核技術在環境保護上的應用

何婷 曾暢 張翔 肖洪文

【摘 要】隨著社會城市的不斷發展，環保理念已經深入人心，核技術對環境保護起著積極的作用，具有廣闊的應用前景。由于我國核技術在環境保護和污染治理上的應用起步較晚，仍存在較多急需解決的問題。本文主要闡述了核技術在環境保護和污染治理方面的現狀，分析了核技術與環境科學相結合過程中存在的問題，并提出了一些合理化的建議，以期為我國核技術環境保護科學做出貢獻。

【關鍵詞】核技術;發展現狀;環境保護;應用

中圖分類號： X505 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）04-0246-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.096

0 引言

核技術在環境保護中的應用研究始于上世紀七十年代，并逐步開始了切實可行的工藝實驗。核技術治理環境污染問題就是利用放射性核素或通過加速器產生的各種粒子來有效地治理廢水、廢氣和固體廢物。

1 核技術在環境保護和污染治理方面的應用現狀

核技術在環境保護和污染治理方面主要是借助高能射線和高速電子與環境污染介質之間相互作用，產生具有高活性的離子與自由基，通過一系列的物理化學反應，將污染物氧化或者化學分解，達到最終去除污染物、治理環境污染的目的。

核技術在環境保護和污染治理的實際應用過程中，與傳統“三廢”治理技術相比除具有節約能源資源、成本低、效率高等傳統優勢外，其化學物質零添加的獨有特點從源頭上有效避免了傳統污染治理過程中“二次污染”問題的發生，使環境污染治理的有效性得到空前提高[1]。

1.1 核技術在廢水處理中的應用

核技術在水處理方面的應用可以從兩方面進行分析，一方面是對飲用水的處理，另一方面是對生活污水和工業廢水的處理。

在飲用水處理方面，核技術及相關政策都較為完善，目前已經逐步發展到商業應用的階段。如德國利用60Co對井水進行凈化處理，防止病原微生物的污染等。

在處理生活污水和工業廢水方面，在高能射線的照射下，水分子會產生一系列具有很強活性的輻解產物，如OH-自由基，該自由基可與水中的各類污染物發生反應，使它們分解、改性或氧化，從而降低廢水中生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD），同時還能有效地殺死水體中病毒、細菌等有害微生物、消除水體臭味。現階段利用核技術處理生活污水和工業廢水在美國、日本等國家已經達到商業化應用階段。如美國利用60Co對高分子量聚丙烯酰胺廢水進行凈化處理;日本利用60Co對垃圾滲濾液進行輻照，分解有機毒物。在我國利用電子加速器處理工業廢水已經進入產業化的初級階段。如浙江投入試運行的5000m3/天印染廢水深度處理示范裝置，可將廢水中COD濃度從200mg/L降至60mg/L以下，出水水質滿足當地直排標準[2]。

1.2 核技術在廢氣處理中的應用

工業廢氣中含有大量的NOx、SO2，引入核技術，利用其輻射處理功能，能夠有效去除廢氣中的污染物質，同時還能得到有用的肥料。核技術在廢氣處理中的應用主要集中在電子束技術方面。具體的輻射處理過程示意圖見圖1。

由上圖可以看出，在輻射過程中，空氣中的O2、HO2能夠被有效分解生成O、OH、HO2等，這些活性粒子具有很強的氧化能力，能夠與空氣中的NOx、SO2等進行反應，最終生成HNO3和H2SO4，經收集器收集并儲存起來，可以被重新用作化學原料。如果在反應過程中注入NH4，不僅可以加速空氣中污染物的凈化效率，還可以得到 （NH4）2SO4和NH4NO3微粒及其復合物，既脫除了煙氣中的NOx和SO2，又可以獲得作為農業化肥的副產物，一舉兩得。

1.3 核技術在污泥處理中的應用

傳統的廢水處理方法會有副產物污泥產生。污泥中含有大量寄生蟲、細菌、病毒等有害物質，如果不經處理直接排放勢必會極大地影響生態環境。

采用電離輻射法處理污泥， 不僅可以達到徹底滅菌的目的，而且，電離輻射還能有效改變污泥的膠體狀態，達到除臭、脫水以及沉淀的作用。對污泥進行殺菌處理以后，可將其作為土壤改良劑來使用，能夠讓土壤更肥沃，是一種非常好的補充肥料。

現階段，污泥電離輻射處理技術已經在世界許多國家得以發展與應用。如美國、德國已建成處理量達1500噸/天的污泥輻照處理裝置，獲得比堆肥更好的效果;在泰國， 啤酒工業的污泥經輻照處理后烘干，再經3.3kGy的60Co-γ射線源輻照滅菌后，可作為魚飼料使用[3]。

1.4 核技術在固體廢物處理中的應用

工業固體廢物是指在工業生產活動中產生的固體廢物，是工業生產過程中排入環境的各種廢渣、粉塵及其他廢物。由于處理技術、經濟等原因，目前我國工業固體廢物除少部分綜合再利用外，其余大部分大多采用直接填埋或傾倒的方法進行處理和處置。不僅占用大量土地，而且嚴重污染土壤、地下水和大氣，嚴重威脅著環境安全，影響著公眾身體健康。

根據生態環境部（原環保部）發布的《2016年全國大、中城市固體廢物污染環境防治年報》顯示，2014年244個大、中城市生活垃圾產生量16816.1萬噸。它們一方面污染了環境，另一方面也造成了巨大的資源浪費。目前，垃圾的處理方法主要有三種：焚燒，填埋，回收再利用。從可持續發展、環境友好和易操作性來綜合評定上述三種方法，一個普遍的看法焚燒是三者中較好的一種方法。但由于焚燒法前期建設和后期運行維護成本較高，且焚燒過程中若溫度控制不當還會導致大量致癌物質二噁英的產生。同時，焚燒法對垃圾熱值有較高要求，即垃圾的熱值不低于5000kJ/kg。因此，目前急需一種更優越的垃圾處理處置方式。

近些年發展起來的核輻射廢物處理技術與等離子體廢物處理技術在固體廢物處理處置中正起著越來越大的作用。日本曾用輻照法處理廢紙、稻草、木屑等固體廢物，使其發酵及糖化產生酒精，保障了資源的循環利用。美國則采用對這類纖維素加酸后進行輻照處理獲得葡萄糖，能夠達到56%的回收率。聚四氟乙烯俗稱塑料王，用常規物化方法很難處理。它經200kGy以上的高能射線輻照后，降解形成蠟狀粉末，可用來制作潤滑劑或者表面活性劑。農產品加工廠的垃圾經輻照滅菌后，可用于動物飼料或農業肥料。

2 核技術在應用過程中的展望與思考

我國政府近期出臺了多項促進核技術應用發展的政策和法規，持續推進我國核技術應用的健康發展。在2018年1月1日實施的《核安全法》和現階段國家原子能機構正在積極推進的《原子能法》立法工作，都為核技術應用產業發展提供了法律保障。

現階段，國家的科技政策是以經濟建設為核心，以社會需求為背景，確定主要的資助領域和方向。隨著科學技術的迅速發展和對環境問題的日益重視，保護環境、污染治理已經成為我國重點發展的領域之一，核技術與環境保護和污染治理相結合正是體現和順應了國家這一科技政策的走向，很有發展前景。但就我國目前的整體形勢來看，核技術在處理環境保護和污染治理方面還處于初級階段，發展還不太健全，導致我國利用核技術處理環境問題還存在著一些不足[4]，還需要注意以下問題：

（1）核技術作為一項應用于環境治理中的新技術，必須具有前瞻性，必須與環境研究領域中的前沿和熱點問題相結合，根據環境保護和污染治理的實際需求，確定核技術的研究目標，集中多種核科學技術手段共同解決交叉領域中的問題，進一步提高核技術在環境保護交叉領域中的地位。

（2）注意加強研究成果向生產的轉化，建立相對完善、系統的核技術環保產業鏈。目前，我國核技術產業化的發展情況不太樂觀，只能研究出小規模的實驗室產品，研究核技術的儀器、設備缺乏產業化的生產渠道，沒有形成系列化與規模化生產，從根本上決定了我國核技術在環境保護應用方面的整體水平不高。因此，需要國家在政策和資金上給予一定支持，促進核技術產業健康發展。

（3）對在環境科學中從事核技術應用的研究者而言，不僅需要具備扎實的核技術基礎理論，還必須了解環境保護和污染治理的主要問題和最新動向。這樣才能在今后的工作中，清醒認識到核技術在環境保護和污染治理方面能夠提供什么樣的幫助，需要解決什么樣的問題，做到有的放矢。同時，還應制定和實施切實可行的激勵機制，充分調動從業人員的積極性，為我國核技術環境科學的發展與完善提供更多合理化建議與技術支持。

3 結語

綜上所述，核技術在環境保護和污染治理方面的應用已經取得一定成果，這些成果不僅具有重要的科學意義，而且為我國的環境污染治理提供了嶄新的科學思路。隨著該項技術的廣泛應用，定將產生巨大的經濟效益、環境效益和社會效益。但我們也必須認識到，與其他科學技術相比，我國核技術仍存在依賴性較強的問題，與世界先進國家還是有一定的差距。此外，由于核技術本身也存在某些不足，如成本高昂、技術復雜、工業化推廣困難、需要依賴大型設備等缺點，同時與環境學科交叉的深度和廣度還不夠，很難獨擋一面，因此，未來需要更加廣泛的研究和分析核技術，使其支持于環境保護和污染治理工程的建設，依靠核技術提高人類生活環境質量。

【參考文獻】

[1]張雪梅，黃敏，陳建新.復旦大學核技術專業實驗教學體系的創建與運行[J].中國大學教學，2013，（1）：88-90.

[2]杜靜玲，趙志祥，劉文平，等.中國核技術應用發展現狀與趨勢[J].同位素，2018，（3）：180-187.

[3]吳海輝.核技術在環境保護中的應用探究[J].科技創新與應用，2016，（19）：154-155.

[4]陳源.核技術及其在環境保護上的應用[J].應用科技，2016，（6）：291.