Токсичні відходи Як боротися із забруднювачами урану Спектр науки
Токсичні відходи: як поводитися з урановими відходами?
Струмок містить 100 мікрограмів урану на літр, що в шість разів більше, ніж рекомендує Всесвітня організація охорони здоров’я для питної води. Донині ця вода виливається з шахти Кенігштайн на південний схід від Дрездена. У 1967 р. Радянсько-німецька акціонерна корпорація "Вісмут" почала тут видобувати уранову руду. Коли класичний демонтаж вибуховими та відбійними молотками не дав результатів, з’явилися більш тверді пов’язки. Щороку у глибокі свердловини зникали тисячі тонн суміші води та сірчаної кислоти. Хімічна речовина розкладала гірську породу на глибині, яка в іншому разі була недоступна, а гірники потім відкачували її назад бажаним ураном. Видобуток вилуговування фон Кенігштайн вважається однією з найбільш продуктивних фаз видобутку урану в Східній Німеччині - і однією з найбрудніших.
Урановий потік з тунельної системи тече і сьогодні, і його порівняно низький вміст металів є результатом десятиліть реконструкції. Після закінчення видобутку корисних копалин у 1990 р. Компанія Wismut GmbH, що фінансується федеральною владою, взяла на себе східнонімецькі уранові шахти, щоб запобігти великій екологічній шкоді. Робітники вирівняли купи ураносодержащих порід висотою понад 100 метрів. Вони забезпечили та затопили тунелі внизу. Вони створили нові магазини в Тюрінгії та Саксонії для забрудненого осадом урану та інших важких металів - і подбали про шахту Кенігштайн. З 5,8 мільярдів євро, скільки коштувало на сьогодні реконструкція, вимивна шахта Рудних гір поглинула левову частку близько одного мільярда євро. Оскільки кислота, що відкачується десятки років тому, не перестала працювати. Насоси від Wismut GmbH продовжують транспортувати урансодержащую воду донині. Поки що вмісту урану вистачає навіть на продаж радіоактивних важких металів. Лише у 2012 році Wismut GmbH виграла 38 тонн урану, який субпідрядник чеських операторів ядерної енергетики придбав.
Токсичний важкий метал
Завдяки своїй великій частці альфа-променів поглинутий уран може завдати шкоди тваринам і рослинам, але спочатку зовсім не небезпечний через свою радіоактивність. Він значною мірою складається з ізотопу урану-238, який дуже повільно розпадається із періодом напіввиведення 4,5 мільярда років. Що робить природний уран небезпечним для здоров'я та навколишнього середовища, це його роль важкого металу. Подібно до кадмію або свинцю, він накопичується в печінці і тим самим збільшує ризик розвитку раку. Крім того, він з часом розпадається на подібні токсичні важкі метали та на більш радіоактивні елементи, такі як радій та газ радону.
З точки зору екологів та влади, ще одна властивість урану є особливо критичною. Він особливо рухливий серед усіх відомих радіоактивних елементів, оскільки його окислена форма уран (VI) легко розчиняється у воді. Що є благом для вилуговування видобутку та переробки руди, стає прокляттям у відновленні старих гірських ландшафтів. Тому що зараз уран вже не повинен витікати, а повинен стримуватися якомога далі. Ось чому ремонтники, такі як Wismut GmbH, намагаються зробити все, щоб зробити елемент менш мобільним. Для цього уран (VI) повинен бути відновлений до важкорозчинного урану (IV).
Те, що раніше траплялось головним чином на очисних спорудах зі складними процесами хімічного розділення, тепер може бути реалізоване ще дешевше. У 1991 році американські мікробіологи виявили, що певні уранові бактерії використовують електронотранспортні процеси для отримання енергії - і тим самим зменшують рухливий уран (VI). Їх відкриття співпало з іншим розумінням: а саме забруднені ураном стічні води з шахти просочуються Водно-болотні угіддя з великою кількістю органічних речовин осад забирає рухливий уран і не дає йому рухатися. Очевидно, тут працює не тільки хімічне середовище, що зменшується, але й крихітні організми.
Біологічна утилізація
Очищуючий ефект природи мав би потенціал забезпечити спадщину видобутку набагато дешевше, ніж це робилося дотепер. Полімери, що виділяються деякими мікробами, дуже добре зв’язують важкий метал. Різні типи рослин і водоростей витягують уран з ґрунту і включають його в свою клітинну структуру, тоді як інші щільно замикають його в крихітні бульбашки і таким чином зв’язують [1]. Це правда, що ефект очищення ґрунту тропічних гірчичників або соняшнику на уран відомий давно. Але ці рослини погано розвиваються в досить суворому кліматі східнонімецького низького гірського масиву. Нещодавно дослідники ТУ Дрезден та Єнський університет змогли показати, що вітчизняна культивована рослина могла також витягувати з землі уран: тритикале, вирощене шляхом схрещування жита та пшениці, яке не шкодить зимівати на відвалах урану в Центральній Німеччині [2]. Регулярно збираючи та переробляючи біоенергію, такі рослини можуть бути навіть прибутковими.
Видалення забруднених ділянок за допомогою біологічної допомоги вражає не тільки ціною: методи обіцяють працювати з меншою допомогою людини. Брезентові відвали Wismut GmbH залишаються ризиком протягом десятиліть і століть. Якщо захисний покрив порветься - як це було востаннє зроблено у 2008 році поблизу заплави Рудних гір - шкідливий газ радону або урановий пил може витекти. Про те, що знаходиться під купами Підземні води Щоб їх захистити, насоси повинні працювати вічно і спочатку направляти забруднену стічну воду на очисні споруди. "Поки що у нас є лише інженерні рішення, які прослужать протягом наступних 50 років, але навряд чи 500 або 1000 років", - підтверджує Бродер Меркель. Він займає кафедру гідрогеології в ТУ Бергакадемії Фрайберг, яка регулярно організовує конференцію про наслідки видобутку урану. Однак, якщо забруднену воду пропускати через природні заболочені ділянки, значна частина урану, природно, буде зв’язана - навіть якщо деякі насоси одного дня не справляться з ладу.
Незважаючи на всю ейфорію щодо мікробіологічного та рослинного зв’язування урану, Бродер Меркель радить бути обережними: "Реконструкція заболочених ділянок шахтних стічних вод дешевша, але в багатьох країнах, що видобувають уран, неможлива через температуру та посуху". Крім того, є досвід, який інженери Wismut GmbH отримали на шахті Pöhla: У західних Рудних горах вони випробовують експериментальний процес з 2004 року, в якому забруднені ураном стічні води повинні бути біологічно очищені. Минулого року вони зупинили експеримент, оскільки рослина фільтрувала значно менше урану, ніж очікувалося. Зараз стічні води шахти Pöhla очищаються технічною системою.
Команда, очолювана Юхенгом Вангом із Швейцарського федерального технологічного інституту в Лозанні, зараз засіває додаткові сумніви щодо біологічного відновлення урану [3]. Дослідники дослідили потік з колишньої уранової шахти, що протікає через заболочену місцевість у регіоні Лімузен у центральній Франції. Вони виявили у воді крихітні тверді частинки, що призвели до збільшення концентрації урану в потоці. Дивно, але навіть і без того відновлений уран (IV) дотримувався цих так званих колоїдів, які насправді повинні бути міцно зв’язані в осаді, щоб захистити воду. Зараз вчені закликають до більш детального вивчення таких заболочених територій на предмет витоків урану та основних процесів.
Видобуток урану процвітає
Незважаючи на помірний досвід біологічних процесів, еколог Герт Дюдель з ТУ Дрезден переконаний, що в майбутньому їх можна буде використовувати частіше. Протягом багатьох років він вивчає взаємодію відвалів урану та заболочених ділянок. За його словами, такі методи рідше застосовуватимуться в густонаселених районах, таких як Німеччина, ніж у країнах, що розвиваються: "Якщо у вас є можливість фільтрувати видобувну воду через заболочену землю, це краще, ніж піддавати її населенню", - каже Дюдель.
Видобуток урану давно утвердився далеко від промислово розвинених країн. З початку останнього десятиліття спостерігався світовий бум урану, оскільки країни, що розвиваються, такі як Індія та Китай, побудували десятки нових атомних електростанцій і запланували значно більше. Найважливішими країнами-виробниками є Казахстан, Нігер та Намібія. У них просто немає засобів для захисту небезпечних шахтних залишків, як у Східній Німеччині, за допомогою складних технічних систем та постійного контролю за ними. Закріплення урану природними засобами - чи не єдиний вихід тут.
Бродер Меркель, однак, сумнівається, що природні водно-болотні угіддя можуть стримувати уран скрізь. "Метод досить дешевий, але в сухих країнах неможливий через температуру там". Еколог Герт Дюдель більш оптимістичний - зрештою, при будь-якій формі видобутку корисних копалин у будь-якому випадку потрібно викачувати та утилізувати багато води. Моніторинг у жодному разі не повинен відсутній у таких районах: "Відкрита територія не є біореактором", - каже Дюдель. "Рослини та бактерії потрібно оптимізувати під клімат та умови води". І для цього природні водно-болотні угіддя спершу мали б бути широко випробувані як поглинач води, забрудненої ураном - до цього часу це ніде не робилося.