Радиоактивные сульфатные отходы образуются от реакторов с кипящей водой и должны быть обезврежены до их захоронения, чтобы избежать обратного выброса их опасных компонентов под воздействием разлива воды в результате аварии на полигоне захоронения, которая приводит к вторичному загрязнению окружающей среды.
В качестве основного для отверждения/стабилизации сульфатных отходов в лабораторных экспериментах было предложено использовать цементно-полимерный композит, составленный из переработанных отходов пенополистирола и портландцемента. Для имитации инцидента с заводнением за цементируемые отходы полностью погружалась в три вида воды: водопроводную, грунтовую и морскую - на время до 420 суток. Прочность на сжатие, пористость и изменение массы затвердевших образцов оценивались на разных промежутках времени. На основании полученных данных можно сделать вывод, что сравнительная стабильность номинированного композита под воздействием такой чрезвычайной ситуации как заводнение может претендовать на его пригодность в качестве матрицы для иммобилизации радиоактивных сульфатных отходов. Помимо своей стабильности, данный композит обладает еще одним преимуществом, заключающимся в модернизации отходов пенополистирола, не разлагаемых микроорганизмами после использования, что позволяет внедрить эту технологию и сэкономить площадь полигона.
Последняя такая авария произошла на атомной электростанции "Фукусима-1" в Японии, которая стала катастрофической, поскольку вызвала сильное землетрясение, за которым последовало разрушительное цунами. Такие аварии представляют собой большие угрозы из-за взрыва ядерного реактора с огромным количеством выброшенных радионуклидов, а также сопутствующего цунами, которое затопило многие участки, которые могут содержать места захоронения радиоактивных отходов рядом с ядерным реактором. Эти полигоны захоронения, в основном заполнены радиоактивными и токсичными веществами, загрязнены морской водой или другими видами воды, соответствующими источнику затопления. Это загрязнение может быть предотвращены с помощью различных стратегий, включая использование водных растений путем фиторекультивации. Сульфатные отходы классифицируются как одни из самых проблемных радиоактивных отходов, образующихся в реакторах с кипящей водой в качестве первичных жидких радиоактивных отходов. Сульфат натрия является основным компонентом сульфатных отходов, образующихся при регенерации ионообменных смол в процессе реакции серной кислоты с гидроксидом натрия. Эти отходы являются образуют гамма-излучения в результате включения радиоизотопов 60Co, 134Cs и 137Cs. По этой причине радиоактивные сульфатные отходы представляют серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека и требуют передовых и подходящих технологий для обеспечения достаточной стабильности при обращении, транспортировке, временном хранении и долгосрочном захоронении. Следовательно, правильное проектирование многочисленных барьеров для безопасного долговременного захоронения радиоактивных отходов является наиболее важным для ослабления выброса радионуклидов в окружающую среду.
Цементирующие материалы представляют интерес для обеспечения механической устойчивости радиоактивных отходов и, следовательно, широко применяются для кондиционирования радиоактивных отходов низкого и среднего уровня активности. В частности, использование портландцемента для обездвиживания таких опасных отходов является очень привлекательной.
Фактически, цементирование является первым физическим барьером, а полигон захоронения - вторым, изолирующим отходы от окружающей среды. Хотя цементная матрица имеет много преимуществ, некоторые недостатки, такие как высокая пористость и расширение затвердевших радиоактивных отходов, должны решаться с помощью новых методов усовершенствования с использованием нескольких улучшенных материалов.
Затвердевание цементированием само по себе может рассматриваться как один из барьеров и может стать более эффективным при использовании некоторых добавок, таких как наноматериалы, полимеры, природные глины и целлюлозные отходы, для формирования модифицированной композиционной матрицы в качестве современного подхода к стабилизации отходов в течение последних десятилетий. В течение последних пяти десятилетий пластмассы занимали важное место в современном образе жизни, и обильное производство пластмасс сопровождалось большим увеличением количества пластиковых отходов. В основном, эти твердые бытовые отходы химически неактивны в окружающей среде, устойчивы к фотолизу и не поддаются биологическому разложению в течение долгих десятилетий и, следовательно, считаются источником загрязнения окружающей среды и требуют утилизации во избежание захоронения отходов. Процесс переработки имеет много преимуществ, включая минимизацию использования первичных полимеров и сокращение потребления энергии при одновременной экономии площади полигона для захоронения отходов.
Цементирующие материалы были улучшены за счет использования многих видов первичного полимера или вторичных полимеров, таких как вторичный полиэтилентерефталат, вторичный вспененный полистирол и вторичный вспененный полипропилен.
Одним из преимуществ цементирования является его состав, состоящий из портландцемента и вторично переработанного пенополистирола, считается недорогим связующим материалом для включения в него отходов сульфата натрия, образующихся в ядерных энергетических реакторах. Тем не менее, переработка полистирола снижает загрязнение окружающей среды за счет включения этих отходов и представляют собой хорошее решение для сокращения расходов на строительство и иммобилизацию.