麻省理工：处理核电站废水的新招数，高效分离放射性物质，经济实用

据报道，日本福岛第一核电站到2022年将会出现核污染水存放空间不足的情况。目前，该核电站内共储存了约112万t含放射性氚的污染水，且这一数字还在以5~8万t/年的速度递增，而日本福岛的核废水存放总容量为137万t。

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日本有关部门表示，如果福岛第一核电站内所有的储藏罐都装满后，核污染水很有可能会排入太平洋，通过广阔的海洋来稀释、淡化。这一言论引起了福岛、日本居民乃至环太平洋国家的高度关注及热议。

核电站的基本运行模式：核燃料在反应炉内进行分裂并释放出大量热能，接着高压循环冷却水流过将热能带走，然后在蒸发器内产生蒸汽；高温高压的蒸汽再推动涡轮发动机、进而推动发动机旋转。在这一过程中，会有一定的放射性同位素进入高压循环冷却水中，这就需要将这些放射物污染的水收集起来并进行特殊化处理。

经研究发现，放射性污染会在事发及此后相当长的时间内给社会发展及人类生命产生持续负面影响。核素中，铯在自然环境中的存留期最短（约为30年），它可以损伤人体造血系统和神经系统；钚及铀的存留期特别长，可达到2万多年与7亿年，它们可以渗透到人体的肺、肾脏、骨骼等细胞组织中，破坏细胞基因引发癌症。

随着核电站的不断扩建，国内外学者对核污染水处理的研究热度一直居高不下。目前，国内外对核放射性污染水的处理方法普遍分为化学沉积、吸附、离子交换法，大多先采用混凝沉积法去除水中杂质，再使用离子交换吸附、活性炭吸附、沸石吸附或其他联合手段去除放射性核素，此外对溶剂萃取法、冷冻法、中子燃烧法等进行了试验研究和探讨，但这些都集中于对污染水中放射物质的处理。

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近期，麻省理工学院研究人员另辟蹊径，研究出一种通过分离放射物质与净水，大幅减少需要处理的受污染水的体积，并允许其余的净水通过工厂的冷却系统进行循环利用的新方法，相关论文已发表于《环境科学与技术》杂志。

该团队应用激波电渗析法，利用电场在水中产生去离子化冲击波，冲击波再将带电粒子或离子推到新系统中充满带电多孔材料管道一侧，使得高浓度污染物从其余的水中分离出来。他们发现，可以从含有硼酸和锂的水中选择性地去除两种主要的放射性核素污染物（钴和铯的同位素），而当水流中的钴和铯污染物被清除后，冷却水就可以在反应炉中循环使用了。

激波电渗析法是一种从水中除盐的通用方法，在早期的海水淡化工作中，研究人员通过测量海水的导电性来确定去除盐的多少。后来，研究者们开发了其他方法以检测和量化浓缩放射性物质及净水中的成分。因此，建立在单一设备基础上的新方法，可以详细测量所有进出物质成分，可以执行任何特定应用程序特定范围的分离，这为核放射性污染水的处理开辟了一种高效又经济的新方法，暂且称之为分离法。

为验证该方法的可行性，该团队应用了模拟的核废水。在经过三个阶段的分离过程后，该方法能够去除水中99.5%的钴放射性核素，同时保留了大约43%的清洁水。该团队发现，如果清洁水平降低到去除污染物的98.3%，多达2/3的水就可以循环利用。