輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況分析

趙俊超，賈明慧，董曉晴

(北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所 北京100120)

輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用情況分析

趙俊超，賈明慧，董曉晴

(北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所 北京100120)

以輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用為重要研究領(lǐng)域，從學(xué)術(shù)論文、科學(xué)家主體、研究機(jī)構(gòu)主體三方面對(duì)國(guó)內(nèi)輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論，同時(shí)借鑒國(guó)外的應(yīng)用情況，提出輻照技術(shù)今后發(fā)展的意見建議。分析數(shù)據(jù)均取自中國(guó)知網(wǎng)、維普、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

輻照技術(shù) 電子束 環(huán)境保護(hù)

輻照技術(shù)是當(dāng)前出現(xiàn)的一種高新的污染治理手段之一，近年來(lái)備受關(guān)注。輻照技術(shù)具有無(wú)二次污染、干凈清潔、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此有著廣闊的發(fā)展前景。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)在21世紀(jì)利用原子能這一重要研究領(lǐng)域，將輻照技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)中。本文從學(xué)術(shù)論文、科學(xué)家主體、研究機(jī)構(gòu)主體3方面對(duì)國(guó)內(nèi)輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，同時(shí)借鑒國(guó)外的應(yīng)用情況，提出了輻照技術(shù)今后發(fā)展的意見建議。

1 數(shù)據(jù)的來(lái)源及分析方法

本研究統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于中文論文數(shù)據(jù)庫(kù)。本次統(tǒng)計(jì)范圍是2008—2014年期間輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中發(fā)表的論文情況。

本文以“輻照、廢氣”、“輻照、廢水”、“輻照、污泥”、“輻照、固體廢物”為檢索關(guān)鍵詞，根據(jù)檢索出論文的關(guān)鍵詞、摘要，將輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域相關(guān)的論文進(jìn)行篩選，并對(duì)輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域論文的關(guān)鍵詞、論文產(chǎn)量與變化趨勢(shì)、發(fā)文總量、文章被引總數(shù)、論文作者等進(jìn)行分析，并得出相關(guān)結(jié)論。

2 國(guó)內(nèi)輻照環(huán)保領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2.1.1 論文數(shù)量及變化趨勢(shì)

本文以“輻照、廢氣”、“輻照、廢水”、“輻照、污泥”、“輻照、固體廢物”為檢索關(guān)鍵詞在萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)的中文論文中進(jìn)行搜索，統(tǒng)計(jì)出輻照技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)表論文共計(jì)322篇(見圖1)。

輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)文量一直處于平穩(wěn)的狀態(tài)。通過(guò)圖1對(duì)輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)文總量的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，2010年的發(fā)文量達(dá)到一個(gè)高產(chǎn)期，共計(jì)發(fā)文63篇；從2011年開始，出現(xiàn)了一個(gè)小幅度的遞減趨勢(shì)。在不考慮其他因素的前提下，輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)文量出現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，很大程度上是文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線刊載滯后因素所導(dǎo)致，但總體上與之前的發(fā)文量基本持平。

圖1 領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)圖Fig.1 Development tendency of different fields

2.1.2 關(guān)鍵詞詞頻分析

通過(guò)統(tǒng)計(jì)輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)表論文出現(xiàn)次數(shù)最多的前10個(gè)關(guān)鍵詞詞頻(見表1)，在該領(lǐng)域出現(xiàn)最多的關(guān)鍵詞是“微波”，一共出現(xiàn)72次；其次為“廢水處理”，出現(xiàn)44次；再次為“活性炭”，出現(xiàn)28次。通過(guò)表1可推斷該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是：微波輻照技術(shù)在廢水處理、污泥、有機(jī)污染物領(lǐng)域的應(yīng)用。

表1 高頻關(guān)鍵詞Tab.1 High frequency keywords

2.1.3 關(guān)鍵詞變化分析

將該領(lǐng)域論文按照時(shí)間排序，可見在一定的時(shí)間段內(nèi)環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是存在規(guī)律的。2008—2011年展開的研究主要是利用微波輻照技術(shù)在廢氣、廢水、污泥固體廢物處理方面進(jìn)行應(yīng)用；2012—2014年則主要是利用電子束輻照技術(shù)在廢水處理、污泥、有機(jī)污染物領(lǐng)域開展應(yīng)用。由于文獻(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線刊載滯后，所以導(dǎo)致高頻關(guān)鍵詞還是停留在早期研究的關(guān)注點(diǎn)上，但實(shí)際上近兩年的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到電子束輻照技術(shù)在廢水、污泥、有機(jī)污染物方面的應(yīng)用研究(見表2)。

表2 關(guān)鍵詞變化表Tab.2 Variation of keywords

2.2 科學(xué)家主體研究現(xiàn)狀分析

2.2.1 論文高產(chǎn)作者

以2008—2014年發(fā)文量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)文量排名前10名的作者如下：

表3 科研人員研究現(xiàn)狀信息表Tab.3 Research status of scientific researchers

從表3中可以看出，輻照技術(shù)在環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域的研究分為兩個(gè)時(shí)期，早期開展研究的科研人員有馬春、王鵬、孫德棟、董曉麗、潘維倩。其中馬春、孫德棟、董曉麗之后有淡出跡象；研究時(shí)間最長(zhǎng)，且一直活躍在該領(lǐng)域的研究人員主要是王鵬、潘維倩。2010年以后在該領(lǐng)域開展的研究越來(lái)越被科研人員所重視，研究開始受到關(guān)注，科研人員較為活躍，上升趨勢(shì)明顯。突出的有劉秀華、何仕均、梁霞、鄧義、王建龍。

2.2.2 高被引論文作者

論文被引用次數(shù)最多的科研人員如表4 所示。

通過(guò)表4高被引論文可以看出，輻照技術(shù)在環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域開展的研究主要集中在廢水、污泥方面。研究團(tuán)隊(duì)有5個(gè)，分別是王鵬、潘維倩、袁春燕；聶錦旭、劉力凡、劉汨；孫德棟、馬春；陳芳艷；王同華。通過(guò)他們的研究，大致上可以看出研究的關(guān)注點(diǎn)主要是通過(guò)微波輻照技術(shù)誘導(dǎo)廢水、污泥中吸附劑的變性，為污泥的資源化利用找到更加有效、環(huán)保的新途徑。

表4 高被引論文信息表Tab.4 Information of highly cited papers

2.3 科研機(jī)構(gòu)主體研究現(xiàn)狀分析

2.3.1 論文高產(chǎn)單位

在該領(lǐng)域?qū)W術(shù)論文中，對(duì)發(fā)文總量排名前10的作者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得到作者發(fā)文量及高產(chǎn)單位信息表(見表5)。

表5 高產(chǎn)單位信息表Tab.5 Information of organizations with high quantity of papers

通過(guò)對(duì)論文高產(chǎn)作者的相關(guān)單位信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以看出不同時(shí)期科研機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)不同，使用的技術(shù)方法也不同。

最早在該領(lǐng)域開展相關(guān)研究的機(jī)構(gòu)有大連工業(yè)大學(xué)化工與材料學(xué)院，隨后有淡出的趨勢(shì)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)則是該領(lǐng)域開展研究時(shí)間最長(zhǎng)的機(jī)構(gòu)，前期研究主要集中在通過(guò)微波輻照技術(shù)處理污泥，后期開展的研究主要側(cè)重于通過(guò)電子束輻照技術(shù)處理廢水；中國(guó)工程物理研究院和清華大學(xué)核能與新能源研究院近年來(lái)開始受到關(guān)注，活躍度呈上升趨勢(shì)。

2.3.2 論文高引用單位

在該領(lǐng)域?qū)W術(shù)論文中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王鵬、潘維倩、袁春燕的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《微波誘導(dǎo)熱解污泥制備吸附劑的研究》被引次數(shù)為15次，是該領(lǐng)域被引次數(shù)最多的；其次，聶錦旭、劉力凡、劉汨的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《微波強(qiáng)化鋁改性膨潤(rùn)土對(duì)水中氨氮的吸附性能》被引次數(shù)為12次(見表6)。

表6 高引用單位信息表Tab.6 Information of highly cited organizations

輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用的研究論文中，《微波誘導(dǎo)熱解污泥制備吸附劑的研究》是被引次數(shù)最多的論文。說(shuō)明該篇論文論述輻照技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用研究中具有一定的創(chuàng)新性。被引證次數(shù)最多的觀點(diǎn)包括：袁春燕等采用微波誘導(dǎo)熱解污泥制備污泥吸附劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到該法制備污泥吸附劑的最佳工藝參數(shù)，驗(yàn)證了微波誘導(dǎo)熱解污泥制備污泥吸附劑技術(shù)的可行性。從被引次數(shù)較多的知識(shí)點(diǎn)可見，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究的微波誘導(dǎo)熱解污泥制備污泥吸附劑技術(shù)具有一定的創(chuàng)新性，且該研究成果得到了廣泛認(rèn)可。

其次，廣東工業(yè)大學(xué)聶錦旭、劉力凡、劉汨的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的《微波強(qiáng)化鋁改性膨潤(rùn)土對(duì)水中氨氮的吸附性能》被引證次數(shù)最多的觀點(diǎn)包括：近年來(lái)，世界上膨潤(rùn)土的開發(fā)利用發(fā)展迅速，主要集中在深加工技術(shù)的改進(jìn)，如微波法在膨潤(rùn)土加工中的應(yīng)用等等，可推斷廣東工業(yè)大學(xué)微波法在膨潤(rùn)土深加工技術(shù)(對(duì)水中氨氮的吸附性能)中的應(yīng)用具有創(chuàng)新性，在該領(lǐng)域具有一定的影響力。

2.4 技術(shù)應(yīng)用情況

2.4.1 輻照技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用

近些年我國(guó)對(duì)輻照技術(shù)開展了深入探索，并逐步將其應(yīng)用于污水的處理中。比如中科院上海應(yīng)用物理研究所的邊紹偉、上海大學(xué)射線應(yīng)用研究所的顧建忠、清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院的劉宇、黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所的張玉寶、南京大學(xué)的劉下國(guó)等對(duì)電子束輻照技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，取得了一定的成果。由于我國(guó)在這方面起步較晚，基礎(chǔ)相對(duì)較弱，利用輻照技術(shù)處理污水這一實(shí)際處理工藝還處于探索階段，與其他國(guó)家相比還存在一定的差距，還要做很多基礎(chǔ)工作。

2.4.2 輻照技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用

隨著電子束輻照技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用已滲透到多個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在環(huán)境保護(hù)中也顯示出巨大的應(yīng)用潛力。相較之前的常規(guī)廢氣處理技術(shù)，電子束輻照技術(shù)適用于常規(guī)廢氣處理技術(shù)難以處理的環(huán)境污染物，并且具有無(wú)二次污染、干凈清潔、操作方法簡(jiǎn)單、處理效率高、費(fèi)用低等特點(diǎn)。例如杭州協(xié)聯(lián)熱電電子束脫硫技術(shù)、北京京豐熱電電子束輻照煙氣脫硫脫硝技術(shù)在對(duì)于廢氣的處理上已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。

2.4.3 輻照技術(shù)在污泥處理中的應(yīng)用

中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研發(fā)的高能電子束技術(shù)使污泥的處置處理問(wèn)題得到了有效的解決。電子束經(jīng)由中科院近代物理研究所自行研發(fā)的高能電子加速器提供，將處理不了、剩余的污泥進(jìn)行無(wú)害化處理。這樣，處理過(guò)的污泥一方面在農(nóng)業(yè)上可以得到再生利用，另一方面還可以用于再生燃料的制造。

2.4.4 輻照技術(shù)在固體廢物中的應(yīng)用

高分子固體廢物的回收再利用可以通過(guò)輻照技術(shù)與高分子材料相互作用的特點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。其中上海大學(xué)生產(chǎn)的粘膠就是利用低輻照劑量漿粕經(jīng)過(guò)輻照處理方法生產(chǎn)的。

橡膠的硫化和廢舊橡膠的脫硫化也可以利用輻照技術(shù)。處理方法主要是利用橡膠對(duì)電子束輻照技術(shù)和γ射線具有敏感性這一特點(diǎn)，改變橡膠的加工性能和耐用性，使廢舊橡膠發(fā)生化學(xué)鏈解聚，從而提高廢舊橡膠的再生利用。

3 國(guó)外輻照環(huán)保領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用情況

3.1 廢水處理領(lǐng)域中輻照技術(shù)的應(yīng)用

美國(guó)研制了大規(guī)模電子加速器處理廢水裝置并于1984年在邁阿密投入使用。俄羅斯輻照凈化廢水技術(shù)由Voronezh合成橡膠廠研發(fā)成功，并很快應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域。巴西自1996年開始致力于電子加速器處理飲用水、污水的研究，其原子能研究所開發(fā)建立的大規(guī)模電子加速器水處理示范裝置，對(duì)生活污水的消毒，工業(yè)污水中染料、苯酚、油和脂的分解及飲用水中三鹵甲烷的去除都有明顯效果。韓國(guó)的三星Heavy Industries(SHI)公司與俄羅斯物化所聯(lián)合開發(fā)建立的電子束處理廢水裝置，能夠處理大丘染化工業(yè)公司的印染廢水。與此同時(shí)，建立了造紙廢水再循環(huán)的電子束處理商用示范裝置。

3.2 廢氣處理領(lǐng)域中輻照技術(shù)的應(yīng)用

廢氣污染主要指煙道氣污染，現(xiàn)已成為世界眾多污染問(wèn)題中最為突出的一個(gè)。它能形成酸雨和嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。日本、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家極為重視對(duì)廢氣的輻照處理。

例如，美國(guó)Ebara公司已擁有電子束處理煙道氣體的技術(shù)并投入應(yīng)用。俄羅斯的Kurchatov原子能研究所、莫斯科州立大學(xué)俄羅斯科學(xué)院高溫研究所、Tem-ploelekroprokt研究設(shè)計(jì)院等都陸續(xù)開展相關(guān)研究。

3.3 污泥處理領(lǐng)域中輻照技術(shù)的應(yīng)用

污泥輻照處理技術(shù)在早期工業(yè)革命發(fā)展較快的國(guó)家也得到重視，并已產(chǎn)生一定成果。如前聯(lián)邦德國(guó)最早建立了試驗(yàn)工廠，該廠于1973年建造，在含有4%,固體的污泥中，采用瞬時(shí)強(qiáng)γ輻射殺死病菌，經(jīng)輻照處理的污泥仍保有原養(yǎng)分，可用作肥料且性能遠(yuǎn)超過(guò)堆肥和巴氏消毒法處理過(guò)的污泥。

此外，日本原子能研究所已著手研究電子束滅菌后制成堆肥的處理污泥工藝；美國(guó)匹茲堡Carnegie Mellon研究所環(huán)保研究中心研制了含油淤泥的脫油技術(shù)，其微波脫油處理系統(tǒng)比常規(guī)法快30倍，體積比常規(guī)的乳液分離系統(tǒng)小90%,；泰國(guó)研發(fā)的3,kGy射線輻照能將啤酒工業(yè)產(chǎn)生的污泥輻照處理并達(dá)到喂食魚類的標(biāo)準(zhǔn)；越南射線輻照技術(shù)可讓輻照后的污泥成為播種體的載體。

3.4 固體廢物處理領(lǐng)域中輻照技術(shù)的應(yīng)用

固體廢物處理領(lǐng)域中輻照技術(shù)的應(yīng)用也逐漸得到重視，其中以美國(guó)CYCLEAN公司的輻照技術(shù)最為先進(jìn)。該技術(shù)能夠100%,地回收利用建筑垃圾、再生舊瀝青路面的材料，且生產(chǎn)質(zhì)量與新拌瀝青路面材料相同，成本是新拌瀝青路面材料的l/3，因此費(fèi)用和污染被大大降低。美國(guó)其他研究所也將輻照用于對(duì)纖維素的處理，從中得到葡萄糖，回收率最高達(dá)到56%。

其他國(guó)家也有類似的技術(shù)，例如俄羅斯，其物理動(dòng)力研究所可利用快中子反應(yīng)堆處理生活和工業(yè)垃圾，該技術(shù)不僅可以用經(jīng)過(guò)處理的垃圾提取金屬、建筑材料、化工產(chǎn)品，還可將其轉(zhuǎn)化為電力和熱力；日本將輻照技術(shù)用于木屑、廢紙、稻草等的處理，通過(guò)糖化進(jìn)而發(fā)酵成為酒精。

4 戰(zhàn)略需求發(fā)展措施及建議

就目前我國(guó)加速器電子束輻照技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，今后的工作要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探索研究：

4.1 深入分析污染物的去除機(jī)理

由于我國(guó)輻照技術(shù)起步較晚，為了更好地發(fā)揮電子束輻照的作用，我們應(yīng)繼續(xù)深入分析污染物的去除機(jī)理，從而大大提高電子束輻照的利用率。

4.2 提高電子束的強(qiáng)度，發(fā)展新型加速器

當(dāng)前，現(xiàn)有的輻照技術(shù)已經(jīng)滿足不了高要求的污染物質(zhì)的處理，因此需要新型輻照技術(shù)。為了達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)水平，就需要提高輻照劑量，提高電子束強(qiáng)度和能量，發(fā)展新型的輻照加速器，從而實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的處理效果。

4.3 電子束輻照技術(shù)與其他工藝技術(shù)的互補(bǔ)研究

電子束輻照技術(shù)通常與其他工藝聯(lián)合使用，以達(dá)到降低能耗、節(jié)約成本、提高處理效率的效果，因此需要對(duì)相應(yīng)對(duì)象進(jìn)行充分了解，從而選用適合的聯(lián)合技術(shù)，彌補(bǔ)彼此的不足。

4.4 提高電子束輻照技術(shù)的研究水平，充分利用其優(yōu)點(diǎn)

目前國(guó)外電子束輻照技術(shù)在各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用，但我國(guó)電子束輻照技術(shù)基礎(chǔ)相對(duì)較弱，在應(yīng)用方面還存在較大差距。我們應(yīng)拓寬電子束輻照技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，提高研究水平，充分利用輻照技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

4.5 緊湊型輻照加速器的研發(fā)及其規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

隨著市場(chǎng)逐漸多樣化，需求也更加多元化。電子束輻照技術(shù)需適應(yīng)各種空間、環(huán)境，因此研發(fā)緊湊型輻照加速器才能滿足市場(chǎng)需求。將該技術(shù)靈活化才有助于其進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。只有產(chǎn)業(yè)化發(fā)展才能最大程度地將該技術(shù)推廣并使其得到最大化利用。

4.6 亟需出臺(tái)政策法規(guī)規(guī)范市場(chǎng)

技術(shù)一旦應(yīng)用于市場(chǎng)，就會(huì)出現(xiàn)一系列社會(huì)問(wèn)題，因此亟需相關(guān)部門出臺(tái)政策、法規(guī)，一方面用于對(duì)技術(shù)的保護(hù)，另一方面用于對(duì)市場(chǎng)的監(jiān)管、引導(dǎo)。此外，加大宣傳力度，使該項(xiàng)技術(shù)在更大范圍內(nèi)得到推廣，不僅能加強(qiáng)大眾的認(rèn)識(shí)、提高國(guó)民科學(xué)素質(zhì)，更能吸引年輕一代致力于技術(shù)開發(fā)，從而使這一技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新?！?/p>

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Analysis on Research and Application Status of Irradiation Technology in Environmental Protection

ZHAO Junchao，JIA Minghui，DONG Xiaoqing
(Beijing Municipal Institute of Science and Technology Information，Beijing 100120，China)

To study the application of irradiation technology in environmental protection，research status of irradiation technology in environmental protection in China was analyzed from three aspects，including academic papers，scientists and research institutions and relative conclusions were obtained．Advices for the development of irradiation technology were proposed based on both foreign and domestic application status of the technology．The data in the paper were collected from CNKI(China National Knowledge Infrastructure)，VIP database and WANFANG database.

irradiation technology；electron beam；environmental protection

N99

A

1006-8945(2016)03-0015-05

2016-01-26