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排入大海? 不,核废水还可以这样处理!

废水处理放射性废物 核废水 福岛核事故
发布:2021-04-15 10:09:07     来源:国际金融报

日本政府4月13日早上召开相关阁僚会议,正式决定向海洋排放福岛第一核电站含有对海洋环境有害的大约125万吨的核废水。政府针对处理水制定了基本处理方针,包括东电将在2年内向海洋排放处理后的水,释放时用海水稀释到100倍。消息一出,此决定就立即遭到了福岛当地居民、日本全国渔业协会联合会和国际社会的强烈抗议和谴责。


 

尽管核废水中的大多数污染物可以通过相关技术手段进行去除,但是在核废水中仍会有无法被净化的放射性元素氚。据相关专家预测,若将此次福岛核电站积存的核废水排入大海,放射性元素就会随着太平洋洋流将放射性污染范围扩大到整个太平洋。

那么从2011年福岛核事故发生至今,福岛核电站为什么会积存如此巨量的核废水呢? 在核电站发电过程中,为什么会产生核废水呢?对于产生的核废水,如何正确的进行处理呢?

一、核电站的工作原理

目前世界的核电技术可以分为四代,而实际投入工业应用的核电技术主要为第二代和第三代核电技术,即沸水堆和压水堆。

压水堆主要由核蒸汽供应系统(一回路系统)和汽轮发电机系统(二回路系统)组成,二回路系统的结构和工作原理同普通火力发电类似,第一回路系统主要由压水反应堆、蒸汽发生器、主泵、稳压器和冷却管道组成。压水反应堆内主要有核燃料芯块和控制棒,核燃料发生的原子链式反应也就是核能发电的能量来源。在发电过程中,冷却水将会被泵送到反应堆,流经堆芯后将核裂变反应产生的热量传递到二回路系统。二回路中的水沸腾后产生的蒸汽来带动汽轮机发电,不断循环这个过程,就将核裂变产生的能量转换成了电能。

 
 

同压水堆相比,沸水堆没有二回路系统,产生的蒸汽不经热量转换而是直接作用于推动汽轮机发电。在运行时,冷却水会直接从底部进入,穿过堆芯后,经过汽水分离器将产生的蒸汽分离,然后蒸汽直接进入汽轮机完成发电过程。
 
 
沸水堆核电站结构示意图/天涯社区

二、核废水的来源

在核电站正常运行的过程中,核废水的主要来源有以下几个方面:

第一回路中无法回收利用的泄漏冷却水、调节压力容器压力的疏排水;

设备冷却用水、发电车间的地面冲洗水、实验室实验产生的废水;

热试验中产生的废水、核燃料取样系统中产生的废水、核燃料储存和运输介质排放的废水;

根据相关的统计数据,我国广东大亚湾核电站年排放核废水的量约为每台机组6000吨左右,其中需要处理的不可回收的核废水大约只占到总量的三分之一左右。

那福岛核电站从发生事故至今为何会积存超过百万吨的核废水呢?据悉日本福岛核电站都采用的是技术上相对落后的沸水堆技术,由于当时核电机组受到了地震的影响发生了爆炸,其核能燃炉发生了断电,为了防止堆芯熔化而造成核燃料的大规模泄露,工程技术人员只得将海水直接注入堆芯中来降低堆芯的温度,同时雨水和地表的径流也会流经相关污染区域,这就是福岛核电站为何积存了如此大量的核废水的原因。

 

福岛核电站内储存核废水的储存罐

三、核废水的处理

由于核废水中的放射性元素有强烈的放射性且其物理性质非常稳定,所以目前对核废水的处理都是通过特定的技术手段将其中的放射性元素浓缩,后将符合放射性标准的废液排放。目前应用比较广泛的核废水的处理方式主要有以下几种:

(1)沉淀法:沉淀法就是向核废水中加入沉淀剂,通过沉淀剂中的化学成分和放射性元素发生的共沉淀反应来达到降低核废水中放射性元素含量的目的。目前常用的工业沉淀剂主要有铝铁类沉淀剂、石灰苏打类沉淀剂和磷酸盐类沉淀剂等。

(2)吸附法:吸附法是利用吸附剂将放射性元素吸附的一种方法,是一种物理处理方法。吸附剂由于内部孔隙结构发达、比表面积大,具有极强的吸附能力。目前常用的吸附剂有活性炭、沸石等。

(3)离子交换法:离子交换法的原理是利用离子交换剂同核废水进行离子交换,从而将核废水中的放射性离子交换去除。核废水中所含的放射性离子多为阳离子,所以离子交换剂中的带正电的活性基团就可以和放射性的阳离子进行交换,将放射性离子交换到交换剂中。常用的离子交换剂分为有机和无机离子交换剂两大类,有机离子交换剂主要为各种离子交换树脂,无机离子交换剂有人造沸石、蛭石等。

我国核电站建设和技术跨度都较大,不同核电厂中的核废水处理技术也不尽相同。我国秦山第二核电厂使用的是过滤和离子交换处理技术。核电站产生的核废水会根据其放射性的强弱进行分类收集,符合排放标准的弱放射性废水会直接排放,需要处理的核废水会使用离子交换处理法进行循环处理,直至其符合排放标准。秦山第三核电厂采用了蒸发处理技术,核废水经过循环蒸发装置和净化器去除放射性元素,冷凝后的水蒸汽到达标准后排放。

 
秦山第二核电厂核废水处理流程

结语:

从技术上来说,日本福岛核电站均采用的二代沸水堆技术的安全性较三代技术的压水堆较差。另一方面,福岛核电站的运营方东京电力公司不顾全球人民的福祉,执意要将核废水排入太平洋。而且目前核废水的处理技术已经相当成熟,日本作为一个核电大国,若不能有效地将福岛核废水的污染问题处理好,将会对全球的海洋生态环境造成不可逆严重影响。

正如我国外交部发言人赵立坚所强调的,日本政府应当秉持对本国国民、周边国家以及国际社会高度负责任的态度,深入评估福岛核电站含氚废水处理方案可能带来的影响,主动、及时地以严格、准确、公开、透明的方式披露信息,在与周边国家充分协商的基础上慎重决策。

参考文献:

[1]张薛,李福志,赵璇.核电厂放射性废水调研[J].核安全,2015,3(14):65-70.

[2]杨挺.核电站化学废水的处理技术浅析[J].科技视界,2019,2(4):212-214.

[3]王玮杰,关涤,田一贺等.核工业废水处理研究进展[J].核科学与技术,2019,7(2):43-49.

[4]王庆红,龚婷.福岛核电事故分析及其启示[J].南方电网技术,2011,5(3):17-22.

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