輻照技術在環境保護中的研究現狀及應用情況分析

趙俊超，賈明慧，董曉晴

(北京市科學技術情報研究所 北京100120)

輻照技術在環境保護中的研究現狀及應用情況分析

趙俊超，賈明慧，董曉晴

(北京市科學技術情報研究所 北京100120)

以輻照技術在環境保護中的應用為重要研究領域，從學術論文、科學家主體、研究機構主體三方面對國內輻照技術在環境保護中的研究現狀進行分析，得出相關結論，同時借鑒國外的應用情況，提出輻照技術今后發展的意見建議。分析數據均取自中國知網、維普、萬方數據庫的文獻數據。

輻照技術 電子束 環境保護

輻照技術是當前出現的一種高新的污染治理手段之一，近年來備受關注。輻照技術具有無二次污染、干凈清潔、安全可靠等優點，因此有著廣闊的發展前景。國際原子能機構在21世紀利用原子能這一重要研究領域，將輻照技術應用在環境保護中。本文從學術論文、科學家主體、研究機構主體3方面對國內輻照技術在環境保護中的研究現狀進行分析，同時借鑒國外的應用情況，提出了輻照技術今后發展的意見建議。

1 數據的來源及分析方法

本研究統計文獻數據來源于中文論文數據庫。本次統計范圍是2008—2014年期間輻照技術在環境保護領域中發表的論文情況。

本文以“輻照、廢氣”、“輻照、廢水”、“輻照、污泥”、“輻照、固體廢物”為檢索關鍵詞，根據檢索出論文的關鍵詞、摘要，將輻照技術在環境保護領域相關的論文進行篩選，并對輻照技術在環境保護領域論文的關鍵詞、論文產量與變化趨勢、發文總量、文章被引總數、論文作者等進行分析，并得出相關結論。

2 國內輻照環保領域研究現狀及技術應用情況

2.1 研究現狀及趨勢

2.1.1 論文數量及變化趨勢

本文以“輻照、廢氣”、“輻照、廢水”、“輻照、污泥”、“輻照、固體廢物”為檢索關鍵詞在萬方數據庫的中文論文中進行搜索，統計出輻照技術在環境保護領域發表論文共計322篇(見圖1)。

輻照技術在環保領域的發文量一直處于平穩的狀態。通過圖1對輻照技術在環保領域發文總量的變化趨勢進行分析，2010年的發文量達到一個高產期，共計發文63篇；從2011年開始，出現了一個小幅度的遞減趨勢。在不考慮其他因素的前提下，輻照技術在環保領域的發文量出現遞減的趨勢，很大程度上是文獻網絡在線刊載滯后因素所導致，但總體上與之前的發文量基本持平。

圖1 領域發展趨勢圖Fig.1 Development tendency of different fields

2.1.2 關鍵詞詞頻分析

通過統計輻照技術在環保領域發表論文出現次數最多的前10個關鍵詞詞頻(見表1)，在該領域出現最多的關鍵詞是“微波”，一共出現72次；其次為“廢水處理”，出現44次；再次為“活性炭”，出現28次。通過表1可推斷該領域的研究重點是：微波輻照技術在廢水處理、污泥、有機污染物領域的應用。

表1 高頻關鍵詞Tab.1 High frequency keywords

2.1.3 關鍵詞變化分析

將該領域論文按照時間排序，可見在一定的時間段內環保應用領域的研究重點是存在規律的。2008—2011年展開的研究主要是利用微波輻照技術在廢氣、廢水、污泥固體廢物處理方面進行應用；2012—2014年則主要是利用電子束輻照技術在廢水處理、污泥、有機污染物領域開展應用。由于文獻網絡在線刊載滯后，所以導致高頻關鍵詞還是停留在早期研究的關注點上，但實際上近兩年的發展趨勢已經轉移到電子束輻照技術在廢水、污泥、有機污染物方面的應用研究(見表2)。

表2 關鍵詞變化表Tab.2 Variation of keywords

2.2 科學家主體研究現狀分析

2.2.1 論文高產作者

以2008—2014年發文量為基礎數據，發文量排名前10名的作者如下：

表3 科研人員研究現狀信息表Tab.3 Research status of scientific researchers

從表3中可以看出，輻照技術在環保應用領域的研究分為兩個時期，早期開展研究的科研人員有馬春、王鵬、孫德棟、董曉麗、潘維倩。其中馬春、孫德棟、董曉麗之后有淡出跡象；研究時間最長，且一直活躍在該領域的研究人員主要是王鵬、潘維倩。2010年以后在該領域開展的研究越來越被科研人員所重視，研究開始受到關注，科研人員較為活躍，上升趨勢明顯。突出的有劉秀華、何仕均、梁霞、鄧義、王建龍。

2.2.2 高被引論文作者

論文被引用次數最多的科研人員如表4 所示。

通過表4高被引論文可以看出，輻照技術在環保應用領域開展的研究主要集中在廢水、污泥方面。研究團隊有5個，分別是王鵬、潘維倩、袁春燕；聶錦旭、劉力凡、劉汨；孫德棟、馬春；陳芳艷；王同華。通過他們的研究，大致上可以看出研究的關注點主要是通過微波輻照技術誘導廢水、污泥中吸附劑的變性，為污泥的資源化利用找到更加有效、環保的新途徑。

表4 高被引論文信息表Tab.4 Information of highly cited papers

2.3 科研機構主體研究現狀分析

2.3.1 論文高產單位

在該領域學術論文中，對發文總量排名前10的作者進行統計分析，可得到作者發文量及高產單位信息表(見表5)。

表5 高產單位信息表Tab.5 Information of organizations with high quantity of papers

通過對論文高產作者的相關單位信息進行統計，可以看出不同時期科研機構的研究重點不同，使用的技術方法也不同。

最早在該領域開展相關研究的機構有大連工業大學化工與材料學院，隨后有淡出的趨勢；哈爾濱工業大學則是該領域開展研究時間最長的機構，前期研究主要集中在通過微波輻照技術處理污泥，后期開展的研究主要側重于通過電子束輻照技術處理廢水；中國工程物理研究院和清華大學核能與新能源研究院近年來開始受到關注，活躍度呈上升趨勢。

2.3.2 論文高引用單位

在該領域學術論文中，哈爾濱工業大學王鵬、潘維倩、袁春燕的研究團隊發表的《微波誘導熱解污泥制備吸附劑的研究》被引次數為15次，是該領域被引次數最多的；其次，聶錦旭、劉力凡、劉汨的研究團隊發表的《微波強化鋁改性膨潤土對水中氨氮的吸附性能》被引次數為12次(見表6)。

表6 高引用單位信息表Tab.6 Information of highly cited organizations

輻照技術在環保領域應用的研究論文中，《微波誘導熱解污泥制備吸附劑的研究》是被引次數最多的論文。說明該篇論文論述輻照技術在環保領域應用研究中具有一定的創新性。被引證次數最多的觀點包括：袁春燕等采用微波誘導熱解污泥制備污泥吸附劑，通過實驗得到該法制備污泥吸附劑的最佳工藝參數，驗證了微波誘導熱解污泥制備污泥吸附劑技術的可行性。從被引次數較多的知識點可見，哈爾濱工業大學研究的微波誘導熱解污泥制備污泥吸附劑技術具有一定的創新性，且該研究成果得到了廣泛認可。

其次，廣東工業大學聶錦旭、劉力凡、劉汨的研究團隊發表的《微波強化鋁改性膨潤土對水中氨氮的吸附性能》被引證次數最多的觀點包括：近年來，世界上膨潤土的開發利用發展迅速，主要集中在深加工技術的改進，如微波法在膨潤土加工中的應用等等，可推斷廣東工業大學微波法在膨潤土深加工技術(對水中氨氮的吸附性能)中的應用具有創新性，在該領域具有一定的影響力。

2.4 技術應用情況

2.4.1 輻照技術在廢水處理中的應用

近些年我國對輻照技術開展了深入探索，并逐步將其應用于污水的處理中。比如中科院上海應用物理研究所的邊紹偉、上海大學射線應用研究所的顧建忠、清華大學核能與新能源技術研究院的劉宇、黑龍江省科學院技術物理研究所的張玉寶、南京大學的劉下國等對電子束輻照技術進行了實驗研究，取得了一定的成果。由于我國在這方面起步較晚，基礎相對較弱，利用輻照技術處理污水這一實際處理工藝還處于探索階段，與其他國家相比還存在一定的差距，還要做很多基礎工作。

2.4.2 輻照技術在廢氣處理中的應用

隨著電子束輻照技術的不斷發展，其應用已滲透到多個領域，應用范圍不斷擴大，在環境保護中也顯示出巨大的應用潛力。相較之前的常規廢氣處理技術，電子束輻照技術適用于常規廢氣處理技術難以處理的環境污染物，并且具有無二次污染、干凈清潔、操作方法簡單、處理效率高、費用低等特點。例如杭州協聯熱電電子束脫硫技術、北京京豐熱電電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術在對于廢氣的處理上已經初步實現了工業化。

2.4.3 輻照技術在污泥處理中的應用

中國科學院近代物理研究所研發的高能電子束技術使污泥的處置處理問題得到了有效的解決。電子束經由中科院近代物理研究所自行研發的高能電子加速器提供，將處理不了、剩余的污泥進行無害化處理。這樣，處理過的污泥一方面在農業上可以得到再生利用，另一方面還可以用于再生燃料的制造。

2.4.4 輻照技術在固體廢物中的應用

高分子固體廢物的回收再利用可以通過輻照技術與高分子材料相互作用的特點得以實現。其中上海大學生產的粘膠就是利用低輻照劑量漿粕經過輻照處理方法生產的。

橡膠的硫化和廢舊橡膠的脫硫化也可以利用輻照技術。處理方法主要是利用橡膠對電子束輻照技術和γ射線具有敏感性這一特點，改變橡膠的加工性能和耐用性，使廢舊橡膠發生化學鏈解聚，從而提高廢舊橡膠的再生利用。

3 國外輻照環保領域研究現狀及技術應用情況

3.1 廢水處理領域中輻照技術的應用

美國研制了大規模電子加速器處理廢水裝置并于1984年在邁阿密投入使用。俄羅斯輻照凈化廢水技術由Voronezh合成橡膠廠研發成功，并很快應用到工業領域。巴西自1996年開始致力于電子加速器處理飲用水、污水的研究，其原子能研究所開發建立的大規模電子加速器水處理示范裝置，對生活污水的消毒，工業污水中染料、苯酚、油和脂的分解及飲用水中三鹵甲烷的去除都有明顯效果。韓國的三星Heavy Industries(SHI)公司與俄羅斯物化所聯合開發建立的電子束處理廢水裝置，能夠處理大丘染化工業公司的印染廢水。與此同時，建立了造紙廢水再循環的電子束處理商用示范裝置。

3.2 廢氣處理領域中輻照技術的應用

廢氣污染主要指煙道氣污染，現已成為世界眾多污染問題中最為突出的一個。它能形成酸雨和嚴重的溫室效應。日本、德國、美國等國家極為重視對廢氣的輻照處理。

例如，美國Ebara公司已擁有電子束處理煙道氣體的技術并投入應用。俄羅斯的Kurchatov原子能研究所、莫斯科州立大學俄羅斯科學院高溫研究所、Tem-ploelekroprokt研究設計院等都陸續開展相關研究。

3.3 污泥處理領域中輻照技術的應用

污泥輻照處理技術在早期工業革命發展較快的國家也得到重視，并已產生一定成果。如前聯邦德國最早建立了試驗工廠，該廠于1973年建造，在含有4%,固體的污泥中，采用瞬時強γ輻射殺死病菌，經輻照處理的污泥仍保有原養分，可用作肥料且性能遠超過堆肥和巴氏消毒法處理過的污泥。

此外，日本原子能研究所已著手研究電子束滅菌后制成堆肥的處理污泥工藝；美國匹茲堡Carnegie Mellon研究所環保研究中心研制了含油淤泥的脫油技術，其微波脫油處理系統比常規法快30倍，體積比常規的乳液分離系統小90%,；泰國研發的3,kGy射線輻照能將啤酒工業產生的污泥輻照處理并達到喂食魚類的標準；越南射線輻照技術可讓輻照后的污泥成為播種體的載體。

3.4 固體廢物處理領域中輻照技術的應用

固體廢物處理領域中輻照技術的應用也逐漸得到重視，其中以美國CYCLEAN公司的輻照技術最為先進。該技術能夠100%,地回收利用建筑垃圾、再生舊瀝青路面的材料，且生產質量與新拌瀝青路面材料相同，成本是新拌瀝青路面材料的l/3，因此費用和污染被大大降低。美國其他研究所也將輻照用于對纖維素的處理，從中得到葡萄糖，回收率最高達到56%。

其他國家也有類似的技術，例如俄羅斯，其物理動力研究所可利用快中子反應堆處理生活和工業垃圾，該技術不僅可以用經過處理的垃圾提取金屬、建筑材料、化工產品，還可將其轉化為電力和熱力；日本將輻照技術用于木屑、廢紙、稻草等的處理，通過糖化進而發酵成為酒精。

4 戰略需求發展措施及建議

就目前我國加速器電子束輻照技術的發展及應用現狀來看，今后的工作要從以下幾個方面進行探索研究：

4.1 深入分析污染物的去除機理

由于我國輻照技術起步較晚，為了更好地發揮電子束輻照的作用，我們應繼續深入分析污染物的去除機理，從而大大提高電子束輻照的利用率。

4.2 提高電子束的強度，發展新型加速器

當前，現有的輻照技術已經滿足不了高要求的污染物質的處理，因此需要新型輻照技術。為了達到相應的技術水平，就需要提高輻照劑量，提高電子束強度和能量，發展新型的輻照加速器，從而實現高質量的處理效果。

4.3 電子束輻照技術與其他工藝技術的互補研究

電子束輻照技術通常與其他工藝聯合使用，以達到降低能耗、節約成本、提高處理效率的效果，因此需要對相應對象進行充分了解，從而選用適合的聯合技術，彌補彼此的不足。

4.4 提高電子束輻照技術的研究水平，充分利用其優點

目前國外電子束輻照技術在各個方面得到了廣泛應用，但我國電子束輻照技術基礎相對較弱，在應用方面還存在較大差距。我們應拓寬電子束輻照技術應用領域，提高研究水平，充分利用輻照技術的優點，加快實現產業化。

4.5 緊湊型輻照加速器的研發及其規模產業化應用

隨著市場逐漸多樣化，需求也更加多元化。電子束輻照技術需適應各種空間、環境，因此研發緊湊型輻照加速器才能滿足市場需求。將該技術靈活化才有助于其進一步實現規模化、產業化發展。只有產業化發展才能最大程度地將該技術推廣并使其得到最大化利用。

4.6 亟需出臺政策法規規范市場

技術一旦應用于市場，就會出現一系列社會問題，因此亟需相關部門出臺政策、法規，一方面用于對技術的保護，另一方面用于對市場的監管、引導。此外，加大宣傳力度，使該項技術在更大范圍內得到推廣，不僅能加強大眾的認識、提高國民科學素質，更能吸引年輕一代致力于技術開發，從而使這一技術不斷發展創新?！?/p>

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Analysis on Research and Application Status of Irradiation Technology in Environmental Protection

ZHAO Junchao，JIA Minghui，DONG Xiaoqing
(Beijing Municipal Institute of Science and Technology Information，Beijing 100120，China)

To study the application of irradiation technology in environmental protection，research status of irradiation technology in environmental protection in China was analyzed from three aspects，including academic papers，scientists and research institutions and relative conclusions were obtained．Advices for the development of irradiation technology were proposed based on both foreign and domestic application status of the technology．The data in the paper were collected from CNKI(China National Knowledge Infrastructure)，VIP database and WANFANG database.

irradiation technology；electron beam；environmental protection

N99

A

1006-8945(2016)03-0015-05

2016-01-26