CZ2005341A3

CZ2005341A3 - Způsob odstranění uranu a jeho rozpadových produktů z vody a čistírna používající tento způsob

Info

Publication number: CZ2005341A3
Application number: CZ20050341A
Authority: CZ
Inventors: Soudek@Petr; Vaněk@Tomáš; Valentová@Šárka
Original assignee: Ústav organické chemie a biochemie, Akademie věd ČR
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2007-01-24
Also published as: CZ301110B6

Abstract

Je popsán způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z vod pomocí rostlin spočívající v tom, že se voda znečištěná těmito radionuklidy, přivádí do nádrže osázené mokřadními rostlinami, s výhodou orobincem (Typha sp.), sítinou (Juncus sp.), ostřicí (Carex sp.) a rákosem (Phragmites sp.), kde se nechá čistit.

Description

Tento vynález se týká způsobu odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z kontaminované vody pomocí rostlin. Tento vynález se týká také čistírny využívající uvedený způsob

Dosavadní stav techniky

Důvodem zvýšené pozornosti uranu ajeho rozpadovým produktům (především ²²⁶Ra a ²²²Rn) je jejich toxický účinek pro většinu organismů. Přírodní uran je směsí isotopů (²³⁴U (0,28 %), ²³⁵U (0,72 %) a ²³⁸U (99 %)), které jsou všechny radioaktivní. Uran vstupuje do organismu při vdechnutí plícemi, kde se jeho část dostává do krevního oběhu a ledvin, kde je vyloučen v moči. Není nebezpečný zvnějšku, neboť kůží neprostupuje, ale uvnitř organismu. Způsobuje rozvinutí rakoviny (plíce, ledviny). U zvířat byl pozorován vliv uranu na reprodukci (vznik defektů) a na rozvoj plodu [(The North Carolina Chapter of the Health Physics Society (NSDS): (2001) Uranium. Department of Energy Fact Sheets (http://nchps.org/NSDS/ /uranium.pdf).].

Na rozdíl od uranu je radium nebezpečné pouze svou radioaktivitou. Metabolicky je radium příbuzné s vápníkem. Expozice vysokou dávkou radia po delší dobu má za následek škodlivé efekty zahrnující anemii, šedý zákal, lámající se zuby, rakovinu (kostní sarkomy) a následnou smrt. [(The North Carolina Chapter of the Health Physics Society (NSDS): (2001) Radium. Department of Energy Fact Sheets (http://nchps.org/NSDS/radium.pdf)].

Vzhledem k dlouhým poločasům rozpadu obou zmíněných radioizotopů přetrvávají tyto látky v přírodním prostředí po řadu desetiletí a představují riziko pro životní prostředí. Z tohoto hlediska největší nebezpečí představuje kontaminovaná voda, která umožňuje další šíření kontaminace do okolí. Odstranění těchto kontaminantů je v poslední době hojně studováno. Eapen et al. (Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotlal S.A., Mitra R. (2003): Environmental Research 91, 127-133.) se zabývali studiem mechanismu příjmu uranu kořenovým systémem v laboratorních podmínkách na in vitro kulturách. V laboratorních podmínkách s reálně kontaminovanou pak testy s odstraněním uranu prováděli Dushenkov et al. (Duhenkov S., Vasudev D., Kapulnik Y., Gleba D., Fleisher D., Ting K.C., Ensley B. (1997):

• 0 0 0 · · • ♦ • ···

0000 • 000 • 0 0 ·

• 00

Environmental Science and Technology 31, 3468-3474.) s použitím suchozemských rostlin Helianthus annuus a Brassica juncea). Vliv a spoluúčast mikroorganismů na čistícím procesu pak byla studována v pracích autorů Abdelouas et al. (Abdelouas A., Lutze W., Gong W., Nuttall E.H., Strietelmeier B.A., Travis B.J. (2000): The Science of the Total Environment 250, 21-35.) nebo Stottmeister et al. (Stottmeister U., Wiepner A., Kuschk P., Kappelmeyer U., Kastner M., Bederski O., Miller R.A., Moormann H. (2003): Biotechnology Advances 22, 93-117.).

Podle dosavadních poznatků jsou rostliny ve spolupráci s mikroorganismy schopny účinně odstranit uran a ²²⁶Ra z půdy (Soudek P., Podracká E., Vágner M., Vaněk T., Petřík P., Tykva R. (2004): Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 262, 187-189.).

Podstata vynálezu

Způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z kontaminované vody pomocí rostlin je založen na schopnosti rostlin transportovat některé látky do organismu rostlin, které se pěstují v kontejneru, a zabudovat je do buněk.

Jako rostliny lze použít emerzní makrofyta Jako kontejner, v němž probíhá odstraňování radionuklidů z kontaminované vody, lze použít jakýkoliv vhodný kontejner, v němž lze uvedené rostliny pěstovat.

S výhodou lze použít kořenovou čistírnu, která se sestává z jednotlivých kontejnerů (např. 4 kontejnery o objemu 0,5-1,0 m ) naplněných štěrkem o běžné zrnitosti, s výhodou o zrnitosti 6-12 mm, nebo je tvořena lagunou vysypanou štěrkem o stejné zrnitosti, jako např. o objemu řádově desítek až stovek m isolovanou od okolního prostředí nepropustnou vrstvou.

Do štěrku jsou vysázeny vhodné rostliny, např. mokřadní (emerzní makrofyta), jako např. orobinec sítinovitý (Typha laxmanií), sítina sivá (Juncus inflexus), rákos australský (Phragmites australif) ostřice Buxbaumova (Carex baxbaumii) a kosatec žlutý (Iris pseudaJón/5)ýl ty^šFnechájT řádně zakořenit v čisté vodě. Ponechá se čas pro vytvoření potřebné mikro flóry na kořenovém systému rostlin.. Pro správné zakořenění rostlin je doporučeno vysadit rostliny tak, aby vodní hladina nebyla výše než kořeny. Pouze řádně zakořeněné rostliny mohou účinně pracovat. Doba od vysazení rostlin do spuštění čistícího procesu je závislá na klimatických podmínkách a obsahu dalších kontaminantů ve vodě, které mohou proces ovlivňovat. Již jednou zakořeněné rostliny jsou schopny opakovaných cyklů čištění (již bez fáze zakořeňování v čisté vodě) až do jejich případného odumření. Pak je nutné vysadit rostliny nové.

···· · 9

9999 99 ····

9 9 9 9 9

9999 · 9999

9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9

999 99 999

Kořenová čistírna bez řádně zakořeněných rostlin a ustaveného vztahu mezi rostlinami a mikroflórou nemůže efektivně pracovat. Takto vytvořená čistírna je schopná provozu celoročně, i když v zimních měsících dochází vlivem poklesu teplot k poklesu účinnosti.

Pro správnou funkci čistírny je nezbytné znát charakteristiky kontaminované vody a obsah kontaminantů, protože účinnost systému je závislá na výchozích hodnotách koncentrací látek obsažených ve vodě. Z tohoto důvodu se v průběhu čistění udržuje pH v rozmezí 7-8 a koncentrace anorganických aniontů, zejména síranů, v koncentraci nejvýše 500 mg/1. Při překročení mezních hodnot může dojít ke snížení účinku čištění nebo v krajním případně k odumření rostlin.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Odstraňování radionuklidů v laboratorním měřítku

V laboratorních podmínkách se odstraňování uranu z kontaminované směsi provádí tak, že se k živnému mediu přidá roztok kontaminace obvykle v sadě koncentrací do jejich konečné koncentrace pokrývající rozpětí 10 až 500 μΜ. Bylo zjištěno, že sloučeniny uranylu jsou akumulovány v kořenových kulturách vyšších rostlin, jako např. Armoracia rusticana nebo Helichrysum italicum, v průběhu řádově hodin, nebo celými rostlinami v hydroponických podmínkách, jako např. Sinapis alba a Brassica oleracea, v průběhu několika dní.

Příklad 2

Odstraňování radionuklidů ve velkém měřítku

Odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů ve velkém měřítku se provede tak, že se připraví 4 kontejnery o celkovém objemu 2,5 m³ s výpustnými ventily nezbytnými pro výměnu vody, naplněné štěrkem o zrnitosti 6-12 mm a osázené mokřadními rostlinami. Po zakořenění rostlin v čisté vodě po dobu minimálně jednoho měsíce byla k rostlinám přečerpávána voda o celkovém objemu 0,8 m³ s kontaminací a to ve výchozí koncentraci 180 - 370 mg/1 uranu a 0,062 - 0,096 Bq Ra. Po jednom týdnu je koncentrace látek v kontejneru a v zásobním sudu vyrovnána a v následujících týdnech dochází kjejí snižování. Kontaminující látky byly z kontaminované vody zcela odstraněny v průběhu 3 týdnů.

99 9999 • 9 · 9 9

9 9

9 999

Příklad 3

Odstraňování radionuklidů ve velkém měřítku v umělém jezírku

Odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů ve velkém měřítku umělém jezírku se provede tak, že se připraví jáma o rozměrech (š/d/h) 3 x 5 x 0,9 (1,2) m a objemu cca 10 m³se svažujícím se dnem od hloubky 0,9 do 1,2 m, položí se geotextilie a fólie pro zahradní jezírka, dno se převrství říčním pískem (70 - 100 mm), ustaví se plastové trubky o průřezu 0,5 m pro promíchávání a čerpání vody a pak se jáma naplnění štěrkem o zrnitosti 6-12 mm a osází mokřadními rostlinami. Po zakořenění rostlin v čisté vodě po dobu minimálně jednoho měsíce byla voda vyčerpána a k rostlinám přičerpána kontaminovaná voda o celkovém objemu 3 m³ s kontaminací ve výchozí koncentraci 180 - 370 mg/l uranu a 0,062 - 0,096 Bq ²²⁶Ra. Každý týden byla voda promíchávána čerpadlem. Kontaminující látky byly z kontaminované vody zcela odstraněny v průběhu 3 týdnů.

···· «4 4444 <· 44.4 •4 9 444 494

4 4 9444 9 444.

• 4 449 9499 4 • 4 44 499 4

4449 4 44 949 44 444

Claims

1. Způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z odpadních vod pomocí rostlin, v y z n a č u j í cí _r.s e tím, že voda znečistěná radionuklidy se přivádí do čistírny osázené mokřadními rosmnami/Kdese necnápo dobu 2az3 týdnů čistit nebo cirkulovat v závislosti na výchozích koncentracích polutantů a požadovaných výstupních koncentracích, načež se po vyčištění voda odpustí.

2. Způsob podle nároku 1,vyznačující se tím, že se jako rostliny používají čerstvě vysázené mokřadní rostliny nebo mokřadní rostliny, které již byly k čištění použity, ale stále ještě jsou schopny kontaminovanou vodu/fay^/

3. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 1 až 2, vyznačující se tím, že se jako mokřadní rostliny používají rostlinami vybrané ze skupiny sestávající z orobince (Typha sp.\ sítiny (Juncus sp.), rákosu (Phragmites sp.), kosatce (Iris sp.) a ostřice (Carex sp.)

4. Čistírna pro odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z odpadních vod, vyznačující se tím, že jde o kořenovou čistírnu, která je zcela izolována od okolního prostředí nepropustnou vrstvou, je vyplněna do hloubky alespoň 70-100 cm vysoce propustnou vrstvou štěrku, s výhodou oblázky nebo štěrkem o zrnitosti 6-12 mm, prorostlou kořeny vyšších rostlin, s výhodou mokřadní ch rostlin, a obsahuje přirozeně se vyskytující symbiontní mikroorganismy těchto rostlin.

5. Kořenová čistírna podle nároku 4, vyznačující se tím, zeje tvořena alespoň jedním kontejnerem.

6. Kořenová čistírna podle nároku 5,vyznačující se tím, zeje tvořena umělou lagunou, oddělenou od okolí nepropustnou vrstvou.

7. Kořenová čistírna podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že se jako rostliny používají čerstvě vysázené mokřadní rostliny nebo mokřadní rostliny, které již byly k čištění použity, ale stále ještě jsou schopny kontaminovanou vodu<?<b / J ~ í , ...'

TV oJCáT—

9«99 ·· 9999 9· »99* • · · 9 9 9 9 » 9 9 99· 9 9 999

9 999 9999 9

9 4 9 9 9 9 9

9 99 99« 99 99 9

8. Kořenová čistírna podle kteréhokoliv z nároků 4 až 7,vyznačující se tím, že se jako rostliny používají rostliny vybrané ze skupiny sestávající z orobince (Typha sp.), sítiny (Juncus sp.), rákosu (Phragmites sp.), kosatce (Iris sp.) a ostřice (Carex sp.).