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阻碍“停堆”的核污水:彻底解决,尚无眉目

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今年的3月11日,我们迎来了东京电力福岛第一核电站事故发生后的第五个年头。尽管政府和东京电力公司采取了①清除放射性物质、②阻止地下水的流入、③防止核污水泄入海洋这三项对策,但整整四年过去后的今天,依然没有完成目标计划。如果核污水对策没有头绪,那么接下来的停堆计划也将不可避免地受到影响。

现在每天仍产生300吨核污水

在3.11核事故中熔毁的核燃料,不断混入冷却用水和每日不断流入涡轮机房的地下水中,时至今日,每天仍会新产生约300吨含有放射性物质的“核污水”。而且,因海啸而涌入机房的海水也变为核污水,大量积留在机房的底部。

由于东京电力公司在事故当初应对不力,导致核污水流入海洋以及地上蓄水槽发生泄漏等情况层出不穷。面对这一问题,日本政府正真开始采取对策措施,是在2013年9月,也就是说,距核事故发生已有两年半之久。在政府制定的三项基本方针下,东电除了紧急对策外,还制定并实施了具有中长期根本对策。投入的国家经费总计将达到约470亿日元。

政府对“核污水”问题的基本方针

清除核污染源

  • 通过多核素去除设备(ALPS)净化核污水
  • 清除机房靠海一侧坑道内的高浓度核污水

避免水靠近污染源

  • 通过地下水绕流汲取地下水 
  • 从机房附近蓄排水井汲取地下水
  • 采用冻土方式在陆地一侧设置挡水墙
  • 铺修厂区地面,以防雨水渗入土壤

避免核污水泄漏

  • 注入水玻璃以加固改造地基
  • 在靠海一侧设置挡水墙 
  • 增设蓄水槽(更换成焊接型水槽等)

政府近年来在核污水问题上实施的主要对策

2013年
3月30日 ALPS A系统开始试运行(单日处理量250吨,6月停止)
6月13日 ALPS B系统开始试运行(单日处理量250吨,8月停止)
9月7日 安倍晋三首相在IOC全体大会上宣称“福岛的情况已得到控制”
9月11日 东电承诺在2014年度内对蓄水槽内的高浓度核污水实施净化处理
9月27日 ALPS C系统开始试运行(单日处理量250吨)
11月21日 ALPS B系统再次开始试运行,已设置的3套系统全部再次开始试运行(单日总处理量750吨)
2014年
2月20日 地上蓄水槽外泄约100吨高浓度核污水
4月14日 地下水绕流扬水井水泵启动,开始汲取地下水
4月28日 冻结2号机组坑道与涡轮机房连接处积留的约1万吨核污水,在用“冰墙”堵住后,开始实施去除核污水作业
5月21日 汲取后临时储存在蓄水罐中的地下水,开始排入海洋
6月2日 启动机房靠山一侧的“冻土挡水墙”建设工程,力争在2015年3月开始冻结作业
7月21日 东电增加约10万吨核污水蓄水槽容量,将在15年3月末以前增至总量90万吨水平
9月17日 改良型ALPS A系统开始试运行(单日处理量250吨)
9月27日 改良型ALPS B系统开始试运行(单日处理量250吨)
10月9日 改良型ALPS C系统开始试运行(单日处理量250吨)
10月18日 “高性能ALPS”1 系统(单日处理量500吨)开始试运行
11月21日 放弃在靠海一侧坑道修筑“冰墙”止水的计划,转用浇灌水泥方式
12月18日 机房靠海一侧坑道内11700吨高浓度核污水中,2510吨清除完毕
2015年
1月19日 在第一核电站检查雨水蓄水槽的作业人员坠落身亡
1月23日 东电表示放弃在2014年度内净化蓄水槽内所有高浓度核污水的计划

即便放射性物质去除装置投入使用,仍有26万吨核污水尚未处理

为“清除核污染源”,东京电力公司一直在采取措施净化厂区蓄水槽里储存的核污水。福岛释放出的放射性物质包括铯(Cs)、锶(Sr)等31种核素。东电希望通过对核污水的处理,将这些核素清除至安全标准的水平。作为王牌力量投入其中的是七套可以清除氚(T)以外的多达62种核素的多核素去除设备(ALPS)、两套铯吸附装置和两套锶去除装置。

从2013年3月开始,有三套ALPS相继投入运用,2014年9月又追加了三套可以高效去除辐射物质的改良型ALPS。2014年10月,政府投入151亿日元补助金,增设了采用过滤器替代药液进行预处理的高性能ALPS(一套)。东电先后已经对蓄水槽内的约56万吨核污水中的28万吨进行了处理。但截至2015年1月,尚有约26万核污水有待处理。

不过,由于释放β射线的氚主要以液体状态存在,ALPS也无法通过过滤等手段加以清除,所以它依然残留在核污水中。一般认为氚的毒性较低,所以只要在一定浓度以下,就可以任其释放到自然界中,但最终要如何处理则尚无定论。

从2号机组和3号机组机房通向海洋的海水管坑道(管道和电缆贯穿的地道)内也淤积着11700吨高浓度核污水,其中的一部分已经渗漏到地下,污染了地下水。东电从2014年4月开始,采取了一项世界上尚无先例的对策,试图通过冻结核污水,封堵空隙,在阻止核污水从机房外泄的基础上提取核污水。但由于水的流速快,来不及封冻就已流走,这一尝试最终以失败告终。11月,东电宣布放弃“冰墙”挡水计划。

最大瓶颈:地下水的流入

东电在“避免水接近污染源”方面也一筹莫展。这是因为福岛第一核电站所在地高出海面30~40米,于是地下水从核反应堆正下方流向大海。从厂区靠山一侧流来的地下水通过机房时,混入了用于冷却在事故中熔毁的核燃料的冷却水,致使每天新产生出多达约300吨(2014年末的评估)的核污水。

如何阻止这些地下水的流入呢?2014年5月开始东电采取了“地下水绕流”措施,即在靠山一侧汲取地下水,暂时储存在水槽中,实施水质检查后排入大海。东电试图通过汲取流入机房前的地下水,改变地下水流,降低地下水位,通过这些做法减少流入机房的水量。东电宣称,过去每天约有400吨核污水流入,而采取此项措施后,2014年9月,核污水流入量减少了100吨左右。

东电也研究过利用机房周围原有的蓄排水井,抽取地下水后排入大海的方法,但没有得到担心海洋污染的渔业人士的充分理解,因而最终未能付诸实施。

东电从2014年6月开始又启动了以冻土方式修建陆上挡水墙的工程。计划在1~4号机的机房附近的1500米距离内,按一定间隔在地下表层垂直埋入管道,让温度低至零下30度的液态冷却剂在管道中循环,借此冻结周围的土壤,通过这堵“冰墙”拦截大量的地下水流。据说这种施工方法在地铁和海底隧道建设工程中已有过实际运用。然而,在海水管道坑道内的冻结和拦水尝试已经失败,采用同样的施工方法在更大规模上建造陆上拦水墙的工程,也处于迟迟不得进展的状态。

向媒体开放的福岛第一核电站4号机组南侧的冻土挡水墙修建工程现场,2014年7月8日,福岛县大熊町(图片提供:时事通讯社)

增设焊接型蓄水槽

“避免核污水泄漏”对策的重点是修建全长780米的“海边挡水墙”。沿着1~4号机的防洪堤,筑起一道直达海底深处的钢铁“挡水墙”,从而防止核污水通过地下流入海洋。此项工程2011年10月动工,到今年1月已经完成了约770米。目前正在实施挡水墙内侧的填拓作业。

同时还在增设和更换核污水蓄水槽。2013年8月,约300吨高浓度核污水从法兰连接式水槽外泄。泄漏量创下历史最高记录,据原子力规制委员会评估,其严重性达到国际核事故分级表中的“3级”(8个等级中从低到高排序的第四位),属于“大事故”。法兰连接式水槽是用螺栓铆接钢板制成的,接合部用橡胶垫圈填充,做工十分粗糙。政府正在加速将法兰连接式水槽更换为焊接型水槽的工作。

单个水槽的容量为1000吨。如果每天新增300吨核污水,那就必须每3天造出1个。当核污水量增长到每天400吨时,就得每两天造出1个。这也是需要穿着防护服开展的工作。而且核污水还在源源不断地涌出。东电对此事态表示重视,于2014年7月增设了总容量达10万吨的地上水槽,并敲定了2015年3月末前确保增至90万吨的方针。1000多水槽遍布核电站厂区内,实在是一幅奇异的景象。

放弃“全部净化”、“冻土墙”计划受阻,或可能彻底调整对策

东京电力社长广濑直己于1月23日向政府汇报称,在净化蓄水槽内核污水问题上,由于ALPS的运转率并未达到预期效果,所以在2014年度内净化所有核污水的目标难以实现。他推测“按照现在的进度,要到2015年5月中旬才能处理完毕”。而有专家指出,仅用锶去除装置净化过的水,最后必须用ALPS进行再次净化。这样一来,最终完成净化的时间还将延后。

关于净化全部核污水的问题,2013年9月在东京申奥活动中,为了打消人们对核电站事故影响的忧虑,安倍晋三首相宣称“情况已经得到控制”。在首相的强烈要求下,东电承诺在2014年度内对全部核污水实施净化处理,形成了所谓的“国际承诺”。

同时,针对停滞不前的冻土墙修建工作,东电在2月9日的原子力规制委员会讨论会上表示,将先行冻结60米,这仅相当于机房靠山一侧986米中的约6%,并放弃了最初设想在2014年度开始全面运用的计划。冻土墙的开发建设费用为319亿日元,将由中央政府全额负担。东电要实际展开冻结工作,必须获得原子力规制委员会的批准,但目前尚未获批。

只要处理核污水问题得不到解决,就无法进入下一步真正意义上的拆除反应堆的废堆作业。停堆作业据称需要长达30至40年时间。日本的废堆对策,在起点处——核污水处理上就遭遇了“抛锚”的尴尬局面。现今要求从根本上调整对策的呼吁也时有所闻,前景愈发混沌不明。

撰文:编辑部 长泽孝昭

标题图片:原子力规制委员会的田中俊一委员长(前面)在东京电力福岛第一核电站视察核污水蓄水槽堆放区,2014年12月12日,福岛县大熊町(图片提供:时事通讯社)

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