Удаление радиоактивности

1.    Почему в воду попадают радиоактивные вещества?

Радиоактивные вещества могут попадать в воду двумя способами: в процессе природных явлений или в результате деятельности человека. Радиоактивностью называют энергию, которая появляется у нестабильного атома при распаде ядра. Практически каждый день человек подвергается воздействию радиации. К примеру, солнечный свет. Существует несколько типов радиоактивного распада: альфа-излучение, бета и гамма. Самыми безопасными являются альфа-излучения, так как проявляют себя только при вдыхании или проглатывании. Бета-излучения проникают в организм, вызывая мутации и перестройку ДНК. Гамма-излучения повреждают живые ткани на клеточном уровне.

Радиоактивность в воде — это частое явление, особенно для грунтовых вод. Так как многие породы содержат в себе радиацию на разном уровне. И проходя пласты таких минералов, грунтовые воды наполняются этими примесями. Поэтому может возникнуть перенасыщение и повышение уровня радиации. Наземные источники пополняются вредными веществами в период таяния снега, разлива рек. Вода смывает с земли достаточно много примесей. Особенно часто такое явление заметно если рядом с водоемами находятся промышленные предприятия. Естественная радиоактивность воды появляется при распаде изотопов тория и урана. Чем больше природных залежей радиоактивных веществ, тем больше вероятность повышенного содержания радионуклидов в воде.

Что касается техногенного заражения, то здесь основную роль играют промышленные предприятия. Не всегда происходит полное очищение сточных вод. В них, после производства, могут оставаться вредные вещества, которые обладают повышенной радиоактивностью. Так же существуют и другие выбросы, которые ухудшают экологическую ситуацию. Одни из самых распространённых элементов воде стали торий, радий и радон.

2.    Проблемы, которые вызывает вода, насыщенная радиоактивными веществами

Самостоятельно невозможно определить наличие радиоактивных элементов в воде. Потому что такие вещества не дают вкуса или запаха. Они не вызывают осадок. Внешне вода выглядит чистой. И если воду для централизованного водоснабжения проверяют на наличие вредных веществ, то частные скважины и колодцы остаются без внимания. А ведь в некоторых районах этот источник воды используется для всех нужд и питья в том числе.

Совершенно безопасных норм радиоактивности воды нет. Но приемлемые нормативы: 0,1 Бк/кг для альфа-частиц и 1 Бк/кг для бета. При повышении концентрации возрастает риск опасного влияния. Радиация имеет свойство накапливаться в организме. И частое употребление такой воды позволяет радионуклидам оставаться в теле человека продолжительное время. Самым, наверное, логичным заболеванием станет онкология. Радиация уничтожает иммунную систему, влияет на нервную, эндокринную. Вызывает проблемы с дыхательными путями. И даже при своевременном лечении начинается мутация ДНК. Возможен летальный исход. Именно поэтому так важно устранять повышенную радиацию в воде.

Альфа-активные элементы попадают в организм не только при питье воды, но и через кожу при гигиенических процедурах, мытье посуды. Также, они выделяются из воды в воздух. И можно сказать, что человек вдыхает очень вредный воздух.  Попадая в организм, запускается необратимый процесс. Происходит освобождение свободных радикалов из-за разрушения оболочки вещества. Окислители влияют на белок. В результате полностью меняются биохимические цепочки. Начинается разрушение биомолекул, вызывая разрыв хромосом. При анализе воды следует учитывать суммарность альфа и бета активности. Само альфа излучение имеет слишком низкую пропускную способность и не может проникнуть через кожный покров. Но находясь внутри человека, вызывает необратимые последствия. А в комплексе с бета излучением, оказывает воздействие и извне.

Вот почему концентрация радиоактивных веществ настолько важна при анализе воды. Ежегодно по всему миру регистрирует более 45 000 обращений в случае ухудшения здоровья от некачественной воды. И эта цифра растет. Поэтому, чтобы избежать проблем со здоровьем, рекомендуется проверять источники воды, которые используются для бытовых или промышленных нужд.

3.    Способы фильтрации

Для разного типа радионуклидов используются свои методы очистки. Удаление радона происходит при помощи аэрации, радий устраняется сорбентами. Также эффективен метод ионозамещения. Способы можно комплектовать, объединяя в одну схему. Таким образом получиться подобрать комплектацию под технические особенности воды и концентрацию определенных веществ.

3.1 Фильтрация аэрацией и обратным осмосом

Устранение радионуклидов с помощью аэрации очень эффективно, но при комбинировании нескольких методов. Аэрация в этом случае безнапорная.

Условия применения:
 - Показатели радона превышают нормы СанПин 1074 Радон (Rn) – более 60 Бк/кг.

Принцип работы системы: Вода проходит в аэрационную колонну, куда подается воздух. Происходит химическая реакция и радионуклиды поднимаются наверх. Сброс газов происходит через специальный клапан. Далее вода проходит в следующую колонну, где установлены полупроницаемые мембраны. Элемент может быть один или несколько. Проходя через мембранный фильтр происходит удаление остаточных примесей и доочистка воды. Потом поток поступает в накопительный бак.

Рис 1 Схема удаления радоокитивных веществ аэрация и обратный осмос

Данный способ совершенно безвредный и им можно очищать питьевую воду. Фильтрующий элемент, мембрана, обязательно нуждается в периодической очистке. Так как по мере заполнения примесями теряют свою способность очищать. Ячейки забываются вредными веществами, отчего качество ухудшается. Для увеличения производительности в системе могут использоваться несколько мембран. Чаще всего увеличение количества элементов требуется на производствах.

3.2. Фильтрация с аэрацией и сорбентным фильтром

Принцип работы системы: Вода обрабатывается кислородом, избавляясь от основного количества примесей. Если происходит выделение излишков газа, они уходят через клапан. Далее проходит через сорбентную загрузку, которая имеет пористую поверхность. Примеси остаются в фильтрующем материале, а вода поступает в накопительный бак или потребителю.

Рис 2 Фильтрация с помощью аэрации и сорбентов

Промывка системы осуществляется проточной водой. Выбор сорбента зависит от типа и количества радионуклидов. Чаще всего используются цеолиты, так как эффективнее устраняют подобные загрязнения.

4.    Рекомендации

Содержание радиоактивных элементов в воде строго контролируется СанПиН 2.2.4-171-10. Последствия внутреннего облучения радионуклидов очень опасны и приводят к летальному исходу.

При выборе метода очистки оптимально подобрать комплексную схему. Фильтрация будет проходить в два и более этапа.  Сначала подлежит очистке вода от тяжелых продуктов распада. Таких как свинец, полоний и другие. Кроме этого устранить органические соединения, взвеси и железо. Второй этап фильтрует воду от радия, солей жесткости. Третьим этапом служит финишная обработка для корректировки состава воды и улучшения органолептических свойств. Такая схема фильтрации применяется для питьевой воды. При очистке технической, достаточно двух этапов.

Сроки службы фильтрующих элементов зависят от концентрации вредных веществ, их количества, типа и производительности. Например, мембрана, в среднем, рассчитана на эксплуатацию от 1 до 2 лет. Сорбционная загрузка меняется каждые полгода. При поздней замене возникает риск попадания радионуклидов в чистую воду. Фильтрующий материал, не сможет качественно очищать. Рекомендуется проводить периодические проверки на исправность системы и вовремя менять элементы фильтрации.