnh hưởng chất phóng xạ lên con người
Hậu quả của sự ô nhiễm phóng xạ đối với loài người là sự tăng xác suất mắc
bệnh ung thư và những bệnh liên quan đến bộ gen di truyền, thể hiện qua hiện
tượng quái thai.
Ngoài ra con người còn bị nhiễm xạ. Sự nhiễm xạ chia làm hai loại là nhiễm
xạ trong và nhiễm xạ ngoài.
Trong tường hợp nhiễm xạ ngoài, cơ thể con người bị bắn phá bởi các bức
xạ tự nhiên của các tia vũ trụ hay các tia phóng xạ từ các hạt nhân phóng xạ tồn
tại trogn môi trường tự nhiên, còn trong trường hợp nhiễm xạ trong, cơ thể con
người bị bắn phá bởi các tia phóng xạ do các hạt nhân nguyên tử phóng xạ đã
xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp hay đường tiêu hóa phát ra.
Trong hai dạng nhiễm xạ trên thì dạng nhiễm xạ trong nguy hiểm hơn vì
những điều kiện bình thường (không có chiến tranh hạt nhân và không có sự cố
hạt nhân nghiêm trọng) mật độ các tia phóng xạ rất thấp và năng lượng của
chúng rất bé nên tác động của chúng lên cơ thể là không đáng kể. Đối với
trường hợp nhiễm xạ trong, các hạt nhân nguyên tử phóng xạ nằm trong cơ thể
sẽ bức xạ trực tiếp lên tế bào. Các tia phóng xạ năng lượng cao có thể tiêu diệt
các tế bào lành, làm thay đổi mã di truyền trong nhân tế bào và gây nên bệnh
ung thư, một trong những căn bệnh nguy hiểm nhất hiện nay trên thế giới.
2. Ảnh hưởng của chất phóng xạ lên môi trường đất
Tác động đến sự trao đổi chất của các vi sinh vật và động vật chân đốt trong
đất của khu vực đất bị ô nhiễm. Đồng thời hủy hoại tầng sơ cấp của chuỗi thức
ăn từ đó dẫn đến những hậu quả tiêu cực cho những loài động vật săn mồi.
8
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Những loài động vật nhỏ trong đất có thể tiêu thụ những hóa chất độc hại
trong đất sau đó chuyển vào chuỗi thức ăn đến các động vật lớn hơn dẫn đến
việc tăng tỷ lệ tử vong và thậm chí còn dẫn đên tiệt chủng loài.
Ngoài ra còn tác động đến sự trao đổi chất của cây và làm giảm năng suất
của các vụ mùa.
Cây cối hay các loài thực vật khác sẽ hút chất bị ô nhiễm từ vùng đất bị ô
nhiễm sau đó chuyển vào chuỗi thức ăn gây hại cho cơ thể người.
Ở những vùng đất bị ô nhiễm này nếu không xử lý kịp thời có thể trở thành đất
chết.
III/ Các biện pháp phòng tránh và xử lý
1. Các phương pháp đánh giá môi trường phóng xạ
+ Thu thập, xử lý các loại tài liệu địa chất, địa vật lý, kết quả phân tích
mẫu đã có trong các báo cáo điều tra cơ bản địa chất, đánh giá và thăm dò
khoáng sản.
+ Phương pháp lộ trình bổ sung quan sát địa chất môi trường.
+ Phương pháp đo gamma môi trường.
+ Phương pháp đo phổ gamma môi trường.
+ Phương pháp đo eman môi trường.
+ Lấy và phân tích mẫu nước, lương thực và đất trồng.
+ Thu thập các số liệu về kinh tế - xã hội.
+ Quan trắc môi trường phóng xạ và đo bụi phóng xạ.
2. Các biện pháp phòng tránh
Thông báo kết quả điều tra cho chính quyền địa phương các cấp
Cần thông báo kết quả điều tra chi tiết về mức độ ô nhiễm môi trường phóng
xạ của vùng nghiên cứu để các địa phương có thể dựa vào các tài liệu này quản
9
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
lý các hoạt động kinh tế xã hội liên quan, bảo vệ môi trường sống cho cộng
đồng dân cư.
Tuyên truyền và phòng chống an toàn bức xạ
Tuyên truyền cho cộng đồng dân cư biết tác hại của các chất phóng xạ. Các
cán bộ chuyên trách tại các địa phương được tiếp cận với với các tài liệu liên
quan tới độc hại phóng xạ của địa phương mình, các tiêu chuẩn về giới hạn cho
phép, từ đó thông báo, vận động dân cư có các biện pháp phòng ngừa như
không tiếp xúc, ăn, ở, nghỉ ngơi, sử dụng nguồn nước, sử dụng các loại lương
thực tại vùng không an toàn.
Cơ quan y tế địa phương tiến hành khám sức khoẻ cho cộng đồng dân cư
trong vùng định kỳ 2 năm/lần, để theo dõi và phát hiện sớm các bệnh thông
thường và bệnh có liên quan như hô hấp, tiêu hóa, sinh sản nhằm phản ảnh kịp
thời mức độ ảnh hưởng của các chất phóng xạ đến sức khoẻ của dân cư trong
vùng.
Khuyến cáo về quy hoạch các khu dân cư, khu kinh tế, xã hội
Trên vùng không an toàn phóng xạ không nên cấp đất để các hộ gia đình làm
nhà ở, không xây dựng các công trình công cộng: trạm y tế, trường học, chợ và
các khu công nghiệp. Các diện tích này nên khoanh vùng, ghi biển cảnh báo
nguy cơ tác hại của môi trường phóng xạ.
Trên các diện tích nêu trên nên, hạn chế sử dụng nguồn nước sông suối, nước
dưới đất để ăn uống. Khuyến cáo người dân tại các vùng không an toàn dùng
các bể chứa nước, mặt thoáng chứa nước. Khi nước lấy từ suối về, hoặc từ
giếng lên không được dùng ngay, nên chứa trong các bể một thời gian (khoảng
một vài ngày) để các chất yếm khí và các khí phóng xạ phân tán hết, nước sẽ
trở nên trong sạch hơn.
10
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Nhà ở cần được thiết kế xây dựng cao và thoáng khí, ưu tiên xây dựng nhà
sàn.
Khuyến cáo các vấn đề sản xuất nông nghiệp
Từ kết quả phân tích các mẫu thực vật (thóc, ngô, sắn, chè...) trong các vùng
điều tra, khuyến cáo nhân dân trong vùng không nên trồng các cây lương thực
trên các vùng không an toàn. Chính quyền nên chuyển các diện tích này thành
các khu rừng trồng cây công nghiệp.
Khuyến cáo về vấn đề tìm kiếm, thăm dò và khai thác khoáng sản
Trong các vùng điều tra có nhiều loại khoáng sản khác nhau, do vậy khi tìm
kiếm, thăm dò và đặc biệt là khai thác thì cần phải có đánh giá tác động cụ thể
về môi trường phóng xạ trong khu mỏ và ảnh hưởng của nó khi khai thác, nhằm
giảm thiểu tối đa phát tán phóng xạ vào môi trường.
Biện pháp khác
Các cấp chính quyền tỉnh, huyện cần kiên quyết xử lý nghiêm những cá nhân
và tổ chức vi phạm, phá hoại các yếu tố bảo vệ an toàn môi trường đối với vùng
không an toàn, các thân quặng đất hiếm - phóng xạ.
Tăng cường việc giao đất, giao rừng và vận động các hộ gia đình chăm sóc,
trồng rừng để bảo vệ khu tụ khoáng, ngăn ngừa sự phát tán các nguyên tố
phóng xạ đến các vùng an toàn.
3. Các biện pháp xử lý
Xử lý chất phóng xạ trước khi xâm nhập vào đất
Phế thải dạng lỏng: Phế thải phóng xạ dạng lỏng được chia
thành 3 loại và phương pháp xử lý cho mỗi loại khác nhau:
11
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
-
Hoạt độ thấp: Trước hết được tiến hành xử lý nước như tạo kết bông,
lắng đọng , hấp phụ, lọc và quá trình trao đổi ion. Sau đó, những loại khác nhau
của vật liệu phóng xạ được tách riêng. Những phế thải từ lò phản ứng chứa
nước sôi và áp suất cao được tháo ra bể chứa phế thải phóng xạ, từ bể này cho
qua bộ phận lọc. Nước lọc sau đó cho qua bộ phận khử khoáng chất, rồi sau đó
mới tiến hành cho bay hơi ở bể bay hơi. Những khí thoát ra từ bể bay hơi được
dẫn tới hệ thống xử lý chất thải khí.
-
Hoạt độ trung bình: Dùng phương pháp làm đứt đoạn thủy động học.
Trong phương pháp này những bức tường thép được khoan và lắp đặt qua lớp
đá sâu đến 300-400m. Nhờ những mũi khoan cứng khi khoan sâu đã tạo ra
những đường nứt gẫy, kẽ hở trong đá, sau đó, phế thải phóng xạ trộn với tro
bay hoặc xi măng được phun vào các khe sâu ở đó chúng sẽ đông kết lại, phân
hủy ở khoảng cách rất xa với môi trường sống của con người và cũng rất sâu so
với mực nước ngầm.
-
Hoạt độ cao: Cần rất thận trọng trong quá trình xử lý. Bước xử lý đầu
tiên là tách Uran không có khả năng phân chia hạt nhân từ những phế thải. Sau
đó, để làm nguội khoảng 3-5 tháng, trong thời gian này những hợp phần có thời
kì bán phân hủy ngắn như
131
I sẽ bị phân hủy hoàn toàn. Sau đó phế thải được
cắt thành miếng nhỏ và xử lí với HNO 3 nóng. Uran oxit sẽ hòa tan và bị rửa trôi
xuống sâu. Phần còn lại (chất rắn) chứa vào trong những thùng và chôn sâu
xuống lòng đất. Hợp phần lỏng bị rửa của HNO 3 và những sản phẩm Uran có
khả năng phân chia hạt nhân được dẫn vào bộ phân xử lí các chất hòa tan. Tại
đây, Uran và Plutoni được phục hồi và được tách riêng nhờ HNO 3 có chứa
sunfonat sắt. Sau đó chứa chúng trong những bể ở sâu dưới lòng đất.
Xử lý phế thải dạng rắn: Cũng giống như phế thải phóng xạ
dạng lỏng, các phế thải phóng xạ dạng rắn cũng được chia làm 3 loại:
12
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
-
Loại có hoạt độ thấp: Trước hết được đốt hóa tro để giảm thể tích đến
mức tối thiểu. Trước khi cho phế thải qua lò đốt hóa tro, những chất rắn độc hại
và có khả năng nổ như nhựa và những chất không cháy khác được loại ra. Lò
đốt được xây từ những gạch chịu lửa và nhiệt độ đốt lên tới 1000 – 1100 oC. Các
khí thải thải được cho qua tháp làm lạnh và làm sạch bằng phương pháp khô
hoặc phương pháp ướt.
Trong phương pháp ướt thường sử dụng máy lọc hơi đốt,
nhưng nó lại sản sinh ra những chất phóng xạ dạng lỏng.
Trong phương pháp khô, hắc in sẽ tạo thành và đe dọa ngọn
lửa đốt. Phần tro sẽ được đóng bánh ở áp suất rất lớn, (khoảng 50 kg/cm 2). Vật
liệu đóng bánh, sau đó được xếp vào các congteno (thùng chứa) thích hợp. Các
chất phóng xạ thường được cố định trong các khuôn cối không tan nhờ nhựa
đường (bitum) và sau đó xếp vào các congteno có thành chống phóng xạ, sau
đó chôn vùi chúng xuống sâu dưới đất hoặc dưới nước.
-
Loại có hoạt độ trung bình
-
Loại có hoạt độ cao: Được chôn sâu tới 400m và từng thời kì người
ta đều tiến hành quan trắc mức độ an toàn của các congteno.
-
Một số lưu ý cần thiết đối với phế thải phóng xạ là:
-
Quan trắc hoạt độ phóng xạ xung quanh các điểm chôn vùi.
-
Phòng ngừa xói mòn ở những nơi chôn vùi.
Xử lý chất phóng xạ trong đất
Khắc phục sự ô nhiễm đất bằng phương pháp điện động
Quá trình xử lý bằng phương pháp điện động đã nổi lên như một công nghệ
đầy tiềm năng cho việc khử nhiễm các loại đất bị ô nhiễm. Quá trình này cũng
13
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
đã được các kỹ sư địa chất sử dụng để làm vững chắc cho các nền của các công
trình xây dựng. Phương pháp này có thể chuyển đồng thời các hợp chất hữu cơ
và vô cơ, bao gồm cả chất phóng xạ. Phương pháp này dựa trên sự phối hợp
căn bản giữa sự điện chuyển, điện thẩm thấu và sự sự di chuyển của các ion
trong đất ướt.
Hai kết cấu căn bản để chu chuyển chất ô nhiễm là:
-
Sự chuyển động của các loại tích điện là do sự điện chuyển.
-
Sự vận chuyển của các chất ô nhiễm là do sự bình lưu của dòng điện
thẩm thấu.
-
Hiệu quả của phương pháp phụ thuộc vào loại đất và loại ô nhiễm.
Phương pháp này liên quan đến việc ứng dụng luồng điện một chiều cường
độ thấp ( vài miliamp trên một centimeter vuông của bộ phận điện cực)hay
nồng độ điện áp thấp ( vài vôn trên centimeter) giữa các điện cực được cắm vào
trong đất. Kết quả là các chất ô nhiễm sẽ di chuyển về phía anode hay cathode
do sự di chuyển của các ion hay sự điện chuyển và sự bình lưu của điện thẩm
thấu. Các chất ô nhiễm ở các cực sẽ được loại bỏ bằng các biện pháp khác
chẳng hạn như thuật mạ điện, hấp thụ vào các cực điện, sự lắng tủa tại các cực
điện, bơm gần các cực điện, tạo thành phức hợp với các ion trao đổi nhựa.
Hình 3.2.1 Sơ đồ về xử lý bằng phương pháp điện động
14
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Hình 3.2.2 Khái quát về trình bày phương pháp điện động trong nghiên cứu
Dùng cột tuyển nổi (tall column flotation)
Hiệu quả của thiết bị tuyển nổi cơ khí sẽ giảm ở kích cỡ hạt siêu mịn bởi do
kích thước của bọt bong bóng lớn (kích thước bọt khoảng 1 mm). Nhưng kỹ
thuật cột tuyển nổi thì lại rất phổ biến và hiệu quả ở các hạt siêu mịn. Phần lớn
các chất phóng xạ thì hiện diện trong đất, có cỡ hạt từ 38 micromet và nồng độ
của nó trong một vùng là một phần tỷ. Cột tuyển nổi có thể được xem là sự kết
hợp của các điều kiện chẳng hạn như: kích cỡ của bọt (30-60 micromet), trạng
thái tĩnh, kỹ thuật xả bọt đang rất thịnh hành trong các cột sẽ cho ta kết quả là
sự phân tách có chọn lọc của các chất phóng xạ một cách riêng rẽ trong đất ô
nhiễm.
Cột phân tuyển nổi là một thiết bị cao và có theo tỷ lệ chiều dài: đường kính
ít nhất là 10:1. Bùn hoạt tính được phân phối ở phần trên của cột và khi thiết bị
là việc sẽ di chuyển dần xuống phía dưới.
15
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Các phân tử kỵ nước sẽ dính vào dòng bọt đang tăng lên, các dòng bọt này
được tạo ra ở đáy của cột tuyển nổi. Các đám bọt khí sẽ tiếp tục được rửa nhiều
hơn khi lên đến phần trên của cột tuyển nổi để giảm thiểu lượng đất sạch bị kéo
theo các bọt bong bóng khí. Phần đất có chứa các chất phóng xạ sẽ đi theo bọt
khí và lên phần trên của cột. Còn phần đất sạch mà không dính vào các bọt khí
thì sẽ thoát ra ở đáy thiết bị.
Hình 3.2.3 Thiết bị cột tuyển nổi
Máy tuyển nổi tự động (Automated mechanical flotaion) (Denver unit)
Tuyển nổi là một quá trình hóa lý trong đó thành phần được chọn để tách ra
khỏi các chất khác dựa vào những đặc tính cơ bản của chất đó. Phương pháp
này được thực hiện bằng cách thêm vào những chất phản ứng hóa học ở pH xác
định, theo cách đó sẽ tác động đến tính chất của các chất phóng xạ. Cách xử lý
này sẽ làm cho các chất phóng xạ trong đất bị ô nhiễm hay còn được xem là
chất kỵ nước. Giai đoạn phân tách thì sẽ được tiến hành bằng cách cho khí đi
xuyên qua bùn hoạt tính. Những bong bóng khí sẽ chọn lọc và tách các phần tử
16
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
chất phóng xạ trong đất và nổi lên bề mặt ở dạng bọt. Sự phân tách các phần tử
đất bị ô nhiễm có chứa chất phóng xạ sẽ hoàn trả lại đất sạch.
Thiết bị tuyển nổ tự động có nguyên lý làm việc như đã trình bày ở trên
nhưng được điều chỉnh bằng cách thêm vào hệ thống loại bọt tự động và bộ
phận điều khiển để giữ cho bọt luôn liên kết với nhau một cách ổn định.
Phân tách bằng gradient từ tính cao (high-gradient magnetic separation)
Đây là một công nghệ mới dùng để tách chất phóng xạ ra khỏi đất. Công
nghệ này được gọi là gradient từ tính cao (high-gradient magnetic separation)
viết tắt là HGMS. Dựa trên lợi thế là các tất cả các hợp chất actinide đều co
một chút từ tính. Nhiều đất ô nhiễm đều có chứa các phân tử plutonium và
uranium oxide. Dựa trên nguyên tắc những hạt có một ít từ tính này sẽ bị hút
bởi các từ trường mạnh hơn và vì thế có thể tách ra khỏi những đất mà hầu như
không có từ tính. Nhờ vào khả năng siêu dẫn của các nam châm đã tạo nên một
từ trường mạnh đã làm cho HGMS hút các chất actinide gây ô nhiễm.
Hình 3.2.4 Phương pháp HGMS
dùng để tách các chất phóng xạ
trong đất, Những hạt từ tính sẽ bị hút
vào các sợi len.
Rửa đất (soil washing)
Phương pháp rửa đất sử dụng kết hợp sự phân tách vật lý và công nghệ chiết
tách hóa học. Nguyên tắc hoạt động đất bị ô nhiễm sẽ được hòa trôn với nước
17
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
và các chất phản ứng. Những hạt thô sẽ được tách ra khỏi chất lỏng có chứa
chất phóng xạ bằng phương pháp tách vậy lý. Nước có chứa phóng xạ sẽ đuợc
hệ thống xử lý nuớc xử lý chẳng hạn như lọc, xử lý carbon, trao đổi ion, xử lý
hóa học và màng phân tách.
Lợi thế của việc sử dụng nước là không tốn nhiều tiền, hoàn toàn không độc
hại, dùng nhiệt độ môi trường.Công nghệ này có thể được dùng để hòa tan một
vài muối phóng xạ. Phương pháp này có thể được dùng như tiền xử lý cho các
quá trình sau đó.
Yêu cầu về nước dùng trong xử lý:
-
Không sử dụng nước ion hóa.
-
Không sử dụng nước đã qua quá trình lọc.
Yêu cầu cho các chất thêm vào:
-
Citric acid tự nhiên (có thể phân hủy sinh học).
-
EDTA (dung dịch 13%).
-
Natri sulfide (kết tủa từ dung dịch rửa đất).
Các thông tin về đất:
-
Tính chất của đất: Cát, sét , độ ẩm.
-
Tính chất của hạt: Kích thước, hình dáng, tính chất vật lý, hóa học, khả
năng lắng.
-
Sự phân bố chất phóng xạ và kích thước các hạt.
-
Tính chất vật lý, hóa học của các chất ô nhiễm.
18
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Hình 3.2.5 Sơ đồ phương pháp rửa đất
Sàn lọc (screening)
Sàn lọc để tách đất dựa trên những kích thước hạt cơ bản. Phương pháp này
thường áp dụng cho các hạt có kích thước lớn hơn 250 micromet. Phương pháp
này được thực hiện bằng cách sàn lọc khô hoặc sàn lọc ướt. Sàn lọc sẽ không
hiệu quả đối với các vật liệu ướt bởi vì nó sẽ nhanh chóng làm nghẹt sàn lọc.
Phương pháp này như là bước đầu tiên để loại bỏ các phân tử có kích thước lớn
trước khi ứng dụng những phương pháp khác.
Phương pháp này thích hợp với mọi loại đất, có thể tách các phần tử có kích
thước lớn hơn 50 micromet.
Ưu điểm:
-
Dễ thực hiện và rẻ tiền.
Nhược điểm:
-
Ồn ào.
-
Lọc khô sẽ gây ra bụi.
-
Lọc ướt thì phải xử lý nước thải.
19
Tiểu luận xử lý đất do ô nhiễm phóng xạ
Hình 3.2.6 Máy sàn lọc đất
Phân loại (classification)
Sự phân loại các hạt dựa theo tính ổ định của các hạt đó trong dung dịch.
Nguyên tắc làm việc các hạt nặng và thô sẽ rơi xuống dưới đáy, các hạt nhẹ và
nhỏ hơn thì sẽ di chuyển lên phía trên. Phương pháp phân loại này dùng để tách
các hạt nhỏ hơn. Những hạt này đa số là các chất phóng xạ gây ô nhễm.
Phương pháp này thuờng sử dụng cho đất cát với độ ẩm và hàm lượng sét
thấp.
Ưu điểm:
-
Giá thành thấp, dễ thực hiện, đáng tin cậy và khả năng tiến hành quá
trình liên tục.
Nhược điểm:
-
Đất ẩm và sét thì khó tách ra được bằng phương pháp phân loại.
Tuyển nổi (flotation)
Tuyển nổi là quá trình phân tách bằng bọt lỏng thường ứng dụng để phân
tách bằng các chất đặc biệt từ quặng. Quá trình dựa trên hiện tượng hóa lý về
20
- Xem thêm -