摘要

     本文首先介紹了核輻射技術(shù)的基本概念，然后討論了電子束輻照和γ射線輻照在工業(yè)廢水，廢氣及於渣處理的機理及其應(yīng)用，說明了輻射技術(shù)在環(huán)境保護中具有其它技術(shù)和方法不可替代的作用，指出了輻射技術(shù)在環(huán)境保護中存在的問題和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞

     環(huán)境保護   核輻射技術(shù) 環(huán)境污染治理  γ射線  電子束

正文

     核輻射是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)或另一種能量狀態(tài)過程中所釋放出來的微觀粒子流。核輻射可以使物質(zhì)引起電離或激發(fā)，故稱為電離輻射。電離輻射又分直接致電離輻射和間接致電離輻射。直接致電離輻射包括質(zhì)子等帶電粒子。間接致電離輻射包括光子、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，這兩種射線由于穿透力小，影響距離比較近，只要輻射源不進入體內(nèi)，影響不會太大。γ射線的穿透力很強，是一種波長很短的電磁波。

     污染物的輻射處理方法是利用γ射線及快速電子對環(huán)境污染物進行輻照。輻照時體系可產(chǎn)生物理化學(xué)效應(yīng)，化學(xué)效應(yīng)及生物學(xué)效應(yīng)等。核輻射技術(shù)在處理環(huán)境污染物應(yīng)用面廣，可用高能射線對燃燒廢氣、生活污水和工業(yè)廢水消化污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的有機物；殺死廢物中的有害病毒，有害微生物；提高污泥的沉降和過濾性能；節(jié)省大量能源。輻射不會帶來二次污染，安全可靠，特別對于那些常規(guī)方法難以處理的污染物具有重要意義。

一、核輻射技術(shù)在治理環(huán)境廢水中的應(yīng)用

    廢水處理主要有下面的四個方面：

1．降低廢水中的生化需氧量f BOD)和化學(xué)需氧量(COD)o

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

3．消滅廢水中的病菌，病毒及有害微生物，設(shè)法破壞有毒化合物。

4．改善廢水中固體成分(污泥)的處理和運輸。

用輻射方法可以完全解決上面的問題，達到治理環(huán)境污染的目的。

    采用γ射線或者加速電子對污染物進行處理時，一方面，高能射線可以與污染物直接作用，引起它們分解和改性；另一方面，高能射線可以與介質(zhì)(水和空氣)發(fā)生作用產(chǎn)生一系列的自由基、離子、水合電子及離子基等，這些粒子具有相當(dāng)高的活性，能與污染物發(fā)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，純水會發(fā)生如下反應(yīng)

注：式中括號內(nèi)是G值，它的定義是每吸收1000V射線能量所生成產(chǎn)物的分子數(shù)

另外， 通過改變輻照反應(yīng)體系和條件 ( 如氧氣濃度、 p H、微量添加物等) ，可控制主要輻照產(chǎn)物的產(chǎn)額，繼而使反應(yīng)朝著所需的方向進行。 

對于廢水中的有機污染物的降解反應(yīng)一般以氧化反應(yīng)為主，保持較高的氧氣含量，可有效提高氧化性自由基( 如 OH? ) 的產(chǎn)額，同時抑制還原性物質(zhì)( 如 H?、e) 的產(chǎn)生。      Pi k a e v等利用 γ射線對含酚廢水進行處理試驗，考察了氧氣輻照劑量率(單位時間中的輻照劑量 ) 等參數(shù)的影響。結(jié)果表明，廢水中含有氧氣時，酚的分解率可大大加快，酚分解的產(chǎn)額 G也大幅度提高；另外酚分解的產(chǎn)額G隨輻照劑量率的增大而減小。 

Ha s h i mo t o等研究了電子柬對工業(yè)含蒽醌染料廢水進行輻照脫色、降解處理 。 結(jié)果表明，芳香環(huán)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系幾乎相同。 此外，研究還表明染料脫色、降解效果與染料自身性質(zhì) 有關(guān)， 輻照劑量相差 2個數(shù)量級， 一般在 1 0 Gy以上。 

P i k a e o等還曾用 γ射線對含氰廢水進行處理，研究了輻照劑量率、氧濃度 、氰化物濃度等因素的影響，得出在靜態(tài)條件及流動體系中，約2 k Gy的輻照劑量可使?jié)舛?為 2 6 mg ／ L的含氰廢水中的氰完全分解。殷敬文等曾研究不同劑量、不同 CN 濃度下氰化物的分解及其分解產(chǎn)物，結(jié)果表明，在稀水溶液中CN 的輻解是由輻射的間接效應(yīng)引起的，他們還進一步研究了水中雜物存在時對 CN分解效果的影響。 

輻射技術(shù)還可用于含重金屬離子廢水的處理 ，S c h me l l i n g I  、 Ma h n a z等分別利用電子束和γ射線對含 Pb 和 Hg的廢水進行處理 。 研究表明， 金屬離子在輻照產(chǎn)生的水合電子和氫原子作用下，可被還原為低價或單質(zhì)金屬，并從溶液中沉淀出來。因此， 在 此情況下， 輻射反應(yīng)以還原反應(yīng)為主， 通過限制氧氣 含量而降低 OH的產(chǎn)額， 提高 H和 e 。的產(chǎn) 生量，同 時使用乙醇作為?OH 自由基的消除劑，以阻止金屬 被重新氧化。 當(dāng)使用劑量為3 k Gy時，濃度為0．O 01 mg ／ L 的Hg可完全去除； 而 0 ． 0 01 mg ／ L的 P b則較難去除，當(dāng)輻照劑量為4 0 k Gy時其去除率只有 9 6 ％。 

     然而，對于大部分工業(yè)廢水而言，單純依靠輻射處理所需的輻射劑量過高。因此， 將該技術(shù)與常規(guī)水處理技術(shù)結(jié)合使用才具有更大的可行性。Sa k u mo t o 等研究認(rèn)為，輻射結(jié)合臭氧化處理含酚廢水可使去除率上升所需輻照劑量下降，兩者具有明顯協(xié)同效應(yīng)。還有人將常規(guī)吸附方法與輻射技術(shù)結(jié)合起來處理難降解廢水，利用輻射降解作用來對使用過的吸附劑進行再生，達到了較好的效果。

 二、核輻射技術(shù)在治理固體廢物中的應(yīng)用

     由于輻射技術(shù)具有優(yōu)良的殺菌效果，因此在港口糞便、醫(yī)院廢棄物、城市垃圾和污泥消毒處理方面是最有效的方法之一。 甚至有人認(rèn)為輻射技術(shù)結(jié)合 其他技術(shù)如堆肥化、化學(xué)改性等對固體廢棄物進行綜合改性是解決城市垃圾、污泥等固體廢棄物的最好出路。

     醫(yī)療廢物和國際空港、海港的垃圾是產(chǎn)生量大且難處理的兩大類固體廢棄物。醫(yī)療廢物即從醫(yī)院、醫(yī)療中心和診所的醫(yī)療服務(wù)中產(chǎn)生的臨床廢物，包括手術(shù)、包扎殘余物、生培養(yǎng)、動物實驗殘余物、傳染性廢物、廢水處理污泥等。這些廢物除含有大量的致病菌、病外，還含有化學(xué)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，會產(chǎn)生有毒氣體產(chǎn)物。為了防止在處理這種廢物時有傳染疾病的危險，可通過輻照對醫(yī)療廢物進行消毒。國際空港和海港的垃圾含有大量的食物碎屑、塑料、纖維素等成分，可能存在潛在的動物傳染病病原體，國際廢物消毒的一種可能替代方法是采用輻射技術(shù)。輻照裝置可以設(shè)在空港區(qū)內(nèi)進行自動和連續(xù)地工作，也可以由同一個輻照設(shè)施處理生物醫(yī)學(xué)廢物和港口垃圾，這種概念設(shè)計既可靠又經(jīng)濟，能夠滿足清潔環(huán)境的現(xiàn)代要求。

     污泥是廢水處理過程中不可避免的副產(chǎn)物，最普通的廢水處理步驟是隔篩過濾、初級沉淀、生物處理、二級沉淀和殺菌。在生物處理前后的沉淀過程中都會產(chǎn)生污水污泥。污泥的產(chǎn)生量已經(jīng)達到了警戒水平，據(jù)估計每人每年大約產(chǎn)生 26 kg （干重）污泥。城市污泥有較高含量的水分、有機污染物和病原體，還含有相當(dāng)濃度的重金屬。污水污泥的適當(dāng)處理和處置是環(huán)境保護的重要部分。污泥中含有大量的能量與生物價值，是優(yōu)良的農(nóng)田肥料和土壤改良劑。但由于含有大量病原體而不能直接利用。堆肥化、巴氏消毒或化學(xué)處理等常規(guī)的方法處理效果均不十分理想，難于實現(xiàn)工業(yè)化。輻射技術(shù)可以克服常用處理方法的缺點，輻射處理過的污水沉積物得到的肥料與以污水熱處理法得到的肥料十分相似，但是各種原始水樣在沉積時形成的淤泥的體積比運到消毒工廠的污水體積要小1～2 個數(shù)量級， 因此需要非常低的輻射功率。輻射技術(shù)是目前國際上普遍認(rèn)為很有前途的污泥處理方法，γ  放射源和電子束輻照均可用于污泥的處理。輻射處理污泥的優(yōu)點是：①能殺死污泥中的病菌和病毒，消毒效果比熱處理可靠；②不破壞污泥中的有機氮化物，不會減少污泥的肥力和產(chǎn)生難聞臭味（巴氏熱處理法中氮損失較多，污泥的肥力下降）； ③能防止污泥中的雜草種子發(fā)芽， 但不會影響正常種子的發(fā)芽；④處理溫度較低（25～30 ℃），減少對工廠設(shè)備的腐蝕； ⑤可以氧化有毒的和危險的有機污染物（如殺蟲劑、除草劑、多氯聯(lián)苯等），把難于生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為容易降解的化合物；⑥輻照后的污泥具有良好的脫水性能，可省去化學(xué)絮凝劑和一些相應(yīng)的設(shè)備；⑦污泥經(jīng)輻照滅菌后，可作為肥料直接在農(nóng)田使用。

     俄羅斯物理動力研究所設(shè)計出一種利用快中子反應(yīng)堆處理生活和工業(yè)垃圾的新技術(shù)，可以從垃圾處理中得到金屬、建筑材料、化工產(chǎn)品、電力和熱力。該技術(shù)是通過在包有不銹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(xiàn)。在爐中要不斷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汽化。向爐子中定期裝入生活和工業(yè)垃圾，垃圾掉入吹氧的高溫渣缸中，易燃部分迅速汽化和燃燒，礦物質(zhì)部分在渣中

熔化，金屬由于密度較大在熔化后沉入底部。將金屬定期鑄成鑄件用于加工金屬制品；爐渣用于加工建筑材料；爐子及爐內(nèi)高溫氣體由反應(yīng)堆的不銹鋼雙層外殼之間循環(huán)的液體鈉來冷卻，升溫后的液體鈉（高達500 ℃）可為驅(qū)動汽輪發(fā)電機的蒸汽發(fā)生器供熱。試驗表明這套裝置可處理生活和工業(yè)垃圾2×104t/a，發(fā)電功率為5 kW/a，能夠?qū)崿F(xiàn)自給有余。 

三、核輻射技術(shù)在治理大氣污染物中的應(yīng)用

     輻射處理是去除廢氣中的NOX 和 SO2 的最有效方法 ,用時還得到了有用的肥料。在輻射過程中 ,空氣中的氧和水分被分離生成 O、 OH、 HO2 等氧化能力很強的活性粒子。這些粒子與 SO2、 NOX 發(fā)生反應(yīng) ,生成硫酸和硝酸,被收集器收集起來。如果在反應(yīng)過程加入少量的氨 ,不僅可以提高廢氣去除率 ,還得到了硫酸銨和硝酸銨的復(fù)鹽 ,是有用的肥料。對于煙道氣凈化 ,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(zhì)氣體吸收 ,導(dǎo)致母體分子電離和破碎 ,形成活性物質(zhì) ,如:OH-、O2 -、 NH-2 等自由基 ,有水時可使 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(xué)計量的氨 ,使酸轉(zhuǎn)化為粉末狀的氨鹽 ,由于這些氨鹽以固體顆粒形式存在 可以通過靜電沉降等方法收集起來。多級輻射可以獲得更高的去除效率。電子束干法除塵( EDBS)凈化煙道氣技術(shù) ,不僅可以同時去除 SO2、NOX ,還可以清除其他污染物 ,其最產(chǎn)

物能用作化肥 ,不產(chǎn)生需要處理的泥漿和沉渣 ,因而不會產(chǎn)生污染物的處置問題。電子束輻照技術(shù)具有以下優(yōu)點: (1)同時去除SO2 和 NOX ,清除效率高; (2)由于是干法處理技術(shù) ,無需廢水處理; (3)反應(yīng)生成可利用的副產(chǎn)品; (4)無需催化劑; (5)比傳統(tǒng)方法更經(jīng)濟。缺點是:電能需求大 ,電子束劑量需求高 ,輻照后氣溶膠的過濾等。另外,電子束輻照方法能有效凈化其他工業(yè)廢氣 ,如:易揮發(fā)的有機物(VOCS) ,汽車尾氣 ,有氣味、有毒的氣體及焚燒爐的廢氣等。當(dāng)然 ,電子束處理污染廢氣的技術(shù)涉及到許多不同的物理化學(xué)機制,如:能量吸收 ,氣相反應(yīng) ,顆粒形成 ,氣固相的相互影響等。

綜上所述

    核輻射技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用已顯示了巨大的潛力，可用于廢氣、廢水、固體廢棄物以及環(huán)境難降解有毒有機物的處理，并顯示出了卓越的應(yīng)用前景。 

    高能電子束的可控性好，反應(yīng)速率快較適于處理流量較大的廢氣污染，并已在國內(nèi)外實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，仍需解決的問題主要是電子加速器本身的造價和耐久性。而γ射線的穿透能力較強，適合于處理密度和厚度較大的介質(zhì)，可方便地實現(xiàn)廢水和固體廢棄物等的降解。γ射線推廣應(yīng)用的主要問題在于源室的造價 較高和輻射劑量較低，從而使反應(yīng)時間偏 長，難以進行大批量處理 。 然而對于常規(guī)方法難以處理的難降解有毒物質(zhì)，采用輻射處理方法，具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟可行性。此外，在輻射處理過程中，為了降低所需的輻射劑量，應(yīng)當(dāng)采取與其他常規(guī)技術(shù)如催化技術(shù)、敏化技術(shù)等相結(jié)合的方法。

      近幾十年來，核科學(xué)技術(shù)在環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用已經(jīng)取得可觀的效果，在環(huán)境監(jiān)測、三廢治理等方面均面臨巨大的機遇 但是與其他技術(shù)相比，也存在成本昂貴 技術(shù)復(fù)雜 需要依賴型設(shè)備 工業(yè)化推廣困難等缺點，同時與環(huán)境學(xué)科交叉的深度和廣度不夠，很難獨擋一面，更難占有不可替代的位置針對這一實際情況，必須深入分析，研討對策，確定核技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的現(xiàn)實發(fā)展戰(zhàn)略 相信核技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用將日趨繁榮，有著廣闊的發(fā)展前景。

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