Svenskt Vatten Forskning och innovation 29:e november 2017 MEMBRAN DEN NYA UNIVERSALLÖSNINGEN FÖR SÄKER DRICKSVATTENPRODUKTION? MEMBRANTEKNIK FÖR URAN OCH RADIOAKTIVT VATTEN Dr Helfrid Schulte-herbrüggen helfrid.schulte.herbruggen@ecoloop.se
Annimäki et al. 2000 Förekomst: Granit, fosfatbärande bergarter
https://apps.sgu.se/kartvisare/kartvisare-uranstralning.html
Uran i grundvatten FÖREKOMST AV URAN/RADON Radon i grundvatten > 300µg/L 30-300 µg/l 15-30 µg/l Ek et al. 2008 SSI Rapport 2008:15 SSI Rapport 2016: Radon i vatten
Uran - 238 Uran - 234 Radon Bly
GRÄNSVÄRDEN FÖR DRICKSVATTEN Ämne Gränsvärde anmärkning Uran 30 µg/l Kemisk toxicitet (njurar, skelett, fertilitet) Radon i vatten 100 Bq/L Tjänligt med anmärkning Radon i inomhusluft 1000 Bq/L Otjänligt. Kronisk risk för lungcancer 200 Bq/L Sammanlagda stråldosen från U-238, U-234, Ra-226, Pb-210, Po-210 bör ej överstiga 1 msv per år.
Nanofiltrering i Skottland - Typiska föroreningar: virus, bakterier, organiskt material, järn, mangan - Automatiserat hotos: Annalisa DeMunari and John Knight
RENINGSTEKNIKER Ämne Reningsteknik Kommentar Uran Nanofilter, RO Effektiv rening. NF släpper igenom mer Ca än RO radon Luftning Kolfilter Bör placeras så boende ej exponeras för gamma strålning
MEMBRANTEKNIK Membrane teknik: - ultrafilter - nanofilter - Omvänd osmos clean water
MEMBRANTEKNIK UF NF RO porstorlek 1-100nm 0.5-5nm 0.1-1nm Tryck 1-10 bar 5-50 bar 10-200 bar Exempel Bakterier virus Organiskt material Bivalenta joner: Ca 2+, UO 2 2+ Monovalenta joner: Na +, Cl -
MEMBRANTEKNIK
Schulte-Herbrüggen HMA, Semião AJC, Chaurand P, Graham MC (2016). Effect of ph and pressure on uranium removal from drinking water using NF/RO membranes. Environmental Science & Technology 50(11): 5817 5824
Redox förhållandena har stor påverkan på transport o tillgänglighet av ett element. Vad bestäms oxidations tillståndet av? Tillgång till syre, elektronaktivitet, ph... Uran har tex främst tre tillstånd: IV, V och VI Speciering (kemiska sammansättningen) är dessutom viktig: vilka ämnen som finns att bilda komplex med (organiskt material, CO 2, sulfater, fosfat, calcium...)
Uran speciering Vatten: 0.5 mg/l uran, 20 mm NaCl, 1 mm NaHCO 3, i kontakt med luft. Relative species distribution (%) 100 80 60 40 20 0 UO 2 2+ UO 2 OH + (UO 2 ) 2 CO 3 (OH) 3 - Pump UO 2 (CO 3 ) 3 4- UO 2 (CO 3 ) 2 2- UO 2 CO 3 2 4 6 8 10 12 ph 14 Speciation calculations using visual Minteq 2.53 (Gustafsson, KTH)
Relative species distribution (%) Mass adsorbed (%) Uran speciering 100 80 UO 2 2+ U Mads TFC-SR2; with background solution (UO 2 ) 2 CO 3 (OH) 3 - UO 2 (CO 3 ) 3 4-100 80 60 UO 2 OH + 60 40 UO 2 (CO 3 ) 2 2-40 20 UO 2 CO 3 20 Membran ytan 0 3 5 7 9 11 ++ + + + + ph - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Publicerat: Schulte-Herbruggen et al., 2016 ES&T 50 (11) 5817-5824; Rossiter et al 2010, Separation and purification technology 71 (2010) 89-96. 0
Uran speciering Specieringen påverkar både valens och storlek O 2+ O + U O U O O ---- H Membran ytan ++ + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 ph 12
SEM av membran Aktivt lager (polyamide) Polysulfone, support Polyester support web
SEM EDX av membran Uran i membran lager Aktivt lager Support FTIR för att fastställa att uranet binder med COO- grupper i membranet vid ph 6
UTMANINGAR Utmaning Läge av filter/reningsteknik Skötsel Avfall Andra radioaktiva ämnen, bly Oavsiktliga effekter vid rening Otillräcklig eller missvisande analyser Kommentar Så att inte boende exponeras för strålning Backspolning för att minimera strålning, bakterier. Utfällningar av Fe/Mn Hur ska detta tas om hand? Po-210; Pb-210 Fe/Mn filter har lett till höjd exponering av radioaktiva ämnen Uran och radon inte del av standard analys. Förlust av radon vid oförsiktig hantering.
Referenser Ranlycke et al., 2010 Uran i dricksvatten reningsmetoder i praktiken (SVU Rapport 2010-12) SGU rapport 2016 Mineralmarknaden i Sverige. SGU och SLV har allmänna råd om radioaktiva ämnen i dricksvatten på sina hemsidor. Schulte-Herbrüggen HMA, et al (2016). Effect of ph and pressure on uranium removal from drinking water using NF/RO membranes. Environmental Science & Technology 50(11): 5817 5824. Malek, P, et al (2016). Decentralized desalination of brackish water using an electrodialysis system directly powered by wind energy. Desalination 377: 54-64. Rossiter HMA, et al., (2010). Impact of speciation on behaviour of uranium in a solar powered membrane system for treatment of brackish groundwater. Separation and Purification Technology 71: 89-96. Semião AJC, et al., (2010). Impact of organic matter and speciation on the behaviour of uranium in submerged ultrafiltration. Journal of Membrane Science 348: 174-180.