核技术在环境保护三废治理中的应用

文-江君 苏州热工研究院有限公司

1 核技术概述

核技术是指以核性质、核反应、核效应和核普学为基础，以反应堆、加速器、辐射源和核辐射探测器为工具的现代高新技术，具有较高的灵敏性和特异性，同时它还具有传统技术所不具备的抗干扰性和穿透性，正是由于这些特殊性质的存在，使得核技术被广泛应用到国民经济生产的多个领域，受到业内人士的广泛关注。而对于环境污染治理工程，需要有先进的技术作为支撑，而核技术在环境污染治理过程中具有重要的应用价值，符合环境保护的实质性需求。通常情况下，环境保护和治理的重点是工业三废问题，而传统的三废处理技术在环境治理中的应用还存在一些缺陷，而核技术自应用到环境污染治理工程后，不仅有效实现了对工业三废的治理，而且相对比传统的治理技术，而且在能源和资源消耗、成本投入等方面体现出巨大的优势，有效避免二次污染问题的发生，具有重要的应用和发展前景。

但对于核技术而言，大多数人会想到日本福岛核事故，认为发展核技术可能会对当地环境和当地居民的生命财产安全造成严重影响。这是片面的看待核技术，因为核技术不单单只有核电，生活中医院检查用的拍片机、公众场合入口的安检机等等都是核技术的应用，人们应该注意到先进核技术诞生所带来的积极作用和影响。核技术作为先进的高新技术，正确的应用不仅不会对人类生活造成影响，同时还能在诸多行业和领域做出巨大的贡献，尤其是在环境保护领域中应用核技术，成为当下环境污染治理的一种发展发展趋势，应该引起业内人士的高度重视。

2 核技术在环境保护三废治理的应用分析

2.1 核技术在废气治理中的应用

对于工业废气而言，危害性最大的就是硫化物和氮化物。这些污染物不仅污染大气，还会引发酸雨，给农业作物造成严重影响。而运用核技术对废气中硫化物和氮化物进行治理，不仅可以消除废气污染物质，同时还可以生产肥料。其原理如下：在核辐射技术作用下，空气中的水分和氧气会逐渐分离，从而形成一种氧化性极强的活性粒子，而生成的活性粒子又会与废气中的硫化物和氮化物发生氧化反应，将其氧化成HNO3和H2SO4。在上述氧化反应过程中，如果加入一定量的氨，一方面可以提高废气污染物的去除效率，另一方面还可以进一步反应生成NH4NO3和(NH4)2SO4两种肥料。

目前电子束辐照技术在烟气脱硫脱硝上的应用已达到工业化水平。在电子束辐照剂量3kGy，烟气处理量3万m3/h的条件下，利用电子束辐照技术可以将烟气中的二氧化硫和氮氧化物的去除率分别达到80%和20%，副产品产量为2480kg/h。该方法不产生废水废渣，无二次污染，副产品为硫铵和硝铵混合物，可作为肥料。电子束辐照技术用来处理挥发性有机化合物如氯乙烯、苯系物、多环芳烃（PAHs），从1980年代至今国内外已经开展了大量研究工作。其机理主要是通过辐照作用，将复杂难处理的有机化合物降解为小分子有机物等其他物质，以便后续进一步处理。此外，电子束辐照方法也能够有效的净化如汽车尾气、焚烧炉的废气及其他有毒有害气体。

另外，低温等离子处理技术是净化废气的一种新型技术。虽然该技术相当发展成熟，处理效率高，但鉴于单一使用成本稍高，实际案例较少。低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质中的第四态，当外加的电压达到气体放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基的混合体。利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子发生分解，并发生后续各反应以达到降解污染物的目的。该技术可用来处理VOCs、恶臭等异味气体及油烟等。若将该技术与传统技术如催化氧化技术结合，则不仅可弥补单一技术使用的缺点，而且降低了运行成本，应用范围更广。

2.2 核技术在固体废弃物处理中的应用

我国每年产生大量的固体废弃物。固体废弃物的处理方法大致可以分为以下几种，即垃圾填埋法、垃圾焚烧法、固体垃圾分类回收法等。在以上方法中，填埋法和焚烧法是目前较为常用的方法。由于多方面原因的限制，当下我国对于这些危险废弃物的处理大都是进行暂时性的堆放或填埋处理。如此处理方法不仅会消耗大量的土地资源，而且日后还会对区域地下水和土壤造成严重的影响。焚烧法由于处置设施相对较少、产生二次污染等问题，也无法满足日益增多固体废物需求。

在各项核技术处理固体废弃物中，等离子体技术具有高效、低能耗及无二次污染的特点，为固体废物的处理开拓了新途径。等离子体是呈电中性的气体，是由大量正负带电粒子和电中性的粒子组成，粒子的能力一般为几个至几十电子伏特，大于固体废物聚合材料的结合能，可将固体废物分子分解。目前国内首台套等离子体危废处理的示范项目（广东省清远市10t/d等离子体危废处理项目，处理以医疗垃圾为主的综合危险废物）为国内医疗垃圾、生活垃圾、废矿物油等危废物的处理探索出了一条新路。等离子体危废处理技术利用等离子体瞬间产生的上万度高温，将二噁英等有机污染物快速裂解为无害化的小分子，将重金属等无机污染物固化在玻璃体中，最终得到的玻璃体可作为路基、建材等被使用，真正实现固体废物，达到减量化、无害化、稳定化及资源化目标。另外，等离子体炉渣气化熔融技术也是新一代的危废处理手段，其可实现对回转窑炉渣及飞灰、医疗垃圾、城市生活垃圾、电子垃圾、工业废物在内的各种危废及一般工业固废的无害化处理。

2.3 核技术在废水处理中的应用

苯环（诸如多氯联苯、氯酚等）等有机物一般具有较大的毒性，易溶于脂，具有稳定的化学性质，部分有机物还具有挥发性。常规的污水处理工艺对其处理效果一般不理想，出水中仍然残留有较多的有毒有害有机物。而核技术在该方面的应用可以有效解决上述问题，特别是核技术中的电子束辐射方法，在污水处理方面表现出清洁、高效、无二次污染的巨大优势，能够分解处理多种污染物质，因此日益受到人们的重视，目前主要利用能量范围为0.7～10 MeV的电子束流对污水进行辐照处理。

使用电子束辐射法来处理各种污水时，由于电子束流的辐照能量大部分会沉积在水分子中，当电子束辐照能量超过水分子化学键的键能和分子的电离势能时，化学键和分子的结合能就会被破坏。辐照将水分解为如OH等活性较强的自由基或粒子，它们能够与水中的污染物发生加成、取代、电子转移、断键等反应，达到降解污染物，降低污水中的化学需氧量和生化需氧量，以及有效地杀死水中的病菌等有害微生物，同时去除掉污水中含有的臭味，最终达到净化水质的效果。我国印染废水的排放量很大，其废水一般具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点，利用加速器产生的电子束流对污水进行辐照，可以使水中的污染物发生分解或降解，有毒有害物质发生变性等，从而达到消毒进化废水的目的。目前中国首个电子束辐照处理工业规模印染废水示范工程在浙江金华已启动，该示范工程采用电子束辐照技术对印染废水进行深度处理，每天处理量为1500～2000m3，可以高度去除废水中残留的污染物，出水COD在60mg/L以内，色度10倍以下，不返色，无二次污染，出水水质稳定，达到直接排放标准。除了能够辐照降解废水中的有机物污染物外，电子束辐照技术还可以处理废水中的无机物，例如含Pb2+和Hg2+的废水。在辐照产生的水合电子和氢原子作用下，金属离子会被还原为单价金属，并从溶液中沉淀出来。通过辐照还可以降解废水中含氰化物和络合氰化物等剧毒物质。

对于电子束辐照技术本身而言，采用的辐照剂量大小直接影响污染物处理效果。要使污染物彻底去除就要消耗大量的能量，这显然也是不经济的。因此，国内外学者开展了电子束辐照技术与其他技术联合使用的研究，例如电子束辐照技术与生化处理工艺的结合、与臭氧的联合、与活性炭吸附的联合。研究结果表明采用电子束辐照技术与其他技术联合使用，提高了污水处理效率的同时又非常经济环保。

3 结语

综上所述，核技术在环境保护中的应用能够有效地控制环境污染的问题，为生态平衡的恢复提供了技术保障。为了让核技术能够在环境保护中发挥更大的作用，本文建议今后应该在以下方面加强对核技术在环境保护中的研究：①深入研究核技术对不同污染物的去除机理；②开展核技术与常规环保治理方法联合治理研究；③加强核技术在环保中的应用培训和宣传教育。