Обезвреживание радиоактивных сточных вод
В настоящее время известно около 450 радиоактивных веществ, которые находят применение в медицине и технике, в том числе Cl4, Р32 и I131. В результате большого количества выполненных исследований накоплены данные, с помощью которых можно обезвредить радиоактивные сточные воды. Токсическое действие радиоактивных изотопов на организм определяется их концентрацией и периодом полураспада.
Радиоактивные отходы выпадают в твердом, жидком и газообразном виде. В процессе промывки они переходят в растворы и суспензии. При химической обработке отходов на предприятиях атомной энергии следует обратить особое внимание на изотопы, приведенные в табл. 55.
Для стронция 90, период полураспада которого 19,9 лет, требуется по крайней мере 600 лет для того, чтобы концентрация отходов в питьевой воде имела допустимую радиоактивность.
Особенно большое количество сточных вод образуется при использовании их для охлаждения. Большая часть охлаждающей воды собирается в бетонированные резервуары. Вода хранится в них до тех пор, пока не пройдет период полураспада изотопов водорода и кислорода, и спускается в сток лишь после того, как ее радиоактивность станет допустимой. Организм человека по разному абсорбирует радиоизотопы, которые по этому признаку могут быть разделены на четыре группы:
1. Элементы, которые не абсорбируются легкими и пищеварительным трактом, ввиду чего они оказывают незначительное влияние. Сюда относятся изотопы алюминия и кремния.
2. Элементы, абсорбируемые жидкостью организма, но вскоре выделяемые. Вредное влияние этой группы, к которой относятся натрий и хлор, несколько сильнее предыдущей, хотя накапливание их в организме не наблюдается.
3. Элементы, которые входят в состав организма — это кальций и фосфор. При радиоактивном распаде их они становятся весьма опасными и ядовитыми. Период полураспада этих веществ очень короткий. Так, у изотопа Р32 период полураспада равен 14,3 дня.
4. Элементы, не входящие в человеческий организм, но которые абсорбируются им. Сюда относится свинец и другие тяжелые металлы. Эти элементы имеют очень большой период полураспада, долго остаются в организме и вредное влияние их постепенно нарастает. Плутоний абсорбируется легкими и пищеварительным трактом. Обладая периодом полураспада, равным 24 000 лет, все время действует как яд на человеческий организм. Максимальное содержание плутония, которое переносит организм, составляет 0,001 мг.
На основании изучения с помощью счетчика Гейгера — Мюллера радиоактивного влияния на почву установлено, что большое значение имеет направление потока грунтовых вод и степень их разбавления. Установлено, что вследствие основного обмена во многих почвах радиоактивные свойства не распространяются на большие участки.
Особенную осторожность надо проявлять при спуске радиоактивных сточных вод в канализацию. На рис. 129 видно, что радиоактивные сточные воды являются угрозой для людей, особенно учитывая различные периоды полураспада радиоактивных веществ. Как установлено после атомного испытания в Бикини, рыба, питающаяся планктоном, становится радиоактивной.
Рис. 129. Пути угрожающего действия на людей радиоактивных сточных вод
Приводится следующий способ обработки высокорадиоактивных сточных вод, возникающих при получении радиоизотопов и при опытных работах. Сточные воды собирают в подземные бетонные резервуары, затем как можно полнее осаждают радиоактивные вещества путем добавления 5%-ного раствора NaOH и доведения рН до 7,5—8,5; в результате четырехнедельной выдержки в бетонном резервуаре происходит распад изотопов, обладающих коротким временем жизни. Затем сточные воды после декантации постепенно разбавляют неактивной охлаждающей водой до 6000 м3 и собирают в большом водохранилище до разбавления 1:500 000, после чего спускают в сток. Вода в стоке при этом имеет среднюю активность 1·10-7 при нормальных условиях и 5·10-7 микрокюри на 1 м3 при выносе активного шлама из водохранилища.
Для обработки сточных вод с долгоживущими изотопами лучшим является способ, основанный на применении основного обменника. Естественные почвы, цеалиты, искусственные цеалиты, пластмассы ионообменных веществ можно применять для обработки радиоактивных сточных вод с молярной концентрацией до 10-12.
Рекомендуется концентрировать радиоактивные осадки с помощью смол, обладающих высокой ионообменной емкостью. Из изотопов, получающихся при расширении атомов, только молибден, теллур и рутений трудно поддаются ионному обмену: так, например, теллур вследствие равновесия положительной и отрицательной валентности частично осаждается в результате гидролиза на смоле в виде гидроокиси прежде, чем осуществляется регенерация. Анионный обмен молибдена, церия, вольфрама, мышьяка по сравнению с ними идет гораздо полнее. Для таких элементов, как цирконий, колумбий, которые склонны к образованию коллоидов, применяют адсорбирующие ионообменные смолы, причем десорбция осуществляется не солевыми растворами, а с помощью комплексообразующих веществ, таких, как щавелевая кислота. С помощью небольшого количества радиоактивных изотопов можно получить трудно определяемую остаточную концентрацию вытесненных ионов в процессе обмена. Если к обработке сточных вод предъявляются не очень жесткие требования, то достаточен катионный обмен; если имеются кислые сточные воды, их обрабатывают фосфатами и цитратами, образующими комплексные ионы, и спуск осуществляют, минуя нейтральные или щелочные растворы, которые должны осаждать или адсорбировать имеющиеся соединения. При более жестких требованиях необходимо двухступенчатое опреснение или обработка через смешанные смолы, которые обеспечивают неактивность спуска. Истощенные смолы в соответствующих печах превращаются в золу; в печи должны быть предусмотрены приспособления для обезвреживания отходящих газов. В результате активный осадок собирается в небольшом объеме.
Общепринятые способы осаждения, адсорбции, фильтрации и т. д. имеют особенно большое значение для сточных вод со средней или низкой активностью, причем для горячих растворов следует иметь в виду процесс выпаривания.
Для различных способов обработки воды с целью извлечения радиоактивного стронция установлено несколько средних значений эффективности, %:
Осаждение алюминием..............53
Осаждение Fe3+..................68
Осаждение фосфатом..............81
Содово-известковое умягчение жесткости воды........................74
Фильтрация песком................31
Ионный обмен....................95
Адсорбция каолином ........ до 50
Эти значения сильно зависят от рН и их надо рассматривать как ориентировочные.