日本福島的核廢水是怎么處理的？

過去幾天，朋友圈很多朋友都在轉發福島核電站計劃排放“核廢水”的文章，但我翻了幾轉，但都沒有看到介紹核廢水處理的推文。作為分享污水處理知識的專欄，小編覺得有必要寫篇文章了解一下福島核電站是如何處理核事故廢水的。

小編特意云游了東京電力公司的網站，整理了一些信息供各位參考。

圖片福島核廢水是怎么處理的？

東京電力公司的網站提供了日語和英語的兩種語言。由于小編是日語文盲，所以只能通過其英語網頁查閱信息。

下圖是該網頁的截圖：

福島第一核電站的核廢水處理設備示意圖則如下所示。

這套凈化系統主要由①銫/鍶過濾系統、②反滲透系統和③alps系統組成。其中alps系統的全稱是高級液體處理系統(advanced liquid processing system)，又叫多核素去除裝置(multi-nuclide removal facility)。

廢水的來源

福島核電站的廢水是怎么產生的呢？

十年前的核事故是因為反應堆過熱最終導致堆芯熔毀產生的悲劇，而反應堆過熱的原因是廠區停電導致冷卻系統停運，不能及時帶走反應堆產生的熱量。

在遭破壞后，為了保持反應堆穩定，反應堆堆芯需要有冷卻水持續冷卻。這些冷卻水因為接觸了反應堆的輻射物質，變成了有待處理的廢水，日產量約280m3/天 (2017年的數據)。

另一部分廢水來自地下水的滲透。下雨天會將降雨轉化成地下水，由于地勢原因，地下水會滲入反應堆內成為放射性廢水。這部分的水量約150m3/天。

為了減少滲入反應堆的地下水，每天還有約150m3的地下水被泵出。

三者加起來，每天約有580m3的廢水進入廢水處理系統。

除了處理廢水，東電公司也想設法減少由地下水滲透產生的廢水。他們的補救措施在地面鋪設防水層，減少因降雨的滲透，同時2016年3月開始在事故反應堆周圍建造地下凍土屏障，再打井抽出地下水。但也有觀點(日本原子力規制委員)認為，這樣做的效果也有限，只能減緩因地下水滲透產生的排放。

系統細節

福島的廢水處理系統不是一次過建成的，相反有些摸著石頭過河的意思，因為我們人類在此之前沒有經歷類似的事故，所以小編想用時間軸的方式來整理這套處理系統的演變歷程。

2011年3月，福島核電站發生爆發事故。

2011年5月，日本當局開始用"contaminated water"來描述些高濃度放射性廢水。

2011年6月，東電開始運行美國kurion公司的銫吸附裝置以及veolia的areva去污裝置(kurion后被veolia收購)。kurion的系統有4條平行線，處理能力為600m3/天。

2011年8月，第二套除銫系統投入運行，使用的是東芝toshiba的sarry系統。sarry有兩條平行線，處理能力為1200m3/天。

三個系統的流程圖如下：

廢水經過銫吸附處理后，進入反滲透單元，然后轉移到臨時儲存罐。

2012年10月，日本宣布alps系統完成研發。但是研發出來不等于馬上能用。

2013年3月25日，日本原子力規制委員會才批準試運行。alps共有3個系統，每個平行線能處理250噸污染水，總處理能力為750m3/天。試運行從4月開始，只啟動其中一個系統，但只到6月就發生儲水罐被腐蝕漏水的問題。他們花了一個月才找到原因，并在隨后3個月內對3個系統進行修補，直到2013年9月alps系統才算正式投產。

alps具體有哪些組成呢？上圖是東京電力提供的工藝流程圖?？梢钥吹?，它主要是通過化學沉淀法和吸附的方法來截留和分離廢水中的放射性物質。

2014年，他們增加除鍶吸附裝置，但這部分小編沒有找到具體的去除原理資料，veolia的官網沒有提供這些系統的具體組成。

同時，他們也在不斷改良alps系統，并相繼推出改良版的alps和高性能版的alps系統，處理能力分別為750m3/天和500m3/天。

2014年10月到2015年3月期間，他們先后配置了兩臺移動式的除鍶系統，供應商分別為kurion和toshiba。這兩套系統的總處理能力為300x2 + 480x4 = 2520m3/天。

廢水經過除銫除鍶和反滲透除鹽淡化后，會有三個去向：其中有約280m3的水會回到注水箱，作為冷卻反應堆的循環冷卻水；剩下的則進入alps單元或者移動除鍶單元，經處理的出水最后貯存在儲存罐中。

下圖是東京電力公司對核電站在2013-2015年間儲存廢水的類型做的統計。如圖所示，在建了alps系統和移動處理設備之后，核電站的廢水處理能力逐步提升，并在2015年5月底對所有此前只經反滲透處理的濃縮液完成了進一步的深度處理。

在沒有alps系統之前，核電站只能處理幾種關鍵的放射性重金屬元素，在alps上馬之后，核電站聲稱可以去除的元素增加到62種 (含同位素)：

alps系統可以去除的62種元素一覽(含同位素) | 圖源：tepco

福島核電站在過去十年的變化相當大，日本的電視臺對2011年到2019年的容貌做了個對比視頻：

為了方便各位閱讀方便，我再做一張漢化圖對整套處理系統進行總結：

去不掉的氚

如果東電提供的數據可靠，那么alps系統其實已經相當厲害了。但可惜，它再厲害，也搞不定一種叫氚的東西。

什么是氚 (chuān) ？

氚(tritium)是氫(hydrogen)的同位素，但它比氫多了兩個種子。如果你學過中學化學，你就應該知道兩者具有幾乎相同的化學性質。目前還沒有商用方法將它跟水進行分離，籠統地說，這是因為氚水(hto)也是“水”（這不是小編說的，是國際原子能機構iaea說的）。

盡管如此，其實日本還是做了很多調研工作嘗試去氚的。

同年9月，日本經濟、外貿和工業部(ministry of economy, trade and industry of japan)還選出了美國的kurion、俄羅斯原子能國有公司rosatam的子公司rosrao、加拿大的ge-hitachi核能源公司來承建一個去氚示范項目。不過后邊沒有后續新聞了，這里小編只能猜測是三家公司提供的方案或者數據經過評估后都不能滿足實際應用的要求，所以就不了了之了。

那這些公司都提出了什么處理方案呢？小編承認這部分的處理方法已經超過了自己的理解水平，但能夠找到veolia公司(kurion被veolia收購)和rosatom兩家公司的技術方案，采用的都是電解催化交換工藝(cece - combined electrolysis catalytic exchange)工藝。這方面的專家如果看到此文，希望能給出你們的高見。