Competitive sorption of caesium onto Po plain sands

The study of the sorption processes of radionuclides in aqueous solution by natural porous media is relevant for the safety assessments of medium/low activity radioactive waste deposits, such as the Italian deposit in the planning phase. The purpose of this thesis work was the study of caesium sorption in absence/presence of competition phenomena. Alluvial sediments from the Po Plain have been used, in particular three sandy samples from the Lodigiano area. Aqueous solutions containing dissolved caesium were created using two commercial mineral waters which differ in terms of dissolved ion content. One of the selected waters has characteristics similar to the groundwater of the sediment sampling areas, while the other is particularly low in dissolved ions. Kinetic tests, for the determination of equilibrium times, and static batch tests under conditions of equilibrium were carried out for six different associations of sand and aqueous solution containing cesium ions. The sandy samples analysed showed a high affinity for caesium: the percentage of sorbed caesium was found to be about 90% of that initially dissolved in solution. There was no dependence of the sorption on the type of aqueous solution, therefore there were no phenomena of competition depending on the different content of ions dissolved in the two mineral waters analysed. Subsequently, multi-component batch tests were carried out by adding potassium and sodium salts in solution in concentrations typical of the leachate from concrete and much higher than the other ions present in the solution. This was done in order to simulate the presence of elements leached from the concrete matrices, conditions that could be found in pore waters of the near field. Under these conditions, the percentage of sorbed caesium is significantly reduced, even by 40%. This suggests the presence of competition processes dependent on the concentrations of the dissolved elements.

Lo studio dei processi di adsorbimento di radionuclidi in soluzione acquosa da parte di mezzi porosi naturali è rilevante per le valutazioni di sicurezza di depositi di rifiuti radioattivi di media/bassa attività, come il deposito italiano in fase di progetto. Lo scopo del presente lavoro di tesi è stato lo studio dell’adsorbimento di cesio in assenza/presenza di fenomeni di competizione. Si sono utilizzati sedimenti alluvionali della Pianura Padana, in particolare tre campioni sabbiosi provenienti dalla zona del Lodigiano. Le soluzioni acquose contenenti cesio disciolto sono state create utilizzando due acque minerali commerciali che differiscono in termini di contenuto di ioni disciolti. Una delle acque scelte presenta caratteristiche simili alle acque di falda delle aree di campionamento dei sedimenti, mentre l’altra è particolarmente povera di ioni disciolti. Sono state effettuate prove cinetiche per la determinazione dei tempi di equilibrio e prove batch statiche in condizioni di equilibro per sei diverse associazioni di sabbia e soluzione acquosa contenente ioni di cesio. I campioni sabbiosi analizzati hanno mostrato un'elevata affinità per il cesio: la percentuale di cesio adsorbita è risultata essere circa il 90% di quella inizialmente disciolta in soluzione. Non è stata riscontrata particolare dipendenza dell’adsorbimento dal tipo di soluzione acquosa, pertanto non si sono evidenziati fenomeni di competizione dipendenti dal diverso contenuto di ioni disciolti nelle due acque minerali analizzate. Successivamente sono state effettuate prove batch multicomponente aggiungendo in soluzione sali di potassio e sodio in concentrazioni tipiche dei lisciviati del cemento e molto maggiori rispetto agli altri ioni presenti in soluzione. Ciò è stato fatto allo scopo di simulare la presenza di elementi lisciviati dalle matrici cementizie, condizioni che si potrebbero riscontrare nelle acque dei pori vicino alla sorgente di contaminazione. In queste condizioni la percentuale di cesio adsorbita si riduce significativamente, anche del 40%. Ciò suggerisce la presenza di processi di competizione dipendenti dalle concentrazioni degli elementi disciolti.