Método de eliminación de radionúclidos del agua.

El invento se refiere a un método de eliminación de radionúclidos del agua.

El resultado técnico se alcanza con la creación, en la disolución acuosa, de las condiciones para la transmutación nuclear de isótopos radiactivos de unos elementos químicos en isótopos no radiactivos de otros elementos químicos en asociaciones sintróficas de cultivos microbiológicos. La transmutación se efectúa en tres etapas: en la primera, se estimula el efecto de adaptación mutágena de los microorganismos que contiene la biomasa ante los tipos específicos de radionúclidos (Isótopos 3) contenidos en la disolución acuosa a tratar. En la segunda, se optimiza la parte biológica del proceso de transmutación en la disolución obtenida por medio de la adición de los microelementos básicos necesarios y/o de sus combinaciones. En la tercera, la disolución acuosa se complementa con microelementos seleccionados y/o combinaciones de los mismos, que garantizan un aceleramiento máximo de la transmutación de isótopos radiactivos.

OBJETO DEL INVENTO

Este invento está vinculado al ámbito de tratamiento de residuos líquidos radioactivos, en particular a los métodos de eliminación de radionúclidos presente en el agua.

El problema de eliminación de radionúclidos del agua contaminada es una de las tareas más urgentes de la ecología. La existencia de agua con estas propiedades está vinculada tanto a operaciones tecnológicas sistemáticas, condicionadas por el carácter específico del proceso de producción nuclear de carácter industrial, como también a situaciones de emergencia provocadas particularmente por averías en instalaciones de la industria nuclear.

En el proceso de reacción de la fisión nuclear en los reactores atómicos se origina gran cantidad de isótopos e isómeros radiactivos (desechos de alta actividad) con períodos de vida medio o largo:

In

I

i - i i - i - j j j j j > i

|y|n51,52,52m,53,54,56 pg52,55,59 Qo55,56,57,58,58m,60,60m,61,62m ^j59,63,65 Qu64 ^65,69,69(11 q g67 q&6 7

^g73,74,76,77m gg75 ^86 gr85,85m,87m,89,90,91,92 y90'91'91"1'92'93 Z|-93,95,97 |\J ^93(11,94,95,97,98

|y|o90,93,99,101 yc96,96m,97,97m,99,99m p|^97,103,105,106Ru, 103m,105 p^jIOS,109 ^g105,110m,111 0^109,115,115(11

1,113m,114m,115m gn113,125 g j^l 22,124,125 ye123m,125m,127,127m,129,129m,131,131m,132,133,133m,134

1123,125,126,129,130,131,132,133,134,135 0g129,131,132,134,134m,135,136,137,138 gg131,140 yg140 0g139,141,143,144

pr142,143 ^^147,149 pm147,149 gu151,153Sm, 152,152m,154,155 0^153,159 y^O py165,166 |_|Q166 gr169,171

ym170,171 YP175 Lu177 Hf181 Ta182 y\/181.185.187 pg186,188 Qg185,191,191m,193 ^190,192,194

p^191,193m,197,197m ^198,199 |_|g198,199 p^OO^OI ,202,204TI, 203 gj206,207 pQ203,205,207 ^211 pg225,227 y 1^226,229 pg230,233 y230,231,232,233,236,237,239,240 ^237,239,240 pu234,235,236,237,238,239,240,

241,242,243,244 ^m241,242,242m,243 Qm242,243,244,245,246,247,248 g|^249 q^246,248,249,250,251,252,253,254.253,254,254m pm254,255

Es2

Entre esos radionúclidos, los isótopos Sr90, Tc""m, Cs137, Np237,239, pu238.239.240.24^ Am241, Cm242 son los más peligrosos para objetivos biológicos.

Es conocido el método de eliminación biológica de radionúclidos tecnógenos del agua (Patente RU2255906, publicado el 10.07.2005) basado en la alta capacidad de absorción de ciertas algas (en particular, Phillophonia elongata, Ulwa regida, Thalassiosira etc.), cuyos plantones se colocan en contenedores biológicos instalados según el volumen del agua a tratar. Durante el cultivo de estas algas, durante 20-40 días, en el proceso metabólico tiene lugar la absorción activa sobre la base de procesos metabólicos y bioquímicos y la acumulación de algunos tipos de radionúclidos que producen su eliminación del agua. Una vez lleno el contenedor biológico con algas crecidas, éstas se retiran del agua, se secan y se queman, para posteriormente enterrar los restos de ceniza radiactiva. El coeficiente máximo de acumulación de radionúclidos por estas algas (en relación a la masa de agua equivalente) es igual a 30 (para Cs137) y 40 (para Sr90).

La desventaja de este método está en que no soluciona los problemas de inactivación de los radionúclidos, porque los radionúclidos peligrosos no se eliminan sino que pasan a otro estado (se reducen a cenizas).

Es conocido el método de reutilización de desechos radiactivos mediante su ionización con neutrones térmicos (Patente US4721596 A publicado el 26.01.1988). Con esta ionización los neutrones son atrapados por los núcleos de los isótopos de larga vida con una consiguiente cascada de transformaciones nucleares y formación de otros isótopos que, en parte, pueden ser de corta vida, lo que reduce el tiempo de inactivación natural por medio de una desintegración espontánea.

La desventaja de este método está en que las reacciones de desintegración por acción de los neutrones lentos pueden transcurrir sólo en algunos isótopos radiactivos pesados (en particular, en U235 y Pu239), además, la absorción de estos neutrones por muchos núcleos estables, de elementos con masa media, puede causar la formación de isótopos radiactivos de estos núcleos.

El resultado técnico, objetivo de este invento, consiste en crear un método de tratamiento de disoluciones acuosas, que contienen radionúclidos, por el fenómeno de transmutación (transformación nuclear) de iones de isótopos radiactivos (radionúclidos) en otros tipos de isótopos estables en cultivos microbiológicos crecientes.

El resultado técnico se alcanza con este invento gracias a la creación, en la disolución acuosa a tratar, de las condiciones para la transmutación nuclear de isótopos radiactivos de

unos elementos químicos en isótopos no radiactivos de otros elementos químicos en cultivos microbiológicos crecientes; para ello, se prepara el caldo para el crecimiento de cultivos microbiológicos, con carencia del elemento químico correspondiente al isótopo obtenido como resultado de la transmutación (Isótopo 1) y que contiene componentes necesarios para la transmutación de los isótopos originales (Isótopo 2); en este caldo se cultivan culturas microbiológicas que para su crecimiento y desarrollo requieren de Isótopos 1, para lo cual se añade microorganismos a la biomasa, por ejemplo, en forma de gránulos, que introduce en el caldo nutriente mencionado asociaciones sintróficas microbianas en estado vital; el proceso de transmutación se efectúa en tres etapas: en la primera se estimula el efecto de adaptación mutágena de los microorganismos que contiene la biomasa ante los tipos específicos de radionúclidos (Isótopos 3) contenidos en la disolución acuosa a tratar, por medio de la temporización gradual de la biomasa de microorganismos a una temperatura óptima (elevada hasta 30-40°C) que acelera el proceso de mutagénesis durante un intervalo de tiempo comprendido entre las 10 horas, para microorganismos aeróbicos, y las 24 horas, para microorganismos anaeróbicos, en el líquido, cuya composición incluye agua en cantidad suficiente para cubrir el volumen de biomasa con el caldo de cultivo, que gradualmente se aumenta por adición de porciones de disolución acuosa con radionúclidos a tratar y que no causan la muerte de la biomasa por irradiación radiactiva, incluso hasta que se consiga la concentración de disolución sometida a tratamiento. En la segunda etapa se optimiza la parte biológica del proceso de transmutación en la disolución obtenida por medio de la adición independiente, en diversas pequeñas proporciones de disolución acuosa obtenida, de los microelementos básicos necesarios y/o de las combinaciones de estos microelementos para después de cierta temporización, en estas proporciones de cantidades similares de biomasa que fue sometida a adaptación mutágena, seleccionar aquellos microelementos y/o combinaciones seleccionadas de microelementos que aceleren al máximo el proceso de transmutación. En la tercera etapa la disolución acuosa a tratar se complementa con microelementos seleccionados y/o combinaciones de microelementos seleccionadas en cantidad necesaria, que garantizan un aceleramiento máximo de la transmutación de isótopos radiactivos en todo el volumen de la disolución acuosa a tratar; luego la biomasa se retira del agua en tratamiento. La duración de la tercera etapa se determina por el tiempo requerido en la consecución del valor necesario de radiactividad residual de la disolución en tratamiento. Al mismo tiempo, el invento prevé el bloqueo de la absorción directa de radionúclidos por la biomasa de microorganismos sin su transmutación; para ello en el agua en tratamiento se introduce una cantidad necesaria de microelementos, suficientes para el crecimiento de la

biomasa, que son radionúclidos estables (isótopos estables) análogos de aquellos que deben reutilizarse.

Una de las variantes de este invento, después de la unión de la biomasa de microorganismos con el caldo de cultivo, efectúa su granulación en presencia de compuestos que forman gránulos estables impermeables al agua, cuya estructura no obstaculiza el movimiento libre ni del agua ni de las sales y radionúclidos disueltos en todo el volumen de los gránulos.

En otra variante de este invento, la biomasa de microorganismos se forma empleando de asociaciones sintróficas de microorganismos aeróbicos y anaeróbicos.

Con el fin de eliminar los radionúclidos en las soluciones que contienen agua marina (no dulce), o compuestas por este tipo de agua, se emplea biomasa de microorganismos tiene asociaciones sintróficas de microbios con capacidad vital y adaptados al agua marina, por ejemplo, a base de fangos con capacidad vital para los que el agua marina constituye... [Seguir leyendo]

1. Método de eliminación de radionúcluidos del agua que consiste en crear en la disolución acuosa a tratar las condiciones para una transmutación nuclear, en los cultivos microbiológicos en crecimiento, de los isótopos radiactivos de unos elementos químicos (Isótopo 3) en isótopos no radiactivos de otros elementos químicos (Isótopo 1); para ello inicialmente se prepara un caldo de cultivo para el crecimiento de cultivos microbiológicos con carencia del elemento químico correspondiente al Isótopo 1 y que contiene componentes isotópicos (Isótopo 2) necesarios para la transmutación; luego, en el caldo de cultivo mencionado se añade una biomasa de microorganismos y, en tres etapas, se efectúa el proceso de transmutación: en la primera se estimula el efecto de adaptación mutágena de los microorganismos, que contiene la biomasa, a Isótopos 3 por medio de una temporización gradual de la biomasa de microorganismos durante un intervalo de tiempo entre las 10 horas, para microorganismos aeróbicos, y hasta 24 horas, para los anaeróbicos, en el líquido cuya composición contiene la cantidad suficiente de agua para cubrir la biomasa con caldo de cultivo y la cantidad gradualmente aumentada por medio de adición de porciones de disolución acuosa con radionúclidos a eliminar, pero que no causan la muerte de la biomasa por irradiación radiactiva, hasta conseguir la concentración de la disolución a tratar; en la segunda etapa se realiza la optimización de la parte biológica del proceso de transmutación en la disolución obtenida por medio de una adición independiente de microelementos básicos necesarios y/o combinaciones de estos microelementos para después de la temporización durante cierto tiempo de las proporciones similares de biomasa sometida a la adaptación mutágena seleccionar aquellos microelementos y/o combinaciones de estos microelementos que aceleran al máximo el proceso de transmutación; en la tercera etapa, en la disolución acuosa a tratar se añaden los microelementos seleccionados y/o combinaciones de microelementos seleccionadas en la cantidad necesaria que garantice la máxima aceleración de la transmutación de los isótopos 3 en todo el volumen de la disolución acuosa a tratar, tras lo cual se mantienen durante el tiempo necesario para alcanzar el valor requerido de radioactividad residual de la disolución en tratamiento y finalmente la biomasa de microorganismos se evacúa del agua tratada.

2. Método según reivindicación 1a caracterizado porque la temporización en la primera etapa del proceso se efectúa a la temperatura en el intervalo de 30-40°C.

3. Método según reivindicación 1a caracterizado porque tras la adición de la biomasa de microorganismos en el caldo de cultivo se efectúa la granulación de la sustancia obtenida en presencia de compuestos que forman gránulos estables impermeables al agua, cuya estructura no obstaculiza al movimiento libre del agua, de las sales disueltas en él y de los radionúclidos en todo el volumen de los gránulos

4. Método según reivindicación 1a caracterizado porque la biomasa de microorganismos se forma empleando asociaciones sintróficas de microorganismos aeróbicos y anaeróbicos.

5. Método según reivindicación 1a caracterizado porque durante la eliminación de los radionúclidos en las disoluciones que contienen agua marina se emplea la biomasa de microorganismos que incluye asociaciones sintróficas de microbios en estados vitales y adaptadas al agua marina, por ejemplo, a base de fangos con capacidad vitales para los que el agua marina constituye un habitat natural.

6. Método según reivindicación 1a caracterizado porque durante la tercera etapa del proceso las transmutaciones efectúan la mezcla continua de disolución acuosa con biomasa de microorganismos y/o el soplado de aire (burbujeo) a través de la disolución acuosa con biomasa.

7. Método según reivindicación 1a caracterizado porque durante la eliminación de radionúclidos 55Cs137y 3SSr90 en las disoluciones acuosas se excluye del contenido del caldo de cultivo, o se disminuye, la concentración de elementos Mg y K.