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电子束处理工业废水技术首次实现产业化

更新时间: 2017-11-27 10:44:33 来源: 澎湃新闻

 

 

除了核电、核武器之外,核技术还有更广阔却不为人所熟知的“用武之地”。如果将核能与核动力喻为核领域的“重工业”,同位素与辐照技术等非动力核技术就是该领域的“轻工业”。目前,中国首创、世界领先的电子束处理工业废水技术已在浙江落地,首次实现产业化。该技术未来还可用于医疗废水废物处理、垃圾焚烧尾气二噁英的处理等领域。

11月21日,“中国非动力核技术第一股”中广核核技术发展股份有限公司(下称中广核技,000881.SZ)与清华大学在浙江金华举行的发布会上联合宣布:“中国首创、世界领先”的电子束处理工业废水技术已拿到科技成果鉴定证书,正式完成由中国核能行业协会组织的科技成果鉴定。
 
国内首个电子束处理工业废水示范项目

作为处理难降解废水的一种重要解决手段,电子束辐照技术被国际原子能机构(IAEA)列为21世纪和平利用原子能的主要研究方向。

所谓电子束辐照技术,是指利用被加速的电子束流轰击或照射被处理对象,使其发生在常规方法下难以引发的物理化学及生物学反应,从而达到提高产品性能、净化物质等目的。相比于传统废水处理方法,电子束辐照技术的长处在于处理难降解有机废水、抗生素废水、含致病菌废水等。

今年3月,中广核技在浙江省金华市浦江县恒昌集团建成了国内首座电子束辐照处理印染废水示范项目。该项目所在的印染企业每天产生印染废水6000-9000立方米,原有环保设施采用传统的生物处理工艺,末端经臭氧脱色后间接排放至市政污水管网。示范工程建成后,废水经生物处理后再采用电子束辐照深度处理,设计规模为2000立方米/天。

印染废水具有污染物浓度高、种类多、含有毒有害成分及色度高等特点,利用加速后的电子束流对污水进行辐照,可以使水中的污染物发生分解或降解、有害微生物发生变性等,从而达到消毒净化废水的目的。

据介绍,基于半年多的稳定运行,该示范项目处理效果显著:出水COD在60mg/L以内,色度10倍以下,不返色,无二次污染,出水水质稳定,达到直排标准。
在示范项目现场看到,与用原工艺处理的水样相比,以电子束辐照深度处理后的工业废水脱色更明显,加速器厂房内采用了一台卧式电子加速器,单套设备占地约200平米。据现场工作人员介绍,废水在束下停留时间仅约0.01秒
 

原水样(经过生物处理后)  澎湃新闻
 
 

辐照处理后的水样  澎湃新闻
 
 
原工艺处理后水样与辐照处理后水样对比  澎湃新闻
 
水处理电子加速器  澎湃新闻

“这也是目前国际上唯一在运行的同类装置。在经济性方面,电子束处理工业废水技术具有很强的市场竞争力。”中广核技董事长张剑锋称,通过与传统的物化、生物、膜处理等工艺有机结合,电子束技术可以形成技术可行、经济成本合理的解决方案。随着电子束处理工业废水技术臻于成熟,已具备大规模产业化应用的条件。
 
示范工程工艺流程图 中广核技供图

 
据了解,一个电子束辐照处理单元包括加速器、土建、屏蔽等工程,投资约650万元(最大日处理能力5000 立方米/天,投资约1300元/立方米)。

据张剑锋介绍,以浦江的示范工程为例,企业的原处理工艺是在生化处理后,出水采用混凝沉淀加臭氧氧化,只能达到接入城市污水处理厂的纳管标准。现在采用电子束辐照加混凝沉淀处理工艺,出水水质能够达到直接排放标准要求。如实现直接排放,与原工艺相比较,每吨废水处理费用可节省约1.4元。按每天处理10000吨计算,设备每年运行350天,一年可节约490万元左右。同时,印染废水经过电子束辐照深度处理后,能实现部分回用。

“水处理中没有哪种单个技术可以包打天下,电子束技术并不是替代传统水处理技术,而是对传统污水处理技术和工艺的有益补充及升级。”清华大学核能与新能源技术研究院副院长王建龙解释称,之所以要将传统工艺与电子束技术相结合,是基于平衡技术可行性和经济可行性的考虑。在环保标准不断提高的情况下,传统技术很难满足排放要求,电子束处理的有点在于处理效率高、出水水质稳定且设计灵活,可控性能好。

废水经过辐照处理后是否有放射性?
除了经济性之外,安全性是电离辐射技术用于实际废水处理过程中最受关注的问题。电子束处理工业废水技术属于核技术应用范畴,设施周围有放射性吗?安全性如何保障?废水经过辐照处理后是否会产生放射性?

王建龙称,电子束处理工业废水是否有放射性,可分为两个问题。首先是处理设施,也即电子加速器是否会产生辐射。由于不使用放射性核素,电子加速器通过电源控制开启和关闭,断电后不产生任何辐射。运行过程中产生的电离辐射,只需要10cm的混凝土结构就可以完全屏蔽。另外,电子加速器的安全联锁设计,可及时、快速断电,实施保护措施。

此外,电子束辐射装置在全球范围内的工业生产、科学研究中已广泛应用,有现行的防护和运行法规,且拥有成熟的经验可供借鉴。电子束处理工业废水技术在处理废水的过程中,不会产生和排放有毒害副产物,不会对周边居民的环境与生活造成不良影响。

至于废水经辐照后的安全性,王建龙解释道,要使物质产生放射性,必须有一个能量阈值。高能电子束只能作用于外存电子,而作用不到原子核,所以不会产生感生放射性(感生放射性是指原本稳定的材料因为接受了特殊的辐射而产生的放射性。)“废水中的基本元素包括氢、氮、氧、碳、硫等,要产生感生放射性,辐射源的能量至少大于10MeV,而目前电子束辐照中使用的辐射源能量仅为1到2MeV。因此废水经过电子束处理后的出水是安全的。”
 

严苛环保标准催生市场需求

2017年10月16日,中国核能行业协会在北京组织了由9名院士和5位国内相关领域专家出席的鉴定委员会,对电子束处理工业废水技术进行了科技成果鉴定会。

11月21日,科技成果鉴定委员会专家陈殿华受中国核能行业协会委托,在发布会上宣读了电子束处理工业废水技术科技成果鉴定结论:该技术成果实现了电子束处理工业废水技术的自主创新,达到了国际领先水平,具有广阔的推广前景,将产生重要的环境、经济和社会效益。
 
 
电子束处理工业废水技术科技成果鉴定委员会专家陈殿华教授宣读鉴定结论 中广核技供图

 
鉴定委员会认为,电子束处理工业废水技术中的水处理专用电子加速器、辐照反应器整体装置以及电子束处理工业废水工艺技术,属于国内首创,突破了当前难降解废水处理的技术瓶颈,一旦实现大规模产业化,可大幅度提高中国工业废水治理水平。该技术结合生物技术深度处理工业废水工艺,成本更低,净化程度更高,可实现废水的高标准排放或者中水回用。而且,针对难降解有机物质具有其他技术难以比拟的优势,有望解决难降解废水处理“世界性难题”。
王建龙称,实验研究证明,该技术广泛适用于印染、造纸、化工、制药等各行业废水处理,以及水质复杂的工业园区废水处理,并可用于医疗废弃物、抗生素菌渣等特殊危险废物的无害化处理。随着技术改进和综合解决方案的研发,未来还可应用于污水中无机重金属离子的去除,以及固体污泥、工业废气、环境突发应急、医用污水、废渣处理等领域。

国内趋于严苛的环保标准,为工业废水治理提出了新要求,也催生了庞大的市场需求。以2014年中国工业废水排放量205.3亿吨计算,每天排放超过5600万吨,每套电子束辐照装置处理能力5000吨/天,按照5%的工业废水采用电子束辐照技术处理计算,需要电子束辐照装置600套,对应市场规模近100亿元。

据了解,中广核技已陆续开展电子束辐照技术研究、废水处理工艺革新、关键装备制造、技术规范编制等相关工作。
发布会上,中广核技还与清华大学正式签署《电子束及环境技术产业化合作协议》,双方将联合成立“电子束及环境技术应用联合研究中心”,共同推动中国电子束技术在环境保护领域的基础研究和产业化推广等相关工作。中广核技还与恒昌集团就印染废水处理签署合作协议,标志着中国电子束技术首次实现真正意义上的产业化应用。

张剑锋表示,清华大学拥有电子束辐射及其他环保技术的基础研究优势,中广核技拥有完整的以电子加速器为核心的核技术应用高端产业链,有产业化优势。此次双方进一步加深合作,将建立高新环保技术创新平台和科技成果产业化基地,有望加快科技成果转化和应用,提升中国环境污染治理水平。
 
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