- 頭條麻省理工：處理核電站廢水有新招，高效分離放射性物質，經濟實用2020-04-06 作者：劉星 | 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語麻省理工學院研究人員另辟蹊徑，研究出一種通過分離放射物質與凈水，大幅減少需要處理的受污染水的體積，并允許其余的凈水通過工廠的冷卻系統進行循環利用的新方法，相關論文已發表于《環境科學與技術》雜志。
據報道，日本福島第一核電站到2022年將會出現核污染水存放空間不足的情況。目前，該核電站內共儲存了約112萬t含放射性氚的污染水，且這一數字還在以5~8萬t/年的速度遞增，而日本福島的核廢水存放總容量為137萬t。
日本有關部門表示，如果福島第一核電站內所有的儲藏罐都裝滿后，核污染水很有可能會排入太平洋，通過廣闊的海洋來稀釋、淡化。這一言論引起了福島、日本居民乃至環太平洋國家的高度關注及熱議。
核電站的基本運行模式：核燃料在反應爐內進行分裂并釋放出大量熱能，接著高壓循環冷卻水流過將熱能帶走，然后在蒸發器內產生蒸汽；高溫高壓的蒸汽再推動渦輪發動機、進而推動發動機旋轉。在這一過程中，會有一定的放射性同位素進入高壓循環冷卻水中，這就需要將這些放射物污染的水收集起來并進行特殊化處理。
經研究發現，放射性污染會在事發及此后相當長的時間內給社會發展及人類生命產生持續負面影響。核素中，銫在自然環境中的存留期最短（約為30年），它可以損傷人體造血系統和神經系統；钚及鈾的存留期特別長，可達到2萬多年與7億年，它們可以滲透到人體的肺、腎臟、骨骼等細胞組織中，破壞細胞基因引發癌癥。
隨著核電站的不斷擴建，國內外學者對核污染水處理的研究熱度一直居高不下。目前，國內外對核放射性污染水的處理方法普遍分為化學沉積、吸附、離子交換法，大多先采用混凝沉積法去除水中雜質，再使用離子交換吸附、活性炭吸附、沸石吸附或其他聯合手段去除放射性核素，此外對溶劑萃取法、冷凍法、中子燃燒法等進行了試驗研究和探討，但這些都集中于對污染水中放射物質的處理。
近期，麻省理工學院研究人員另辟蹊徑，研究出一種通過分離放射物質與凈水，大幅減少需要處理的受污染水的體積，并允許其余的凈水通過工廠的冷卻系統進行循環利用的新方法，相關論文已發表于《環境科學與技術》雜志。
該團隊應用激波電滲析法，利用電場在水中產生去離子化沖擊波，沖擊波再將帶電粒子或離子推到新系統中充滿帶電多孔材料管道一側，使得高濃度污染物從其余的水中分離出來。他們發現，可以從含有硼酸和鋰的水中選擇性地去除兩種主要的放射性核素污染物（鈷和銫的同位素），而當水流中的鈷和銫污染物被清除后，冷卻水就可以在反應爐中循環使用了。
激波電滲析法是一種從水中除鹽的通用方法，在早期的海水淡化工作中，研究人員通過測量海水的導電性來確定去除鹽的多少。后來，研究者們開發了其他方法以檢測和量化濃縮放射性物質及凈水中的成分。因此，建立在單一設備基礎上的新方法，可以詳細測量所有進出物質成分，可以執行任何特定應用程序特定范圍的分離，這為核放射性污染水的處理開辟了一種高效又經濟的新方法，暫且稱之為分離法。
為驗證該方法的可行性，該團隊應用了模擬的核廢水。在經過三個階段的分離過程后，該方法能夠去除水中99.5%的鈷放射性核素，同時保留了大約43%的清潔水。該團隊發現，如果清潔水平降低到去除污染物的98.3%，多達2/3的水就可以循環利用。
比起海水淡化，將這種技術應用在過濾分離污染物方面更加實用，如在飲用水中去除鉛、水災后去除污染物等。當該方法用于離子選擇性分離，如從核電站冷卻水等稀流中分離放射性物質時，運營成本將顯著降低。此外，應用該方法投入的系統不僅便宜，而且還可擴展到較大尺寸，其應用規模非常可觀，如一個大型核電站可以通過冷卻系統循環大約1000萬m3/年的水。
截至目前，國內外尚未出現其他更實用的、可連續的、更經濟的分離核污染水中鈷和銫的放射性同位素的方法。該團隊還表示，目前該方法及系統只在小規模上范圍進行了測試，而基于這種方法的大規模凈化系統可能將在幾年后才能實現，希望這一新技術可以幫助改善更多核電站的經濟效益和環境影響。
