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核辐射技术在治理固体废物中的应用

2017-03-25 10:58          辐射防护 核技术 乏燃料
核技术是现代科学技术的重要组成部分,是当今世界重要的高科技领域之一,许多发达国家都把核技术视为科技制高点,并进行大力开发应用。核辐射技术在处理环境污染物应用面广,可用高能射线对燃烧废气、生活污水、工业废水、城市垃圾、及固体废物等进行处理都已取得良好效果。辐射能有效地的降解三废中的有机物;杀死废物中的有害病毒、有害微生物;提高污泥的沉降和过滤性能;节省大量能源。辐射利用射线并不接触放射源、有的不需要放射源只是电子加速器射线,所以不会带来核污染,安全可靠,特别对于那些常规方法难以处理的污染物具有重要意义。

处理废物垃圾的辐射方法是:利用γ射线及快速电子对垃圾进行特定剂量辐照,使其产生物理化学效应、及生物学效应等。核辐射技术在处理环境污染物应用面广,可用高能射线对燃烧废气、生活污水和工业废水消化污水及固体废物等进行处理都已取得良好效果。辐射能有效地的降解三废中的有机物;杀死废物中的有害病毒,有害微生物;提高污泥的沉降和过滤性能;节省大量能源。

核辐射技术在治理固体废物中的应用

由于辐射技术具有优良的杀菌效果,因此在港口粪便、医院废弃物、 城市垃圾和污泥消毒处理方面是最有效的方法之一。 甚至有人认为辐射技术结合其他技术如堆肥化、化学催化等对固体废弃物进行综合改性,是解决城市垃圾、污泥等固体废弃物的最好出路。

医疗废物和国际空港、海港的垃圾是产生量大且难处理的两大类固体废弃物。

医疗废物即从医院、医疗中心和诊所的医疗服务中产生的临床废物,包括手术、包扎残余物、生培养、动物实验残余物、传染性废物、废水处理污泥等。这些废物除含有大量的致病菌、病外,还含有化学药品甚至重金属化合物,还有大约20%的塑料(比如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等)。如果燃烧,会产生有毒气体产物。为了防止在处理这种废物时有传染疾病的危险,可通过辐照对医疗废物进行消毒。

国际空港和海港的垃圾含有大量的食物碎屑、塑料、纺织物、纤维素等成分,可能存在潜在的动物传染病病原体,国际废物消毒的一种方法是采用辐射技术。辐照装置可以设在空港区内,进行自动和连续地工作,也可以由同一个辐照设施处理生物医学废物和港口垃圾,这种概念设计既可靠又经济,能够满足清洁环境的现代要求。

污泥是废水处理过程中不可避免的副产物,最普通的废水处理步骤是隔筛过滤、初级沉淀、生物处理、二级沉淀和杀菌。在生物处理前后的沉淀过程中都会产生污水污泥。生活垃圾的产生量已经达到了警戒水平。城市污泥有较高含量的水分、有机污染物和病原体,有的还含有相当浓度的重金属。污水污泥的适当处理和处置是环境保护的重要部分。其实污泥中含有大量的能量与生物价值,是优良的农田肥料和土壤改良剂,但由于含有大量病原体而不能直接利用。堆肥化、巴氏消毒或化学处理等常规的方法处理效果均不十分理想,难于实现工业化处理。辐射技术可以克服常用处理方法的缺点,辐射处理过的污水沉积物得到的肥料与以污水热处理法得到的肥料十分相似,但是各种原始水样在沉积时形成的淤泥的体积比运到消毒工厂的污水体积要小1~2 个数量级, 因此只需要非常低的辐射功率。辐射技术是目前国际上普遍认为很有前途的污泥处理方法,γ 放射源和电子束辐照均可用于污泥的处理。(2006年)十年之前德国、美国就已建造了每天处理量达1500吨污泥的辐照处理设备。

辐射处理污泥的优点是:

①能杀死污泥中的病菌和病毒,消毒效果比热处理可靠;

②不破坏污泥中的有机氮化物,不会减少污泥的肥力、不会产生难闻臭味(巴氏热处理法中氮损失较多,污泥的肥力下降);

③能控制污泥中的杂草种子发芽,但不会影响正常播种种子的发芽;

④处理温度较低(25~30 ℃常温下即可),减少能耗和对工厂设备的腐蚀;

⑤可以氧化有毒的和危险的有机污染物(如杀虫剂、除草剂、多氯联苯等),把难于生物降解的物质转化为容易降解的化合物;

⑥辐照后的污泥具有良好的脱水性能,可省去化学絮凝剂和一些相应的设备;

⑦污泥经辐照灭菌后,可作为肥料直接在农田使用。

一种利用快中子反应堆处理生活和工业垃圾的新技术:可以从垃圾处理中得到金属、建筑材料、化工产品、电力和热力。该技术是通过在包有不锈钢双层外壳的核反应堆中加砌一个烧垃圾的炉子来实现。炉温可以达到 1500℃,此温度下所有的垃圾都会被汽化。向炉子中定期装入生活和工业垃圾,垃圾掉入吹氧的高温渣缸中,易燃部分迅速燃烧和汽化,矿物质部分在渣中熔化,金属由于密度较大在熔化后沉入底部。将金属定期铸成铸件用于加工金属制品;炉渣用于加工建筑材料;炉子及炉内高温气体由反应堆的不锈钢双层外壳之间循环的液体钠来冷却,升温后的液体钠(高达500 ℃)可为驱动汽轮发电机的蒸汽发生器供热。试验表明这套装置可处理生活和工业垃圾2×104t/a,发电功率为5 kW/a,能够实现自给有余。

对于核技术在环保领域推广应用的主要问题在于初始的造价较高(但运行便宜)和人们接受度还有待提高(科技意识)。然而对于常规方法难以处理的难降解有毒物质,采用辐射处理方法,具有较好的技术和经济可行性。此外,在辐射处理过程中,为了降低所需的辐射剂量,应当采取与其他常规技术如催化技术、敏化技术等相结合的方法,达到最佳效果。

近几十年来,核科学技术在环境科学研究中的应用已经取得可观的效果,在环境监测 、三废治理等方面均有着巨大的机遇。但同时,与环境学科交叉的深度和广度不够,目前难占有不可替代的位置,针对这一实际情况,必须深入分析,研讨对策,确定核技术在环境科学中的现实发展战略,相信核技术在环境科学中的应用将日趋繁荣,有着广阔的发展前景。



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