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核技术在环境保护上的应用

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发布:2020-11-16 14:51:14     来源:科技视界 中国核动力研究设计院

随着社会城市的不断发展,环保理念已经深入人心,核技术对环境保护起着积极的作用,具有广阔的应用前景。由于我国核技术在环境保护和污染治理上的应用起步较晚仍存在较多急需解决的问题。本文主要阐述了核技术在环境保护和污染治理方面的现状,分析了核技术与环境科学相结合过程中存在的问题,并提出了一些合理化的建议,以期为我国核技术环境保护科学做出贡献。

核技术在环境保护中的应用研究始于上世纪七十年代,并逐步开始了切实可行的工艺实验。核技术治理环境污染问题就是利用放射性核素或通过加速器产生的各种粒子来有效地治理废水、废气和固体废物。

1 核技术在环境保护和污染治理方面的应用现状

核技术在环境保护和污染治理方面主要是借助高能射线和高速电子与环境污染介质之间相互作用,产生具有高活性的离子与自由基,通过一系列的物理化学反应,将污染物氧化或者化学分解,达到最终去除污染物、治理环境污染的目的。核技术在环境保护和污染治理的实际应用过程中,与传统“三废”治理技术相比除具有节约能源资源、成本低、效率高等传统优势外,其化学物质零添加的独有特点从源头上有效避免了传统污染治理过程中“二次污染”问题的发生,使环境污染治理的有效性得到空前提高。

1.1核技术在废水处理中的应用

核技术在水处理方面的应用可以从两方面进行分析,一方面是对饮用水的处理,另一方面是对生活污水和工业废水的处理。

在饮用水处理方面,核技术及相关政策都较为完善,目前已经逐步发展到商业应用的阶段。如德国利用60Co对井水进行净化处理,防止病原微生物的污染等。

在处理生活污水和工业废水方面,在高能射线的照射下,水分子会产生一系列具有很强活性的辐解产物,如OH-自由基,该自由基可与水中的各类污染物发生反应,使它们分解、改性或氧化,从而降低废水中生化需氧量(BOD)和化学需氧量(COD),同时还能有效地杀死水体中病毒、细菌等有害微生物、消除水体臭味。现阶段利用核技术处理生活污水和工业废水在美国、日本等国家已经达到商业化应用阶段。如美国利用60Co对高分子量聚丙烯酰胺废水进行净化处理;日本利用60Co对垃圾渗滤液进行辐照,分解有机毒物。在我国利用电子加速器处理工业废水已经进入产业化的初级阶段。如浙江投入试运行的5000m3/天印染废水深度处理示范装置,可将废水中COD浓度从200mg/L降至60mg/L以下,出水水质满足当地直排标准。

1.2核技术在废气处理中的应用

工业废气中含有大量的NOx、SO2,引入核技术,利用其辐射处理功能,能够有效去除废气中的污染物质,同时还能得到有用的肥料。核技术在废气处理中的应用主要集中在电子束技术方面。具体的辐射处理过程示意图见图1。

图1核技术大气污染治理示意图

由上图可以看出,在辐射过程中,空气中的O2、HO2能够被有效分解生成O、OH、HO2

等,这些活性粒子具有很强的氧化能力,能够与空气中的NOx、SO2等进行反应,最终生成HNO3和H2SO4,经收集器收集并储存起来,可以被重新用作化学原料。如果在反应过程中注入NH4,不仅可以加速空气中污染物的净化效率,还可以得到(NH4)2SO4和NH4NO3

微粒及其复合物,既脱除了烟气中的NOx和SO2,又可以获得作为农业化肥的副产物,一举两得。

1.3核技术在污泥处理中的应用

传统的废水处理方法会有副产物污泥产生。污泥中含有大量寄生虫、细菌、病毒等有害物质,如果不经处理直接排放势必会极大地影响生态环境。

采用电离辐射法处理污泥,不仅可以达到彻底灭菌的目的,而且,电离辐射还能有效改变污泥的胶体状态,达到除臭、脱水以及沉淀的作用。对污泥进行杀菌处理以后,可将其作为土壤改良剂来使用,能够让土壤更肥沃,是一种非常好的补充肥料。

现阶段,污泥电离辐射处理技术已经在世界许多国家得以发展与应用。如美国、德国已建成处理量达1500吨/天的污泥辐照处理装置,获得比堆肥更好的效果;在泰国,啤酒工业的污泥经辐照处理后烘干,再经3.3kGy的60Co-γ射线源辐照灭菌后,可作为鱼饲料使用。

1.4核技术在固体废物处理中的应用

工业固体废物是指在工业生产活动中产生的固体废物,是工业生产过程中排入环境的各种废渣、粉尘及其他废物。由于处理技术、经济等原因,目前我国工业固体废物除少部分综合再利用外,其余大部分大多采用直接填埋或倾倒的方法进行处理和处置。不仅占用大量土地,而且严重污染土壤、地下水和大气,严重威胁着环境安全,影响着公众身体健康。

根据生态环境部(原环保部)发布的《2016年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》显示,2014年244个大、中城市生活垃圾产生量16816.1万吨。它们一方面污染了环境,另一方面也造成了巨大的资源浪费。目前,垃圾的处理方法主要有三种:焚烧,填埋,回

收再利用。从可持续发展、环境友好和易操作性来综合评定上述三种方法,一个普遍的看法焚烧是三者中较好的一种方法。但由于焚烧法前期建设和后期运行维护成本较高,且焚烧过程中若温度控制不当还会导致大量致癌物质二噁英的产生。同时,焚烧法对垃圾热值有较高要求,即垃圾的热值不低于5000kJ/kg。因此,目前急需一种更优越的垃圾处理处置方式。

近些年发展起来的核辐射废物处理技术与等离子体废物处理技术在固体废物处理处置中正起着越来越大的作用。日本曾用辐照法处理废纸、稻草、木屑等固体废物,使其发酵及糖化产生酒精,保障了资源的循环利用。美国则采用对这类纤维素加酸后进行辐照处理获得葡萄糖,能够达到56%的回收率。聚四氟乙烯俗称塑料王,用常规物化方法很难处理。它经200kGy

以上的高能射线辐照后,降解形成蜡状粉末,可用来制作润滑剂或者表面活性剂。农产品加工厂的垃圾经辐照灭菌后,可用于动物饲料或农业肥料。

2核技术在应用过程中的展望与思考

我国政府近期出台了多项促进核技术应用发展的政策和法规,持续推进我国核技术应用的健康发展。在2018年1月1日实施的《核安全法》和现阶段国家原子能机构正在积极推进的《原子能法》立法工作,都为核技术应用产业发展提供了法律保障。

现阶段,国家的科技政策是以经济建设为核心,以社会需求为背景,确定主要的资助领域和方向。随着科学技术的迅速发展和对环境问题的日益重视,保护环境、污染治理已经成为我国重点发展的领域之一,核技术与环境保护和污染治理相结合正是体现和顺应了国家这一科技政策的走向,很有发展前景。但就我国目前的整体形势来看,核技术在处理环境保护和污染治理方面还处于初级阶段,发展还不太健全,导致我国利用核技术处理环境问题还存在着一些不足,还需要注意以下问题:

(1)核技术作为一项应用于环境治理中的新技术,必须具有前瞻性,必须与环境研究领域中的前沿和热点问题相结合,根据环境保护和污染治理的实际需求,确定核技术的研究目标,集中多种核科学技术手段共同解决交叉领域中的问题,进一步提高核技术在环境保护交叉领域中的地位。

(2)注意加强研究成果向生产的转化,建立相对完善、系统的核技术环保产业链。目前,我国核技术产业化的发展情况不太乐观,只能研究出小规模的实验室产品,研究核技术的仪器、设备缺乏产业化的生产渠道,没有形成系列化与规模化生产,从根本上决定了我国核技术在环境保护应用方面的整体水平不高。因此,需要国家在政策和资金上给予一定支持,促进核技术产业健康发展。

(3)对在环境科学中从事核技术应用的研究者而言,不仅需要具备扎实的核技术基础理论,还必须了解环境保护和污染治理的主要问题和最新动向。这样才能在今后的工作中,清醒认识到核技术在环境保护和污染治理方面能够提供什么样的帮助,需要解决什么样的问题,做到有的放矢。同时,还应制定和实施切实可行的激励机制,充分调动从业人员的积极性,为

我国核技术环境科学的发展与完善提供更多合理化建议与技术支持。

3 结语

综上所述,核技术在环境保护和污染治理方面的应用已经取得一定成果,这些成果不仅具有重要的科学意义,而且为我国的环境污染治理提供了崭新的科学思路。随着该项技术的广泛应用,定将产生巨大的经济效益、环境效益和社会效益。但我们也必须认识到,与其他科学技术相比,我国核技术仍存在依赖性较强的问题,与世界先进国家还是有一定的差距。此外,由于核技术本身也存在某些不足,如成本高昂、技术复杂、工业化推广困难、需要依赖大型设备等缺点,同时与环境学科交叉的深度和广度还不够,很难独挡一面,因此,未来需要更加广泛的研究和分析核技术,使其支持于环境保护和污染治理工程的建设,依靠核技术提高人类生活环境质量。

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