核技術在環境保護三廢治理中的應用

文-江君 蘇州熱工研究院有限公司

1 核技術概述

核技術是指以核性質、核反應、核效應和核普學為基礎，以反應堆、加速器、輻射源和核輻射探測器為工具的現代高新技術，具有較高的靈敏性和特異性，同時它還具有傳統技術所不具備的抗干擾性和穿透性，正是由于這些特殊性質的存在，使得核技術被廣泛應用到國民經濟生產的多個領域，受到業內人士的廣泛關注。而對于環境污染治理工程，需要有先進的技術作為支撐，而核技術在環境污染治理過程中具有重要的應用價值，符合環境保護的實質性需求。通常情況下，環境保護和治理的重點是工業三廢問題，而傳統的三廢處理技術在環境治理中的應用還存在一些缺陷，而核技術自應用到環境污染治理工程后，不僅有效實現了對工業三廢的治理，而且相對比傳統的治理技術，而且在能源和資源消耗、成本投入等方面體現出巨大的優勢，有效避免二次污染問題的發生，具有重要的應用和發展前景。

但對于核技術而言，大多數人會想到日本福島核事故，認為發展核技術可能會對當地環境和當地居民的生命財產安全造成嚴重影響。這是片面的看待核技術，因為核技術不單單只有核電，生活中醫院檢查用的拍片機、公眾場合入口的安檢機等等都是核技術的應用，人們應該注意到先進核技術誕生所帶來的積極作用和影響。核技術作為先進的高新技術，正確的應用不僅不會對人類生活造成影響，同時還能在諸多行業和領域做出巨大的貢獻，尤其是在環境保護領域中應用核技術，成為當下環境污染治理的一種發展發展趨勢，應該引起業內人士的高度重視。

2 核技術在環境保護三廢治理的應用分析

2.1 核技術在廢氣治理中的應用

對于工業廢氣而言，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，還會引發酸雨，給農業作物造成嚴重影響。而運用核技術對廢氣中硫化物和氮化物進行治理，不僅可以消除廢氣污染物質，同時還可以生產肥料。其原理如下：在核輻射技術作用下，空氣中的水分和氧氣會逐漸分離，從而形成一種氧化性極強的活性粒子，而生成的活性粒子又會與廢氣中的硫化物和氮化物發生氧化反應，將其氧化成HNO3和H2SO4。在上述氧化反應過程中，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，另一方面還可以進一步反應生成NH4NO3和(NH4)2SO4兩種肥料。

目前電子束輻照技術在煙氣脫硫脫硝上的應用已達到工業化水平。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可以將煙氣中的二氧化硫和氮氧化物的去除率分別達到80%和20%，副產品產量為2480kg/h。該方法不產生廢水廢渣，無二次污染，副產品為硫銨和硝銨混合物，可作為肥料。電子束輻照技術用來處理揮發性有機化合物如氯乙烯、苯系物、多環芳烴（PAHs），從1980年代至今國內外已經開展了大量研究工作。其機理主要是通過輻照作用，將復雜難處理的有機化合物降解為小分子有機物等其他物質，以便后續進一步處理。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是凈化廢氣的一種新型技術。雖然該技術相當發展成熟，處理效率高，但鑒于單一使用成本稍高，實際案例較少。低溫等離子體是繼固態、液態、氣態之后的物質中的第四態，當外加的電壓達到氣體放電電壓時，氣體被擊穿，產生包括電子、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，使污染物分子發生分解，并發生后續各反應以達到降解污染物的目的。該技術可用來處理VOCs、惡臭等異味氣體及油煙等。若將該技術與傳統技術如催化氧化技術結合，則不僅可彌補單一技術使用的缺點，而且降低了運行成本，應用范圍更廣。

2.2 核技術在固體廢棄物處理中的應用

我國每年產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，當下我國對于這些危險廢棄物的處理大都是進行暫時性的堆放或填埋處理。如此處理方法不僅會消耗大量的土地資源，而且日后還會對區域地下水和土壤造成嚴重的影響。焚燒法由于處置設施相對較少、產生二次污染等問題，也無法滿足日益增多固體廢物需求。

在各項核技術處理固體廢棄物中，等離子體技術具有高效、低能耗及無二次污染的特點，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，是由大量正負帶電粒子和電中性的粒子組成，粒子的能力一般為幾個至幾十電子伏特，大于固體廢物聚合材料的結合能，可將固體廢物分子分解。目前國內首臺套等離子體危廢處理的示范項目（廣東省清遠市10t/d等離子體危廢處理項目，處理以醫療垃圾為主的綜合危險廢物）為國內醫療垃圾、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利用等離子體瞬間產生的上萬度高溫，將二噁英等有機污染物快速裂解為無害化的小分子，將重金屬等無機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，真正實現固體廢物，達到減量化、無害化、穩定化及資源化目標。另外，等離子體爐渣氣化熔融技術也是新一代的危廢處理手段，其可實現對回轉窯爐渣及飛灰、醫療垃圾、城市生活垃圾、電子垃圾、工業廢物在內的各種危廢及一般工業固廢的無害化處理。

2.3 核技術在廢水處理中的應用

苯環（諸如多氯聯苯、氯酚等）等有機物一般具有較大的毒性，易溶于脂，具有穩定的化學性質，部分有機物還具有揮發性。常規的污水處理工藝對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物。而核技術在該方面的應用可以有效解決上述問題，特別是核技術中的電子束輻射方法，在污水處理方面表現出清潔、高效、無二次污染的巨大優勢，能夠分解處理多種污染物質，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的電子束流對污水進行輻照處理。

使用電子束輻射法來處理各種污水時，由于電子束流的輻照能量大部分會沉積在水分子中，當電子束輻照能量超過水分子化學鍵的鍵能和分子的電離勢能時，化學鍵和分子的結合能就會被破壞。輻照將水分解為如OH等活性較強的自由基或粒子，它們能夠與水中的污染物發生加成、取代、電子轉移、斷鍵等反應，達到降解污染物，降低污水中的化學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，同時去除掉污水中含有的臭味，最終達到凈化水質的效果。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，利用加速器產生的電子束流對污水進行輻照，可以使水中的污染物發生分解或降解，有毒有害物質發生變性等，從而達到消毒進化廢水的目的。目前中國首個電子束輻照處理工業規模印染廢水示范工程在浙江金華已啟動，該示范工程采用電子束輻照技術對印染廢水進行深度處理，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，色度10倍以下，不返色，無二次污染，出水水質穩定，達到直接排放標準。除了能夠輻照降解廢水中的有機物污染物外，電子束輻照技術還可以處理廢水中的無機物，例如含Pb2+和Hg2+的廢水。在輻照產生的水合電子和氫原子作用下，金屬離子會被還原為單價金屬，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合氰化物等劇毒物質。

對于電子束輻照技術本身而言，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，這顯然也是不經濟的。因此，國內外學者開展了電子束輻照技術與其他技術聯合使用的研究，例如電子束輻照技術與生化處理工藝的結合、與臭氧的聯合、與活性炭吸附的聯合。研究結果表明采用電子束輻照技術與其他技術聯合使用，提高了污水處理效率的同時又非常經濟環保。

3 結語

綜上所述，核技術在環境保護中的應用能夠有效地控制環境污染的問題，為生態平衡的恢復提供了技術保障。為了讓核技術能夠在環境保護中發揮更大的作用，本文建議今后應該在以下方面加強對核技術在環境保護中的研究：①深入研究核技術對不同污染物的去除機理；②開展核技術與常規環保治理方法聯合治理研究；③加強核技術在環保中的應用培訓和宣傳教育。