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福岛事故后土壤放射性污染修复及启示

54C H I N A V E N T U R E C A P I T A LEXPERT VIEWS专家论坛土壤被放射性物质污染之后,有多种修复方法,如铲土去污法、深翻客土法、悬土移除法、植物修复和农业化学法等多种方法。

本文主要介绍了几种放射性土壤污染修复方法特点,还就福岛事故后所采取的土壤修复方法做了详细的阐述,并就对我国的放射性土壤污染修复的问题做了一定的探讨。

福岛事故后土壤放射性污染修复及启示文/环境保护部 核与辐射安全中心 张 琼 陈金融 张春明 王亮在我国,由于核工业的发展和核技术在工业、农业、能源、军事、交通,医疗卫生等领域内的广泛应用,使放射性核素污染成为当今难以治理的重要环境问题之一。

放射性核素进入土壤后,不仅通过食物链对人类自身的健康产生严重的危害,也给人们清除这些核素造成困难,尤其是土壤中大面积存在,其清除工作更为困难。

本文将对这些方法进行简要介绍,并简介福岛事故后所采取的修复措施。

放射性土壤修复方法放射性土壤修复方法较多,如铲土去污法,即移去表层土;深翻客土或者覆盖客土法,就是在污染土壤上面覆盖新的未受污染的土壤,重新建立生态系统;农业化学法,用钾盐来阻止核污染中的铯-137的吸收;除此之外还有悬土移除法、植物修复法、膜剥离法、电化法、磁化法、沉淀法、土壤清洗、离子交换法、螯合剂浸取法、絮凝技术法、反渗透超滤法等多种方法,但这些方法都具有一些不足之处,有的是技术不太成熟;有的通常需要巨额的花费,成本太高;有的不太适用大面积低剂量的放射性核素污染处理,容易破坏污染土壤的结构和土质,造成二次污染;有的成本低,无污染,但存在去污效率低下等特点。

在选用过程中必须分析土壤的具体情况,有选择性的使用,或者几种方法并存,争取做到以最小的成本和代价,获取最大的去除效率。

在此简要介绍几种放射性土壤污染后的去污方法。

(1)隔离限制对暂不具备清污条件且对人类生活有严重影响的污染地区,使用隔离栏和栅栏与外界隔离,以限制人员进入和防止人员进入并受到放射性危害。

这只是一种权宜之计,并没有从根本上解决问题,且隔离的土地无法进行再EXPERT VIEWS专家论坛使用,经济价值低。

(2)铲土去污将被核物质污染的土壤(一般是表层土)铲走,运至专门的核处置场地进行处理和处置,可从根本上杜绝放射性元素进一步扩散和进入食物链。

但此种方法劳动强度大,操作人员易遭受核辐射;大量的铲土会增加处理和处置成本。

另外,表层土中还含有可供作物生产的大量有机物质,全部铲走又进一步加剧了土地危机。

(3) 深翻客土或覆盖客土客土是相对于被污染的本土而言的。

对于放射性污染水平比较高的地区,深翻客土是是使用深犁的方法将被污染的表土翻至土壤深层,下层未受核污染的土壤翻至表面,稀释并降低表层污染水平,覆盖客土是直接从外界运来未受污染的土壤将污染土壤覆盖,这在一定程度上可防治核污染物进入食物链对人体形成内照射。

这种方法的优点是污染土壤上方覆盖一层清洁土壤,可以避免污染土层中的污染物进入食物链,当然,清洁土层的厚度要足够,以使植物根系不会延伸到污染土层。

这种方法不足之处是不能去除土壤污染物,没有彻底排除土壤污染物的潜在危害。

(4) 悬土移除法主要针对诸如稻田等土壤中有大量水的水淹土壤情况。

即将土壤上方处于水中情况下的薄层搅拌成糊状,抽吸悬浮土壤,再将沉淀物质从水中分离,只对沉淀物进行后处理的方法。

这种方法的优点是产生的二次废物量很小;不足之处是这种方法同时也抽取了土壤中大量的有机物。

(5)可剥离性膜法将带有多种官能团的高分子化合物去污液通过陆地喷洒机械进行快速喷洒,将成膜去污材料覆盖在沾染物上,并迅速固定核污染物,在最短时间内控制污染源的转移和扩散。

材料凝固成膜后,污染表面的核污染物在剥离粘附的作用下迅速集结成型,利用机械或人工对成型的膜体进行回收清除,从而达到对现场自然环境的恢复和战场环境的净化。

其对表面去污系数能达到100%,经济成本相对较低。

但对已渗入土壤内部的核污染物质基本没有去除作用。

(6)农业化学法农业化学法指采用一般农业生产上可操作的技术措施,以达到降低土壤中放射性物质含量,抑制土壤中放射性物质向农作物迁移的技术。

由于放射性元素铯和钾的化学性质非常相似,所以通常情况下是向土壤中添加钾肥和氮肥,用高浓度的钾盐和氨盐来阻止土壤中铯向作物、即向食物链转。

这种方法的优点是技术方法简便、取材容易、费用低廉,在一定程度上可以减少植物中放射性物质的含量,但缺点是不能从根本上将放射性物质从土壤中移除,留有后患。

(7)植物修复法植物修复是利用植物体对某些污染物的积累、植物代谢过程对某些污染物的转化和矿化、植物根际增加微生物活性等特点,加速土壤污染物降解的方法。

植物修复技术就是利用植物根系吸收水分和养分的过程来吸收、转化污染体(如土壤和水)中的污染物,以期达到清除、修复或治理目的的一种环境治理技术。

植物修复与其他修复技术相比,成本低、对环境影响小,有利于改善生态环境。

其优点:植物修复技术与传统的化学修复、物理和工程修复等技术相比,具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染、利用太阳能、安全、生态协调及美化环境等优点,被称之为绿色修复。

缺点:该方法使用范围小,并有一定的二次污染风险,应用受一定限制。

(8)森林修复法森林能够富集大量的放射性核素,还能阻止放射性核素向周边地区扩散,影响其流动。

Tikhomirow在Ksyhym 事故后,研究不同地表放射性核素的持有量表明,森林中放射性核素是耕地的3~7倍,混交林比纯林多。

利用森林植物如生长周期短的柳林对放射性物质的吸收,一方面可修复污染土壤,另一方面还可发展工业原料林、薪炭林,可谓是一举两得,但仅限污染土壤核素浓度不能太高。

福岛事故后土壤修复概况报日本原子力安全保安院的报告,日本五月初从福岛第一核电站西北约24公里处采集的土壤中发现,134铯和137铯的放射性活度总值达到每公斤土壤78万贝克勒尔,创下此次核泄漏事故以来的新高。

为了能尽快净化这些核污染,据IAEA报告,到目前为止,日本方面采取了多种措施,如铲土去污、深翻客土法、悬土移除法、植物修复和农业化学法等。

现将日本在福岛事故后所采取的几种方55C H I N A V E N T U R E C A P I T A LEXPERT VIEWS 专家论坛法和结果介绍如下。

福岛事故后,采用了铲土去污法,就是先采用加入土壤硬化剂的方法,然后铲除表土。

这种方法一般去除土表层2-4cm较为有效,其去除率可以达到75-97%。

通常情况下一般选取去除4cm表土,但对使用了土壤硬化剂和所去除的场地为牧场草地时,都采用去除3cm的厚度,其去除效率非常好。

利用这种方法,不足之处是造成了二次污染,所去除的土壤存在后续处理的问题;加上去除表土所需劳动时间长;而且如果所去除的土壤周边有森林等,利用此种方法并不能降低空气中的放射性物质剂量,因此也限制了这种方法的大面积使用。

福岛事故后还采用了深翻客土法,将表层污染翻入深地从而避免污染,是一种较为廉价、有发展前途的方法,尤其是针对被污染的土壤浓度较低时。

它的优点是耗时少,不会产生二次污染。

如果采用这种修复方法,需考虑土壤的条件和地下水的状况。

悬土移除法主要针对诸如稻田等土壤中有大量水的水淹土壤情况。

即将土壤上方处于水中情况下的薄层搅拌成糊状,抽吸悬浮土壤,再将沉淀物质从水中分离,只对沉淀物进行后处理的方法。

这种方法可以将铯浓度降低36%,表面剂量率降低15%。

根据土壤性质的不同(如腐殖质含量),铯浓度去除率可以达到更高,甚至达到71%。

这种方法的优点是产生的二次废物量很小。

不足之处是这种方法同时也抽取了土壤中大量的有机物。

日本方面同时还效仿当年切尔诺贝利核电站事故后的应对措施,在事故后的土地上种植向日葵,采用植物修复的方法。

向日葵之所以可以用来净化核污染,是因为它们具有吸收土壤中137铯的功能,137铯的化学性和肥料中的钾元素比较接近,所以能被植物所吸收。

关于该实验的结果并不是很理想。

笔者认为切尔诺贝利事故之后,经过一段时间的迁移,表土中的铯转移到较深的土壤中,才能够被根茎累积吸收;而福岛事故发生后不久即种植第一季向日葵,表土中的铯还处于表层,不能被根茎良好吸收的原因。

鉴于此,相关实验研究后续笔者将会持续关注。

日本方面对农业化学法也进行了尝试,即向土壤中添加钾肥和氮肥,用高浓度的钾盐和氨盐来阻止土壤中铯向作物、即向食物链转移。

目前,每公顷土地建议添加100kg的钾肥,当然这还需要根据土壤被污染的程度以及土壤的性质来最终确定。

这种方法虽然在一定程度上可以减少植物中放射性物质的含量,但不能从根本上将放射性物质从土壤中移除。

福岛事故放射性土壤污染修复对我国的启示福岛事故对放射性土壤修复的方法及经验,对我国的核电发展有很大的启示。

土壤一旦被污染,则其修复将是一项长期而艰巨的工作,需要投入大量的人力和物力。

日本在这次事故中对放射性污染的土壤进行修复的诸多技术和措施,值得我国借鉴并开展进一步的研究工作。

对于高浓度污染的小范围土壤,可以采取铲土去污法;对于低浓度有水的土壤,可以采用深翻客土法和悬土去污法。

但从长远治理角度,借鉴切尔诺贝利的修复经验,笔者认为对低成本、无污染的以植物修复法为主的修复法应该给予一定的重视。

此外,在事故发生后导致土壤被放射性物质污染后,首先要做好被污染的土壤范围及污染的程度需要进一步的调查和确认,以便采取适宜的修复技术;还应考虑如果采用铲土去污的方法,则放射性土壤改如何保存,如何减容,都是非常迫切的问题;另外在操作的过程中及由于天气因素等造成的土壤再污染的问题也应值得关注。

56C H I N A V E N T U R E C A P I T A L。

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