CZ301110B6

CZ301110B6 - Zpusob odstranování uranu a jeho rozpadových produktu z vody a cistírna používající tento zpusob

Info

Publication number: CZ301110B6
Application number: CZ20050341A
Authority: CZ
Inventors: Soudek@Petr; Vanek@Tomáš; Valentová@Šárka
Original assignee: Ústav experimentální botaniky
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2009-11-11
Also published as: CZ2005341A3

Abstract

Predložené rešení se týká odstranení uranu a jeho rozpadových produktu z vody pomocí korenového systému mokradních rostlin, s výhodou orobincem, sítinou, ostricí a rákosem. A dále se týká korenové cistírny s vertikálním prutokem znecištené vody využité pro provádení tohoto zpusobu, kde plošná hustota mokradních rostlin, k nimž náleží dále také kosatec, odpovídá nanejvýš jejich prirozené plošné hustote.

Description

Tento vynález se týká způsobu odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z kontaminované vody pomocí rostlin.

Dosavadní stav techniky

Důvodem zvýšené pozornosti uranu a jeho rozpadovým produktům (především ²²⁶Ra a ²²²Rn) je jejich toxický účinek pro většinu organizmů. Přírodní uran je směsí isotopů (²³⁴U (0,28 %), ^23ÍU (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/uraniuni. 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 hledíš30 ka největší nebezpečí představuje kontaminovaná voda, která umožňuje další šíření kontaminace do okolí. Odstranění těchto kontaminantú je v poslední době hojně studováno. Eapen et al. (Eapen S., Suseelan K.N., Tivarekar S., Kotlal S.A., Mitra R. (2003) Potential for rhizofiltration of uranium using hairy root cultures of Brassica juncea and Chenopodium amaranticolor, Environmental Research 91, 127-133) se zabývali studiem mechanizmu příjmu uranu koře35 novým systémem v laboratorních podmínkách na in vitro kulturách. V reálných podmínkách pak testy s odstraněním uranu prováděli Dushenkov et al. (Duhenkov S., Vasudev D., Kapulnik Y., GlebaD., FleisherD., TingK.C., EnsleyB. (1997) Removal of uranium from water using terrestrial plants. Environmental Science and Technology 31, 3 468-3 474) s použitím suchozemských rostlin Helianthus annuus a Brassica juncea). Vliv a spoluúčast mikroorganismů na čisticím 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) Biological reduction of uranium in groundwater and subsurface soil. The Science of the Total Environment 250, 21-35) nebo Stottmeister etal. (Stottmeister U., WiepnerA., KuschkP., KappelmeyerU., KástnerM., BederskiO., Miller R.A., MoormannH. (2003) Effects of plants and microorganisms in constructed wetlands for wastewater treatment. Biotechnology Advances 22,93-117).

Podle dosavadních poznatků jsou rostliny ve spolupráci s mikroorganismy schopny účinně odstranit uran a ²²⁶Ra z kontaminovaných vod (Soudek P., Podracká E., Vágner M., Vaněk T., Petřík P., Tykva R. (2004) ²²⁶Ra uptake from soils into different plant species. Journal of Radio50 analytical and Nuclear Chemistry 262, 187-189). Využití vodních rostlin pro odstranění uranu popsal Kropachev (Kropachev A.M, RU 2254628 (2005).

-1CZ 301110 B6

Podstata vynálezu

Způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z kontaminované vody pomocí rostlin je založen na schopnosti rostlin látky transportovat 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 radíonuklidů z kontaminované vody, lze použít jakýkoliv vhodný kontejner splňující odpovídající ío technické parametry, v němž lze uvedené rostlin pěstovat.

S výhodou lze použít kořenovou čistírnu, která se sestává z jednotlivých kontejnerů (např. 2 kontejnery o objemu 0,5 až 1,0 m³) naplněných štěrkem o běžné zrnitosti, s výhodou o zrnitosti 6 až 12 mm, neboje tvořena lagunou vysypanou štěrkem o stejné zrnitosti jako např. o objemu řádově desítek až stovek m³ a izolované od okolního prostředí nepropustnou vrstvou.

Proudění kontaminované vody musí probíhat vertikálně, tj. kontaminovaná voda je přiváděna na dno kontejneru a voda vyčištěná je odváděna na povrchu. Možné je i uspořádání opačné.

Do štěrku jsou vysázeny vhodné rostliny, např. mokřadní (emerzní makrofyta) jako např. orobinec sítinovitý (Typha laxmanii), sítina sivá (Juncus inflexus), rákos australský (Phragmites australis) ostřice Buxbaumova (Carex baxbaumii), a dále také kosatec žlutý (Iris pseudacorus) nejvýše o jejich přirozené plošné hustotě a ty se nechají řádně zakořenit v čisté vodě a ponechá se čas pro vytvoření potřebné mikroflóry 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 po spuštění čisticího procesuje závislá na klimatických podmínkách a obsahu dalších kontaminantů ve vodě, které mohou proces ovlivňovat.

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 konta35 minantů, protože účinnost systému je závislá na výchozích hodnotách koncentrací látek obsazených ve vodě. Z tohoto důvodu se v průběhu čistění udržuje pH v rozmezí 7 až 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 médiu přidá roztok kontaminace obvykle v sadě koncentrací do jejich konečné kon50 centrace pokrývající rozpětí 10 až 500 μΜ. Bylo zjištěno, že se sloučeniny uranylu jsou akumulovány v kořenových kulturách vyšších rostlin jako např. Arrtioracia 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 ajeho rozpadových produktů ve velkém měřítku se provede tak, že se připraví 2 kontejnery o celkovém objemu 2,5 m³ s výpustnými ventily nezbytnými pro výměnu vody, naplněné štěrkem o zrnitosti 6 až 12 mm a osázené mokřadními rostlinami. Po zakořenění rostlin v čisté vodě po dobu minimálně jednoho měsíce byla k rostlinám přičerpávána voda o celkovém objemu 0,8 m³ s kontaminací a to ve výchozí koncentraci 180 až 370 mg/1 uranu a 0,062 až ío 0,096 Bq ²²⁶Ra a to na dno kontejneru, vyčištěná voda byla odváděna na povrchu. Po jednom týdnu je koncentrace látek v kontejneru a v zásobním sudu vyrovnána a v následujících týdnech dochází k její snižování. Kontaminující látky byly z kontaminované vody zcela odstraněny v průběhu 3 týdnů.

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 m³ se 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 až 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 až 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 a to ve výchozí koncentraci 180 až 370 mg/1 uranu a 0,062 až 0,096 Bq ²²⁶Ra. Každý týden byla voda promíchávána čerpadlem tak, aby voda kontaminovaná byla přiváděna na povrch a voda vyčištěná odváděna ze dna jezírka. Kontaminující látky byly z kontaminované vody zcela odstra30 něny v průběhu 3 týdnů.

Claims

5 1. Způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z odpadních vod pomocí rostlin, vyznačující se tím, že se voda znečistěná radionuklidy přivede do styku s mokřadními rostlinami, zejména sjejich kořenovým systémem obsahujícím přirozeně se vyskytující symbiontní mikroorganismy těchto rostlin dislokovaných nanejvýš v přirozené plošné hustotě, v závislosti na vstupní koncentraci polutantů se s ním ponechá v kontaktu za případné cirkulace po io dobu 2 až 3 týdnů, načež se po vyčištění voda odpustí,
2. Způsob odstraňování uranu a jeho rozpadových produktů z odpadních vod podle nároku 1, vyznačující se tím, že se voda znečistěná radionuklidy přivede do styku s kořenovým systémem mokřadních rostlin, které se předem vybraly ze skupiny sestávající z orobince (Typha

15 sp.), sítiny (Juncus sp.), rákosu (Phragmites sp.), ostřice (Carex sp.) a kosatce (Iris sp.).
3. Kořenová čistírna pro odstraňování nečistot z odpadních vod, zejména uranu ajeho rozpadových produktů, která je zcela odizolovaná od okolního prostředí nepropustnou vrstvou a má zejména formu alespoň jednoho kontejneru a/nebo umělé laguny, je do hloubky 70 až 100 cm

20 vyplněná vysoce propustnou vrstvou štěrku, s výhodou oblázky nebo štěrku o zrnitosti 6 až 12 mm, která je prorostlá kořeny vyšších rostlin, zejména mokřadních rostlin, a obsahuje přirozeně se vyskytující symbiontní mikroorganismy těchto rostlin, jako je orobinec (Typha sp.), sítina (Juncus sp.), rákos (Phragmites sp.) a ostřice (Carex sp.), vyznačující se tím, že plošná hustota mokřadních rostlin, k nimž náleží dále také kosatec (Iris sp.), odpovídá v této čistírně

25 s vertikálním průtokem vody nanejvýš jejich přirozené plošné hustotě.