Adattamento delle tecnologie convenzionali di trattamento dell’acqua per la rimozione dei componenti organici dai rifiuti liquidi radioattivi: meccanismi di sorzione e coagulazione

Perché la depurazione delle acque radioattive riguarda tutti

Le centrali nucleari, i centri di ricerca e gli ospedali producono rifiuti liquidi radioattivi che spesso contengono sostanze organiche ostinate come oli, detergenti e solventi. Questi composti organici rendono i rifiuti radioattivi più difficili e costosi da trattare e possono ostacolare la trasformazione sicura dei materiali radioattivi in forme solide. Questo studio esplora se gli stessi metodi semplici usati per trattare l’acqua potabile e le acque reflue possano aiutare anche a rimuovere questi inquinanti organici dai liquidi radioattivi, offrendo un’opzione più economica e pratica — particolarmente importante per paesi come l’Ucraina, soggetti a stress sulle risorse idriche ed energetiche dovuti alla guerra.

Strumenti tradizionali per un nuovo tipo di rifiuto

Gli impianti nucleari moderni spesso si affidano a tecnologie avanzate come membrane, plasma o potenti agenti ossidanti per trattare i rifiuti liquidi radioattivi. Pur efficaci in laboratorio, questi metodi sono spesso ad alta intensità energetica, tecnicamente complessi e non sempre disponibili come attrezzature industriali pronte all’uso. Nel frattempo, i trattamenti familiari per l’acqua potabile — come l’adsorbimento su carbone attivo, la coagulazione con sali metallici e la filtrazione semplice — sono ben collaudati, relativamente economici e facili da gestire. La domanda centrale di questa ricerca era se queste tecniche consolidate, già diffuse negli impianti municipali, potessero essere adattate per rimuovere la frazione organica dai rifiuti liquidi radioattivi e facilitare la successiva solidificazione e conservazione sicura.

Come i passaggi di pulizia lavorano insieme

I ricercatori hanno preparato un modello di rifiuto liquido che riproduceva la miscela organica tipica degli impianti nucleari, combinando idrazina, acidi organici, detergenti e altri additivi comuni in acqua. Hanno quindi applicato un trattamento in tre fasi: prima è stato aggiunto carbone attivo finemente polverizzato e miscelato delicatamente per adsorbire le molecole organiche disciolte sulla sua vasta superficie interna. In seguito è stata introdotta bentonite polverizzata, proveniente da un grande giacimento ucraino, come agente per la torbidità, seguita da una soluzione di cloruro ferrico che fungeva da coagulante. In questa fase, i composti del ferro hanno aiutato a legare le particelle sospese e la bentonite in fiocchi più grandi, raccogliendo ulteriori organici durante la formazione. Dopo un breve periodo di decantazione, l’acqua chiarificata è stata fatta passare attraverso carta filtrante per trattenere il fango risultante, lasciando dietro di sé un liquido molto più pulito.

Cosa hanno rivelato gli esperimenti

Il team ha misurato l’inquinamento organico usando tre indicatori standard: carbonio organico totale (TOC) e due versioni della domanda chimica di ossigeno, DQO(Mn) e DQO(Cr), che riflettono quanta capacità ossidante è necessaria per degradare gli organici. Con dosi ottimizzate di carbone attivo, bentonite e cloruro ferrico, il processo ha ridotto il TOC di circa 2,85 volte, la DQO(Mn) di 2,63 volte e la DQO(Cr) di 4,19 volte — corrispondenti a circa il 75% di rimozione degli organici disciolti. L’analisi statistica ha mostrato che il carbone attivo e il coagulante a base di ferro erano i principali fattori di efficienza del trattamento, mentre il ruolo della bentonite è risultato più sottile. Usata in quantità moderate, la bentonite accelerava la coagulazione e la sedimentazione, ma un eccesso la rendeva effettivamente più stabile la fase colloidale e riduceva la quantità di materia organica rimossa.

Comprendere i diversi test di inquinamento

Nel monitoraggio reale, i laboratori non misurano sempre l’inquinamento organico nello stesso modo; alcuni si basano sulla DQO(Cr), altri sulla DQO(Mn) o sul TOC. Per colmare queste lacune, gli autori hanno costruito modelli matematici di “conversione” che permettono agli operatori di stimare un indicatore a partire da un altro usando equazioni semplici. Nell’intervallo dei loro esperimenti, i valori di DQO(Cr) potevano essere tradotti in modo affidabile in DQO(Mn) o TOC, aiutando gli operatori a confrontare i risultati, valutare le prestazioni del trattamento e prendere decisioni anche se era disponibile un solo tipo di test. Ciò facilita l’integrazione del nuovo metodo nei sistemi di controllo degli impianti esistenti senza stravolgere le routine di laboratorio.

Dal fango alla sicurezza solida

Oltre a purificare l’acqua, lo studio mette in luce cosa accade ai contaminanti catturati. Il processo combinato di sorzione–coagulazione concentra materia organica e radionuclidi in un fango che può essere miscelato in particolari calcestruzzi alcalini, noti come geocalcestruzzi. Questi materiali sono resistenti al dilavamento e non richiedono processi ad alta temperatura, offrendo un modo duraturo per immobilizzare i radionuclidi in forma solida restituendo nel contempo l’acqua trattata in sicurezza all’ambiente. Per l’Ucraina, dove l’energia nucleare è cruciale, l’acqua dolce è limitata e le infrastrutture sono sotto pressione bellica, metodi a basso costo, a bassa energia e robusti potrebbero ridurre significativamente i rischi legati allo stoccaggio dei liquidi radioattivi.

Cosa significa in termini pratici

In termini semplici, i ricercatori hanno dimostrato che non sempre è necessario ricorrere a tecnologie d’avanguardia e ad alto consumo energetico per rendere più sicure le acque reflue radioattive. Combinando in modo intelligente passaggi ben noti — permettendo al carbone attivo di catturare gli inquinanti organici, usando argilla e sali di ferro per aggregarli e farli sedimentare, e filtrando poi la miscela — hanno ottenuto riduzioni dell’inquinamento organico di circa tre–quattro volte. Questo rende il rifiuto radioattivo residuo più facile da trasformare in un solido stabile e riduce il volume di liquido pericoloso da stoccare. Per il pubblico, il lavoro indica soluzioni più accessibili e facilmente dispiegabili per gestire i sottoprodotti liquidi dell’energia nucleare, anche in regioni con budget ristretti e infrastrutture sotto stress.

Citazione: Charnyi, D., Zabulonov, Y., Lukianova, V. et al. Adaptation of conventional water treatment technologies for organic component removal from liquid radioactive waste: sorption and coagulation mechanisms. Sci Rep 16, 2626 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36799-2

Parole chiave: acque reflue radioattive, carbone attivo, argilla bentonitica, coagulazione e filtrazione, trattamento dei rifiuti nucleari