核技術(shù)在環(huán)境保護上的應(yīng)用

何婷 曾暢 張翔 肖洪文

【摘 要】隨著社會城市的不斷發(fā)展，環(huán)保理念已經(jīng)深入人心，核技術(shù)對環(huán)境保護起著積極的作用，具有廣闊的應(yīng)用前景。由于我國核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理上的應(yīng)用起步較晚，仍存在較多急需解決的問題。本文主要闡述了核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理方面的現(xiàn)狀，分析了核技術(shù)與環(huán)境科學(xué)相結(jié)合過程中存在的問題，并提出了一些合理化的建議，以期為我國核技術(shù)環(huán)境保護科學(xué)做出貢獻。

【關(guān)鍵詞】核技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀;環(huán)境保護;應(yīng)用

中圖分類號： X505 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0246-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.096

0 引言

核技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用研究始于上世紀(jì)七十年代，并逐步開始了切實可行的工藝實驗。核技術(shù)治理環(huán)境污染問題就是利用放射性核素或通過加速器產(chǎn)生的各種粒子來有效地治理廢水、廢氣和固體廢物。

1 核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理方面的應(yīng)用現(xiàn)狀

核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理方面主要是借助高能射線和高速電子與環(huán)境污染介質(zhì)之間相互作用，產(chǎn)生具有高活性的離子與自由基，通過一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，將污染物氧化或者化學(xué)分解，達(dá)到最終去除污染物、治理環(huán)境污染的目的。

核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理的實際應(yīng)用過程中，與傳統(tǒng)“三廢”治理技術(shù)相比除具有節(jié)約能源資源、成本低、效率高等傳統(tǒng)優(yōu)勢外，其化學(xué)物質(zhì)零添加的獨有特點從源頭上有效避免了傳統(tǒng)污染治理過程中“二次污染”問題的發(fā)生，使環(huán)境污染治理的有效性得到空前提高[1]。

1.1 核技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

核技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用可以從兩方面進行分析，一方面是對飲用水的處理，另一方面是對生活污水和工業(yè)廢水的處理。

在飲用水處理方面，核技術(shù)及相關(guān)政策都較為完善，目前已經(jīng)逐步發(fā)展到商業(yè)應(yīng)用的階段。如德國利用60Co對井水進行凈化處理，防止病原微生物的污染等。

在處理生活污水和工業(yè)廢水方面，在高能射線的照射下，水分子會產(chǎn)生一系列具有很強活性的輻解產(chǎn)物，如OH-自由基，該自由基可與水中的各類污染物發(fā)生反應(yīng)，使它們分解、改性或氧化，從而降低廢水中生化需氧量（BOD）和化學(xué)需氧量（COD），同時還能有效地殺死水體中病毒、細(xì)菌等有害微生物、消除水體臭味。現(xiàn)階段利用核技術(shù)處理生活污水和工業(yè)廢水在美國、日本等國家已經(jīng)達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用階段。如美國利用60Co對高分子量聚丙烯酰胺廢水進行凈化處理;日本利用60Co對垃圾滲濾液進行輻照，分解有機毒物。在我國利用電子加速器處理工業(yè)廢水已經(jīng)進入產(chǎn)業(yè)化的初級階段。如浙江投入試運行的5000m3/天印染廢水深度處理示范裝置，可將廢水中COD濃度從200mg/L降至60mg/L以下，出水水質(zhì)滿足當(dāng)?shù)刂迸艠?biāo)準(zhǔn)[2]。

1.2 核技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用

工業(yè)廢氣中含有大量的NOx、SO2，引入核技術(shù)，利用其輻射處理功能，能夠有效去除廢氣中的污染物質(zhì)，同時還能得到有用的肥料。核技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用主要集中在電子束技術(shù)方面。具體的輻射處理過程示意圖見圖1。

由上圖可以看出，在輻射過程中，空氣中的O2、HO2能夠被有效分解生成O、OH、HO2等，這些活性粒子具有很強的氧化能力，能夠與空氣中的NOx、SO2等進行反應(yīng)，最終生成HNO3和H2SO4，經(jīng)收集器收集并儲存起來，可以被重新用作化學(xué)原料。如果在反應(yīng)過程中注入NH4，不僅可以加速空氣中污染物的凈化效率，還可以得到 （NH4）2SO4和NH4NO3微粒及其復(fù)合物，既脫除了煙氣中的NOx和SO2，又可以獲得作為農(nóng)業(yè)化肥的副產(chǎn)物，一舉兩得。

1.3 核技術(shù)在污泥處理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的廢水處理方法會有副產(chǎn)物污泥產(chǎn)生。污泥中含有大量寄生蟲、細(xì)菌、病毒等有害物質(zhì)，如果不經(jīng)處理直接排放勢必會極大地影響生態(tài)環(huán)境。

采用電離輻射法處理污泥， 不僅可以達(dá)到徹底滅菌的目的，而且，電離輻射還能有效改變污泥的膠體狀態(tài)，達(dá)到除臭、脫水以及沉淀的作用。對污泥進行殺菌處理以后，可將其作為土壤改良劑來使用，能夠讓土壤更肥沃，是一種非常好的補充肥料。

現(xiàn)階段，污泥電離輻射處理技術(shù)已經(jīng)在世界許多國家得以發(fā)展與應(yīng)用。如美國、德國已建成處理量達(dá)1500噸/天的污泥輻照處理裝置，獲得比堆肥更好的效果;在泰國， 啤酒工業(yè)的污泥經(jīng)輻照處理后烘干，再經(jīng)3.3kGy的60Co-γ射線源輻照滅菌后，可作為魚飼料使用[3]。

1.4 核技術(shù)在固體廢物處理中的應(yīng)用

工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固體廢物，是工業(yè)生產(chǎn)過程中排入環(huán)境的各種廢渣、粉塵及其他廢物。由于處理技術(shù)、經(jīng)濟等原因，目前我國工業(yè)固體廢物除少部分綜合再利用外，其余大部分大多采用直接填埋或傾倒的方法進行處理和處置。不僅占用大量土地，而且嚴(yán)重污染土壤、地下水和大氣，嚴(yán)重威脅著環(huán)境安全，影響著公眾身體健康。

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部（原環(huán)保部）發(fā)布的《2016年全國大、中城市固體廢物污染環(huán)境防治年報》顯示，2014年244個大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量16816.1萬噸。它們一方面污染了環(huán)境，另一方面也造成了巨大的資源浪費。目前，垃圾的處理方法主要有三種：焚燒，填埋，回收再利用。從可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境友好和易操作性來綜合評定上述三種方法，一個普遍的看法焚燒是三者中較好的一種方法。但由于焚燒法前期建設(shè)和后期運行維護成本較高，且焚燒過程中若溫度控制不當(dāng)還會導(dǎo)致大量致癌物質(zhì)二噁英的產(chǎn)生。同時，焚燒法對垃圾熱值有較高要求，即垃圾的熱值不低于5000kJ/kg。因此，目前急需一種更優(yōu)越的垃圾處理處置方式。

近些年發(fā)展起來的核輻射廢物處理技術(shù)與等離子體廢物處理技術(shù)在固體廢物處理處置中正起著越來越大的作用。日本曾用輻照法處理廢紙、稻草、木屑等固體廢物，使其發(fā)酵及糖化產(chǎn)生酒精，保障了資源的循環(huán)利用。美國則采用對這類纖維素加酸后進行輻照處理獲得葡萄糖，能夠達(dá)到56%的回收率。聚四氟乙烯俗稱塑料王，用常規(guī)物化方法很難處理。它經(jīng)200kGy以上的高能射線輻照后，降解形成蠟狀粉末，可用來制作潤滑劑或者表面活性劑。農(nóng)產(chǎn)品加工廠的垃圾經(jīng)輻照滅菌后，可用于動物飼料或農(nóng)業(yè)肥料。

2 核技術(shù)在應(yīng)用過程中的展望與思考

我國政府近期出臺了多項促進核技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的政策和法規(guī)，持續(xù)推進我國核技術(shù)應(yīng)用的健康發(fā)展。在2018年1月1日實施的《核安全法》和現(xiàn)階段國家原子能機構(gòu)正在積極推進的《原子能法》立法工作，都為核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了法律保障。

現(xiàn)階段，國家的科技政策是以經(jīng)濟建設(shè)為核心，以社會需求為背景，確定主要的資助領(lǐng)域和方向。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和對環(huán)境問題的日益重視，保護環(huán)境、污染治理已經(jīng)成為我國重點發(fā)展的領(lǐng)域之一，核技術(shù)與環(huán)境保護和污染治理相結(jié)合正是體現(xiàn)和順應(yīng)了國家這一科技政策的走向，很有發(fā)展前景。但就我國目前的整體形勢來看，核技術(shù)在處理環(huán)境保護和污染治理方面還處于初級階段，發(fā)展還不太健全，導(dǎo)致我國利用核技術(shù)處理環(huán)境問題還存在著一些不足[4]，還需要注意以下問題：

（1）核技術(shù)作為一項應(yīng)用于環(huán)境治理中的新技術(shù)，必須具有前瞻性，必須與環(huán)境研究領(lǐng)域中的前沿和熱點問題相結(jié)合，根據(jù)環(huán)境保護和污染治理的實際需求，確定核技術(shù)的研究目標(biāo)，集中多種核科學(xué)技術(shù)手段共同解決交叉領(lǐng)域中的問題，進一步提高核技術(shù)在環(huán)境保護交叉領(lǐng)域中的地位。

（2）注意加強研究成果向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化，建立相對完善、系統(tǒng)的核技術(shù)環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈。目前，我國核技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展情況不太樂觀，只能研究出小規(guī)模的實驗室產(chǎn)品，研究核技術(shù)的儀器、設(shè)備缺乏產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)渠道，沒有形成系列化與規(guī)模化生產(chǎn)，從根本上決定了我國核技術(shù)在環(huán)境保護應(yīng)用方面的整體水平不高。因此，需要國家在政策和資金上給予一定支持，促進核技術(shù)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

（3）對在環(huán)境科學(xué)中從事核技術(shù)應(yīng)用的研究者而言，不僅需要具備扎實的核技術(shù)基礎(chǔ)理論，還必須了解環(huán)境保護和污染治理的主要問題和最新動向。這樣才能在今后的工作中，清醒認(rèn)識到核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理方面能夠提供什么樣的幫助，需要解決什么樣的問題，做到有的放矢。同時，還應(yīng)制定和實施切實可行的激勵機制，充分調(diào)動從業(yè)人員的積極性，為我國核技術(shù)環(huán)境科學(xué)的發(fā)展與完善提供更多合理化建議與技術(shù)支持。

3 結(jié)語

綜上所述，核技術(shù)在環(huán)境保護和污染治理方面的應(yīng)用已經(jīng)取得一定成果，這些成果不僅具有重要的科學(xué)意義，而且為我國的環(huán)境污染治理提供了嶄新的科學(xué)思路。隨著該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用，定將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。但我們也必須認(rèn)識到，與其他科學(xué)技術(shù)相比，我國核技術(shù)仍存在依賴性較強的問題，與世界先進國家還是有一定的差距。此外，由于核技術(shù)本身也存在某些不足，如成本高昂、技術(shù)復(fù)雜、工業(yè)化推廣困難、需要依賴大型設(shè)備等缺點，同時與環(huán)境學(xué)科交叉的深度和廣度還不夠，很難獨擋一面，因此，未來需要更加廣泛的研究和分析核技術(shù)，使其支持于環(huán)境保護和污染治理工程的建設(shè)，依靠核技術(shù)提高人類生活環(huán)境質(zhì)量。

【參考文獻】

[1]張雪梅，黃敏，陳建新.復(fù)旦大學(xué)核技術(shù)專業(yè)實驗教學(xué)體系的創(chuàng)建與運行[J].中國大學(xué)教學(xué)，2013，（1）：88-90.

[2]杜靜玲，趙志祥，劉文平，等.中國核技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].同位素，2018，（3）：180-187.

[3]吳海輝.核技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（19）：154-155.

[4]陳源.核技術(shù)及其在環(huán)境保護上的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2016，（6）：291.