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电离辐照技术在废水处理中的应用

电离辐照技术 电子束
发布:2020-10-09 08:53:19     来源:环境治理工程对接

1 电离辐照技术的研究进程

20世纪50年代相关学者开始将电离辐照技术应用到环境保护领域中,到了60年代拓展到了水与废水的净化领域,到80年代加大了工业废水和受污染地表水的实验研究。目前,我国的电离辐照技术比较相对成熟了,电离辐照技术在废水处理和水资源净化中较为广泛。电离辐照对水物质的作用有两种:第一种是直接作用,直接对水中污染物和生物体分子进行电离辐照,通过吸收辐照能量去除水中污染物或导致生物体损伤;第二种是间接作用,电离辐照技术先与水分子作用,产生水合电子(eap-)、氢原子(H-1)和羟基自由基(?OH),然后与水中的有机、无机污染物发生分子作用或生物分子作用,去除污染物,净化水体[1]。在废水处理中使用电离辐照技术主要以间接作用为主,废水受到辐照时会产生化学效应(污染物受到辐照分解)、生物学效应(灭菌杀毒作用)、物理化学效应(胶体变性作用)。辐照技术不仅用于废水处理领域,还应用于烟气脱硫脱硝、去除挥发性有机物、处理污泥、水资源消毒等方面,具有很好的应用效果。

2 电离辐照技术的基础原理

电离辐照技术在废水处理中的辐照源主要是高能电子加速器产生的电子束和γ射线辐照源。电子加速器是一种利用电磁场加速带电粒子得到高能射线的装置,γ射线辐照源包括60Co、137Cs,60Co的半衰期为5.25年,137Cs的半衰期为30.3年。虽然137Cs的半衰期较长,但是射线利用率低,所以常用60Co源。电离辐照技术可以利用高能射线与污染物直接作用降解水中的污染物,也可以使水分子疏导高能辐射后产生的活性粒子(如?OH、eap-等)与污染物间接作用[2]。在实际应用中环境治理人员以间接作用为主,水分子受到高能辐射后会得到以下反应式:

H2O—(2.7)eap-+(2.8)?OH+(0.55)?OH+(0.45)H2+(0.7)H2O2+(2.7)H+括号中的数值是在PH为6~8时生成的活性粒子的辐射化学产率G值(μmol?j-1),G值是辐射化学的概念。另一个常用概念是吸收剂量,表示单位质量物质受到辐照受吸收的能量。经过电离辐照技术辐照后的水会产生氧化性(?OH)与还原性(eap-),且浓度相近。使用电离辐照技术能够通过氧化和还原两种途径降解有机污染物[3]。

3 电离辐照技术在工业废水处理中的应用

3.1造纸废水

造纸厂在在造纸的过程中会产生大量的废水,污染物种类多,色度和浓度较高。使用电离辐照技术对造纸废水进行处理,能够降低废水的毒性,提高废水的可生化性。使用60CO-γ射线(1.9×1014Bq)对漂白废水进行辐照处理,能够降低废水的COD浓度,提高BOD556%。电离辐照能够促进均级生化出水中的大分子有机物向公分子(小分子)量化,提高废水的可生化性。电离辐照与混凝药(可删除)在造纸废水的处理中应用效果比较明显。

3.2 染料废水

我国是一个染料生产大国,生产的染料复杂多样,在各个行业内的应用广泛。目前,商业染料已经过了100,000种,其中偶氮染料占了70%。染料废水中包含着很多浆料、洗涤间和化学助间等物浓,成分复杂,难以生物讲解(降解)[4]。目前,市场上常见的染料是偶氮染料和蒽醌染料,使用电离辐照产生的氧化性(?OH)与还原性(eap-)与染料分子产生反应,促使染料脱色与降解。根据染料的种类不同,偶氮染料辐照降解需要的剂量也会不同。使用电离辐照处理技术对染料废水进行处理能够提高染料废水的可生化性,在(再)进行生物处理后,可去除色二(度),提高出水浓低(水质),降解效果明显。

3.3 含氰废水

金矿的采选治(冶炼)、氰化电镀、氰化尾渣二次资源回收和化工等生产制造的过程中排放大量的含氰废水,在黄金冶炼的过程中需要进行氰化物侵出,产生的含氰废水中也含有大量的重金属物质。含氰废水会外界环境的污染很大,使用辐照技术将有害的氰化物转化成无毒物质,操作简便,处理效果好。

3.4 含酚废水

酚与其衍生物是一种难以降解的有机物,生物法的去除效果不明显。使用电离辐照技术对含酚废水进行处理时,首先应该掌握含酚废水的酚浓度、吸收剂量,吸收剂量率为12.4Gy/min,pH=5的含酚100mg/L的氧化饱和水样,吸收剂量为11KGY时,酚的去除率为99.5%。4-氯酚的辐照降解机理重点是自由基氧化,辐照-O3氧化联合作用对水溶液中的4-氯酚的彻底降解和脱氯有协同效应[5]。

3.5 含苯胺废水

苯胺类的污染物主要来源于染料与农药医学,某些染料与除草剂在生物降解的过程中会形成苯胺类化合物,苯胺类污染物属于难降解的有毒有害有机污染物。使用电子加速器对苯胺溶液进行处理,研究表明当苯胺初始浓度达到70mg/L,吸收剂量为23.7KGY时,苯胺降解率能够达到92%,COD去除率达到98%左右。使用电离辐照技术能够有效降低苯胺溶液的毒性,使得苯胺溶液经过处理后生产无毒终产物,降低对环境的污染。

4 结语

在上述内容中阐述了电离辐照技术的发展和作用机理,电离辐照技术是一种新兴的污水处理技术,在使用过程中不需要或仅需要使用少量的化学试剂就能够降解水中的污染物,不会出现二次污染的情况。电离辐照技术的反应速度快、降解效率高、适用面广,能够对不同行业的工业废水进行有效处理,处理效果明显。辐照技术通常是在常温常压环境下进行的,占地面积小、应用方便,能够当做预处理手段使用,应用方便;将辐照技术与其它化学氧化手段联合使用,会出现“协同效应”。电子加速器的制造成本在逐步降低,电子加速器的安全性能好,应用可靠,在运行和维护中不会出现安全隐患,运行成本低,在污水处理中得到了广泛应用。

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