電子束輻照技術(shù)在廢水處理中的基本應(yīng)用

電子束輻照技術(shù)在廢水處理中的基本應(yīng)用【摘要】由于人們生產(chǎn)活動的多樣性，污水中的污染物質(zhì)特別簡單，僅使用傳統(tǒng)的污水處理方法很難徹底解決廢水凈化問題。這就需要有一種新型、高效、經(jīng)濟的技術(shù)來解決目前遇到的困難。隨著電子束輻照技術(shù)的進展，其在污水處理方面表現(xiàn)出巨大的潛力：清潔、高效、無二次污染，能夠分解處理多種污染物質(zhì)，因此日益受到人們的重視。電子束輻照技術(shù)就是利用被加速的電子束流轟擊或照耀被處理對象，使之發(fā)生常規(guī)方法難以引發(fā)的物理化學(xué)及生物學(xué)反應(yīng)，從而達到優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品性能、凈化物質(zhì)等目的。污水處理則是利用加速后的電子束流對污水進行輻照.使水中的污染物發(fā)生分解或降解、有害微生物發(fā)生變性等，來達到消毒凈化廢水的目的。由于電子束流的輻照能量大部分會沉積在水分子中，在電子束流作用下，當(dāng)電子束輻照能量超過水分子化學(xué)鍵的鍵能和分子的電離勢能時，化學(xué)鍵和分子的結(jié)合能就會被破壞，污水便被輻照分解生成較強的氧化物質(zhì)（如OH、H202、02-等），這些氧化物質(zhì)與水中的污染物質(zhì)、細菌相互作用，達到氧化分解和消毒的目的。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239341338.jpg”alt=“1.jpg”width=“556”height=“299”/電子加速器裝置由一系列高精度的機械電子設(shè)備系統(tǒng)和簡單的掌握系統(tǒng)組成，是電子束處理污水的核心設(shè)備。涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，如高真空、高氣壓、電子學(xué)、高頻與微波技術(shù)、計算機與自動掌握、機械設(shè)計與制造、材料學(xué)、束流測量、輻射防護等。輻照加速器的主要組成：(1)電子槍；(2)加速器主機，包括加速高頻系統(tǒng)、掌握磁場系統(tǒng)、真空系統(tǒng)；(3)電子束流的約束、引出及應(yīng)用裝置；(4)掌握系統(tǒng)部分。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239348338.jpg”alt=“2.jpg”width=“380”height=“400”/目前作為輻照源的加速器主要分為低能段（0.15～0.5MeV）、中能段（0.5～5.0MeV）、高能段（5.0～10.0MeV）等3類加速器。隨著加速器技術(shù)的不斷進展，研制的加速器在結(jié)構(gòu)上將更加緊湊、操作簡便，可依據(jù)需要進行參數(shù)的調(diào)整，易于維護。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239341583.jpg”alt=“3.jpg”width=“556”height=“476”/電子加速器模型圖目前，很多國家，如澳大利亞、匈牙利、印度、日本、約旦、波蘭、葡萄牙、土耳其、美國，正在使用電子束輻射（EB）進行廢水處理，用于各種用途，如廢水和城市垃圾的去污，削減有毒農(nóng)藥的濃度，非生物降解材料，微生物污染的飲用水的消毒等。全球早期電子束廢水處理廠分布如下圖所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239346316.jpg”alt=“4.jpg”width=“556”height=“366”/電子束輻照技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用1、韓國大邱工廠工業(yè)廢水污染物含量特別簡單，由于科技進步和工業(yè)過程的多樣性，添加劑和衍生物種類繁多。這意味著該行業(yè)迫切需要一種能夠?qū)Υ鼈兊臉O其通用的工藝。這些廢水包括簡單的有機化合物和有色廢水，電子束技術(shù)在處理這些污染物方面有著獨特的效果。由于該技術(shù)對于很多類型的廢水都是有效的，并且對全部這些廢水可以使用相同的設(shè)備，因此它是一種特別通用的處理方法。從成本方面來講，國外的很多討論也表明利用電子束處理廢水比較經(jīng)濟。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239340150.jpg”alt=“5.jpg”width=“556”height=“330”/韓國在大邱建設(shè)了一個電子束和生化法結(jié)合的污水處理廠，將初步沉淀處理后的重度紡織業(yè)廢水經(jīng)電子輻照和生化降解后，可使水的污染物含量降低一半左右，工廠流程圖如下圖所示。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239354979.jpg”alt=“6.jpg”width=“852”height=“496”/該廠是一個每天處理1000立方米染色廢水的試驗工廠，它使用能量為1MeV的加速器，產(chǎn)生400千瓦的光束功率。為了勻稱照耀水，使用寬度為1.5m的噴嘴型噴射器。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239350587.jpg”alt=“7.jpg”width=“556”height=“346”/韓國大邱工廠使用的電子加速器廢水通過噴射器在電子束照耀區(qū)域下注入，以獲得足夠的穿透深度?？梢赞D(zhuǎn)變注射速度以達到肯定的應(yīng)用效果。該系統(tǒng)與生化技術(shù)相結(jié)合，證明白化學(xué)試劑消耗的削減，以及保留時間的削減，去除效率提高了30～40倍，廢水中總有機碳（TOC）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等污染物指標(biāo)都比原處理方法降低一半左右。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239359434.jpg”alt=“8.jpg”width=“556”height=“331”/大邱污水廠電子束處理效率2、美國邁阿密工廠美國芝加哥城市污水回收局（MWRD）在電子束處理城市污水方面做了很多基礎(chǔ)性的討論，研制出了可工業(yè)應(yīng)用的電子束加速器，并與軍方和一些商業(yè)部門開展合作，以期將這一技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239354594.jpg”alt=“9.jpg”width=“404”height=“221”/MWRD電子束加速器由于城市污水中包括可以回收利用的有機物，所以芝加哥城市污水回收局（MWRD）的電子束處理工廠不光包括污水處理設(shè)備，還包括大量的回收設(shè)備，以將這些有機物轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物肥料等可用副產(chǎn)品。其結(jié)構(gòu)圖如下。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239352693.jpg”alt=“10.jpg”width=“556”height=“325”/MWRD污水處理廠結(jié)構(gòu)圖利用這些技術(shù)，美國在邁阿密建成了全球最大的城市污水電子束處理裝置，總功率1MW，每天處理12億加侖污水，處理成本只有每加侖1.5～2美分，在處理城市污水和有機廢料消毒方面取得了特別好的效果。該處理廠不光可以對污水進行凈化，還可以將部分污染物轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)肥料。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239352826.jpg”alt=“11.jpg”width=“556”height=“550”/邁阿密電子束污水處理廠結(jié)構(gòu)圖3、中廣核金華工廠中國擁有一個大型工業(yè)體系，利用電子束進行廢水處理將更加具有成本優(yōu)勢。近年來，中國污水處理廠商始終在為其處理流程投入更多資金，并盼望采納新的創(chuàng)新解決方案。中國首個使用電離輻射技術(shù)處理工業(yè)廢水的示范工程于2017年在浙江金華啟動運行，每日可處理印染企業(yè)排放廢水1500～2000立方米。輻照處理的水樣比原處理技術(shù)化學(xué)需氧量（COD）和透亮?????度都有顯著改善。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239362971.jpg”alt=“12.jpg”width=“556”height=“254”/金華示范項目在二次沉淀池中將難以通過傳統(tǒng)手段降解的污水引入調(diào)整池利用電子束輻照技術(shù)進行處理，通過與傳統(tǒng)的物化、生物、膜處理等工藝有機結(jié)合，電子束技術(shù)可以形成技術(shù)可行、經(jīng)濟成本合理的解決方案。隨著電子束處理工業(yè)廢水技術(shù)臻于成熟，已具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的條件。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239364377.jpg”alt=“13.jpg”width=“556”height=“303”/4、移動式處理設(shè)備除了固定式污水處理廠外，電子束輻照污水處理技術(shù)還可以安裝在移動設(shè)備上，以滿意多樣化和敏捷性的小型污水處理需求。下圖為一種電腦掌握的電子束試驗裝置，安裝在集裝箱內(nèi)，電子束需要實行優(yōu)良的封閉措施，可以對廢水和煙氣進行凈化處理，液體處理力量為每天500m3，氣體處理力量為2,000Nm3/h。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009092239364271.jpg”alt=“14.jpg”width=“556”height