水处理原理课程论文

电子束辐照技术在污水处理中的研究应用 摘要：本文介绍了电子束辐照技术的原理，对电子束辐照降解有毒有害和难降解的有机污染物、辐照杀菌，废水中污泥的处理及与其他技术的联合使用等方面在水处理中的研究应用现状进行了总结介绍，同时指出电子束辐照技术的优缺点，并对其在水处理中的应用前景进行了展望。 关键词：电子束辐照技术；污水处理 Application of electron beam irradiation technology to

wastewater treatment

Abstract：This paper introduces the principle of electron beam irradiation technology, organic pollutants, sterilization by irradiation of electron beam irradiation degradation of toxic andrefractory wastewater treatment, sludge and other joint use of the technology, the present situation of research and application in water treatment were summarized, advantages and disadvantages and points out that the electron beam irradiation technology, and the prospect of its application in water treatment were discussed. Key words：electron beam irradiation technology;wastewater treatment 引言 社会人口激增、工业的快速发展、资源的不合理开发等，水污染日益成为每个人都要面对的问题。由于生产活动的多样性，污水中的污染物质也非常复杂，仅使用传统的污水处理办法很难彻底解决废水净化问题。随着人们对进入环境中的生物毒性污染物的关注，开发一种降解有毒有机物的新技术就变得越来越迫切[1]。这就需要有一种新型、高效、经济的技术来解决目前遇到的困难。随着电子

束辐照技术的发展，其在污水处理方面表现出巨大的潜力：清洁、高效、无二次污染，能够分解处理多种污染物质，因此日益受到人们的重视。电子束辐射法应用于水处理就是在这种形势下产生的。电子束辐射法是利用电子加速器产生的高能电子束对污染物进行处理的一种方法。根据其能量作用模式可以分为两类[2]，一类是高能电子束本身穿透介质对污染物进行处理；另一类是高能电子束轰击高原子序数金属产生韧致辐射或x光对污染物进行处理。它具有把不可生物降解的污染物转化为可降解物质，提高可生化性降低毒性[3]，杀灭细菌等功效。国外已对电子束辐射法应用于水处理、污泥处理与农用、烟道气治理等展开了研究。本文综述了电子束辐射法应用于水处理的研究现状。 1电子束辐照技术基本原理 电子束辐照技术是利用射线与物质间的相互作用，电离和激发产生活化原子与活化分子，并使之与物质发生一系列物理化学变化，导致物质的降解、聚合与交联改性的一种技术[4]。这一技术为采用常规处理方法难以去除的某些污染物提供了新的处理方法。与常规处理方法相比，辐射技术一般在常温常压条件下进行，具有处理效率高、无需添加其他化学试剂以及无二次污染等特点，尤其适用于常规方法难以处理的难降解有机污染物的降解[5]。它利用被加速的电子束流轰击或照射被处理对象，使之发生常规方法难以引发的物理化学及生物学反应，从而达到优化产品质量、提高产品性能、净化物质等目的。污水处理则是利用加速后的电子束流对污水进行辐照，使水中的污染物发生分解或降解、有害微生物发生变性等，来达到消毒净化废水的目的。一般废水是比较稀的溶液，污染物质浓度较低，故束流与污染物质直接作用的几率很小，大部分束流能量会沉积在水分子中，被水吸收，因此束流的间接作用在电子束辐照处理废水中占据主导地位。主要用能量范围为0.7-10 MeV的电子束流对污水进行辐照处理[6]。 电子束辐照降解污染物的作用效果主要由两个方面决定：电子束流的能量和束流强度。电子束流的能量越高，则电子的穿透力就越强，射程也就越大，与污染物的作用也就越充分。电子的穿透深度还与被辐照物质的阻止本领有关，其由Bethe-Block公式决定[7]。电子束流的强度越大则参与降解作用的电子就越多，污染物的降解率也就越高。由于电子束流的辐照能量大部分会沉积在水分子中，在电子束流作用下，当电子束辐照能量超过水分子化学键的键能和分子的电离势能时，化学键和分子的结合能就会被破坏。污水便被辐照分解生成较强的氧化物质(如·OH ,H202, O2-等)，这些氧化物质与水中的污染物质、细菌相互作用，达到氧化分解和消毒的目的。电子束辐照技术进行污水处理的机制和特点如下[8]：

对pH=7的纯水来说，其辐照初级产物及产额G(当吸收100 eV的电子束辐照能量时形成或分解的自由基、原子、离子或分子的数目)如表1所示。 此外，通过改变污水中的氧气浓度、pH、微量添加物(催化剂)等辐照反应的条件，可以调控辐照产物的产额，使反应向着所需要的方向进行。 2电子束辐照处理污水的研究应用状况 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不断深人，并逐步应用到污水的处理中。目前电子束辐照技术在污水处理方面的主要研究和应用方向是：(1)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；(2)消毒杀菌；(3)污水中固体成分(污泥)的辐照处理[9]；(4)与其他传统工艺技术相联合处理工业废水。 2.1电子束辐照去除污染物 2.1.1电子束辐照降解有机物 O. F. Adeleke等[10]利用上海大学射线应用研究所的2 MeV电子束辐照加速器，分别对pH不同但质量浓度((50 mg/L)相同的二氯苯酚和四氯苯酚溶液进行辐照处理，并在实验中调整辐照剂量观察实验结果。实验表明:增加辐照剂量可以增大溶液中苯酚的降解率，增加C1-的产额;在偏碱性溶液中苯酚的降解率要低于偏酸性溶液。边绍伟等[11]对0.5mmol/L的苯胺类水溶液进行了电子束辐照降解实验研究。实验结果表明，电子束辐照能够有效地将苯胺、对硝基苯胺和间氯苯胺的分子结构破坏掉，达到降解污染物的目的;水溶液中苯胺类的去除率随辐照剂量的增加而提高;在相同辐照剂量下苯胺的去除率要低于硝基苯胺和间氯苯胺两种污染物。 中国是一个纺织业大国，印染废水的排放量很大，废水中还含有多种难处理的有机物，对环境造成了较大危害。顾建忠等[12]从上海恒泰毛纺织厂提取了印染废水样本，并对其进行了电子束辐照研究。研究发现:当辐照时间相同，辐照剂量由0提高到14kGy，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。当辐照时间相同，辐照剂量改变时，印染废水的pH基本没有变化，但是水的色度却会增加。这是由于经过辐照处理后废水中的染料分子被分解为小分子物质的缘故。 国外利用电子束辐照技术去除污水中有机物的研究应用主要集中在辐照降解含氯有机物。W. J.Cooper等选取不同的水质，对电子束辐照技术去除全氯乙烯、四氯乙烷的效果进行了研究。研究表明: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8.3 kGy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：1.6 kGy的辐照剂量可以去除饮用水中98%的全氯乙烯，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。 从目前研究情况看，对难降解的含氯有毒有机物进行电子束辐照处理，使其完全分解为无毒产物(如CO2，H2O或C1-等)，所需要的辐照剂量大，一般的放射源难以满足实际应用。而电子束流辐照技术能够提供所需要的反应条件，具有较大的开发潜力和应用价值。 2.1.2电子束辐照去除无机物 氰化物和络合氰化物是浸金废水中的主要污染物质，并且有剧毒。刘宇等[13]利用北京师范大学的电子直线加速器对不同CN-初始质量浓度(572.44 ,1

552.87 mg/L ) , pH=12的锌氰络合物水溶液进行了电子束辐照研究，辐照剂量为0-210kGy。研究表明，辐照开始阶段随着辐照剂量增大，锌氰的降解率明显上升，但是随着辐照降解进行，单位辐照剂量的贡献逐渐减少；在电子束辐照条件下，降解总氰质量浓度低的溶液反应速率比浓度高的大，降解游离氰的反应速率比降解络合物的速率大。 2.2电子束辐照杀菌 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人其他的不利物质[14]。由于细菌由有机复合物构成，因此电子束辐照可以对其有效失活。张玉宝等[15]研究了不同电子束辐照剂量对城市污水中细菌的影响。研究结果表明：电子束辐照对灭除污水中的大肠杆菌具有显著效果；大肠杆菌对电子束很敏感，2 kGy的辐照剂量下，菌群数量可以降低2