电子束辐照技术在剩余污泥处理中的应用

http://www.npr.ac.cn第30卷第1期2013年3月原子核物理评论NuclearPhysicsReviewVol.30,No.1Mar.,2013文章编号:1007-4627(2013)01-0072-07电子束辐照技术在剩余污泥处理中的应用孙永亮1,2,3，李欣3，王洁4，王菊芳3，李文建3，王弋博1,2(1.兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070；2.天水师范学院生命科学与化学学院，甘肃天水741001；3.中国科学院近代物理研究所，甘肃兰州730000；4.山西大学生命科学学院，山西太原030006)摘要:电子束辐照技术在剩余污泥处理应用中具有巨大潜能。大量研究表明，经高能电子束辐照，污泥中的各种病原菌会有不同程度的死亡、有机物(包括非生物降解物质)大量分解、脱水率提高，臭味减少，危害性降低和资源化应用潜能增加。综述了电子束辐照技术在剩余污泥处理中的优势，重点介绍该技术的应用现状、污泥中污染物的去除机理、处理效果和相关建设费用，并展望了该高新技术的应用前景和发展方向。关键词:电子束；辐照；污泥中图分类号:Q691.5文献标志码:ADOI:10.11804/NuclPhysRev.30.01.0721概述污泥是在污水处理过程中土壤颗粒、固体残渣及絮状体经过一系列处理而产生的沉淀物。随着社会发展，城市工业废水和生活污水的排放量和处理量不断逐年增加，剩余污泥的产量也随之提升。初步统计，2008年全国产生的剩余污泥量已达1.78×107t。未经处理的剩余污泥中含有大量病原菌(主要是寄生虫、细菌和病毒)、有机物以及N，P和K等营养元素，直接排放不仅对生态和人体健康存在极大的潜在危险性，也是一种资源浪费[1−2]。目前，剩余污泥的处理和排放是一项棘手的环境问题，在污水处理费用中占了很大比例。有氧或厌氧消解、堆肥及高温处理等传统方法可以杀灭大量的病原菌，但不能充分杀死寄生虫虫卵和微生物孢子，也不能有效去除污泥中一些非生物降解的有毒有害有机物[2−5]。因此迫切地需要一种相对清洁、高效、简便同时无二次污染的剩余污泥处理技术。20世纪50年代辐照技术开始应用于污水、污泥及其它固体污染物的处理，70至80年代，德国、美国、日本、印度和意大利等都对辐照技术有较多研究，也开展了相应工程应用，具体数据见表1[2,6−8]；国内也进行了辐照处理的研究应用，但大部分都停留在实验室阶段，实际应用较少，规模较小，具体数据见表2。经过许多国家的研究和实际应用发现，采用辐照处理污泥有以下优点[7]：(1)病原菌杀灭率远远高于传统方法；(2)降解部分有毒有机污染物或提高非生物降解物的生化利用性，降低有毒污染物在污泥中的含量；(3)减少污泥处理过程中的恶臭气味；(4)增强污泥的一些特性和生物降解率；(5)操作简便，处理效率高，处理后的污泥安全性较好。目前，常用的剩余污泥处理辐照源有两种：γ射线和电子束。γ射线来自于60Co和137Cs两种放射源材料。两种源材料产生的γ射线性质相似，60Co产生的γ射线(1.3MeV)在水中半穿透厚度(Thehalf-valuethickness)约为28cm，普通剩余污泥中约为25cm；137Cs产生的γ射线在水中可达24cm[8]。60Co和137Cs必须进行严格的放射源控制(尤其是137Cs源)，同时运用中要注意60Co和137Cs的半衰期，尤其是60Co的收稿日期:2012-03-30修改日期:2012-05-29基金项目:国家自然科学基金资助项目(41161058，31060065）；甘肃省自然科学基金资助项目(1107RJZE117)作者简介:孙永亮(1987–)，男，甘肃天水人，硕士研究生，从事微生物诱变育种及机理研究；E-mail:syl43234@163.com通信作者:王弋博，E-mail:wangyb02@126.com；李欣，E-mail:lexlll920@impcas.ac.cnhttp://www.npr.ac.cn第1期孙永亮等：电子束辐照技术在剩余污泥处理中的应用·73·表1国外辐照技术处理污泥概况∗国家地区辐照源辐照剂量/kGy处理量建设年代参考文献德国60Co&137Cs3–1973[2]德国电子束4500m3/d1980[2]新墨西哥州(美国)137Cs108t/d1978[2,6]波士顿(美国)电子束415.8m3/h1976[6]迈阿密(美国)电子束3.5∼4645m3/d1984[6-7]日本电子束5300kg/h1987[7]印度60Co3∼3.5110m3/d–[8]∗−表示文中未提及。表2国内辐照技术处理污泥研究概况∗研究单位辐照源研究内容参考文献北京环境保护研究所–污泥中微生物杀灭情况[2]南京大学60Co污泥辐照处理及农用情况[9]中国科学院近代