Biosorption represents a technological innovation as well as a cost effective excellent remediation technology for cleaning up radionuclides from aqueous environment. In the present study, a bacteria strain FB12 with high adsorption rate of uranium ion was isolated from the vicinity of the nuclear power plant. It was tentatively identified as Bacillus sp.FB12 according to the 16S rDNA sequencing. Efforts were made to further improve the adsorption rate and genetic stability by UV irradiation and UV-LiCl cooperative mutagenesis. The improved strain named Bacillus sp.UV32 obtains excellent genetic stability and a high adsorption rate of 95.9%. The adsorption of uranium U (VI) by Bacillus sp.UV32 from aqueous solution was examined as a function of metal ion concentration, cell concentration, adsorption time, pH, temperature, and the presence of some foreign ions. The adsorption process of U (VI) was found to follow the pseudo-second-order kinetic equation. The adsorption isotherm study indicated that it preferably followed the Langmuir adsorption isotherm. The thermodynamic parameters values calculated clearly indicated that the adsorption process was feasible, spontaneous and endothermic in nature. These properties show that Bacillus sp.UV32 has potential application in the removal of uranium (VI) from the radioactive wastewater.
A series of laboratory-scale corrosion experiments was carried out to observe the effect of dissolved oxygen (DO) in the presence of other water quality parameters, such as hardness, Cl-, and pH using various pipe materials. In addition, a simulated loop system was installed at a water treatment plant for pilot-scale experiment. Laboratory-scale experiment showed that corrosion rates for galvanized steel pipe (GSP), carbon steel pipe (CSP), and ductile cast iron pipe (DCIP) were decreased to 72%, 75%, and 91% by reducing DO concentration from 9${\pm}$0.5 mg/L to 2${\pm}$0.5 mg/L. From the pilot scale experiment, it was further identified that the average ionization rate of zinc in GSP decreased from 0.00533 to 0.00078 mg/$cm^2$/d by controlling the concentration of DO. The reduction of average ionization rate for copper pipe (CP) and stainless steel pipe (SSP) were 71.4% for Cu and 63.5% for Fe, respectively. From this study, it was concluded that DO could be used as a major parameter in controlling the corrosion of water pipes.
The estimation of radioactivity level is vital for population health risk assessment and geological point of view and can be evaluated as rate of exhalation and source concentration (226Ra, 232Th and 40K). The present study deals with the soil samples for investigation of radionuclides content and exhalation rates of radon -thoron gas from different sites in northern Haryana, India. Absorbed dose and associated index estimated in the present study are the measures of environmental radioactivity to inhalation dose. Effective doses received by different tissues and organs by considering different occupancy and conditions are also measured. Exhalation rates of radon and thoron are measured with active scintillation monitors based on alpha spectroscopy namely scintillation radon (SRM) and thoron (STM) monitors respectively. Sample height was optimized before measurement of thoron exhalation rate using STM. Average values of radon and thoron exhalation are found 16.6 ± 0.7 mBqkg-1h-1 and 132.1 ± 2.6 mBqm-2s-1 respectively. Also, a simple approach was also adopted, to evaluate the thoron exhalation which accomplished a lot of challenges, the results are compared with the data obtained experimentally. The study is useful in the nationwide mapping of radon and thoron exhalation rates for understanding the environmental radioactivity status.
This research presents a case study on the remediation of a radioactive waste (uranium: U) utilizing a multi-objective fuzzy optimization in an electrocoagulation process for the iron-stainless steel and aluminum-stainless steel anode/cathode systems. The incorporation of the cumulative uncertainty of result, operational cost and energy consumption are essential key elements in determining the feasibility of the developed model equations in satisfying specific maximum contaminant level (MCL) required by stringent environmental regulations worldwide. Pareto-optimal solutions showed that the iron system (0 ㎍/L U: 492 USD/g-U) outperformed the aluminum system (96 ㎍/L U: 747 USD/g-U) in terms of the retained uranium concentration and energy consumption. Thus, the iron system was further carried out in a multi-objective analysis due to its feasibility in satisfying various uranium standard regulatory limits. Based on the 30 ㎍/L MCL, the decision-making process via fuzzy logic showed an overall satisfaction of 6.1% at a treatment time and current density of 101.6 min and 59.9 mA/㎠, respectively. The fuzzy optimal solution reveals the following: uranium concentration - 5 ㎍/L, cumulative uncertainty - 25 ㎍/L, energy consumption - 461.7 kWh/g-U and operational cost based on electricity cost in the United States - 60.0 USD/g-U, South Korea - 55.4 USD/g-U and Finland - 78.5 USD/g-U.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.4
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pp.421-437
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2020
This study provides an assessment on a proposed method for separation of cesium, strontium, and barium using electrochemical reduction at a liquid bismuth cathode in LiCl-KCl eutectic salt, investigated via cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS). CV studies were performed at temperatures of 723-823 K and concentrations of the target species up to 4.0wt%. Redox reactions occurring during potential sweeps were observed. Concentration of BaCl2 in the salt did not seem to influence the diffusivity in the studied concentration range up to 4.0wt%. The presence of strontium in the system affected the redox reaction of lithium; however, there were no distinguishable redox peaks that could be measured. Impedance spectra obtained from EIS methods were used to calculate the exchange current densities of the electroactive active redox couple at the bismuth cathode. Results show the rate-controlling step in deposition to be the mass transport of Cs+ ions from the bulk salt to the cathode surface layer. Results from SEM-EDS suggest that Cs-Bi and Sr-Bi intermetallics from LiCl-KCl salt are not thermodynamically favorable.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.20
no.4
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pp.399-410
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2022
The solubility and species distribution of radionuclides in groundwater are essential data for the safety assessment of deep underground spent nuclear fuel (SNF) disposal systems. Americium is a major radionuclide responsible for the long-term radiotoxicity of SNF. In this study, the solubility of americium compounds was evaluated in synthetic groundwater (SynDB3), simulating groundwater from the DB3 site of the KAERI Underground Research Tunnel. Geochemical modeling was performed using the ThermoChimie_11a thermochemical database. Concentration of dissolved Am(III) in Syn-DB3 in the pH range of 6.4-10.5 was experimentally measured under over-saturation conditions by liquid scintillation counting over 70 d. The absorption spectra recorded for the same period suggest that Am(III) colloidal particles formed initially followed by rapid precipitation within 2 d. In the pH range of 7.5-10.5, the concentration of dissolved Am(III) converged to approximately 2×10-7 M over 70 d, which is comparable to that of the amorphous AmCO3OH(am) according to the modeling results. As the samples were aged for 70 d, a slow equilibrium process occurred between the solid and solution phases. There was no indication of transformation of the amorphous phase into the crystalline phase during the observation period.
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.2
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pp.283-294
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2023
APro, developed in KAERI for the process-based total system performance assessment (TSPA) of deep geological disposal systems, performs finite element method (FEM)-based multiphysics analysis. In the FEM-based analysis, the mesh element quality influences the numerical solution accuracy, memory requirement, and computation time. Therefore, an appropriate mesh structure should be constructed before the mesh stability analysis to achieve an accurate and efficient process-based TSPA. A generic reference case of DECOVALEX-2023 Task F, which has been proposed for simulating stationary groundwater flow and time-dependent conservative transport of two tracers, was used in this study for mesh stability analysis. The relative differences in tracer concentration varying mesh structures were determined by comparing with the results for the finest mesh structure. For calculation efficiency, the memory requirements and computation time were compared. Based on the mesh stability analysis, an approach based on adaptive mesh refinement was developed to resolve the error in the early stage of the simulation time-period. It was observed that the relative difference in the tracer concentration significantly decreased with high calculation efficiency.
Tritium is used in various types of parts such as luminous bodies. These parts are maintained for inspection and replacement at a facility licensed to use radioactive isotopes. This study analyzed the concentration of tritium in working facilities to supplement and develop the safety management system for the maintenance environment of parts containing tritium. In addition, the internal exposure dose was evaluated to analyze the effects of leaked tritium when continuously exposed to workers. As a result of evaluating the internal exposure dose for workers for 30 days, the maximum was 9.70 μSv and the average was 1.45 μSv. Based on the results of this study, the internal radiation exposure safety of workers handling parts containing tritium was confirmed, and additional protective measures to prevent unnecessary exposure to tritium were suggested. This study is expected to contribute to supplementing and developing the radiation safety management system.
Phosphate rock, phosphogypsum, and products in phosphate processing facility contain naturally occurring radioactive materials (NORM). Therefore, they may give rise to enhanced radiation dose to workers due to inhalation of airborne particulates. Internal dose due to particle inhalation varies depending on particle properties. The objective of the present study was to characterize particle properties at the largest phosphate processing facility in Korea. A cascade impactor was employed to sample airborne particulates at various processing areas in the plant. The collected samples were used for characterization of particle size distribution, particle concentration in the air, and shape analysis. Aerodynamic diameters of airborne particulates ranged 0.03-100 ${\mu}m$ with the highest concentration at the particle size range of 4.7-5.8 ${\mu}m$ (geometric mean = 5.22 ${\mu}m$) or 5.8-9.0 ${\mu}m$ (geometric mean = 7.22 ${\mu}m$). Particle concentrations in the air varied widely by sampling area up to more than two orders of magnitude. The large variation resulted from the variability of mechanical operations and building ventilations. The airborne particulates appeared as spheroids or rough spherical fragments across all sampling areas and sampled size intervals. Average mass densities of phosphate rocks, phosphogypsums, and fertilizers were 3.1-3.4, 2.1-2.6, and 1.7 $gcm^{-3}$, respectively. Radioactivity concentration of uranium series in phosphate rocks varied with country of origin, ranging 94-866 $Bqkg^{-1}$. Among the uranium series, uranium was mostly concentrated on products, including phosphoric acid or fertilizers whereas radium was concentrated on byproducts or phosphogypsum. No significant radioactivity of $^{226}Ra$ and $^{228}Ra$ were found in fertilizer. However, $^{40}K$ concentration in fertilizer was up to 5,000 Bq $g^{-1}$. The database established in this study can be used for the accurate risk assessment of workers due to inhalation of airborne particles containing NORM. In addition, the findings can be used as a basic data for development of safety standard and guide and for practical radiation safety management at the facility.
Woo-Chun Lee;Sang-Woo Lee;Hyeong-Gyu Kim;Do-Hwan Jeong;Moon-Su Kim;Hyun-Koo Kim;Soon-Oh Kim
Korean Journal of Mineralogy and Petrology
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v.36
no.4
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pp.289-302
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2023
The study area was Gangnim-myeon, Hoengseong-gun, Gangwon-do, composed of the Chiaksan gneiss complex, and it was revealed that the concentrations of uranium (U) and thorium (Th) within the groundwater of the study area exceeded their water quality standards. Hence, artificial weathering experiments were conducted to elucidate mineralogically the mechanisms of their leaching using drilling cores obtained from the corresponding groundwater aquifers. First of all, the mineralogical compositions of core samples were observed, and the results indicated that the content of clinochlore, a member of the chlorite group of minerals that can form through low- and intermediate-temperature metamorphisms, was relatively higher. In addition, the Th concentration was measured ten times higher than that of U. The results of artificial weathering experiments suggested that the Th concentrations gradually increased through the dissolution of radioactive-element-bearing minerals up to the first day, and then they tended to decrease. It could be attributed to the fact that Th was leached with the dissolution of thorite, which might be a secondary mineral, and then dissolved Th was re-precipitated as the various forms of salt, such as sulfate. Even though the U content was lower than that of Th in the core samples, the U concentration was one hundred times higher than that of Th after the weathering experiments. It is likely caused by the gradual dissolution and desorption of U included in intensively weathered thorite or adsorbed as a form of UO22+ on the mineral surface. In addition, the leaching tendency of U and Th was positively correlated with the bicarbonate concentration. However, the concentrations between U and Th in groundwater exhibited a relatively lower correlation, which might result from the fact that they occurred from different sources, as aforementioned. Among various kinetic models, the parabolic diffusion and pseudo-second-order kinetic models were confirmed to best fit the dissolution kinetics of both elements. The period that would be taken for the U concentration to exceed its drinking-water standard was inferred using the regressed parameters of the best-fitted models, and the duration of 29.4 years was predicted in the neutral-pH aquifers with relatively higher concentrations of HCO3, indicating that U could be relatively quickly leached out into groundwater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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