Bài tiểu luận xử lý đất ô nhiễm phóng xạ

Hình 1: 'Chiếc bánh' mô tả sự đóng góp các nguồn bức xạ vào môi trường phóng xạ tự nhiên.Tất cả những đồng vị phóng xạ nói trên đều phát ra những tia phóng xạ có hại cho sức khoẻnhư anph

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

BỘ MÔN: XỬ LÝ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT

Bài tiểu luận:

XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM PHÓNG XẠ

GVHD: GS T.S LÊ HUY BÁ Người thực hiện: Lê Thị Thúy Vi

MSSV: 07708221

TP HỒ CHÍ MINH THÁNG 5 NĂM 2010

MỤC LỤC

Trang

1 Tìm hiểu về phóng xạ ………2

1.1Bức xạ là gì? ……… 2

1.2Sự phân rã phóng xạ là gì? ……… 2

1.3Đơn vị hoạt độ phóng xạ (Becquerel) là gì ……… 3

1.4Chu kỳ bán rã diễn ra như thế nào? ……… 3

1.5Bức xạ tự nhiên và bức xạ nhân tạo là gì? ………3

1.6 Chất phóng xạ sử dụng trong cuộc sống……… 5

2 Nguồn ô nhiễm và mức độ ô nhiễm .8

2.1 Nguồn ô nhiễm ……… 8

2.2 Mức độ ô nhiễm ……….9

3 Xử lý đất nhiễm phóng xạ ………10

3.1 Sơ lược ………10

3.2 Mô tả ………12

3.3 Ví dụ ………22 Tài liệu tham khảo

1 Tìm hiểu về phóng xạ

1.1 Bức xạ là gì?

Mọi người và mọi vật đều cấu tạo từ nguyên tử

Một người lớn trung bình là tập hợp của khoảng 4.000.000.000.000.000.000.000.000.000nguyên tử oxy, hydro, cacbon, nito, phốt pho và các nguyên tố khác

Khối lượng nguyên tử tập trung ở phần hạt nhân nguyên tử mà độ lớn của nó chỉ bằng mộtphần tỷ của nguyên tử Xung quanh hạt nhân hầu như là khoảng trống, ngoại trừ những phần tửrất nhỏ mang điện tích âm quay xung quanh hạt nhân được gọi là electron Các electron quyếtđịnh tính chất hoá học của một chất nhất định Nó không liên quan gì với hoạt độ phóng xạ.Hoạt độ phóng xạ chỉ phụ thuộc vào cấu trúc hạt nhân

Một nguyên tố được xác định bởi số lượng Proton trong hạt nhân Hydro có 1 proton, Heli có

2, Liti có 3, Berili có 4, Bo có 5 và Cacbon có 6 proton Số lượng Proton nhiều hơn, thì hạtnhân nặng hơn Thori có 90 proton, Protatini có 91 và Urani có 92 proton được xem là nhữngnguyên tố siêu Urani

Số lượng các nơtron quyết định hạt nhân có mang tính phóng xạ hay không Để các hạt nhân

ổn định, số lượng nơtron trong hầu hết mọi trường hợp đều phải lớn hơn số lượng Protron một

ít Ở các hạt nhân ổn định protron và nơtron liên kết với nhau bởi lực hút rất mạnh của hạtnhân mà không phần tử nào thoát ra ngoài Trong trường hợp như vậy, hạt nhân sẽ tồn tại bềnvững Tuy nhiên mọi việc sẽ khác đi nếu số lượng nơtron vượt khỏi mức cân bằng Trongtrường hợp này, thì hạt nhân sẽ có năng lượng dư và đơn giản là sẽ không liên kết được vớinhau Sớm hay muộn nó cũng phải xả phần năng lượng dư thừa đó

Hạt nhân khác nhau thì việc giải thoát năng lượng dư cũng khác nhau, dưới dạng các sóng điện

từ và các dòng phân tử Năng lượng đó được gọi là bức xạ

1.2 Sự phân rã phóng xạ là gì?

Quá trình mà nguyên tử không bền giải thoát năng lượng dư của nó gọi là sự phân rã phóng xạ.Hạt nhân nhẹ, với ít Proton và nơtron trở lên ổn định sau một lần phân rã Khi một nhân nặngnhư Radi hay Urani phân rã, những hạt nhân mới được tạo ra có thể vẫn không ổn định, màgiai đoạn ổn định cuối cùng chỉ đạt được sau một số lần phân rã

Ví dụ: Urani 238 có 92 proton và 146 nơtron luôn mất đi 2 proton và 2 nơtron khi phân rã Sốlượng proton còn lại sau một lần Urani phân rã là 90, nhưng hạt nhân có số lượng proton 90 lại

là Thori, vì vậy Urani 238 sau một lần phân rã sẽ làm sinh ra Thori 234 cũng không ổn định và

sẽ trở thành Protatini sau một lần phân rã nữa Hạt nhân ổn định cuối cùng là chì chỉ được sinh

ra sau lần phân rã thứ 14

Quá trình phân rã này xảy ra đối với nhiều hạt nhân phóng xạ có ở trong môi trường

1.3 Đơn vị hoạt độ phóng xạ (Becquerel) là gì?

Hoạt độ phóng xạ chỉ khả năng phát ra bức xạ của một chất Hoạt độ không có nghĩa làcường độ của bức xạ được phát ra hay những rủi ro có thể xảy ra đối với sức khoẻ con người

Nó được quy định bằng đơn vị hoạt độ Becquerel (Bq), phỏng theo tên một nhà vật lý ngườiPháp, Henri Becquerel

Hoạt độ phóng xạ của một tập hợp các hạt nhân phóng xạ được tính bởi số các phân rã trong nótrong một đơn vị thời gian Nếu số lượng phân rã là 1/1 giây, thì hoạt độ của chất đó được tính

là 1 Bq Hoạt độ không liên quan gì đến kích thước hay khối lượng của một chất Một nguồnphóng xạ có độ lớn bằng điếu thuốc lá dùng trong một dụng cụ quan trắc phóng xạ có thể cóhoạt độ lớn hơn hoạt độ cả thùng lớn chất thải phóng xạ hàng tỷ lần Nếu số lượng phân rã xảy

ra ở một lượng nhỏ của một chất là 1000/1 giây, hoạt độ của chất đó lớn hơn 100 lần so vớimột số lượng lớn chất chỉ có 10 phân rã xảy ra trong 1 giây

1.4 Chu kỳ bán rã diễn ra như thế nào?

Tốc độ phân rã được mô tả bằng chu kỳ bán rã, đó là thời gian mà 1/2 số hạt nhân không bềncủa một chất nào đó phân rã.Chu kỳ bán rã là đơn nhất và không thay đổi cho từng hạt nhânphóng xạ và có thể là từ một phần giây đến hàng tỷ năm Chu kỳ bán rã của Sulfua - 38 là 2 giờ

52 phút, của Radi - 223 là 11,43 ngày, và Cacbon - 14 là 5.730 năm Trong các chu kỳ bán rãliên tiếp, hoạt độ chất phóng xạ giảm bởi phân rã từ 1/2, 1/4, 1/8, 1/16… so với hoạt độ banđầu Điều đó cho phép tính hoạt độ còn lại của bất cứ chất nào tại một thời điểm bất kỳ trongtương lai

Bức xạ có khắp nơi trong môi trường Hầu hết các chất phóng xạ có đời sống dài đều sinh ratrước khi có Trái đất, vì vậy một lượng xạ luôn tồn tại là điều bình thường không thể tránhkhỏi Trong thế kỷ vừa qua, phông phóng xạ đã tăng lên không ngừng do các hoạt động nhưthử vũ khí hạt nhân và phát điện hạt nhân Mức độ phóng xạ phụ thuộc vào nhiều yếu tố: địađiểm, thành phần của đất, vật liệu xây dựng, mùa, vĩ độ, và mức độ nào đấy nữa là điều kiệnthời tiết: mưa, tuyết, áp suất cao, thấp, hướng gió… tất cả đều ảnh hưởng đến phông bức xạ.Bức xạ được xem là tự nhiên hay nhân tạo là do nguồn gốc sinh ra của nó

1.5 Bức xạ tự nhiên và bức xạ nhân tạo là gì?

Bức xạ tự nhiên

Một phần của phông phóng xạ là bức xạ vũ trụ đến từ không gian Chúng hầu hết bị cản lại bởikhí quyển bao quanh Trái đất, chỉ một phần nhỏ tới được Trái đất Trên đỉnh núi cao hoặc bên

ngoài máy bay, độ phóng xạ lớn hơn nhiều so với ở mặt biển Các phi hành đoàn làm việc chủ

yếu ở độ cao có bức xạ vũ trụ lớn hơn mức bình thường ở mặt đất khoảng 20 lần

Các chất phóng xạ có đời sống dài có trong thiên nhiên thường ở dạng các chất bẩn trong nhiên

liệu hoá thạch Trong lòng đất, các chất như vậy không làm ai bị chiếu xạ, nhưng khi bị đốt

cháy, chúng được thải vào khí quyển rồi sau đó khuyếch tán vào đất, làm tăng dần phông

phóng xạ

Nguyên nhân chung nhất của sự tăng phông phóng xạ là Radon, một chất khí sinh ra khi Radi kimloại phân rã Các chất phóng xạ khác được tạo thành trong quá trình phân rã tồn tại tại chỗ trong lòngđất, nhưng Radon thì bay lên khỏi mặt đất

Nếu nó lan toả rộng và hoà tan đi thì không gây ra nguy hại gì, nhưng nếu một ngôi nhà xây

dựng tại nơi có Radon bay lên tới mặt đất, thì Radon có thể tập trung trong nhà đó, nhất là khi

các hệ thống thông khí không thích hợp Radon tập trung trong nhà có thể lớn hơn hàng trăm

lần, có khi hàng ngàn lần so với bên ngoài

Loại trừ khí Radon, bức xạ tự nhiên không có hại đối với sức khoẻ Nó là một phần của tự

nhiên và các chất phóng xạ có trong cơ thể con người cũng là một phần của tạo hoá

Bức xạ nhân tạo

Những hoạt động của con người cũng tạo ra các chất phóng xạ được tìm thấy trong môi trường

và cơ thể Một số chất đã được thải vào khí quyển do các vụ thử vũ khí hạt nhân và phần nhỏ

hơn nhiều là các nhà máy điện hạt nhân Những giới hạn phát thải được phép đối với nhà máy

điện hạt nhân bảo đảm chúng không gây tác hại gì Hầu hết các chất phóng xạ sinh ra từ phân

hạch hạt nhân nằm trong chất thải phóng xạ và được lưu giữ cách biệt với môi trường

Hình 1: 'Chiếc bánh' mô tả sự đóng góp các nguồn bức xạ vào môi trường phóng xạ tự nhiên.Tất cả những đồng vị phóng xạ nói trên đều phát ra những tia phóng xạ có hại cho sức khoẻnhư anpha, bêta, gamma v.v…, trong đó tác động đáng kể lên cơ thể con người là tia gamma.Trong “bức tranh” trên (Hình 1) mô tả sự phân bố sự đóng góp của các nguồn tia phóng xạ(gamma) trên mặt đất: 50% từ khí phóng xạ Radon, 20% từ đất đá trong vỏ Trái đất, 12% trongnước; lương thực; thực phẩm và 18% là tia vũ trụ.

Cũng cần kể đến sự đóng góp của một phần rất nhỏ, khoảng 1%, các chất phóng xạ nhân tạo do

sự phát tán bởi các vụ thử vũ khí nguyên tử trên không vào những năm 1960 của thế kỷ trước

1.6 Chất phóng xạ được sử dụng như thế nào trong cuộc sống?

Sản phẩm tiêu dùng

Một số sản phẩm tiêu dùng cũng có chứa chất phóng xạ Các ngôi nhà thường được trang bị các thiết bị phát hiện khói có chứa nguồn phóng xạ alpha nhỏ, sơn dạ quang, đồng hồ và các dụng cụ cũng có chất phóng xạ tác động vào chất phôtpho làm nó sáng lên

Công nghiệp

Nhiều người phải tiếp xúc hàng ngày với các vật liệu phóng xạ trong rất nhiều ngành côngnghiệp Con mắt bức xạ nhìn được mọi thứ được sử dụng trong nhiều trường hợp khác nhau,thường để bảo đảm an toàn cho con người

Tia X được dùng để soi hành lý tại các sân bay, kiểm tra các khuyết tật mối hàn và các vết hànhoặc các vết nứt các trong công trình xây dựng, các đường ống và các cấu trúc khác Trong quátrình kiểm tra, nó có thể giúp theo dõi những bất thường trong độ dày của sản phẩm giấy, củaphim nhựa và các lá kim loại Bức xạ được dùng đo mức độ chất lỏng trong các bồn chứa lớn

Nông nghiệp

Bức xạ mạnh đã được sử dụng thành công trong việc phát triển 1500 giống cây lương thực vàcây trồng khác cho sản lượng cao hơn, chống chịu tốt hơn với điều kiện thiên nhiên và sâubệnh

Bức xạ được dùng để kiểm soát ruồi Tsetse ở Zambia, ruồi hại hoa quả ở Mexico và sâu cuốn

lá ở Nam Mỹ và Bắc Phi Trong kỹ thuật vô sinh côn trùng, côn trùng đực được đem chiếu xạlàm cho chúng bị mất khả năng sinh sản trước khi thả chung với côn trùng cái, thế hệ sau sẽkhông được sinh ra Không giống các hoá chất diệt côn trùng, biện pháp này không gây ônhiễm và có mức tác dụng chọn lọc cao

Nhiều căn bệnh được phát hiện sớm bằng chụp X quang còn có thể chữa được

Khi tia X vào cơ thể, nó tạo một hình ảnh có những vùng tối hơn và có những vùng sáng hơn,cho phép chụp các cơ quan nội tạng để chẩn đoán bệnh Xương được tạo hình ảnh rất rõ trênphim nhưng để kiểm tra ruột hoặc sụn, bệnh nhân thường được tiêm, uống hoặc đưa vào cơ thểmột chất tương phản, chất đó sẽ đọng lại ở nơi sẽ chụp và do tính dễ hấp thu bức xạ đó sẽ cho

hình ảnh rất rõ về bộ phận được chụp trên phim X quang.

Xạ trị

Khi cần nguồn xạ năng lượng lớn hơn X quang như trong xạ trị, thì người ta dùng thiết bịTelecobalt, hay gần đây hơn là dùng máy gia tốc tuyến tính Máy gia tốc tuyến tính truyềnchùm electron năng lượng cao vào sâu trong khối tế bào cần điều trị như các khối u Vì chùmtia electron rất dễ căn chuẩn, nó chiếu thẳng vào các khối u và phá huỷ khối u trong thời gianvài tuần mà không gây tổn hại gì nhiều cho tế bào xung quanh hoặc cho da Các tế bào xungquanh nếu bị ảnh hưởng sẽ có thời gian hồi phục giữa các đợt điều trị Khi cần thiết, máy giatốc tuyến tính có thể chụp ảnh các cơ quan nội tạng với hình ảnh rõ hơn nhiều so với chụp Xquang

Một hình thức khác nữa của xạ trị là điều trị hocmôn tuyến giáp và một số dạng u giáp trạng.Bệnh nhân được uống một dung dịch có chứa iôt 131, chất này đi vào tuyến giáp và tạo ra nội

xạ trị Trong trường hợp đặc biệt, một nguồn xạ nhỏ liên tục được đưa vào trong cơ thể bêncạnh vùng cần điều trị để thực hiện vùng điều trị ngắn tại chỗ

Chiếu xạ khử trùng và bảo quản thực phẩm

Nguồn phóng xạ rất mạnh có thể được sử dụng để khử trùng các dụng cụ như dụng cụ phẫuthuật, găng tay, những dụng cụ không thể khử trùng bằng nhiệt độ cao Một số loại thuốc cũngđược khử trùng bằng chiếu xạ; thực phẩm cũng có thể chiếu xạ để bảo quản được lâu hơn.Hiện nay khoảng 20% thực phẩm bị hỏng trước khi đến được với người tiêu dùng trong khithực phẩm chiếu xạ cũng có thể bảo quản nhiều tháng Chiếu xạ thực phẩm còn loại trừ đượccác ký sinh trùng và khuẩn có hại Thực phẩm đã được chiếu xạ không mang tính phóng xạ vàkhông nguy hại đối với người tiêu dùng

Hình 2: Vật liệu phóng xạ có thể có ảnh hưởng đến con người thông qua một loạt các tuyếnđường.

2 Nguồn ô nhiễm và mức độ ô nhiễm

2.1 Nguồn ô nhiễm

Ô nhiễm phóng xạ thường là kết quả của một tràn, tai nạn trong quá trình sản xuất hoặc sử dụng các nuclit phóng xạ(đồng vị phóng xạ), một hạt nhân không ổn định mà

có quá nhiều năng lượng Ô nhiễm có thể xảy ra từ khí phóng xạ, chất lỏng hoặc các hạt Ví dụ, nếu một hạt nhân phóng xạ sử dụng trong y học hạt nhânlà vô tình đổ, vật liệu có thể được lây lan của mọi người khi họ đi bộ xung quanh Ô nhiễm phóng xạ cũng có thể là một kết quả tất yếu của quá trình nhất định, chẳng hạn như việc phát hành của phóng xạ xenontrong tái chế nhiên liệu hạt nhân Trong trường hợp đó chất phóng xạ không thể có, nó có thể được pha loãng với nồng độ an toàn bụi phóng xạ hạt nhân là sự phân bố của ô nhiễm phóng xạ bởi một vụ nổ hạt nhân Đối với một cuộc thảo luận về ô nhiễm môi trường do alpha phát thải xin vui lòng xem nguyên tố nhóm actini trong môi trường Ngăn chặn những gì là sự khác biệt giữa vật liệu

phóng xạ từ ô nhiễm phóng xạ Vì vậy, chất phóng xạ trong container được niêm phong và không đúng được gọi là ô nhiễm, mặc dù các đơn vị đo lường có thể là như nhau

2.2 Mức độ ô nhiễm

Trong thực tế không có những điều như không phóng xạ Không chỉ là toàn bộ thế giới liên tục bắn phá bởi các tia vũ trụ , nhưng mọi sinh vật sống trên trái đất có chứa một lượng đáng kể củacarbon-14 và phần lớn (bao gồm cả con người) có chứa một lượng đáng kể kali-40 Các mức phóng xạ không gây hại hơn nữa ánh sáng mặt trời, nhưng cũng như số lượng quá nhiều ánh sáng mặt trời có thể nguy hiểm, do đó, cũng

có thể cấp quá nhiều bức xạ

Mức độ ô nhiễm thấp

Các mối nguy hiểm cho con người và môi trường khỏi ô nhiễm phóng xạ phụ thuộc vào bản chất của các chất ô nhiễm phóng xạ, mức độ ô nhiễm, và mức độ của sự lây lan của ô nhiễm Mức độ thấp gây nguy cơ ô nhiễm phóng xạ ít, nhưng vẫn có thể được phát hiện bởi thiết bị đo bức xạ.Trong trường hợp cấp thấp ô nhiễm bởi các chất đồng vị với một nửa cuộc đời ngắn, các khóa học tốt nhất của hành động có thể chỉ đơn giản cho phép các tài liệu để tự nhiên phân rã đồng vị sống dài hơn, nên được làm sạch và xử lý đúng cách, bởi vì ngay cả một mức độ rất thấp của bức xạ có thể được đe dọa khi tiếp xúc lâu dài với nó

3 Xử lý đất nhiễm phóng xạ

3.1 Sơ lược

Quy trình để tách các chất ô nhiễm kim loại phóng xạ và nguy hại từ các loại đất

Một phương pháp xử lý chất thải (2) bị ô nhiễm hòa tan, các chất độc hại hoặc phóng xạ đặc trưng bởi các bước sau: (1) tách một phần của vật liệu chất thải bị

ô nhiễm và xác định phạm vi kích thước hạt của phần bị ô nhiễm nghiêm trọng của vật liệu; (2) xác định những phần của vật liệu chất thải đang bị ô nhiễm và cách ly vật chất, cung cấp vật liệu chất thải bị ô nhiễm (19) và vật liệu chất thải dùng một lần (18), (3) đi qua các vật liệu chất thải ô nhiễm thành một bộ máy giường tầng sôi (16), nơi chứa dung dịch nước lọc (21), có một thành phần hóa học hiệu quả để hòa tan các chất gây ô nhiễm có trong các vật liệu thải bị ô nhiễm, nơi các vật liệu thải bị ô nhiễm (19), (24) có chứa solubilized, bị ô nhiễm nghiêm trọng các loài, và bùn thải của một rò rỉ các giải pháp có chứa dùng một lần, làm sạch chất thải (32), (4) loại bỏ rò rỉ các giải pháp ( 24) từ bùn thải bị ô nhiễm nghiêm trọng, để cung cấp các giải pháp rò rỉ các dung dịchnước (27) có chứa solubilized, bị ô nhiễm nghiêm trọng các loài, và chất thải rắn; và (5) đi qua các giải pháp rò rỉ các dung dịch nước (27) từ bước (4) thông qua một bộ máy loại bỏ ion (38) có hiệu quả để loại bỏ các loài solubilized, bị ônhiễm nghiêm trọng từ các giải pháp rò rỉ các dung dịch nước, để cung cấp làm sạch, dung dịch nước rò rỉ các giải pháp (21)

2 được đặc trưng trong chất thải bị ô nhiễm phóng xạ chứa các loại, trong đó

có ít nhất một trong radium phóng xạ, phóng xạ uranium, phóng xạ thori tồn tại

ở nồng độ của hơn 5 picocuries / gram, và loại bỏ ion bộ máy (38) được chọn

từ một cột trao đổi ion có chứa các vật liệu trao đổi ion

3 đặc trưng ở chỗ sau khi bước (4), nước được thêm vào các chất thải rắn, để cung cấp một hỗn hợp của nước bị ô nhiễm còn lại và làm sạch vật liệu thải, nơi mà các nước bị ô nhiễm được truyền qua bộ máy loại bỏ ion trong bước ( 5), và chất thải được làm sạch khô

4 Phương pháp yêu cầu bồi thường 1, đặc trưng ở chỗ, làm sạch dung dịch nước rò rỉ các giải pháp từ bước (5) được thông qua thông qua một bộ máy thẩm thấu ngược (42), để cung cấp: (a) làm sạch, tập trung, giải pháp rò rỉ các dung dịch nước có thành phần hóa học có hiệu quả để rò rỉ các chất gây ô nhiễm có trong các tài liệu xác định trong bước (2), trong đó dung dịch nước rò

rỉ các giải pháp được thông qua để bước (3), và (b) nước tinh khiết, được thêm vào các chất thải rắn tách biệt trong bước (4)

5 Phương pháp yêu cầu bồi thường 1, được đặc trưng trong đó các vật liệu bị ônhiễm (19) là bộ máy thông qua thành giường tầng sôi trong bước (3) có kích thước hạt dưới 420 micro mét

6 Phương pháp yêu cầu bồi thường 1, được đặc trưng trong chất thải bị ô nhiễm có chứa radium phóng xạ, và lọc các dung dịch nước được sử dụng trongbước (3) được chọn từ nhóm bao gồm acid hydrochloric, acid nitric, cacbonat natri, clorua natri, và hỗn hợp của chúng

7 Phương pháp yêu cầu bồi thường 1, được đặc trưng trong chất thải bị ô nhiễm có chứa phóng xạ uranium, và lọc các dung dịch nước được sử dụng trong bước (3) được chọn từ nhóm bao gồm acid hydrochloric, acid nitric, acid sulfuric, cacbonat natri, clorua natri, và hỗn hợp của chúng

8 Phương pháp yêu cầu bồi thường 1, được đặc trưng trong chất thải bị ô nhiễm có chứa thori phóng xạ, và lọc các dung dịch nước được sử dụng trong bước (3) được chọn từ nhóm bao gồm acid hydrochloric, acid nitric, acid