核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)三廢治理中的應(yīng)用

文-江君 蘇州熱工研究院有限公司

1 核技術(shù)概述

核技術(shù)是指以核性質(zhì)、核反應(yīng)、核效應(yīng)和核普學(xué)為基礎(chǔ)，以反應(yīng)堆、加速器、輻射源和核輻射探測(cè)器為工具的現(xiàn)代高新技術(shù)，具有較高的靈敏性和特異性，同時(shí)它還具有傳統(tǒng)技術(shù)所不具備的抗干擾性和穿透性，正是由于這些特殊性質(zhì)的存在，使得核技術(shù)被廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的多個(gè)領(lǐng)域，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。而對(duì)于環(huán)境污染治理工程，需要有先進(jìn)的技術(shù)作為支撐，而核技術(shù)在環(huán)境污染治理過程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，符合環(huán)境保護(hù)的實(shí)質(zhì)性需求。通常情況下，環(huán)境保護(hù)和治理的重點(diǎn)是工業(yè)三廢問題，而傳統(tǒng)的三廢處理技術(shù)在環(huán)境治理中的應(yīng)用還存在一些缺陷，而核技術(shù)自應(yīng)用到環(huán)境污染治理工程后，不僅有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)工業(yè)三廢的治理，而且相對(duì)比傳統(tǒng)的治理技術(shù)，而且在能源和資源消耗、成本投入等方面體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，有效避免二次污染問題的發(fā)生，具有重要的應(yīng)用和發(fā)展前景。

但對(duì)于核技術(shù)而言，大多數(shù)人會(huì)想到日本福島核事故，認(rèn)為發(fā)展核技術(shù)可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。這是片面的看待核技術(shù)，因?yàn)楹思夹g(shù)不單單只有核電，生活中醫(yī)院檢查用的拍片機(jī)、公眾場(chǎng)合入口的安檢機(jī)等等都是核技術(shù)的應(yīng)用，人們應(yīng)該注意到先進(jìn)核技術(shù)誕生所帶來的積極作用和影響。核技術(shù)作為先進(jìn)的高新技術(shù)，正確的應(yīng)用不僅不會(huì)對(duì)人類生活造成影響，同時(shí)還能在諸多行業(yè)和領(lǐng)域做出巨大的貢獻(xiàn)，尤其是在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用核技術(shù)，成為當(dāng)下環(huán)境污染治理的一種發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)該引起業(yè)內(nèi)人士的高度重視。

2 核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)三廢治理的應(yīng)用分析

2.1 核技術(shù)在廢氣治理中的應(yīng)用

對(duì)于工業(yè)廢氣而言，危害性最大的就是硫化物和氮化物。這些污染物不僅污染大氣，還會(huì)引發(fā)酸雨，給農(nóng)業(yè)作物造成嚴(yán)重影響。而運(yùn)用核技術(shù)對(duì)廢氣中硫化物和氮化物進(jìn)行治理，不僅可以消除廢氣污染物質(zhì)，同時(shí)還可以生產(chǎn)肥料。其原理如下：在核輻射技術(shù)作用下，空氣中的水分和氧氣會(huì)逐漸分離，從而形成一種氧化性極強(qiáng)的活性粒子，而生成的活性粒子又會(huì)與廢氣中的硫化物和氮化物發(fā)生氧化反應(yīng)，將其氧化成HNO3和H2SO4。在上述氧化反應(yīng)過程中，如果加入一定量的氨，一方面可以提高廢氣污染物的去除效率，另一方面還可以進(jìn)一步反應(yīng)生成NH4NO3和(NH4)2SO4兩種肥料。

目前電子束輻照技術(shù)在煙氣脫硫脫硝上的應(yīng)用已達(dá)到工業(yè)化水平。在電子束輻照劑量3kGy，煙氣處理量3萬m3/h的條件下，利用電子束輻照技術(shù)可以將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的去除率分別達(dá)到80%和20%，副產(chǎn)品產(chǎn)量為2480kg/h。該方法不產(chǎn)生廢水廢渣，無二次污染，副產(chǎn)品為硫銨和硝銨混合物，可作為肥料。電子束輻照技術(shù)用來處理揮發(fā)性有機(jī)化合物如氯乙烯、苯系物、多環(huán)芳烴（PAHs），從1980年代至今國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量研究工作。其機(jī)理主要是通過輻照作用，將復(fù)雜難處理的有機(jī)化合物降解為小分子有機(jī)物等其他物質(zhì)，以便后續(xù)進(jìn)一步處理。此外，電子束輻照方法也能夠有效的凈化如汽車尾氣、焚燒爐的廢氣及其他有毒有害氣體。

另外，低溫等離子處理技術(shù)是凈化廢氣的一種新型技術(shù)。雖然該技術(shù)相當(dāng)發(fā)展成熟，處理效率高，但鑒于單一使用成本稍高，實(shí)際案例較少。低溫等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)中的第四態(tài)，當(dāng)外加的電壓達(dá)到氣體放電電壓時(shí)，氣體被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基的混合體。利用這些高能電子、自由基等活性粒子和廢氣中的污染物作用，使污染物分子發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)各反應(yīng)以達(dá)到降解污染物的目的。該技術(shù)可用來處理VOCs、惡臭等異味氣體及油煙等。若將該技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)如催化氧化技術(shù)結(jié)合，則不僅可彌補(bǔ)單一技術(shù)使用的缺點(diǎn)，而且降低了運(yùn)行成本，應(yīng)用范圍更廣。

2.2 核技術(shù)在固體廢棄物處理中的應(yīng)用

我國每年產(chǎn)生大量的固體廢棄物。固體廢棄物的處理方法大致可以分為以下幾種，即垃圾填埋法、垃圾焚燒法、固體垃圾分類回收法等。在以上方法中，填埋法和焚燒法是目前較為常用的方法。由于多方面原因的限制，當(dāng)下我國對(duì)于這些危險(xiǎn)廢棄物的處理大都是進(jìn)行暫時(shí)性的堆放或填埋處理。如此處理方法不僅會(huì)消耗大量的土地資源，而且日后還會(huì)對(duì)區(qū)域地下水和土壤造成嚴(yán)重的影響。焚燒法由于處置設(shè)施相對(duì)較少、產(chǎn)生二次污染等問題，也無法滿足日益增多固體廢物需求。

在各項(xiàng)核技術(shù)處理固體廢棄物中，等離子體技術(shù)具有高效、低能耗及無二次污染的特點(diǎn)，為固體廢物的處理開拓了新途徑。等離子體是呈電中性的氣體，是由大量正負(fù)帶電粒子和電中性的粒子組成，粒子的能力一般為幾個(gè)至幾十電子伏特，大于固體廢物聚合材料的結(jié)合能，可將固體廢物分子分解。目前國內(nèi)首臺(tái)套等離子體危廢處理的示范項(xiàng)目（廣東省清遠(yuǎn)市10t/d等離子體危廢處理項(xiàng)目，處理以醫(yī)療垃圾為主的綜合危險(xiǎn)廢物）為國內(nèi)醫(yī)療垃圾、生活垃圾、廢礦物油等危廢物的處理探索出了一條新路。等離子體危廢處理技術(shù)利用等離子體瞬間產(chǎn)生的上萬度高溫，將二噁英等有機(jī)污染物快速裂解為無害化的小分子，將重金屬等無機(jī)污染物固化在玻璃體中，最終得到的玻璃體可作為路基、建材等被使用，真正實(shí)現(xiàn)固體廢物，達(dá)到減量化、無害化、穩(wěn)定化及資源化目標(biāo)。另外，等離子體爐渣氣化熔融技術(shù)也是新一代的危廢處理手段，其可實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)窯爐渣及飛灰、醫(yī)療垃圾、城市生活垃圾、電子垃圾、工業(yè)廢物在內(nèi)的各種危廢及一般工業(yè)固廢的無害化處理。

2.3 核技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

苯環(huán)（諸如多氯聯(lián)苯、氯酚等）等有機(jī)物一般具有較大的毒性，易溶于脂，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，部分有機(jī)物還具有揮發(fā)性。常規(guī)的污水處理工藝對(duì)其處理效果一般不理想，出水中仍然殘留有較多的有毒有害有機(jī)物。而核技術(shù)在該方面的應(yīng)用可以有效解決上述問題，特別是核技術(shù)中的電子束輻射方法，在污水處理方面表現(xiàn)出清潔、高效、無二次污染的巨大優(yōu)勢(shì)，能夠分解處理多種污染物質(zhì)，因此日益受到人們的重視，目前主要利用能量范圍為0.7～10 MeV的電子束流對(duì)污水進(jìn)行輻照處理。

使用電子束輻射法來處理各種污水時(shí)，由于電子束流的輻照能量大部分會(huì)沉積在水分子中，當(dāng)電子束輻照能量超過水分子化學(xué)鍵的鍵能和分子的電離勢(shì)能時(shí)，化學(xué)鍵和分子的結(jié)合能就會(huì)被破壞。輻照將水分解為如OH等活性較強(qiáng)的自由基或粒子，它們能夠與水中的污染物發(fā)生加成、取代、電子轉(zhuǎn)移、斷鍵等反應(yīng)，達(dá)到降解污染物，降低污水中的化學(xué)需氧量和生化需氧量，以及有效地殺死水中的病菌等有害微生物，同時(shí)去除掉污水中含有的臭味，最終達(dá)到凈化水質(zhì)的效果。我國印染廢水的排放量很大，其廢水一般具有污染物濃度高、種類多、含有毒有害成分及色度高等特點(diǎn)，利用加速器產(chǎn)生的電子束流對(duì)污水進(jìn)行輻照，可以使水中的污染物發(fā)生分解或降解，有毒有害物質(zhì)發(fā)生變性等，從而達(dá)到消毒進(jìn)化廢水的目的。目前中國首個(gè)電子束輻照處理工業(yè)規(guī)模印染廢水示范工程在浙江金華已啟動(dòng)，該示范工程采用電子束輻照技術(shù)對(duì)印染廢水進(jìn)行深度處理，每天處理量為1500～2000m3，可以高度去除廢水中殘留的污染物，出水COD在60mg/L以內(nèi)，色度10倍以下，不返色，無二次污染，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)。除了能夠輻照降解廢水中的有機(jī)物污染物外，電子束輻照技術(shù)還可以處理廢水中的無機(jī)物，例如含Pb2+和Hg2+的廢水。在輻照產(chǎn)生的水合電子和氫原子作用下，金屬離子會(huì)被還原為單價(jià)金屬，并從溶液中沉淀出來。通過輻照還可以降解廢水中含氰化物和絡(luò)合氰化物等劇毒物質(zhì)。

對(duì)于電子束輻照技術(shù)本身而言，采用的輻照劑量大小直接影響污染物處理效果。要使污染物徹底去除就要消耗大量的能量，這顯然也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，國內(nèi)外學(xué)者開展了電子束輻照技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)合使用的研究，例如電子束輻照技術(shù)與生化處理工藝的結(jié)合、與臭氧的聯(lián)合、與活性炭吸附的聯(lián)合。研究結(jié)果表明采用電子束輻照技術(shù)與其他技術(shù)聯(lián)合使用，提高了污水處理效率的同時(shí)又非常經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

3 結(jié)語

綜上所述，核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用能夠有效地控制環(huán)境污染的問題，為生態(tài)平衡的恢復(fù)提供了技術(shù)保障。為了讓核技術(shù)能夠在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮更大的作用，本文建議今后應(yīng)該在以下方面加強(qiáng)對(duì)核技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究：①深入研究核技術(shù)對(duì)不同污染物的去除機(jī)理；②開展核技術(shù)與常規(guī)環(huán)保治理方法聯(lián)合治理研究；③加強(qiáng)核技術(shù)在環(huán)保中的應(yīng)用培訓(xùn)和宣傳教育。