基本介紹
- 中文名：核廢水
- 外文名：Nuclear Wastewater
核廢水的產生,核燃料生產過程,反應堆運行過程,核燃料後處理過程,其它來源,核廢水的特點,成分複雜 離子種類多,溶解性固體濃度高,含有有機物,核廢水的危害,核廢水的處理,化學法,物理法,生物法,各國學者對核廢水和核污水區別的看法,
核廢水的產生
核燃料生產過程
核燃料的開採、加工過程是核廢水產生的途徑之一。在鈾礦的開發與冶煉過程中，留存於礦坑中的水體會具有放射性，冶煉過程中的濕法作業也會產生大量具有放射性的核廢水。除核廢水外，核燃料的開採和加工過程還會產生放射性的核污染氣體以及其它核廢料。
反應堆運行過程
在核反應堆運行時，通常使用水作為冷卻劑。冷卻水流經核燃料元件，從而帶走由於燃料元件核反應所產生的部分熱量。之後，這股冷卻水會轉變成為廢水。這些廢水中的放射性廢物主要來源於冷卻劑中雜質的中子活化，冷卻劑本身的中子活化，燃料包殼腐蝕產物的中子活化，以及燃料物質和裂變產物的漏失。
核燃料後處理過程
經過冷卻的燃料元件仍需要進行化學加工處理，包括脫除包殼和燃料芯的酸溶-萃取-洗滌兩道工序，以實現殘餘核燃料鈾、鈽、釷及其裂變產物的分離。分離後得到的高純核燃料將被回收利用，而裂變產物則進入廢物系統。為了使回收的核燃料達到純度要求，需要進行多級循環萃取和洗滌，第一級萃取洗滌後的提取殘液含有90%以上的裂變產物，屬於高水平放射性廢水。後續幾級循環中產生的提取殘液和燃料外殼處理中產生的廢液屬於中水平放射性廢水。此外還包括低水平放射性廢水，例如工藝冷卻水。
其它來源
我國的一些核工業部門中部分已經報廢的核設施以及一些核武器生產與調試單位也會產生一部分核廢水。此外，一些醫院科室、高校及科研單位也會排放具有放射性物質的廢水。這些放射性的核廢水種類繁多，形態各異。
核廢水的特點
成分複雜 離子種類多
鈾、鐳等重金屬放射性元素以及其它有毒有害化學物質常存在於核廢水中。這是因為鈾礦本身含有多種組分，在開採和精製的過程中，礦石中的其他元素會被轉入三廢中，導致廢水中成分複雜，離子種類繁多。鈾礦開採廢水和鈾精製廢水中都含有超過20多種不同的離子種類。反應堆運行廢水以及核燃料後處理廢水中的多種離子主要來源於核燃料的裂變產物，因此這些廢水不僅離子種類多，而且這些離子具有放射性，是一種多核素廢水。
溶解性固體濃度高
除了個別核工業廢水（如反應堆運行廢水）的溶解性固體含量不高之外，大多數核工業廢水的溶解性固體含量都非常高。鈾礦開採廢水中的溶解性固體含量通常為幾千至幾萬毫克每升，鈾精製廢水的溶解性固體含量也超過了100克/升。
含有有機物
在從鈾礦到核燃料的處理過程中，萃取提純是一個必不可少的環節，因此大多數核工業廢水通常都含有一定量的有機物。鈾礦開採廢水中含有的有機物大約在200毫克/升左右，而鈾精製廢水中含有的有機物則超過了600毫克/升。
核廢水的危害
核廢水的危害來源於其中含有的放射性元素，這些元素會通過自身的衰變釋放出α、β和γ射線。這些射線能夠穿透生物體的細胞，並有可能對染色體產生電離作用，從而破壞細胞乃至整個生物體的正常機能。例如，α射線常常會引起呼吸系統疾病，而β射線在體外就可以引起照射危害，對眼睛的傷害尤為明顯。γ射線的照射則可能導致神經和血液系統類的疾病。這些類型的放射線危害都屬於電離輻射傷害。
電離輻射對生物體的傷害程度取決於多個因素，包括輻射的類型、強度、照射方式以及生物體的自身性質。電離輻射對生物體的作用可以是直接作用，也可以是間接作用。直接作用是指生物體的細胞直接吸收了電離輻射的能量，導致機體損傷。而間接作用則是輻射對生物體中的水分子產生作用，產生強活性的粒子（如氧化劑和強還原劑），這些粒子會破壞生物體的結構、功能以及正常的物質代謝。由於人體中水分約占70%，因此間接作用對人體的傷害通常比直接作用更大。
核廢水的處理
目前，國內外對核工業廢水的處理方法主要有化學法、物理法、生物法等。
化學法
1.化學沉澱法
化學沉澱方法可以處理大多數中低水平放射性廢水。傳統化學沉澱法主要是選用絮凝劑使廢水中的鈾離子首先吸附在絮凝劑顆粒表面，進而形成化合物並沉澱在顆粒表面。此外在絮凝過程中，可以加入助凝劑以提高吸附效果。
2.零價鐵還原沉澱法
在眾多還原劑中，鐵及其低價化合物因其易於獲取、安全環保而被廣泛關注。零價鐵粉可以通過混凝吸附作用有效地除去核工業廢水中的放射性元素鈾。零價鐵還原法處理核工業廢水，成本低，工藝簡單，效果顯著，可回收含放射性元素的廢渣，特別適合處理低濃度核工業廢水。
3.超音波強化處理核工業廢水
超音波處理技術能夠有效地輔助降解廢水中難以降解的污染物，提高反應效率，促進反應物混合。相較於傳統的廢水處理方法，超音波技術可以節省大量的處理時間，同時降低處理成本，更具有經濟效益和環保效果。超音波技術套用於核工業廢水處理，其作用機理主要歸結為3種基礎效應：機械效應、空化效應、熱效應。
4.可滲透反應牆（PRB）治理技術
PRB治理技術是一種利用特定的介質來吸附、固定、阻截或降解廢水中的放射性核素和重金屬元素的方法。在PRB反應牆中，通常選用零價鐵、鐵鋁氧化物、氫氧化鐵、沸石、消石灰或活性炭等材料作為充填介質。這些介質具有高效的吸附性能和穩定性，可有效地吸附和固定廢水中的放射性核素和重金屬元素，從而達到治理廢水的效果。研製多種污染物 同步處理的複合型反應新材料，進一步加強PRB牆體及工藝的設計是該技術未來的主要發展方向。
物理法
1.吸附法
吸附法利用多孔性固體吸附劑來吸附廢水中的放射性元素離子，使其與廢水分離，達到去除放射性元素離子的目的。吸附法有以下特徵：吸附材料儲量豐富、製備簡單、穩定性好、可再生、處理效果好。但是核工業廢水量大時吸附材料消耗量大、工作量大、處理困難、操作條件苛刻。
2.膜分離法
膜分離法通過半滲透膜兩側的質量濃度、壓力或溫度差，使部分金屬離子和水分子選擇性透過，實現目標元素的分離。膜分離法具有自動化程度高、分離效果好、滲透液可重複利用等優勢。常用的膜分離法有納濾法、超濾法和反滲透法三種。
3.離子交換技術
離子交換技術利用離子交換劑與核工業廢水中的污染離子進行交換，實現鈍化和分離污染物，主要作用機理包括物理吸附和化學反應。該技術多適用於低濃度放射性廢水，在含鹽量低和懸浮物少的體系中效果較好。離子交換劑的類型大致可分為無機離子交換劑（複合離子交換材料、鐵氰化物、矽酸等）和有機合成離子交換劑（離子交換樹脂、磺化煤等），其中離子交換樹脂又分為陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂。離子交換樹脂對放射性元素的吸附過程受到液膜擴散和孔內擴散的共同控制，其動態吸附容量比靜態吸附容量大，吸附過程為吸熱過程，提高溫度有利於放射性元素鈾的吸附。
4.蒸發濃縮法
蒸發濃縮法是處理核工業廢水的手段，通過加熱將水分蒸發，放射性元素則集中濃縮在殘液中。此法分為自然蒸發和人工蒸發。自然蒸發主要依賴自然條件蒸發水分，適用於蒸發量遠大於降水量的地區。目前，我國部分鈾礦冶工藝產生的廢水仍採用此法。人工蒸發法則是通過電熱器或蒸汽將蒸發室內的廢水加熱，使廢水中的水分蒸發，從而將鈾從水體中分離。與自然蒸發法相比較，人工蒸發法效率高，產生的廢水量少，去污倍數高，成本較高，能源消耗大，安全風險較大。蒸發濃縮法多用於處理中高濃度的核工業廢水。
5.萃取法
萃取法是選用與水互不相溶的溶劑，使廢水中的放射性核素溶入溶劑中，從而將其轉移出來，達到分離提取的目的。萃取分離技術、萃取條件、萃取劑種類是影響萃取法處理核工業廢水的主要因素。
生物法
自然界中，金屬元素與生物之間存在豐富的相互作用，放射性金屬元素，如鈾，也不例外。
1.微生物修復技術
微生物修復技術是利用微生物的生物轉化、生物吸附、生物沉澱及生物絡合等作用將核工業廢水中放射性元素離子進行形式轉變、吸收、沉澱，進而將環境中的放射性元素去除的一種新技術。
2.植物修復技術
該技術是利用植物及與之共存的微生物體系，將核廢水中的污染物富集在體系中，從而清除環境中的放射性元素污染，修復生態環境。植物修復技術其修復類型大致分為四種：植物提取、根際過濾、植物固定、植物輔助生物修復。
各國學者對核廢水和核污水區別的看法
2023年6月12日，福島第一核電站運營方東京電力公司開始核污染水排海相關設備的試運行，此舉引起國際社會的廣泛關注。日本政府與東京電力公司在官方檔案中堅稱所排污水為“處理後的核廢水”，而絕大部分國家、國際組織都稱其為“核污染水”。那么核廢水和核污染水有哪些區別呢？
為了尋找答案，央視新聞記者走訪了數位相關專家、大學教授及媒體人士，日本原子力規制委員會的代表也接受了央視的採訪。各國學者對記者講述了福島核污染水與一般核工業廢水的區別。
小出裕章，今年73歲，退休前是日本京都大學核反應堆實驗所助教。他說：“在正常運行的核電站中產生的核裂變產物，也就是日本人稱為“死亡灰燼”的東西，被封閉在燃料棒或燃料板的內部，只有很少的一部分進入水中（形成了核廢水）。但在福島核事故中，所有本應被封閉在燃料棒中的放射性物質都暴露在外。燃料棒本身已經熔化，而產生的放射性物質不斷滲入水中，形成了核污染水”。
天野光，國立日本原子力研究開發機構研究員，著名的環境放射能專家。他說：“一般核電站的話，排出的廢水主要是含有氚，但福島第一核電站事故後核燃料熔毀，產生了核燃料殘渣。燃料殘渣中含有1000多種核素，地下水及雨水與這上千種核素接觸後才形成了核污染水，這與一般核電站的廢水是根本不同的”。
肖恩·伯尼是英國資深的核環境專家。從20世紀90年代中期開始，為監測日本各大核電站的環境安全指標，他曾在福島等地工作了近30年。福島核事故後，他多次到訪福島災區，持續關注核事故的善後工作。他說：“福島核污染水和核廢水是完全不一樣的。因為福島核污染水是與熔毀的核燃料接觸過的水，那是反應堆內的核燃料。這可不是正常核電站運行狀況。日本政府簡單地將兩者相提並論，這是不坦誠的，是不正確的。在福島第一核電站特大核事故發生一年之後，2012年3月，東京電力公司首次對核污染水中所含放射性物質的成分與濃度進行測定。結果顯示，濃度超標的核素有64種之多。我們看到了東京電力的一些數據，已知的是事故剛發生時，污染水裡包含62種不同類型的放射性物質，另外還有碳14和氚。但他們仍然沒有對儲罐中的所有放射性物質做一個完整的說明。實際上，只有大約20%的水罐經過了實質性檢測”。
王殳凹，中國蘇州大學放射醫學與防護學院教授，美國聖母大學錒系元素研究中心博士。他從放射性元素的檢測方面探討了核污染水的危害。與核廢水不同，他說：“污染水中有一些核素，因為它的量很少且比活度和放射性活度又很低，它的檢測是有一定困難的，同時它會受到共存的核素的干擾。像鎿237這樣一個核素，它的半衰期是217萬年，它的放射性是非常低的，但是這樣一個很低的量，它的毒性又是非常高的”。也就是說核污染水中含有一些難以檢測但毒性很高的物質。
