13年00月24日当地时间2023时,日本福岛第一核电站主动向海洋排放核污染水,引发国际社会广泛关注。中国驻日本大使吴江浩就日本向海洋排放福岛核污染水向日本政府提出严正抗议;中国海关总署:全面暂停进口日本水产品;韩国总理:韩方将维持对日本福岛水产品的进口禁令不变。

核污水,顾名思义,就是含有放射性物质的污水。例如核泄漏事故产生的高放射性废水,或者与核燃料直接接触的冷却水。专家表示,核污水不等于核废水。核污水的危害更大,含有包括氚在内的64种核放射性物质。
核污水中含有多种放射性元素,例如铀、钚、铯、锶、碘和钴等。其中一些元素的半衰期很长,例如铀-238的半衰期为4.5亿年,钚-239的半衰期为24,000万年。这些放射性元素对人体和环境具有严重危害,例如致癌、致畸和致突变。根据来源和情况的不同,核污水中各种放射性元素的浓度和比例各不相同,但通常远远超过国际标准和安全限值。
如果核污水未经妥善处理就排放到环境中,将对生态系统和人类健康造成严重影响。放射性物质可以通过水、土壤、空气、食物链等传播,导致生物体受辐射剂量增加,引发各种疾病和基因突变。因此,核污水的处理和处置必须遵循严格的安全标准和规范,以避免任何可能的泄漏和事故。
各国常用的核废水处理技术如下:
- 化学沉淀法
化学沉淀法是将沉淀剂与废水中的微量放射性核素共沉淀的方法。废水中放射性核素的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐等化合物大多不溶于水,因此在处理过程中可以去除。化学处理的目的是将废水中的放射性核素转移并浓缩到体积较小的污泥中,使沉积后的废水放射性残留很少,达到排放标准。
该方法的优点是成本低,对数放射性核素去除效果好,且能处理非放射性组分及其浓度及流化程度相当的流化废水,所采用的处理设施和技术已有相当成熟的经验。
目前最常用的沉淀剂有铁盐、铝盐、磷酸盐、纯碱等。为了促进混凝过程的进行,还要加入粘土、活性二氧化硅、聚合物电解质等助凝剂。对于铯、钌、碘等浓缩的放射性核素不易去除,要使用特殊的化学沉淀剂。例如,铯可用亚铁氰化铁和亚铁氰化铜共沉淀去除。有人用不溶性淀粉黄原酸盐处理含金属放射性废水,处理效果好,适用性广,放射性去除率>90%。它是一种性能优良的离子交换絮凝剂。由于处理废水时无残留硫化物,更适用于废水处理。
- 离子交换法
水中许多放射性核素会发生电离,尤其是放射性废水经化学沉淀处理后,由于悬浮态和胶体态的放射性核素被去除,残留的几乎都是离子态,其中大部分是阳离子。而且放射性核素在水中含量极少,非常适合用离子交换法处理,在不受非放射性离子干扰的情况下,离子交换可以长期有效地工作。大多数阳离子交换树脂对放射性锶有较高的去除能力和较大的交换容量。酚醛型阳离子树脂能有效去除放射性铯,微孔型阳离子树脂不仅能去除放射性阳离子,还能通过吸附作用去除以胶体形式存在的锆、铌、钴,以及以络合物形式存在的钌。然而,该法有一个致命的弱点,当废液中放射性核素或非放射性离子含量较高时,树脂床层会很快渗透而失效。通常,用于处理放射性废水的树脂是不可再生的,因此一旦失效,应立即更换。
离子交换法采用离子交换树脂,适用于含盐量较低的废液。当含盐量较高时,离子交换树脂的处理成本高于选择性工艺。这主要是因为树脂的选择性较低,而树脂与放射性核素的相关性较高。在放射性废水净化中,采用电渗析技术可以提高离子交换工艺的利用效率。
- 吸附法
吸附法是利用多孔性固体物质吸附去除水中重金属离子的一种有效方法。吸附法的关键技术在于吸附剂的选择。常用的吸附剂有活性炭、沸石、高岭土、膨润土、粘土等。其中,沸石价格低廉、安全易得。与其他无机吸附剂相比,沸石具有更大的吸附容量和更好的净化效果。沸石的净化能力比其他无机吸附剂高10倍,是一种非常有竞争力的水处理剂。它在水处理过程中常被用作吸附剂,同时也起着离子交换剂和过滤剂的作用。
活性炭吸附能力强,去除率高,但活性炭再生效率低,处理后水质难以满足回用要求,价格昂贵,应用受到限制。近年来,各种具有吸附能力的吸附材料逐渐被开发出来。相关研究表明,壳聚糖及其衍生物是良好的重金属离子吸附剂,壳聚糖树脂经交联后可重复使用多次,吸附能力不明显降低。利用改性海泡石处理重金属废水,对Co、Ag有良好的吸附能力,处理后的废水中重金属含量明显低于污水综合排放标准。
- 蒸发和浓缩
蒸发浓缩法浓缩倍数和净化倍数较高,多用于处理中、高放射性废水。蒸发法的工作原理是:将放射性废水送入蒸发装置,同时通入加热蒸汽,使水蒸发成水蒸气,而放射性核素则留在水中。蒸发过程中形成的冷凝水排出或重复利用,浓缩液进一步固化。蒸发浓缩法不适用于处理含有挥发性核素和易起泡的废水;其热能消耗大,运行成本高;同时,在设计和运行中必须考虑腐蚀、结垢、爆炸等潜在威胁。为了提高蒸汽利用率,降低运行成本,各国一直在不遗余力地开发新型蒸发器,如蒸汽压缩式蒸发器、薄膜蒸发器、真空蒸发器等新型蒸发器,并取得了显著成果。
- 膜分离技术
膜技术是一种处理放射性废水相对高效、经济、可靠的方法。由于膜分离技术具有出水水质好、无材料相变、能耗低的特点,因此膜技术得到了积极的研究。
国外使用的膜技术有:微滤、超滤、纳滤、水溶性聚合物膜过滤、反渗透(RO)、电渗析、膜蒸馏、电化学离子交换、液膜、铁氧体吸附过滤膜分离和阴离子交换纸膜等方法。
三聚氰胺泡沫,是一种纳米级稳定的三维网状有机过滤基质,其孔径高达1nm,孔容量高达0.297cc/g,开孔率高达98%,可实现对核污水的高效吸附过滤,并可与大多数种类的吸附剂配合使用。

- 生物处理
生物处理方法包括植物修复和微生物方法。植物修复是指利用绿色植物及其根际土著微生物共同作用,去除环境中污染物的一种新型原位处理技术。
从现有的研究成果来看,生物修复技术适用的类型主要有人工湿地技术、根际过滤技术、植物提取技术、植物固化技术、植物蒸发技术等。试验结果表明,水体中的铀几乎都可以在植物根部富集。
微生物法处理低放射性废水是1960世纪XNUMX年代开始研究的一门新技术,国内外已有一些利用该法去除放射性废水中铀的研究,但目前大多处于实验研究阶段。
随着生物技术的发展以及微生物与金属相互作用机理的深入研究,人们逐渐意识到利用微生物处理放射性废水污染是一种非常有前景的方法。利用微生物细胞作为生物处理剂,对水溶液中的铀等放射性核素进行吸附、富集和回收,效率高、成本低、能耗低,且无二次污染物,可以达到放射性废物的减量化目标,为核素的再生或地质处置创造有利条件。
- 磁分子方法
美国电力研究院(EPRI)开发了Mag-Mole-clue方法,用于减少锶、铯和钴等放射性废物的产生。该方法基于一种名为铁蛋白的蛋白质,对其进行改造,利用磁性分子选择性地结合污染物,然后用磁铁将其从溶液中去除,最后通过反冲洗磁滤床回收结合的金属。铁蛋白是一种高度保守的多功能多单元蛋白质,广泛存在于生物体中,具有耐稀酸(pH<2.0)、耐稀碱(pH=12.0)和高温(在70~75℃水温下不变)等特性。随着对铁蛋白研究的深入,利用其蛋白质外壳的纳米空间进行体外新功能研究取得了很大进展。体外研究表明,铁蛋白具有体外储存重金属离子的能力。此外,先前的研究主要集中于使用与铁离子竞争的其他重金属离子作为探针来研究铁在铁蛋白中的储存和释放机制。而最近的研究表明,可以利用铁蛋白这种捕获金属离子且不易逆转的特性来构建铁蛋白反应器,并在现场用于连续监测流动水体受重金属离子污染的程度。在体外特定条件下,一些金属核,例如FeS核、CdS核、Mn3O4核、Fe3O4磁性铁核以及放射性物质的铀核,已被成功组装到铁蛋白外壳的纳米空间中。
- 惰性固化法
宾夕法尼亚州立大学和萨凡纳河国家实验室开发出一种新方法,可以将某些低放射性废液处理成固化形式以便安全处置。这种新工艺利用低温(<90°C)凝固法来稳定高碱性、低活度放射性废液,即将废液转化为惰性固化体。科学家们将最终的固化体称为“水陶瓷”(一种素烧多孔陶瓷)。他们表示,最终的固化体非常坚硬、稳定且持久,并且能够将放射性核素固定在其沸石结构中。这种制备过程类似于自然界中岩石的形成过程。
- 零价铁渗滤反应壁技术
渗透性反应墙(PRB)是欧美等发达国家新兴的一种原位去除受污染地下水中污染物成分的方法。PRB一般安装在地下含水层中,与地下水流向垂直。当受污染地下水在自身水力梯度作用下流经反应墙时,污染物会与墙内的反应物质发生物理化学反应而被去除,从而达到污染修复的目的。
这是一种几乎不需要维护、成本低廉的被动修复技术。作为PRB技术的一个重要分支,Fe0-PRB技术已在许多国家和地下水污染治理的诸多方面得到了研究和发展,在反应机理研究、PRB的结构与安装研究以及新型活性材料研究等方面取得了令人鼓舞的成果。我国学者开始研究以零价铁为代表的活性渗滤墙技术用于铀尾矿放射性废水的修复(处理),目前研究已取得一定成果。
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