十、环境污染辐射处理.ppt

第十章第十章 环境污染的辐射处理环境污染的辐射处理污染物的辐射处理污染物的辐射处理 指利用射线或高能电子等对环境中的污染物进行照射，促使被照射物发生变性、化学分解、氧化作用及生物消毒而达到去毒除污的目的。污染物辐射处理的优点污染物辐射处理的优点：高能射线对燃烧的废气、污水、污泥等固体废物处理，特别是生化法、焚烧法、化学法等难以处理的污染物具有重要意义；应用范围广泛；辐射处理不会向焚烧、弃海那样产生二次污染，能耗低；对污泥进行完全消毒时，辐射与氧、臭氧、氯、碘或加热同时使用时，能产生“协同”效应，其效果不是相加，而是能达到相乘的效果。辐射处理方法的缺点辐射处理方法的缺点 一次投资费用高，但从长期来看却较为合理。例如1MeV电子加速器对污泥处理费用为16元/M3，它的含固量（溶液中可溶性固体和悬浮固体的总量）为5%，即每吨干燥污泥的处理费用为330元；而用焚烧法处理每吨需1000元；如果采用氯气消毒或废水处理，虽然价格便宜，但氯气处理后余氯可能与水中的氨和有机污染物生成有毒的氯胺、氯仿、氯酚等，容易造成二次污染。第一节第一节 生活污水及工业废水辐照处理生活污水及工业废水辐照处理一、辐射氧化作用一、辐射氧化作用 废水经辐照过程，通过产生氧化、还原、废水经辐照过程，通过产生氧化、还原、分解、凝聚等化学反应而直接减轻了毒性或使分解、凝聚等化学反应而直接减轻了毒性或使有害物质容易除去。有害物质容易除去。废气中废气中NO降解的原理是电子束能量被气体降解的原理是电子束能量被气体中的氮、氧、水和二氧化碳等主要成分吸收，中的氮、氧、水和二氧化碳等主要成分吸收，形成离子和激发分子，在离子和激发分子向基形成离子和激发分子，在离子和激发分子向基态跃迁过程中产生自由基，这些自由基使态跃迁过程中产生自由基，这些自由基使NO氧化成硝酸，达到辐照降解的目的。氧化成硝酸，达到辐照降解的目的。苯酚废水分解是在氧存在下照射使较高苯酚废水分解是在氧存在下照射使较高浓度的苯酚以链式反应被分解，而在高剂量浓度的苯酚以链式反应被分解，而在高剂量率且率且pH值小于时，苯酚生成黄白色粉末值小于时，苯酚生成黄白色粉末状聚合物沉淀。状聚合物沉淀。多氯联苯（多氯联苯（PCB）在电气及涂料工业）在电气及涂料工业上广泛应用，辐照对碱性醇溶液上广泛应用，辐照对碱性醇溶液PCB的脱的脱氯反应，发现辐照对高浓度氯反应，发现辐照对高浓度PCB效果很好，效果很好，产物是联苯和氯，而氯最后生成产物是联苯和氯，而氯最后生成NaCl析出。析出。二、辐照脱色作用二、辐照脱色作用 印染废水中有机污染物组分复杂且含量印染废水中有机污染物组分复杂且含量高、色度深、碱性大、水质变化大，是公认高、色度深、碱性大、水质变化大，是公认的难处理的工业废水之一，采用射线对废水的难处理的工业废水之一，采用射线对废水进行辐照处理，只要染料是水溶性几乎都可进行辐照处理，只要染料是水溶性几乎都可脱色，对偶氮染料水溶液，脱色，对偶氮染料水溶液，2.0 kGy就能完全就能完全使废水脱色，若把辐照与氧化（加次氯酸）使废水脱色，若把辐照与氧化（加次氯酸）结合起来，则脱色的效果更为明显，并能用结合起来，则脱色的效果更为明显，并能用于处理那些用单纯的辐照法或单一氧化法难于处理那些用单纯的辐照法或单一氧化法难以处理的染料废水。以处理的染料废水。三、辐照使污染物改性三、辐照使污染物改性 污染物经辐照后可改变原有性状，污染物经辐照后可改变原有性状，由原来水溶性的变为沉淀物，由细菌由原来水溶性的变为沉淀物，由细菌难以分解变为细菌易分解而达到去污难以分解变为细菌易分解而达到去污的目的。的目的。水俣病患者水俣病患者水俣病发病原因水俣病发病原因“自杀猫自杀猫”与水俣病与水俣病 日本熊本县水俣湾，那里海产丰富，水俣日本熊本县水俣湾，那里海产丰富，水俣镇等地有镇等地有5万左右的居民，靠山吃山，靠水吃水。万左右的居民，靠山吃山，靠水吃水。1956年，水俣湾附近却发现了一种怪病。这种年，水俣湾附近却发现了一种怪病。这种病症最初出现在猫身上，被称为病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为被称为“自杀猫自杀猫”。这种这种“怪病怪病”日后成为轰动世界的日后成为轰动世界的“水俣水俣病病”，元凶是含汞的工业废水排放污染造成的，元凶是含汞的工业废水排放污染造成的，当汞在水中被水生物食用后，会转化成当汞在水中被水生物食用后，会转化成 甲基汞甲基汞（CH3HgCl）。这种物质导致）。这种物质导致“水俣病水俣病”，通通过活化分析可知道汞含量。过活化分析可知道汞含量。水俣病的有机汞经过照射后可变为水俣病的有机汞经过照射后可变为无机汞，有机汞是水溶的，可以沉淀物无机汞，有机汞是水溶的，可以沉淀物析出。析出。酚类经照射后产生有机物自由基，酚类经照射后产生有机物自由基，最后变成二聚体而析出。最后变成二聚体而析出。芳香族化合物的自由基主要是芳香族化合物的自由基主要是H和和OH，但是在废物中加入少量铁离子，但是在废物中加入少量铁离子，并使溶液呈弱碱性，在辐照后发生交联并使溶液呈弱碱性，在辐照后发生交联与氧化铁一起沉淀就很容易被除去。与氧化铁一起沉淀就很容易被除去。四、辐照杀菌四、辐照杀菌 生活污水与工业废水中含有生活污水与工业废水中含有大量致病性细菌及病毒，采用辐大量致病性细菌及病毒，采用辐照方法能有效地消灭它们，辐照照方法能有效地消灭它们，辐照灭菌原理将在第八章中重点论述。灭菌原理将在第八章中重点论述。第二节第二节 污泥的辐照处理污泥的辐照处理 目前污泥处置方式是土地利用、卫生填埋、目前污泥处置方式是土地利用、卫生填埋、焚烧、填海、厌氧消化、农用、热解、熔融、焚烧、填海、厌氧消化、农用、热解、熔融、制烧建材等制烧建材等。西欧以填埋为主，美、英以农用为主，日本焚西欧以填埋为主，美、英以农用为主，日本焚西欧以填埋为主，美、英以农用为主，日本焚西欧以填埋为主，美、英以农用为主，日本焚烧率全球第一，污泥处理后再农用是一条重要的途烧率全球第一，污泥处理后再农用是一条重要的途烧率全球第一，污泥处理后再农用是一条重要的途烧率全球第一，污泥处理后再农用是一条重要的途径。我国目前污泥尚无稳定合理的出路，主要以农径。我国目前污泥尚无稳定合理的出路，主要以农径。我国目前污泥尚无稳定合理的出路，主要以农径。我国目前污泥尚无稳定合理的出路，主要以农肥的形式用于农业，但城市和工业污泥内又含有大肥的形式用于农业，但城市和工业污泥内又含有大肥的形式用于农业，但城市和工业污泥内又含有大肥的形式用于农业，但城市和工业污泥内又含有大量的病菌、病毒、寄生虫卵等病原体，以及重金属、量的病菌、病毒、寄生虫卵等病原体，以及重金属、量的病菌、病毒、寄生虫卵等病原体，以及重金属、量的病菌、病毒、寄生虫卵等病原体，以及重金属、有毒物质等。有毒物质等。有毒物质等。有毒物质等。辐射处理污泥方便、快速，可辐射处理污泥方便、快速，可较彻底地杀灭污泥中的病源物、虫较彻底地杀灭污泥中的病源物、虫卵等，在作物上施用可实现污泥农卵等，在作物上施用可实现污泥农用的卫生化要求，风干的污泥可商用的卫生化要求，风干的污泥可商品化直接施用于花卉、树木、草坪品化直接施用于花卉、树木、草坪及高速公路绿化带等观赏植物，可及高速公路绿化带等观赏植物，可实现污泥处置的无害化再利用。实现污泥处置的无害化再利用。辐射处理污泥优点辐射处理污泥优点：能杀死污泥能杀死污泥中的微生物，消毒效果比热处理可靠；中的微生物，消毒效果比热处理可靠；能防止污泥中的杂草种子发芽，但不影响能防止污泥中的杂草种子发芽，但不影响正常种子的发芽；正常种子的发芽；不破坏污泥中的有机不破坏污泥中的有机氮化物，因此不会产生难闻的臭味；氮化物，因此不会产生难闻的臭味；辐辐照后的污泥具有良好的脱水性能，可省去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；化学絮凝剂和一些相应的设备；节省能节省能源；源；不增加污泥的体积，设备简单，操不增加污泥的体积，设备简单，操作方便。作方便。第三节第三节 燃烧废气的辐照处理燃烧废气的辐照处理 燃烧和生产工艺过程中排放的无用有燃烧和生产工艺过程中排放的无用有害气体，主要污染物有三大类：（害气体，主要污染物有三大类：（1）有害）有害气体，如气化物、一氧化碳、氮氧化物、气体，如气化物、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、氟化氢、氯及氯化氢等；（硫化氢、氟化氢、氯及氯化氢等；（2）烟）烟尘，即燃烧过程中排放的黑烟（未完全燃尘，即燃烧过程中排放的黑烟（未完全燃烧的炭粒、煤粒）和飞灰；（烧的炭粒、煤粒）和飞灰；（3）粉尘，即）粉尘，即生产中产生的颗粒物质。生产中产生的颗粒物质。伦敦光化学伦敦光化学烟雾事件夺烟雾事件夺去四千多人去四千多人生命。生命。自从自从20世纪世纪30年代以来，比利时、美国、年代以来，比利时、美国、英国、日本等先后发生了烟雾事件，造成了英国、日本等先后发生了烟雾事件，造成了很大的危害。很大的危害。最有代表性的是英国伦敦烟雾和美国洛杉最有代表性的是英国伦敦烟雾和美国洛杉矶光化学烟雾。伦敦烟雾主要是由硫氧化物矶光化学烟雾。伦敦烟雾主要是由硫氧化物引起的还原性烟雾；洛杉矶杉矶烟雾是由过引起的还原性烟雾；洛杉矶杉矶烟雾是由过氧化物和臭氧引起的氧化性烟雾。氧化物和臭氧引起的氧化性烟雾。NO与血红素结合，引与血红素结合，引起中毒；起中毒；NO2强烈刺激强烈刺激眼、鼻、呼吸系统使血眼、鼻、呼吸系统使血红素硝化；红素硝化；光化学烟雾光化学烟雾使头晕目眩，手足抽搐，使头晕目眩，手足抽搐，腐蚀金属，危害树木、腐蚀金属，危害树木、庄稼。庄稼。电子束烟气处理电子束烟气处理是一种等离子体技术，高能电子束照射除去烟气中含有的硫氧化物（SOx）和氮氧化物（NOx），回收产物变为氮肥（如硫酸铵及硝酸铵混合物）。原理原理是排烟中N2、O2及所含水分，经辐照后产生大量OH.、O.、HO 2.等氧化自由基，这些自由基与烟气中的SO2或NOX作用生成H2SO4和HNO3，雾状H2SO4和HNO3与注入反应器中的NH3相互作用生成白色粉状的硫酸铵及硝酸铵，这些副产物可以直接用作化肥。第四节第四节 固体废物的辐照处理固体废物的辐照处理 固体废物指人们在生产、生活及其他活固体废物指人们在生产、生活及其他活动中产生的固态、半固态废物，如工厂产生的动中产生的固态、半固态废物，如工厂产生的废液残渣、废弃的电池、电器、包装材料等。废液残渣、废弃的电池、电器、包装材料等。高能射线对家庭厨房垃圾及农业垃圾进高能射线对家庭厨房垃圾及农业垃圾进行处理，消毒灭菌后可用作动物饲料、工业原行处理，消毒灭菌后可用作动物饲料、工业原料及能源而加以利用，是一种具有巨大潜力的料及能源而加以利用，是一种具有巨大潜力的资源，以色列在资源，以色列在1975年就建立了日处理量为年就建立了日处理量为100300吨的固体废物辐照装置。吨的固体废物辐照装置。对高分子固体废物，采用加热降解法对高分子固体废物，采用加热降解法虽然能把聚合体分解为单体，但工业化成虽然能把聚合体分解为单体，但工业化成本高，还可能污染空气，辐射可以使它们本高，还可能污染空气，辐射可以使它们发生交联或裂解反应，辐射交联反应可改发生交联或裂解反应，辐射交联反应可改善高分子材料的性质，辐射降解在降低聚善高分子材料的性质，辐射降解在降低聚合物分子量同时，可调节某些高分子材料合物分子量同时，可调节某些高分子材料的分子量分布，也改变了制品的某些性质，的分子量分布，也改变了制品的某些性质，如废弃的聚四氟乙烯、聚丙烯、纤维素等如废弃的聚四氟乙烯、聚丙烯、纤维素等高聚物。高聚物。辐照方法可使聚四氟乙烯辐照方法可使聚四氟乙烯（PTFE）裂解成一种分子量为）裂解成一种分子量为10100 KD的蜡状粉末，这种粉末具有的蜡状粉末，这种粉末具有优良的润滑性、抗静电性，能与其优良的润滑性、抗静电性，能与其他塑料具有良好的互混性，是一种他塑料具有良好的互混性，是一种性能优良的新型润滑剂及脱模剂。性能优良的新型润滑剂及脱模剂。世界范围每年要抛弃几百万吨废旧塑料，世界范围每年要抛弃几百万吨废旧塑料，其中大部分直接丢入海洋，许多垃圾聚积在其中大部分直接丢入海洋，许多垃圾聚积在海洋和陆地上，便形成了白色污染海洋和陆地上，便形成了白色污染。聚丙烯（聚丙烯（Polypropylene，简称，简称PP）是一种半结晶的热塑性塑料，用于制作汽车是一种半结晶的热塑性塑料，用于制作汽车挡泥板、通风管、风扇、家用品、玩具、器挡泥板、通风管、风扇、家用品、玩具、器具注塑件等。具注塑件等。无规立构聚丙烯（APP）的支链原子无规则分布于主链的两侧，至今还没有找到有效的利用途径。把APP溶解于接近沸点的CCl4中，用射线辐照发生氧化降解，最后生成了光敏性聚合物，这种光敏聚合物与聚乙烯互溶性良好，把10%的改性APP与聚乙烯混炼制成的薄膜在阳光下能分解，用于制作可降解的农用光解薄膜。纤维素多糖的辐射降解纤维素多糖的辐射降解 高能射线辐照纤维素能破坏其结晶性，高能射线辐照纤维素能破坏其结晶性，加速水解反应，提高葡萄糖得率。加速水解反应，提高葡萄糖得率。对木材纸浆照射对木材纸浆照射1000 kGy，葡萄糖收率可达葡萄糖收率可达70%（以纤维素（以纤维素为基准），工业生产关键问题是为基准），工业生产关键问题是如何降低所需剂量，纽约大学研究结果认为如何降低所需剂量，纽约大学研究结果认为对废报纸浆预辐照对废报纸浆预辐照100 kGy，然后加入稀酸，然后加入稀酸在搅拌下高压加热到在搅拌下高压加热到232，葡萄糖得率可，葡萄糖得率可达达50%。20世纪是能源、材料、环境保世纪是能源、材料、环境保护和人体健康，即环保保健相互联系护和人体健康，即环保保健相互联系的世纪。的世纪。它明显突出环保保健这一特征，它明显突出环保保健这一特征，开发生物可降解材料是大势所趋，它开发生物可降解材料是大势所趋，它是解决当前是解决当前“塑料垃圾塑料垃圾”问题的有效问题的有效途径，而纤维素多糖类完全可通过辐途径，而纤维素多糖类完全可通过辐射降解方法，具有广泛的应用前景。射降解方法，具有广泛的应用前景。