一、日本放射性废水简介

近日，日本福岛核事故处理后废水排海问题引起社会公众广泛关注。日本福岛核事故是国际核事件分级标准(INES)中最高级别的7级核事故，堆芯熔化损毁，放射性物质大量释放。福岛核事故废水来自于事故后注入熔融损毁堆芯的冷却水以及渗入反应堆的地下水和雨水。核电厂正常运行液态流出物主要来源于工艺排水、化学排水、地面排水、淋浴洗衣排水等。2020年2月10日，日本负责福岛核事故废水处理研究的“ALPS小组委员会”发布报告显示，截至2019年12月31日，经多核素处理系统(ALPS)处理后仍有73%的废水超过日本排放标准。另据东京电力公司公布的数据，ALPS运行至今多次出现过滤后污水中碘-129等核素活度浓度依然超标情况，效果未达到预期。

二、放射性污染物的来源

放射性同位素种类很多，广泛应用于国民经济的各个领域(表1)，放射性废水主要来自于原子能工业。核工业系统从铀矿的开采、加工、铀同位素分离、核燃料元件的制备到反应堆运行和核燃料后处理的一系列过程中，都不可避免地要产生大量的放射性废物。随着核动力堆的迅速发展，放射性废物的产生量和累计量正在急剧增长。有资料表明，一个电功率为106 kW的典型热中子反应堆核电站，每年卸下的核燃料元件为35 t，经处理后，将产生15 m3的高放射性废液，此外还会产生一定数量的超铀元素。这些放射性物质将对人类和生物环境造成很大的辐射危害，而其最终处置问题将是核电发展的关键。因此严格控制放射性物质对环境的污染是当前世界各国急待解决的重要课题。

表1环境中人为放射性核素的来源

来源

核素

含核燃料矿物的开采﹑冶炼及各类核燃料加工厂

含铀、钍、镭的废水，含镭、钍和锕的废气(Em)及其子体氡的废气

反应堆、原子能电站、核动力舰艇

含各种核裂变产物(131I、60Co、137Cs等)的三废排放物

工农业、医学、科研各部门使用放射性核素

含所使用放射性核素(如131I、32P、198Au、65Zn等)的废物

大气层核试验﹑地下核爆炸冒顶、外层空间核动力航具事故

含裂变产物(131I、60Co、137Cs等)的放射性气溶胶和放射性沉淀物

人工放射性污染物主要来源于天然铀矿的开采和选矿、精炼厂、放射性同位素应用时等所产生的废水，尤其是原子能工业和原子反应堆设施的废水、核武器制造和核试验污染以及各种放射性核废料等。对铀矿和钍矿的加工中采用化学处理、离子交换沉淀法和萃取法从溶液中有选择地提取铀，铀衰变的放射性产物基本上随着矿石化学处理后的废液夹带出来。

三、放射性污染物的危害

放射性污染造成的危害，主要是通过放射性污染物发出的射线照射来危害人体和其他生物体的，造成危害的射线主要有α、β、γ射线。α射线穿透力较小，在空气中易被吸收，外照射对人体的伤害不大，但其电离能力强，进入人体后会因为内照射造成较大的伤害；β射线是带负电的电子流，穿透力较强；γ射线是波长很短的电磁波，穿透力极强，对人的危害最大。

污染后的水体，水生生物通过外辐射和食用含有放射性核素的营养物质使体内放射性核素富集，并通过食物链传递给人类。人类通过饮用被放射性核污染的水和食用放射性污染源的水生生物，体内会受到放射性物种的内辐射。当核素由消化道摄人时，机体对放射性核素产生吸收，其中吸收率最高的是碱金属和碱土金属，稀土元素和重金属的吸收率较低。某些放射性核素进入人体后，可以选择性地沉积于某个或者某几个器官和组织内，致使该器官受到较大剂量的辐射，例如甲状腺、肺、肝、肾、骨骼等。在体内辐射时，射线在体内引起的电离密度越大，对生物体的作用就越强。因此α、β、γ三种粒子的电离作用依次减弱，对人体的伤害也相应减弱。细胞组织在受到体内辐射时，DNA大分子发生降解，造成核苷酸及其组分的破坏，例如碱基脱落或被破坏，嘧啶二聚体形成、脱氧核糖的破坏、单链断裂、双链断裂、DNA的链内交联或者链间交联、DNA与蛋白质的交联等。导致组织细胞核改变、染色体畸变、细胞膜改变、细胞分裂和生长脱节等细胞杀伤，产生躯体效应和遗传效应。

人体内受到某些微量的放射性核素污染并不影响健康，只有当辐射达到一定剂量时，才会对人体产生危害。当内辐射剂量大时，可能出现近期效应，主要表现为：头痛、头晕、食欲下降、睡眠障碍等神经系统和消化系统的症状，继而出现白细胞和血小板减少等。超剂量放射性物质在体内长期残留，可产生远期效应，主要症状为：出现肿瘤、白血病和遗传障碍等。如1945年原子弹在日本广岛、长崎爆炸后，居民由于长期受到放射性物质的辐射，肿瘤、白血病的发病率明显增高。

四、放射性物质的相关标准

放射性废液可按其放射性水平高低分为高、中、低放废液三类。我国放射性废物分类标准：放射性浓度大于3.7*109Bq/L的废液称为高放废液；浓度在3.7*105~3.7*109Bq/L的废液称为中放废液；浓度在3.7*102~3.7*105Bq/L的废液称为低放废液。工业上规定放射性废水的排放标准是：①放射性废水的瞬时排放浓度不应超过3.7*103Bq/mL；②从医院和工厂排入污水管道的平均浓度不应超过1Bq/mL；③直接排入河流的废水浓度不得超过0.1Bq/mL。

对于肉鱼虾类食物，中国国家标准《GB 14882-1994 食品中放射性物质限制浓度标准》规定了12中放射性物质的标准，具体指标参如下。（1）3H：6.5*105Bq/kg； 89Sr：2.9*103Bq/kg；90Sr：2.9*102Bq/kg；131I：4.7*102Bq/kg；137Cs：8.0*102Bq/kg；147Pm：2.4*104Bq/kg；239Pu：10.0 Bq/kg；210Po：1.5*10 Bq/kg；226Ra：3.8*10 Bq/kg；223Ra：2.1*10 Bq/kg；天然钍：3.6mg/kg；天然铀：5.4mg/kg。

五、放射性废水的处理技术

目前，除了进行核反应之外，采用任何化学、物理或生物的方法，都无法有效地破坏这些核素，改变其放射性的特性。对于放射性废物中的放射性物质，现在还没有有效的办法将其破坏，以使其放射性消失。只有利用放射性自然衰减的特性，采用在较长的时间内将其封闭，使放射强度逐渐减弱的方法，达到消除放射性污染的目的。因此，为了减少放射性污染的危害，一方面要采取适当的措施加以防护；另一方面必须严格处理与处置核工业生产过程中排放出的放射性废物。放射性废水因其化学性质、放射性核素组成、放射性强度的不同，处理方法也不相同。常见的处理方法包括稀释排放法、放置衰减法、反渗透浓缩低放射性废液、蒸发法、超率法、混凝 沉淀法、离子交换法、固化法、生物处理等。

（1）稀释排放法

对符合我国《放射防护规定》中规定浓度的废水，可以采用稀释排放的方法直接排放。排入本单位下水道的放射性废水浓度不得超过露天水源中限制浓度的100倍，并必须保证在本 单位总排放出水口中的放射性物质含量低于露天水源中的限制浓度。并规定在设计和控制排 放量时，应取10倍的安全系数，排出的放射性废水浓度不得超过露天水源限制浓度的100倍。否则必须在排放前用非放射性废水稀释或经过专门净化处理后再排放。这种处理方法从长远 看必将导致附近水域放射性本底增加；此外，放射性物质可能被河流或海洋中的植物和动物群 有选择性地富集，随时可能被人体吸收。

（2）放置衰减法

放射性废水处理的基本原则就是贮存。对半衰期较短的放射性废液可直接在专门容器中封装贮存，经过一段时间后，待其放射强度降低后，可稀释排放。对半衰期较长的或放射强度高的废液，可使用浓缩后贮存的方法。要求将放射性物质浓缩后装在体积很小的密闭容器内，进行长期贮存。贮存方式是把高浓度的放射性废水，经过蒸发器的蒸发，变成小体积的浓缩液，然后装人密封的屏蔽金属罐里边，贮存在地下或深海之中。 也有将放射性废水注人地下池贮存或将废水与陶土等混合烧成陶瓷后埋人地下贮存的办法。 所有这些做法，对半衰期很短的放射性物质的废液，是十分有效的。

（3）反渗透浓缩法

对于含盐量为0.5g/L，pH为7~8，β放射量为5~7*103Bq/L的废液，采用醋酸纤维膜进行反渗透浓缩，去除率可达到95%以上。

（4）蒸发法

蒸发浓缩是处理中高浓度放射性废液的一种有效方法，处理效率高，去污系数可达10以上，特别适合处理含盐量较多、成分复杂的废液。该法是目前核工业中使用比较广泛的废水处理方法，在废水蒸发过程中，放射性核素和盐分不能挥发，理论上全部放射性核素都应存在于体积很小的蒸发残渣中，但由于雾沫夹带，冷凝液中仍不免带有一点放射性物质，一般需要进一步通过离子交换法处理，浓缩液送至水泥、陶土或石英砂等固化装置固化，埋人地下贮存。此法不适合处理含有挥发性放射性物质(如Ru、I等)、有机物和易起泡物质的废水。挥发性物质会在蒸发浓缩过程中，随同水蒸气一同进入馏出液中，达不到放射性物质和水分离的目的。

（5）混凝沉淀法(化学沉淀法)

在早期的核燃料后处理工艺中，无论是铀、钚分离净化，还是废液处理，都曾全面采用沉淀法。该法主要是在废液中加入一定量的化学絮凝剂而形成絮体，吸附废液中的放射性胶体，或借助于某些化学试剂，与放射性物质发生共结晶、共沉淀现象，将水中放射性物质大部分转移或富集于小体积的沉淀泥浆中，经过澄清和过滤，可将絮体沉淀从废液中分离出来。它具有操作简单、费用低廉等特点，但去污系数一般仅为10左右，适用于大量的低放射性废水的处理，或用于中放射性废水的预处理。在多种絮凝剂中，聚合铝去除多价放射性核素的效率最高，这是由于放射性核素的羟基水合离子同样能与羟基水合铝离子发生桥联作用，生成沉淀得以去除。

在含有放射性元素的废水中加入沉淀剂：石灰、碳酸钠、硫化钠、磷酸钠、铁氰化钠等，使放射性元素变成沉淀而得以去除。

另外，还有电渗析、浮选、吸附等方法可以用于处理放射性废水，但以上的处理方法均属于物理、物化或化学处理。我们不建议采用生物净化法。通过生物净化放射性污染物而产生的生物或微生物，由于放射性 对染色体和DNA的强烈改变，这种物种会对生态系统产生意料不到的后果。也许会是灾难性的，因为它可能改变生态系统的物种平衡，改变或消灭生态系统的生物链。