據(jù)海外網(wǎng)6月2日?qǐng)?bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間1日，福島核電站再次傳出“意外泄漏”事件。報(bào)道稱，東京電力公司的工作人員在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)裝有核廢水的集裝箱周圍有水積聚，在檢測(cè)過后，發(fā)現(xiàn)該集裝箱周圍的放射性物質(zhì)濃度已經(jīng)遠(yuǎn)超日本國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)76倍。

事實(shí)上，這并非福島核廢水的首次泄漏。報(bào)道稱，3月份，福島第一核電站內(nèi)的另一處核廢棄物集裝箱就曾發(fā)生過泄漏事件。

“目前來看，日本核廢水中不同放射性核素如何高效率、低成本的分離、回收是他們的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，這同時(shí)也是一個(gè)世界性的、共同的難題與迫切需求。”6月3日，國家核技術(shù)工業(yè)應(yīng)用工程技術(shù)研究中心副主任、環(huán)境友好能源材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南科技大學(xué))環(huán)境修復(fù)材料國際研究中心主任晏敏皓在接受科技日?qǐng)?bào)采訪時(shí)表示。

對(duì)全球海洋生物圈的影響是不可逆轉(zhuǎn)的

此前，據(jù)日本共同社報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月13日，日本政府召開相關(guān)閣僚會(huì)議，正式?jīng)Q定將福島第一核電站核廢水排入大海。日方表示，經(jīng)評(píng)估，核廢水不會(huì)對(duì)人體健康或環(huán)境造成負(fù)面影響。

“核廢水按照放射性水平可分為高、中、低和極低四類。其處理處置采取‘廢物最小化’的原則，通常的做法是對(duì)其進(jìn)行減容處理，比如：過濾、吸附、蒸發(fā)、電解等。”晏敏皓說。

一般來說，中、低放和極低放水平的放射性廢水經(jīng)處理后，若達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)則可解控并排入普通污水處理系統(tǒng)中，若不能達(dá)安全排放標(biāo)準(zhǔn)，則多采用水泥固化的方式封存處理后進(jìn)行地質(zhì)處置。而高放廢液則會(huì)考慮通過玻璃固化的方式封存處理后進(jìn)行深地質(zhì)處置。

地質(zhì)處置，顧名思義就是在遠(yuǎn)離生物圈的地下建立一個(gè)可安全長期存放的處置庫，讓放射性廢物緩慢衰變成穩(wěn)定核素。實(shí)際上受限于技術(shù)水平、處理能力，經(jīng)濟(jì)性等因素，相當(dāng)一部分核廢水被暫存在不銹鋼容器中，等到有技術(shù)能力或者確實(shí)無法繼續(xù)暫存時(shí)再對(duì)其進(jìn)行減容固化處理處置。“這樣的處理方式是目前國際公認(rèn)且較為可行的方案。”晏敏皓說。

據(jù)日本方提供的數(shù)據(jù)，擬排放的廢中中含有氚、鍶-90、銫-134、銫137、碘-129、釕-106、鈷-60等放射性核素，如果將這些放射性核素排入海洋，它們將在海洋生物體內(nèi)富集，并通過食物鏈、洋流等途徑傳播，據(jù)推算，57天內(nèi)能擴(kuò)散至太平洋大半?yún)^(qū)域，10年后將蔓延全球海域，而上述放射性核素中半衰期最短的鈷-60需要至少10年才可以衰變75%。

“這將對(duì)全球魚類遷徙、遠(yuǎn)洋漁業(yè)、人類健康、生態(tài)安全的帶來不可逆裝的影響。”晏敏皓說。

“多核素去除裝置”無法完全消除核廢水的放射性

除了上述“減容固化+深地質(zhì)處置”的方案之外，還有學(xué)者提出通過核反應(yīng)使其嬗變成短壽命或穩(wěn)定核素，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是耗時(shí)短、廢物量小，但在實(shí)際情況中嬗變方法無法直接處理富含多種放射性核素的核廢料，必須先將廢水中的各種放射性核素進(jìn)行有效分離，再有針對(duì)性的進(jìn)行嬗變。

“核廢水中的放射性核素的完全分離是目前的世界性難題之一。”晏敏皓說。

根據(jù)東京電力公司數(shù)據(jù)顯示，其核廢水中有63種放射性核素。日方采用“多核素去除裝置(ALPS)”對(duì)廢水進(jìn)行處理，據(jù)2020年8月數(shù)據(jù)顯示，處理后73%的核廢水仍含有超標(biāo)的放射性元素，還需進(jìn)行二次處理。

“可見‘多核素去除裝置’并非一勞永逸，它無法將核廢水處理至豁免水平。”晏敏皓指出。

放射性核素高效率低成本的分離、回收是痛點(diǎn)和難點(diǎn)

目前核廢水的處理的核心思路是“廢物最小化”，既將核廢水通過濃縮和凈化處理，讓廢水的大部分體積凈化到安全排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，把濃縮后的小體積廢物做固化處理后再進(jìn)行處置。

晏敏皓認(rèn)為，不同來源的核廢水所含核素的種類、數(shù)量和形態(tài)不同，廢水本身的酸堿度、鹽離子濃度也不同，所以要有針對(duì)性的選擇方法處理核廢水。

“總的來說有以下五大類方法：沉淀法、吸附法、蒸發(fā)濃縮法、膜處理法、萃取法。”晏敏皓指出。

沉淀法和萃取法的由于引入了新的物質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生較多的二次廢物，減容倍數(shù)低，且難以連續(xù)運(yùn)行和自動(dòng)化操作。蒸發(fā)法能耗較高，維護(hù)成本高，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的趨勢(shì)下，蒸發(fā)法的推廣和使用將會(huì)受到限制。

膜處理法和吸附法是比較復(fù)合環(huán)保要求的，吸附法是通過離子交換、鰲合等方式將放射性核素從放射性廢水中分離出來，是廢水得到凈化。而選用的吸附劑多為固體，固液分離方便，工藝流程簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)運(yùn)行，潛力較大。

“尋求低成本、高安全性、高效率的提取材料與回收技術(shù)，將放射性核素從核廢水中高性價(jià)比、高選擇性的回收是日本核廢水處理的難點(diǎn)和痛點(diǎn)。特別是日本核廢水中含有的放射性氚，氚是氫的同位素，分離難度較大，對(duì)處理設(shè)備要求高。”晏敏皓說。

日本這次的事故核廢水據(jù)《讀賣日?qǐng)?bào)》統(tǒng)計(jì)將按照140噸/天的速率增長，到2022年9月將達(dá)到儲(chǔ)存罐的上限140萬噸。

高選擇性離子交換法、萃淋樹脂吸附法等廣受關(guān)注

晏敏皓介紹，在核廢水處理技術(shù)方面，高選擇性離子交換法是目前較為先進(jìn)的處理技術(shù)，利用特效活性基團(tuán)交換劑、磁性交換劑、兩性交換劑、液體交換劑、分子篩交換劑、熱再生交換劑和離子交換纖維等材料，有選擇性的提取廢水中的一些核素，此方法的優(yōu)點(diǎn)是去污因子高、寬適用范圍廣。

美國的一些核電站將過濾床模塊和離子交換床模塊結(jié)合起來，采用超細(xì)纖維、核孔膜、納米材料膜等新型過濾材料與超濾分離處理核廢水，此種方法凈化過的廢水可直接排放或再用，減容倍數(shù)更大。

此外，還有萃淋樹脂吸附法，將具有高選擇性的萃取劑掛載到高度穩(wěn)定的樹脂骨架上，得到集高選擇性和強(qiáng)穩(wěn)定性于一身的萃淋樹脂。此類材料能應(yīng)用于極端環(huán)境(高酸、高鹽、高輻照)中，并選擇性吸附關(guān)鍵核素(銫-137、鍶-90、鈾-235、钚-239、镅-241等)，再通過合適的方法將吸附后的核素反萃到單一溶液體系中，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核素的回收利用。

“萃淋樹脂一般用于放射性化學(xué)分析中，對(duì)樣品中微量甚至痕量的放射性核素具有良好的檢測(cè)能力。”晏敏皓說。

晏敏皓介紹，上述先進(jìn)技術(shù)在各涉核單位都有應(yīng)用，基于萃淋樹脂的交換柱動(dòng)態(tài)吸附/凈化/回收法由于操作簡便，工序流程簡化，且具有批量化大規(guī)模應(yīng)用的潛力，廣受關(guān)注。(馬愛平)