Oczyszczanie wód z nuklidów promieniotwórczych z wykorzystaniem zeolitów

• Autorzy: Chałupnik Stanisław , Wysocka Małgorzata , Chmielewska Izabela , Samolej Krzysztof

Warianty tytułu

EN

Removal of radionuclides from water with application of zeolite

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zeolity są uwodnionymi, krystalicznymi glinokrzemianami metali, w szczególności Na, K, Mg, Ca, Sr i Ba, I i II grupy układu okresowego. Obecnie znane jest ponad 35 zeolitów naturalnych i ponad 150 zeolitów syntetycznych. Wśród zeolitów syntetycznych do najważniejszych można zaliczyć zeolity typu NaP i Na-X, Na-Y, 4A-X a do naturalnych mordenit, klinoptylolit i chabazyt. Jedną z możliwości zastosowań zeolitów jest usuwanie z wód zanieczyszczeń promieniotwórczych. Podjęto badania dotyczące możliwości wykorzystania tych substancji do oczyszczania wód kopalnianych z nuklidów promieniotwórczych z wykorzystaniem zeolitów naturalnych i sztucznych. W badaniach skoncentrowano się na usuwaniu z wód naturalnych nuklidów promieniotwórczych. Prezentowane badania polegały na przepuszczaniu przez kolumny(ę) z zeolitami oczyszczanej wody i odbieraniu na wylocie z kolumny kolejnych porcji wody oczyszczonej. W ten sposób otrzymywano dla każdej z badanych mieszanin serię próbek, które następnie były poddawane preparatyce chemicznej i pomiarom z wykorzystaniem techniki spektrometrii ciekłoscyntylacyjnej. W badaniach wykorzystano zeolit syntetyczny typu NaP1. Zeolity typu NaP1 otrzymywane są w wyniku reakcji hydrotermalnej odpadów (popiołów lotnych – powstających w wyniku energetycznego spalania węgla) z ługiem sodowym (NaOH). Badania wykazały wysoką efektywność usuwania izotopów radu z wód przeznaczonych do spożycia oraz kopalnianych.

EN

Zeolites are hydrated, crystalline aluminosilicate minerals, containing metals from I and II group of periodic table of elements, especially Na, K, Mg, Sr, Ca and Ba. Nowadays more than 35 different natural zeolites are known as well as 150 synthetic ones. Among the latter zeolites, the most important are zeolites of NaP1 and Na-X types, Na-Y and 4A-X, while among natural zeolites best known are clinoptylolite, chabazite and mordenite. One of the possibilities of zeolite application is removal of radioactive contamination from water. For removal of radionuclides from mine waters the investigations on use of natural and synthetic zeolites have been undertaken, aimed on removal of radium isotopes. Laboratory experiments were performed with use of columns, filled with zeolite materials, through which treated water was percolating and aliquots of purified water were collected at outlet. For each of zeolite bed a series of samples (aliquots) were analysed – the radiochemical preparation of samples was done to retrieve radium isotopes. The prepared samples were measured with use of liquid scintillation spectrometry. The tested zeolite materials were synthetic zeolite NaP1, produced in the hydrothermal reaction of fly ash and sodium base (NaOH) and clinoptylolite. The high efficiency of radium removal with application of this technique was found not only for mine waters but also for potable waters.

Słowa kluczowe

PL

zeolity; zanieczyszczenia wód; oczyszczanie wód; rad

EN

zeolites; water contamination; water purification; radium

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Górnictwa
• Czasopismo: Przegląd Górniczy
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 75, nr 7
• Strony: 11--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Chałupnik Stanisław

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Wysocka Małgorzata

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Chmielewska Izabela

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

autor

Samolej Krzysztof

• Główny Instytut Górnictwa, Katowice

Bibliografia

• [1] CHAŁUPNIK S. 2007- Rad w wodach kopalń węgla kamiennego na Górnym Śląsku – metody badań, ocean wpływu na środowisko, zapobieganie skażeniom. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 870, Katowice.
• [2] CHAŁUPNIK S., LEBECKA J. 1993 - Determination of 226Ra, 228Ra, 224Ra in water and aqueous solutions by liquid scintillation counting. W: J. E. Noakes, F. Schonhofer, and H. A. Polach (eds.) Proceedings of Int. Conf. on Advances in LSC, Radiocarbon Tuscon, Arizona, USA, 397-403.
• [3] CHALUPNIK S., MICHALIK B., WYSOCKA M., SKUBACZ K., MIELNIKOW A. 2001- Contamination of settling ponds and rivers as a result of discharge of radium-bearing waters from Polish coal mines. Journal of Environmental Radioactivity 54: 85-98.
• [4] CHAŁUPNIK S., WYSOCKA M. 2000 - Removal of radium from mine waters – the experience from the coal mine. W: Silesian University Proceedings (ed) Proceedings of 7th International Mine Water Association Congress, 352-362.
• [5] CHAŁUPNIK S., WYSOCKA M. 2009 - Radium balance in discharge waters from coal mines in Poland the ecological impact of underground water treatment. Radioprotection, 44(5):813–820, doi: 10.1051/radiopro/20095145
• [6] CHAŁUPNIK S., FRANUS W., WYSOCKA M., GZYL G. 2013 - Application of zeolites for radium removal from mine water. Environmental Science and Pollution Research, 20(11): 7900-7906. https://doi.org/10.1007/s11356-013-1877-5.
• [7] CHAŁUPNIK, S., WYSOCKA, M., JANSON, E., CHMIELEWSKA, I., WIESNER, M. 2017 - Long term changes in the concentration of radium in discharge waters of coal mines and Upper Silesian rivers. Journal of Environmental Radioactivity, 171: 117–123, doi:10.1016/j.jenvrad.2017.02.007.
• [8] CHAU N.D., JODŁOWSKI P., KALITA S. J., OLKO P., CHRUŚCIEL E., MAKSYMOWICZ A., WALIGÓRSKI M., BILSKI P., BUDZANOWSKI M. 2008 - Natural radiation and its hazard in copper ore mines in Poland, Acta Geophysica 56(2) 505-517, DOI: 10.2478/s11600-007-0047-x
• [9] CHMIELEWSKA I., CHAŁUPNIK S., MICHALIK B., MIELNIKOW A. 2011 - Methods for determination of natural radioactivity in drinking water samples, Liquid Scintillation Spectrometry 2010, Radiocarbon, Tuscon, Arizona, USA.
• [10] DICKSON B. L. 1966 - Evaluation of the Radioactive Anomalies Using Radium Isotopes in Groundwaters. Journal of Geochemical Exploration, 19:195-204.
• [11] EUROPEAN COUNCIL DIRECTIVE 2013/59/EURATOM of 5 December 2013.
• [12] FRANUS W. 2012 - Zastosowanie zeolitów wytworzonych z popiołów lotnych do usuwania zanieczyszczeń z wody i ścieków. Monografie Komitetu Inżynierii Środowiska PAN nr 102:131.
• [13] FRANUS W., WDOWIN M., FRANUS M. 2014 - Synthesis and characterization of zeolites prepared from industrial fly ash. Environmental Monitoring and Assessment, 186(9): 5721-5729.
• [14] GAUTHIER J.G. 1980 - Removal of heavy metals from tailings recycle water at Mattabi Mines Ltd. Canadian Mineral Journal, 101(3):29-36.
• [15] GUCAŁO L.K. 1964 - Characteristics of radium distribution in underground waters of Dnieprowsko-Donieckoj Basin. Gieochimja, 12: 1305-1312 (po rosyjsku).
• [16] IAEA, 2004 - Treatment of Liquid Effluent from Uranium Mines and Mills, Report of a co-ordinated research project 1996–2000, IAEATECDOC- 1419, IAEA, Vienna.
• [17] IAEA, 2005 - Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM IV) – Proceedings of an International Conference held in Szczyrk, Poland, 17-21 May 2004, IAEA-TECDOC-1472, IAEA, Vienna.
• [18] JOE E.G, 1984 - Water and solution recycling practice in the Canadian mineral industry, in: Jones, MJ. and Oblatt R. (eds), Mineral Processing and Extractive Metallurgy, IMM London, 137-146.
• [19] KHADEMI A., ALEMI A.A., NASSERI A. 1980 - Transfer of radium of soil to plants in an area of high natural radioactivity in Ramsar, Iran. w: Lowder W.M. (ed), Conference on Natural Radiation Environment III, CONF-780422, USA, 1:600-610.
• [20] KOSTER H.W., MARWITZ P.A., BERGER G.W., VAN WEERS A.W., HAGEL P. 1992 - 210Po, 210Pb, 226Ra in Aquatic Ecosystems and Polders, Anthropogenic Sources, Distribution and Enhanced Radiation Doses in the Netherlands. Radiation Protection Dosimetry, 45(1-4):715-719.
• [21] LEBECKA J., CHAŁUPNIK S., ŚLIWKA M. 1992 - Wyniki badań zachowania się radu podczas transportu słonych wód rurociągami (na przykładzie kolektora wód słonych OLZA). „Wiadomości Górnicze”, 5:23-28.
• [22] LEBECKA J., CHAŁUPNIK S., WYSOCKA M. 1994 - Radioactivity of Mine Waters in Upper Silesian Coal Basin, and its Influence on Natural Environment. 5th International Mine Water Congress, Nottingham, International Mine Water Association 1994.
• [23] LEBECKA J., SKUBACZ K., CHAŁUPNIK S., WYSOCKA M., 1991- Skażenia promieniotwórcze środowiska naturalnego na Górnym Śląsku powodowane przez wody kopalniane i promieniotwórcze osady. „Wiadomości Górnicze”, 6:149-152.
• [24] MICHALIK B. 2011- Skażenie promieniotwórcze środowiska powodowane działalnością podziemnych zakładów górniczych. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa nr 883, Katowice.
• [25] MICHALIK B., CHAŁUPNIK S., SKUBACZ K. 2002 – Contamination of settling ponds of coal mines, caused by natural radionuclides, II International Symposium on Technologically Enhanced Natural Radiation, Technical Report IAEA-TECDOC-1271, Vienna, IAEA: 19-29.
• [26] MICHALIK B., SIDHU, R.S. 2011- NORM in the extraction industry: Challenges and opportunities. Radioprotection. 46(6): 675-680. doi10.1051/radiopro/20116736s.
• [27] PASCHOA A.S., NOBREGA A.W. 1981- Non-nuclear mining with radiological implications in Araxa. w: Gomez M. (ed) International Conference On Radiation Hazards in Mining, Golden, Colorado, American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers Inc., New York, USA:82-88.
• [28] PICKETT D.E., JOE E.G. 1974 - Water recycling experience in Canadian mills. SME Trans, AIME, 256:230-235.
• [29] ROWAN E., ENGLE M., KIRBY C., KRAEMER T. 2011- Radium Content of Oil- and Gas-field Produced Waters in the Northern Appalachian Basin (USA) - Summary and Discussion of Data. U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2011–5135, 1-31.
• [30] ROWAN E., ENGLE M., KRAEMER T., SCHROEDER K., HAMMACK R., DOUGHTEN M. 2015- Geochemical and isotopic evolution of water produced from Middle Devonian Marcellus shale gas wells, Appalachian basin, Pennsylvania. American Association of Petroleum Geologists Bulletin. 99 (2):181-206.
• [31] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, Dz.U. 2017 poz. 2294.
• [32] SKUBACZ K., LEBECKA J., CHAŁUPNIK S., WYSOCKA M. 1992 - Possible changes in radiation background of the natural environment caused by coal mines activity. Energy Sources Journal, 14(2):149-153.
• [33] TOMZA I., LEBECKA J. 1981- Radium-bearing waters in coal mines: occurrence, methods of measurements and radiation hazard. w: Gomez M. (ed) International Conference On Radiation Hazards in Mining, Golden, Colorado, American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers Inc., New York, USA:945-948.
• [34] UNSCEAR. 2000 - Sources and effects of ionizing radiation. Report of United Nations Scientific Committee on the effects of Atomic. Radiation, New York.
• [35] VAN SICE K., CRAVOTTA CH., MCDEVITT B., TASKER T., LANDIS J., PUHR J., WARNER N. 2018 - Radium attenuation and mobilization in stream sediments following oil and gas wastewater disposal in western Pennsylvania. Applied Geochemistry, 98:93-403, ISSN 0883-2927, https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2018.10.011.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).