核輻（fú）射技術在環境汙染治理（lǐ）中的應用（yòng）

2023-02-13 20:21:49 admin

核輻射技術在環境汙染治理中的應用（yòng）

摘要

本文首先介紹了（le）核輻射技術的基本概念，然後討論了電子束輻照和γ射線輻照在工業廢水，廢氣及（jí）於渣處理的（de）機理及其（qí）應（yīng）用，說明了輻射技術在環境保護中具有其它技術和方法不可替代的作用，指出了（le）輻射技術在環境保護中存在的問題和發（fā）展方向（xiàng）。

關鍵詞（cí）

環（huán）境保（bǎo）護核輻射技術（shù）環境汙染治理 γ射線電（diàn）子束

正文

核（hé）輻射是原子核從一種結構或一種能量狀態轉變為另一種結（jié）構或另一（yī）種能量狀態過程中所釋放出來（lái）的微觀粒子流。核輻射可以使物質引起電離（lí）或激發（fā），故（gù）稱為電離（lí）輻射。電離輻射又分直接致電離輻射（shè）和間接致電離輻射。直接致電離輻射包括（kuò）質子等帶電粒子（zǐ）。間接致電（diàn）離輻射包括光子、中子等不帶電粒子。核輻射主要是α、β、γ三種射線：α射線是氦核，β射線是電子，這兩種射線由於穿透（tòu）力小，影響距（jù）離比較近，隻要輻（fú）射源不進入體內，影響不會太大。γ射線的穿透力很強（qiáng），是一種波長很短的電磁波（bō）。

汙染物的輻射處（chù）理方法（fǎ）是（shì）利（lì）用γ射線及快（kuài）速電子（zǐ）對環境（jìng）汙染物進行輻照。輻照時體係可產生物理化學效（xiào）應，化學效應（yīng）及生物學效應等。核輻射技術在處（chù）理環境汙染（rǎn）物（wù）應用麵廣，可用高能射線對燃燒廢氣、生（shēng）活汙水和工業廢水（shuǐ）消化汙水及固體廢物等進行處理都已取得良好效果。輻射能有效地的降解三廢中（zhōng）的有機物；殺死廢（fèi）物中的有害病毒，有害微生物；提高（gāo）汙泥的沉降和過（guò）濾（lǜ）性能；節省大量（liàng）能源。輻射不會帶來二次汙染，安（ān）全可靠，特別對（duì）於那些常規方法難以（yǐ）處理的汙（wū）染物具有重（chóng）要意（yì）義。

一、核輻射技術在（zài）治理環境廢水中的應用

廢水處理主要有下麵的（de）四個方麵：

1．降低廢水中的（de）生化需氧量f BOD)和化學需氧量(COD)o

2．使廢水更穩定，使難以降解的化合物轉（zhuǎn）變成比較容易被生物或化學氧化的形式降解。

3．消滅廢水中的（de）病菌，病毒及有害微（wēi）生物，設法破壞有毒化合物。

4．改（gǎi）善廢水（shuǐ）中（zhōng）固體成分(汙泥)的處理和運輸。

用輻射方法可以完全（quán）解決上麵的問題（tí），達到治理環境汙染的目的（de）。

采用γ射（shè）線或者加（jiā）速電子對汙染物進行處理時（shí），一方麵，高能射線（xiàn）可以與汙染物直接作用，引起它們分解和改性；另（lìng）一方麵，高能（néng）射線可以與介質(水和空氣)發生（shēng）作用產生一係列的（de）自由基、離子（zǐ）、水合電子及離子基等，這些粒子具有相當高（gāo）的活性，能與汙染物發生氧化或還原作用造成有機物的降解。通常情況，在高能射線輻照下（xià），純水會發（fā）生（shēng）如下反（fǎn）應

注：式中括號內是G值，它的定義是每吸收1000V射線能量所生成產物的分子數

另外，通過改變輻照反應體係和條件 ( 如氧氣濃度、 p H、微量添（tiān）加物等) ，可控製主要輻照產物的產額（é），繼而使反應（yīng）朝著所需的方向進行。

對於廢水中的有（yǒu）機汙染物的降解（jiě）反應一般（bān）以氧化反應為主，保持（chí）較高的氧（yǎng）氣含量，可有效提高氧化性自由基（jī）( 如 OH? ) 的產額，同時抑製還原性物質( 如 H?、e) 的（de）產生。 Pi k a e v等利用 γ射線對含酚廢水進行處理試驗，考察了氧氣輻（fú）照劑量率(單位時間中的輻照劑量 ) 等參數的影響。結果表明，廢水中含有氧氣時，酚的分（fèn）解率可大大加（jiā）快（kuài），酚分解的產額 G也大幅度提高；另外酚分解的產額G隨輻照劑量率的增大而減小。

Ha s h i mo t o等研究了電子柬（jiǎn）對工業含蒽醌染（rǎn）料廢水進行輻照脫色、降解處理。結果表明，芳香環的脫色、降解程度隨氧含量增加而增加，而氧含量達 2 5 ％時，其脫色效果與用純氧鼓泡體（tǐ）係（xì）幾乎相同。此外，研究還表明染料脫色、降解效果與染料自身性質有關，輻（fú）照劑量相差 2個（gè）數量級，一般在 1 0 Gy以上。

P i k a e o等還曾（céng）用 γ射（shè）線（xiàn）對含氰廢水進行處理，研究了輻照劑量率、氧濃度、氰化物濃（nóng）度等因素的影響（xiǎng），得（dé）出在靜態條件及流動體係中，約2 k Gy的輻照劑量可使濃度為 2 6 mg ／ L的含氰廢水中（zhōng）的氰完全分解。殷敬文等（děng）曾研究不同劑量、不同 CN 濃度下氰化物的分解及其分解產物，結果表明，在稀水溶液中CN 的輻解是由輻射的間接效應引起的，他們還（hái）進一（yī）步（bù）研究了水中雜物存在時對 CN分解效果的（de）影響（xiǎng）。

輻射技術還（hái）可（kě）用於含重金屬離子廢水的（de）處理，S c h me l l i n g I 、 Ma h n a z等分別（bié）利用電子束和γ射線（xiàn）對含 Pb 和 Hg的廢水（shuǐ）進行處理。研究表明，金屬離子（zǐ）在輻照產生的水（shuǐ）合電子和氫原（yuán）子作用下，可被還原為低價或單質（zhì）金屬，並從溶（róng）液中沉澱（diàn）出來。因（yīn）此，在此情況下，輻射反應以還原反應為主，通過（guò）限製氧氣含量而降低 OH的產額，提（tí）高 H和 e 。的產生量，同時使用（yòng）乙醇作為?OH 自由基的消除劑（jì），以阻止金屬被重新氧化。當使用劑量為3 k Gy時，濃（nóng）度為（wéi）0．O 01 mg ／ L 的Hg可完全去除；而 0 ． 0 01 mg ／ L的 P b則（zé）較難去除，當輻照劑量為4 0 k Gy時其去除率隻有 9 6 ％。

然而，對於大部分工業廢水而言，單（dān）純依靠輻射處理所需的輻（fú）射劑量過高。因此，將（jiāng）該技術與常規水處理技術結合使用才具有更大的可行性。Sa k u mo t o 等研究認為，輻射結（jié）合臭（chòu）氧（yǎng）化處理含酚廢（fèi）水可使（shǐ）去除率上升所需輻照劑量下降，兩者具（jù）有明顯協同效應。還有人將常規（guī）吸附方法與輻射技（jì）術結合起來處理難（nán）降（jiàng）解廢水，利用輻射降解作用來對使用過的吸附劑進行再（zài）生，達到了較好的效果。

二、核輻射技術在治理固體廢物（wù）中的（de）應用

由於輻射技術具有優良的殺（shā）菌效果，因此在港口糞便、醫院廢棄物、城市垃圾和汙泥消毒處理方麵是最有效的方法之（zhī）一。甚至有人（rén）認（rèn）為輻射技術結合其（qí）他（tā）技術如堆肥化、化學改性等對固（gù）體廢（fèi）棄物進行綜合改性是解決城市垃（lā）圾（jī）、汙泥（ní）等固體（tǐ）廢棄物的最好出路。

醫療廢物和國際空港、海（hǎi）港的垃圾是產生量大且（qiě）難處理的兩大類固體廢棄物。醫療廢物即從醫院、醫療中心和診所的醫療（liáo）服（fú）務中產生的臨床廢物，包括手術、包紮殘餘物、生培養、動物實驗殘餘物、傳染性廢物、廢水處理汙泥等。這些廢物除含有（yǒu）大量（liàng）的致病（bìng）菌、病外（wài），還含有（yǒu）化學藥品甚至重金屬化合物，還有大約20%的塑料（比如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等）。如果燃燒（shāo），會產生有毒氣體產物（wù）。為（wéi）了防止在處理這種廢物時有傳染疾病的危險，可通過（guò）輻照對醫療廢（fèi）物進行消毒。國際空港和海（hǎi）港的（de）垃圾含有（yǒu）大量的食（shí）物碎屑、塑（sù）料、纖維素等成分，可能存在潛在的動物（wù）傳染病病原體，國際廢物消毒（dú）的一種可能（néng）替代方法是采用輻射技術。輻照裝置（zhì）可以設（shè）在空港區內進行自動和（hé）連續地工作，也可以由同一個輻照設施處理生物醫學廢物和（hé）港口垃圾，這種概念設計既可靠又（yòu）經濟，能夠滿足清潔環境的現代要求。

汙泥是廢水處理過（guò）程中（zhōng）不可避免的副產物，最普通的廢水處理步驟是隔篩（shāi）過濾、初（chū）級沉澱、生物處理、二（èr）級沉澱（diàn）和殺菌。在生物處理前後的沉澱過程中（zhōng）都會產生汙水汙泥。汙泥的產生（shēng）量已經達到了警戒水平（píng），據估（gū）計每人每年大約產生 26 kg （幹重）汙泥。城（chéng）市汙泥有較高含量的水分（fèn）、有機汙染物和病原體，還含有相當濃度的重金屬。汙水汙泥的適（shì）當處理和處置是環（huán）境保護的重要部分。汙泥中含有大量的能量與生（shēng）物價值，是優良的農田肥料和土（tǔ）壤改良劑。但由於含有大量病原體而不能直接利用。堆肥化、巴氏消毒或化學處理等常規的方（fāng）法處理效果均不十分理想，難（nán）於實現工業化。輻射技術可以（yǐ）克（kè）服常用處（chù）理方（fāng）法的（de）缺點，輻射處理（lǐ）過的（de）汙水沉積物得到的肥料與（yǔ）以汙水熱處理法得到的肥料十分相似，但是各種原始水樣在（zài）沉積時形成（chéng）的淤泥的體積比運到消毒工廠的汙水體積（jī）要小（xiǎo）1～2 個數（shù）量（liàng）級，因此需要非常低的輻射功率。輻射技術是目前國際上（shàng）普（pǔ）遍認（rèn）為很有前途的汙泥（ní）處理方（fāng）法，γ 放射源和電子束輻照均可用於汙泥的處理。輻射處理汙泥的優點是：①能殺死汙泥中的病菌和病毒（dú），消毒效果（guǒ）比熱處理可靠；②不破（pò）壞汙泥（ní）中的有機氮化物，不會減少汙泥（ní）的肥（féi）力和產生難聞臭味（巴氏熱處理法中氮損失較多，汙泥的肥力下降）； ③能防止汙泥中的雜草種子發芽，但不會影響正常種子的（de）發芽；④處理溫度較（jiào）低（25～30 ℃），減少對工廠設（shè）備（bèi）的腐蝕（shí）； ⑤可以氧化有毒的和危險的有機汙染物（如殺蟲劑、除草劑、多氯聯苯等），把難於生物降解的物質轉化為容易降解的化合物；⑥輻照後的汙泥具有良好的脫水性能，可省去化學絮凝劑和一些相應的設備；⑦汙泥經輻照滅菌（jun1）後，可作為肥料直接在農田使用。

俄羅斯物理動力研究所設計出一種利用快中子反應堆處理生活和工業垃圾的新技術，可以從（cóng）垃圾處理（lǐ）中得到金屬（shǔ）、建築材（cái）料、化工產品、電力和熱力。該技術是通過在（zài）包有不鏽鋼雙層外殼的核反應（yīng）堆中加砌一個燒垃圾的爐子來實現。在爐中要不斷（duàn）加入少量的煤來保爐內（nèi）高溫，爐溫可以達到 1500℃，此溫度下所有的垃圾都會被（bèi）汽化。向爐子中定期（qī）裝入生活和工（gōng）業垃圾，垃圾掉入吹氧的高溫渣缸中，易燃部分迅速（sù）汽化和燃燒，礦物質部分在渣中

熔化，金屬由於密度較大在熔化後沉入底（dǐ）部。將金（jīn）屬定期鑄成鑄件用於加工（gōng）金屬（shǔ）製品；爐渣用於加工建築材（cái）料；爐子及爐內高溫（wēn）氣體由反應堆的（de）不鏽鋼雙層外殼之間循環的液體鈉來冷卻，升溫後（hòu）的液體鈉（高達500 ℃）可為（wéi）驅動（dòng）汽輪發電機的蒸（zhēng）汽（qì）發生器供熱（rè）。試驗表明這套裝置可處理生活和工業垃圾2×104t/a，發電功率（lǜ）為5 kW/a，能夠實現自（zì）給有餘。

三、核輻射技術在治理大氣（qì）汙（wū）染物中的應（yīng）用

輻射處理是去除廢氣中的（de）NOX 和 SO2 的最（zuì）有效方法 ,用時（shí）還得到了有用的肥料（liào）。在輻射（shè）過程中 ,空（kōng）氣中的氧和水分被分離生成 O、 OH、 HO2 等氧化能力很強的（de）活性粒子。這些粒子與 SO2、 NOX 發生反應 ,生成硫酸和硝酸,被收集器收（shōu）集起（qǐ）來。如果在反應過程加入少量的（de）氨 ,不僅可以提高（gāo）廢氣去除率 ,還得（dé）到了硫酸銨和硝（xiāo）酸銨的複鹽 ,是有用的（de）肥料。對於煙道氣淨化 ,入射電子束的能量大部分被煙道氣中的主要成分 N2、 O2、 H2O、 CO2、 SO2、 NOX 等基質氣體吸收 ,導致母體分子電離和破碎（suì） ,形成活性物質 ,如:OH-、O2 -、 NH-2 等自由基 ,有水時（shí）可使 SO2 和 NOX 分別氧化生成 H2 SO4 和 HNO3。輻照前在煙道氣中預（yù）先加入化學計量的（de）氨 ,使（shǐ）酸轉化為粉末狀的氨鹽（yán） ,由於這些氨鹽（yán）以固（gù）體顆粒形式存（cún）在可以（yǐ）通過靜電沉降等（děng）方法收集（jí）起來。多（duō）級輻射可以（yǐ）獲得更高的去除效率。電子束幹法除塵( EDBS)淨化煙道氣技術 ,不僅可以同時去除 SO2、NOX ,還可以清除其他汙染物 ,其（qí）最產

物（wù）能用作化肥 ,不產生需要處理的泥（ní）漿和沉渣 ,因而（ér）不會產生汙染物的處置問題（tí）。電子束輻照技術具有以（yǐ）下優點: (1)同時去除（chú）SO2 和 NOX ,清除效率高; (2)由於是幹法處理技術 ,無需廢水處理; (3)反應生成可利用的副產品; (4)無需催化劑; (5)比傳（chuán）統方（fāng）法更（gèng）經濟。缺點是:電能（néng）需求大 ,電子（zǐ）束劑量需求高 ,輻照後氣溶膠的過濾（lǜ）等。另外,電子束輻照方法能有效淨化其他工業廢氣 ,如:易揮發的有機物(VOCS) ,汽車尾氣（qì） ,有氣味、有毒的氣體及焚燒爐的廢氣等。當然 ,電子束處理汙染（rǎn）廢氣的技術涉及（jí）到許多不（bú）同（tóng）的物理化學機製（zhì）,如:能（néng）量吸（xī）收（shōu） ,氣相反應 ,顆粒形成 ,氣固（gù）相的相互影響等。

綜上所述

核輻射技術在環境保護中的應用已顯示了巨大的潛（qián）力，可用於廢氣（qì）、廢水、固體廢棄物以（yǐ）及環境難降解有毒有機物的處理（lǐ），並顯示（shì）出了卓越的應用前景。

高能電子束的可控性好，反應速率快較適於處理流量較大的廢氣汙染，並已在國內（nèi）外實現（xiàn）了工業化應用，仍需解決（jué）的問題主要是電子加速器本身的造價和耐久性。而γ射線的穿透能力較（jiào）強，適合於處理密度和厚度較大的介質，可方便地實現（xiàn）廢水（shuǐ）和固體廢棄物等的降解。γ射線推廣應（yīng）用的主要問題在於源室（shì）的造價較高和輻射劑量較低，從而使反應時間偏長，難以進行大批量處理。然而對於常規（guī）方法難以處理的難降解有毒物質，采（cǎi）用輻射處理方法，具有較好的技術和經濟可行性。此（cǐ）外，在輻射處理過程中，為了降低所需的輻射劑量，應當采取與其他（tā）常規技術（shù）如催化技術、敏化（huà）技術等相結合的（de）方法。

近幾十年來，核科學技術在環境科學研究（jiū）中的應用已經取得可觀的效果，在環境監測、三廢治理等方麵均麵臨巨大的機（jī）遇但（dàn）是與其他技術相比，也存在成本昂貴技術複雜需要依賴型設備工業化推廣困難等缺點，同時與環境學科交叉的深度和廣度（dù）不夠，很難獨擋一麵，更難（nán）占有不可（kě）替代（dài）的位置針對這一（yī）實際情況，必須深入分析，研討對策，確定核技術在環境科學中的現實發（fā）展戰略相信核技術在環境科學（xué）中的應用將日趨繁榮，有著廣闊的（de）發展前景。

參考文獻

【1】吳明紅，包（bāo）伯榮（róng）．輻（fú）射（shè）技術在環境保護中的應（yīng）用【M】．北京：化（huà）學工（gōng）業出版社（shè），2002.13．

【2】包伯榮, 吳（wú）明紅, 羅文芸, 等.輻射（shè）技術在廢水及汙泥處理中的應用【J】. 核技術, 1996,12(19): 759 - 765.

【3】張豔君. 輻照技術在環境保護中（zhōng）的應用. 【J】太原科技,2002(3) :30231

【4】陳範欣.核（hé）技術在環境保護中的（de）應用.【J】物理通報,2001 (7) :42243

【5】Ben W T.核技術應用於環境（jìng）保護:一個全球（qiú）性的研究網.【J】國際原子能機構通報,1993 ,35 (2) :39242

【6】袁光鈺,王偉.環境科（kē）學中的核技術應用問題（tí）.【J】環境科學進展,1997 ,5 (3) :5025

【7】郭之虞，王宇鋼，包尚（shàng）聯等.核技術及（jí）其（qí）應用的發展[J].北京大學學報(自然科學版),2003(39)： 82-91.

【8】王蘭新.輻射技術在環境保（bǎo）護中的應用[J].環境科學動態， 1995 （3）：20-23.

【9】胡俊，王建龍氯酚類汙染（rǎn）物的輻射降解研（yán）究進展［J］輻射研究與輻射工藝學報， 2005,23(3):135-139

【10】秦海豐，包華影，賈海（hǎi）順，等輻射法處理多氯聯苯的研究進展【J】輻（fú）射研究與輻射工藝學報，2004,22(5):261-264

【11】戚生初等, 用輻射技術處（chù）理焦化廠廢水中氰化（huà）物的研究（jiū）,國際科聯環境問題委員會(SCOPE)中（zhōng）國委員1990年年會會議文