用“核武器”处理城镇污水？中国的黑科技再也藏不住了！
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近日，一则「核工业“黑科技”处理城镇污水」的消息冲上了新闻热搜。
核技术....处理污水？这是不是太“疯狂”了？
更“疯狂”的是，这项技术并非大佬们的畅想，而是已经项目落地的现实。
不过请放心，肯定不是说要用核弹轰炸污废水的意思。
这里的核技术是利用被加速的电子束流照射被处理对象，使其发生常规方法难以引发的物理化学及生物学反应，从而达到净化物质等目的，这种方法叫做电子束辐照技术。
电子束辐照技术处理污水，其原理是利用电子加速器产生的高能电子束瞬间照射污水，使污水中的水分子分解生成的强氧化物质与各类有机污染物发生作用，实现氧化分解和消毒灭菌。
污水经过电子束深度处理后，可大幅降低化学需氧量，同时促进有机磷与有机氮的转化，实现全指标稳定达标排放。
与传统处理手段相比，电子束辐照技术占地面积小，使用方便，不会产生污泥等二次污染，杀菌效果显著。其核心设备——电子加速器的寿命也比较长，一般可以用20年以上，相比其他处理设备更加方便稳定。
在核与辐射安全方面，电子束辐照技术虽属于核技术，但并不使用放射性核素。
废水在经过电子束辐照处理后，不存在放射性，不会产生和排放有毒害副产物，更不会对周边居民的环境与生活造成不良影响。不仅如此，其核心装置电子加速器通过电源控制开启和关闭，断电后也不产生任何辐射。
电子束辐照技术的应用范围也很广。包括：饮用水、生产和生活污水、污泥的杀菌消毒；印染废水的脱色、除臭、除味；降解污水中的有机污染物质；工业废水中高分子物质的辐照聚合处理：污泥胶体脱稳、增加其脱水性以及可过滤性；杀菌除垢及就地再生活性炭等。
特别是对于一般技术难以处理的、难降解的有毒物质．电子束辐照技术具有技术和经济可行性。
综上所述，电子束辐照技术安全、绿色、高效、稳定，具有适应面广、反应速度快、降解能力强、处理效率高、使用成本低等优势。
电子束辐照对氨氮的影响
电子束辐照对污水中的氨氮有一定的去除作用，辐照对污水中氨氮的去除主要是由于氧化作用的结果。
开始氨氮含量下降速度很快，可能是因为低剂量时促进了微生物的代谢，利用水中的氮源合成了蛋白质导致氨氮含量的下降。
但随着辐照剂量的增大，微生物损伤加强以致于全部灭绝，失去了氨氮的处理能力。当辐照剂量大于5 kGy 时，氨氮含量呈线性下降趋势，主要是电子束辐解水产生的活性粒子的作用结果。
可见，电子束辐照对污水中的氨氮有一定的去除作用，经过射线处理后废水中的氨氮的含量明显降低，随着剂量的增加，其含量逐渐减少，当辐照剂量达到120 kGy时去除率达到47.8%。但考虑到成本因素，最好还是与其他处理方法并用以实现低成本处理污水。
电子束辐照对污水COD的影响
辐照去除污水中的COD主要是依靠电子束与水分子作用产生的eaq-、·H和·OH等活性自由基与污水中的污染物间接作用的结果。
研究表明，随着辐照剂量的增大，COD的含量呈下降趋势，开始下降很快。而当剂量达到20 kGy时，COD含量变化平缓，去除率达到63.5%。
由此可见，水中有机污染物的去除并不是随着辐照剂量的增大有显著变化，单一的辐照方法并不能很好地去除水中的污染物，将辐射方法与其他方法相结合会产生很好的协同效应，有助于污染物的进一步去除。
电子束辐照对pH值的影响
污水的pH值在7～7.2之间变化，接近中性。随着剂量的增大pH值并没有多大变化，几乎是一条水平直线，可见辐照对污水的pH值没有影响。
电子束辐照对大肠菌群的影响
电子束辐射主要通过间接效应及通过水分解产生羟基自由基·OH，氢自由基·H和水合电子eaq-而起作用，这3种粒子具有很强的活性，能够对细胞核病毒中核酸、蛋白质和其他分子产生各种损伤。
研究表明，城市污水采用辐射杀菌效果明显、稳定可靠，而且不受其他条件的限制，只要控制好照射剂量就可以达到所需要的杀菌目的。
值得一提的是，当剂量达到4 kGy时，能达到城市污水排放的一级A标准。
目前，电子束辐照技术在污水处理方面的主要有以下5个应用方向：
a、降解有毒有害和难处理的有机污染物，将难以降解的化合物转变为较容易被生物或化学氧化的形式；b、去除污水中无机重金属离子；c、消毒杀菌；d、与其他传统工艺技术相联合处理工业废水；e、污水中固体成分（污泥）的辐照处理。
1、电子束辐照降解有机物
中国作为纺织业大国，印染废水的排放量常年居高不下，并且这些废水中还含有多种难处理的有机物，对环境造成了极大的危害。
有研究人员从某纺织厂提取了印染废水样本，对其进行了电子束辐照研究。研究发现：当辐照时间相同，随着辐照剂量的提高，印染废水的COD去除率也会随之增加。在辐照剂量为14kGy情况下对印染废水辐照5S，废水中COD的去除率可以达到15％以上。
国外利用电子束辐照技术去除污水中有机物的应用主要集中在辐照降解含氯有机物。通过对电子束辐照技术去除全氯乙烯、四氯乙烷的效果进行研究，结果表明：
对饮用水中四氯乙烷的去除效果最好，用5 kGy的辐照剂量就可以将其去除98％。而对污水厂二级出水，用高达8.3kGy的辐照剂量，也只能去除95％的四氯乙烷。
对饮用水中全氯乙烯的去除效果要好于对处理厂进水：5 kGy的辐照剂量去除率达到99.9％：而对处理厂进水，8.3 kGy的辐照剂量仅能去除96％的全氯乙烯。同时研究还发现，自由基消耗剂的存在会降低四氯乙烷和全氯乙烯的去除率。
2、电子束辐照降解无机物
污水中的无机污染物可以利用电子束辐照技术去除，去除过程以还原反应为主，并且在含氧量低的条件下可以有效提高还原性物质的产量。
有研究者利用电子束对含Pb2+和Hg2+的废水进行了电子束辐照处理研究。结果表明．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从溶液中沉淀出来。
Hg2+对于Pb2+去除容易，质量浓度为0.001 mg/L的Hg2+在3 kGy辐射剂量下就可以完全去除，而相同质量浓度的Pb2+在辐射剂量高达40 kGy时也只能去除96％。
值得一提的是，利用乙醇消除水中的·OH，可以有效阻止沉淀出来的金属被重新氧化。
3、电子束辐照消毒杀菌
污水中含有大量的细菌，会传播疾病，需要对其进行充分处理后才能作为生产和生活用水。传统的消毒方法，如采用液氯和二氧化氯对饮用水消毒，在杀灭细菌的同时有可能引入其他的不利物质。
由于细菌由有机复合物构成，电子束辐照可以对其有效失活。通过研究不同电子束辐照剂量对城市污水中细菌的影响，结果表明：
电子束辐照对灭除污水中的大肠杆菌具有显著效果，2 kGy的辐照剂量下，菌群数量可以降低2个数量级，而当辐照剂量提高到4 kGy时，菌群数量又降低3个数量级。
据了解，美国、韩国、奥地利、挪威等国家都在应用电子束辐照技术对城镇污水或饮用水进行杀菌消毒处理。特别是巴西从1996年就开始研究用电子束辐照技术进行处理。
巴西原子能研究所还建造了1套电子束辐照加速器的示范装置，主要应用于生活污水的灭菌消毒，以及工业废水中污染物的去除等，取得了较好的效果。
总之，电子束辐照可以有效减少细菌数，尤其是总大肠菌群数经过电子束辐照后会降到一个安全的水平。
4、电子束辐照技术与其他工艺联合使用
对经过其他技术处理后的水体进行电子束辐照，会使处理工艺得到极大的优化。有研究者将电子束辐照技术与传统工艺中的生物处理技术结合处理废水，先用生物处理技术去除污水中的部分污染物质，再用电子束辐照的方法去除剩余的难降解有机污染物。
结果表明，在20kGy的辐照剂量下，进水和粗格栅出水中有机物去除率达到99％；细格栅出水去除99％的有机物，仅需要10 kGy的辐照剂量；最后出水仅仅需要5 kGy的辐照剂量。
由于辐照剂量和穿透力是限制电子束辐照的主要因素，因此要彻底地清除污染物就要消耗大量的能量。有研究者分别采用臭氧+电子束和臭氧+生化方案对地下污水进行处理。
结果表明，两种工艺都能达到对废水处理的目的，而且采用臭氧+生化工艺可以节省更多的能量，要比前一套方案经济。但是采用臭氧+电子束处理工艺技术具有可以一步实现对废水的处理且不产生污泥的优点。
5、电子束辐照对废水中污泥的处理
传统的生物和化学处理方法在杀菌方面可以达到一定效果，但是污泥中的部分有机质和一些有毒污染物却不能得到较好分解，尤其是对于一些非生物降解物质。
堆肥、高温处理，有氧或厌氧消解过程中还会不断有臭气排出，影响周围环境，并且对污泥中氮源破坏较大，导致污泥肥力下降，影响污泥的后续资源化利用。
采用电子束辐照处理后的污泥不仅病原菌数目可以达到相应标准，并且部分有机污染物含量下降，同时会使大量有毒物质分解或使非生物降解物转化为可生物降解物质。处理过程中的污泥特性也会有一定变化，比如脱水效果提高等，并且干净快速的辐照技术还可以有效减少处理过程中产生的恶臭味，降低臭气污染。
有研究表明，作为污染物降解考察对象，16种多环芳烃随着辐照剂量的增加含量不断降低，在5 kGy的辐照剂量下，16种多环芳香烃的降解率达到90％。
由于电子束辐照技术高效、清洁、无二次污染，并且能够处理有毒有害和难降解的污染物，国外很早就开始研究将其并大规模地应用于污水处理行业中。近些年，我国对该技术的探索也在不断深入，并逐步应用到污水的处理中。
2020年6月，中广核核技术发展股份有限公司（以下简称中广核技）负责建设的全球最大的电子束处理工业废水项目在广东省江门市新会区冠华针织厂建成投运，项目实现了7台电子加速器联机运行，日处理废水量达3万吨。
冠华针织厂根据项目运行数据测算，引进电子束技术后，一方面使得后端工业RO膜使用寿命提高了至少50％；另一方面提高了膜浓水可生化性，每年节约成本至少1000万元。
2020年11月，我国首个电子束辐照处理医疗污水示范项目在湖北十堰市西苑医院投产。
项目运行后，经过第三方检测，电子束辐照组合工艺处理后的医疗废水指标优于国家传染病医院排放标准，对病毒有明显去除作用，其中甲型肝炎病毒和星状病毒去除率达100％，粪大肠菌群数小于100MPN/L，能够实现医疗污水中抗生素的完全降解，出水水质达到《医疗机构水污染物排放标准》。
本项目的成功完成，标志着我国利用电子束辐照处理医疗废水技术达到国际领先水平。
2020年12月，工业和信息化部、科学技术部、生态环境部联合发布了2020年第52号公告，中广核技下属中广核达胜科技有限公司申报的“电子束辐照难降解工业废水处理装备”正式入选《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2020年版）》。
2022年3月，我国首个电子束处理化工园区废水示范项目在山东省菏泽市开建，中广核技将建设全球最大的8台电子加速器联机处理制药废水单体项目，日处理制药废水达4万吨。
项目建成后，能够显著提升工业园区的水环境质量，进一步减少当地对渔沃河和南四湖的污染物排放。
2022年6月，中广核技中标我国首个电子束处理城镇污水示范项目，这标志着中广核联合清华大学自主研发的电子束处理特种废物技术，实现了应用领域的新突破。
此次中标的项目位于四川省成都市温江区，日处理规模1万m3/d，原设计出水水质为《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》（DB51／2311-2016）中“工业园区集中式污水处理厂”标准〔其余未列入（DB51／2311-2016）表1的污染物指标按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标准〕。
采用电子束处理特种废物技术进行提标改造后，出水主要水质指标将达到《地表水环境质量标准（GB3838-2002）》Ⅲ类水域标准要求，其余指标达到《四川省岷、沱江流域水污染排放标准》（DB51／2311-2016）中城镇污水处理厂排放标准。
最后，必须要说明的是，虽然电子束辐照技术的应用普及和产业化得到了国家和市场的支持，但我们也必须客观地认识到任何一种技术都存在其局限性与不足。
因此，为了降低污水处理能耗、节约成本、提高处理的效果，一般要将电子束辐照技术和其他工艺联合使用，彼此弥补不足。
比如高能电子束对固/液体的穿透能力有限，那么对污泥等固体废弃物辐照处理前就需要进行严格的预处理，如粉碎、稀释、均质等，以便更好地发挥电子束辐照的作用。
资料来源：中国环境报，中广核核技术发展股份有限公司
陈建平,张会杰,米正辉,白杨. 加速器电子束辐照技术在污水处理中的应用[J]. 张玉宝,梁宏斌,斯琴图雅,王强. 电子束辐照对城市污水中污染物含量的影响[J].
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