固體廢物處理中輻射技術的應用

文_焦世娟

山西省運城市生態(tài)環(huán)境保護綜合行政執(zhí)法隊

1 通過輻照消毒技術進行固體廢物處理

1.1 技術原理

γ射線以及電子束等的電離輻射有著超過50eV 的高能量，可以讓分子直接或者是間接實現(xiàn)激發(fā)、電離。吸附在固體廢物表面的水在這些射線的照射下，會吸收大量的能量，進而出現(xiàn)輻射分解現(xiàn)象，實現(xiàn)H 和OH 等的這些具有較強活性初生態(tài)自由基的生成，這些自由基可以和有機化合物之間發(fā)生反應，通過轉(zhuǎn)移或者是化合的形式來實現(xiàn)有機化合物降解。而在固體廢物中，病原體以及細菌的構成成分就是有機化合物，因此，通過輻射消毒技術，可有效殺死這些病原體和細菌，避免其對環(huán)境造成污染。

就射線自身的發(fā)射功率來看，14kW 形式的加速器可等同于數(shù)萬個鈷－60 放射源，但是因為鈷－60 放射源的發(fā)射射線呈球狀，所以其射線并不能獲得足夠高的利用率，通常情況下，其他的射線都會浪費掉，但是加速器所發(fā)射出的射線會朝著同一個方向，這樣就可以實現(xiàn)射線利用率的顯著提升。因此，如果對射線實際利用率加以考慮，14kW 形式的加速器則相當于更多數(shù)量的鈷－60 放射源，具體情況如表1。

表1 γ射線發(fā)射功率情況

1.2 具體應用

1.2.1 在醫(yī)療廢物和港口垃圾處理中的應用

醫(yī)療廢物中不僅含有大量的病毒和致病菌，同時也含有一定量的化學藥品或者是重金屬化合物，且含有聚氯乙烯、聚乙烯以及聚丙烯等的塑料成分，其含量大約為20%。如果通過燃燒的方式進行處理，將會產(chǎn)生有毒氣體，因此，為有效避免其處理過程中的有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生，就需要借助于輻照消毒技術對其進行處理。港口垃圾中有大量的纖維素、塑料以及食物碎屑等，可能存在一些動物性的傳染病病原體，所以對這些固體廢物及其存放容器進行處理的過程中，也可借助于輻照消毒技術來進行處理。

1.2.2 在污泥處理中的應用

污泥中有大量的生物價值和能量存在，屬于優(yōu)良的土壤改良劑和農(nóng)田肥料，但因為其含有大量的病原體，所以污泥并不能直接使用。在以往的污泥處理中，大多采用化學處理、巴氏消毒以及堆肥化處理方式進行處理，但是這些方法所收獲的效果都不是十分理想，工業(yè)化的處理也難以有效實現(xiàn)。基于此，將輻照消毒技術應用在污泥處理中，將會有效克服傳統(tǒng)污泥處理的缺點，在通過該方法處理之后的污水沉淀物中獲取到的廢料和通過熱處理法進行污水處理所獲得的廢料基本一致，但是在其淤泥沉積體積則會比傳統(tǒng)處理方式下的淤泥沉積體積縮小1～2個數(shù)量級，且這種處理效果在很低的輻射率條件下即可實現(xiàn)。

通過實踐與研究發(fā)現(xiàn)，輻照消毒技術在污泥處理中將會表現(xiàn)出以下幾個方面的優(yōu)勢：①可以將污泥中的病毒和病菌殺死，相比較熱處理而言，該技術的處理更具可靠性。②處理過程中并不會將污泥中所含有的有機物破壞，不會使其肥力降低，也不會產(chǎn)生難聞的氣味。③可防止污泥中所含有的雜草種子發(fā)芽，但是對正常種子發(fā)芽不產(chǎn)生不利影響。④處理溫度較低，通常在25 ～30℃之間即可，可有效降低工廠設備的腐蝕性。⑤可以將危險和有毒的有機污染物氧化，將生物降解困難的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成易降解型的化合物。⑥在輻照之后，污泥的脫水性能將十分良好，可節(jié)約化學絮凝劑以及相應的反應設備。⑦在通過輻照滅菌處理之后，污泥可以直接作為肥料應用在農(nóng)田里。

2 通過輻照回收技術進行高分子固體廢物處理

2.1 技術原理

γ射線或者電子束輻照可讓高分子聚合物中的C-C 鍵斷裂，進而使其分解。在輻射所誘發(fā)的降解條件下，將會獲得到固態(tài)形式、氣態(tài)形式以及液態(tài)形式的小分子產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可作為適當?shù)暮铣晌镌?。同時，輻照也可以讓分子之間實現(xiàn)交聯(lián)，進而讓高分子化合物所具備的各種性質(zhì)發(fā)生改變。比如，在聚乙烯經(jīng)過輻照處理之后，便會具有良好的抗熱性，可用作電線等的絕緣層。借助于輻射技術以及高分子材料之間的相互作用 ，可以讓高分子固體廢物得到良好的回收與再利用。在對固體廢物進行處理的過程中，主要的輻照技術有三種，一是γ射線，二是X 射線，三是電子束，三種輻照技術的對比分析情況見表2。

表2 固體廢物處理中三種輻照技術的對比分析情況

2.2 具體應用

2.2.1 在廢塑料處理中的應用

在固體廢物處理中，廢塑料處理始終是一項有待解決的問題，因為廢塑料屬于不易降解的固體廢物，這種廢物很難得到合理有效的處理，如聚四氟乙烯就不可采用生化法來進行分解，且機械磨碎也十分困難；如果通過高溫法進行處理，將會有大部分有毒氟化物產(chǎn)生，進而對環(huán)境造成嚴重污染。在對此類固體廢物進行處理的過程中，借助于輻照處理技術，便可誘發(fā)其降解，使其處理困難問題得以有效解決。

在具體的處理過程中，γ射線以及電子束都可以對聚四氟乙烯進行降解。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在采用γ射線對聚四氟乙烯進行降解的過程中，其輻射化學產(chǎn)額G 可以達到12.8，這里的輻射化學產(chǎn)額指的是在處理體系中，每吸收100eV電離輻射能量之后形成的分子數(shù)或者是破壞的分子數(shù)，而在采用電子束對聚四氟乙烯進行降解處理的過程中，其輻射化學產(chǎn)額G 可以達到41.2。為保障獲得的產(chǎn)品份額分子大小符合實際要求，在對廢塑料進行輻照處理的過程中，可以通過對輻照劑量、輻照溫度以及劑量率的合理控制來實現(xiàn)其誘發(fā)過程的良好控制。在通過輻照回收技術進行廢塑料處理之后，獲得的各種降解產(chǎn)物都有著良好的應用價值，如可以將全氟烯烴轉(zhuǎn)化成一種性能特殊的氟化表面活性劑，也可以將其氧化成用途特殊的全氟羧酸。另外，在通過該技術進行廢塑料的處理過程中，也會有全氟烷烴作為副產(chǎn)品形成，該物質(zhì)可用作潤滑劑、溶劑以及絕緣材料，且具有非常高的質(zhì)量。

2.2.2 在廢橡膠處理中的應用

借助于輻照回收技術，可以對橡膠進行硫化處理，同時也可以對廢舊的橡膠進行脫硫處理。在具體的廢橡膠處理過程中，輻照回收處理技術主要借助于γ射線以及電子束所特有的敏感性特征，讓廢舊橡膠中的化學鏈發(fā)生降解，以此來實現(xiàn)其耐用性能以及加工性能的進一步改善。目前，輻射回收技術已經(jīng)成為舊輪胎等廢橡膠處理中的一種非常成熟的處理方法，根據(jù)相關實踐和研究發(fā)現(xiàn)，當輻照劑量在70kGy 的情況下，原始膠樹中所含有的樹脂以及回收過程中的橡膠混合物便會實現(xiàn)可塑性的顯著增強，而在該劑量下，雖然廢橡膠會在拉伸強度等的這些物質(zhì)性能方面有所減弱，但是減弱的程度非常小。在射線的輻照作用下，大多橡膠都會出現(xiàn)彈性體交聯(lián)反應，僅僅有極少數(shù)的膠種因含有四價碳原子基團而發(fā)生降解反應，比如丁基硫化膠就會在輻射場很高的情況下出現(xiàn)降解反應。

丁基硫化膠的主要用途是制作汽車輪胎，其主要的原材料是丁基橡膠。就安全角度來看，汽車輪胎的使用壽命通常都比較短，所以隨著我國汽車保有量的逐年增加，此類廢橡膠的數(shù)量也在與日俱增。而在對丁基硫化膠進行輻照回收處理的過程中，輻照射線劑量對其降解程度有著決定性作用，因此在具體處理中，可通過輻照射線劑量的適當調(diào)節(jié)來保障處理效果，讓各種質(zhì)量和各種塑性值條件下的丁基再生橡膠得以有效形成，進而實現(xiàn)丁基硫化膠的良好回收與再利用。目前，我國在丁基橡膠的回收和再利用方面已經(jīng)達到了非常高的水平， 其處理和再利用效果也非常理想。

3 結(jié)語

隨著當今社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們在工作和生活中所產(chǎn)生的固體廢物數(shù)量也在不斷增加。這些固體廢物大多都屬于不易降解的物質(zhì)，且其中含有大量的有毒有害物質(zhì)，如果通過傳統(tǒng)的處理工藝來進行處理，勢必會對生態(tài)環(huán)境造成越來越嚴重的污染。而借助于輻射技術，將會有效解決傳統(tǒng)固體廢物處理中難以解決的問題，實現(xiàn)固體廢物的有效處理，并使其中有利用價值的物質(zhì)實現(xiàn)良好的回收再利用。