辐照技术在环境保护中的研究现状及应用情况分析

赵俊超，贾明慧，董晓晴

(北京市科学技术情报研究所 北京100120)

辐照技术在环境保护中的研究现状及应用情况分析

赵俊超，贾明慧，董晓晴

(北京市科学技术情报研究所 北京100120)

以辐照技术在环境保护中的应用为重要研究领域，从学术论文、科学家主体、研究机构主体三方面对国内辐照技术在环境保护中的研究现状进行分析，得出相关结论，同时借鉴国外的应用情况，提出辐照技术今后发展的意见建议。分析数据均取自中国知网、维普、万方数据库的文献数据。

辐照技术 电子束 环境保护

辐照技术是当前出现的一种高新的污染治理手段之一，近年来备受关注。辐照技术具有无二次污染、干净清洁、安全可靠等优点，因此有着广阔的发展前景。国际原子能机构在21世纪利用原子能这一重要研究领域，将辐照技术应用在环境保护中。本文从学术论文、科学家主体、研究机构主体3方面对国内辐照技术在环境保护中的研究现状进行分析，同时借鉴国外的应用情况，提出了辐照技术今后发展的意见建议。

1 数据的来源及分析方法

本研究统计文献数据来源于中文论文数据库。本次统计范围是2008—2014年期间辐照技术在环境保护领域中发表的论文情况。

本文以“辐照、废气”、“辐照、废水”、“辐照、污泥”、“辐照、固体废物”为检索关键词，根据检索出论文的关键词、摘要，将辐照技术在环境保护领域相关的论文进行筛选，并对辐照技术在环境保护领域论文的关键词、论文产量与变化趋势、发文总量、文章被引总数、论文作者等进行分析，并得出相关结论。

2 国内辐照环保领域研究现状及技术应用情况

2.1 研究现状及趋势

2.1.1 论文数量及变化趋势

本文以“辐照、废气”、“辐照、废水”、“辐照、污泥”、“辐照、固体废物”为检索关键词在万方数据库的中文论文中进行搜索，统计出辐照技术在环境保护领域发表论文共计322篇(见图1)。

辐照技术在环保领域的发文量一直处于平稳的状态。通过图1对辐照技术在环保领域发文总量的变化趋势进行分析，2010年的发文量达到一个高产期，共计发文63篇；从2011年开始，出现了一个小幅度的递减趋势。在不考虑其他因素的前提下，辐照技术在环保领域的发文量出现递减的趋势，很大程度上是文献网络在线刊载滞后因素所导致，但总体上与之前的发文量基本持平。

图1 领域发展趋势图Fig.1 Development tendency of different fields

2.1.2 关键词词频分析

通过统计辐照技术在环保领域发表论文出现次数最多的前10个关键词词频(见表1)，在该领域出现最多的关键词是“微波”，一共出现72次；其次为“废水处理”，出现44次；再次为“活性炭”，出现28次。通过表1可推断该领域的研究重点是：微波辐照技术在废水处理、污泥、有机污染物领域的应用。

表1 高频关键词Tab.1 High frequency keywords

2.1.3 关键词变化分析

将该领域论文按照时间排序，可见在一定的时间段内环保应用领域的研究重点是存在规律的。2008—2011年展开的研究主要是利用微波辐照技术在废气、废水、污泥固体废物处理方面进行应用；2012—2014年则主要是利用电子束辐照技术在废水处理、污泥、有机污染物领域开展应用。由于文献网络在线刊载滞后，所以导致高频关键词还是停留在早期研究的关注点上，但实际上近两年的发展趋势已经转移到电子束辐照技术在废水、污泥、有机污染物方面的应用研究(见表2)。

表2 关键词变化表Tab.2 Variation of keywords

2.2 科学家主体研究现状分析

2.2.1 论文高产作者

以2008—2014年发文量为基础数据，发文量排名前10名的作者如下：

表3 科研人员研究现状信息表Tab.3 Research status of scientific researchers

从表3中可以看出，辐照技术在环保应用领域的研究分为两个时期，早期开展研究的科研人员有马春、王鹏、孙德栋、董晓丽、潘维倩。其中马春、孙德栋、董晓丽之后有淡出迹象；研究时间最长，且一直活跃在该领域的研究人员主要是王鹏、潘维倩。2010年以后在该领域开展的研究越来越被科研人员所重视，研究开始受到关注，科研人员较为活跃，上升趋势明显。突出的有刘秀华、何仕均、梁霞、邓义、王建龙。

2.2.2 高被引论文作者

论文被引用次数最多的科研人员如表4 所示。

通过表4高被引论文可以看出，辐照技术在环保应用领域开展的研究主要集中在废水、污泥方面。研究团队有5个，分别是王鹏、潘维倩、袁春燕；聂锦旭、刘力凡、刘汨；孙德栋、马春；陈芳艳；王同华。通过他们的研究，大致上可以看出研究的关注点主要是通过微波辐照技术诱导废水、污泥中吸附剂的变性，为污泥的资源化利用找到更加有效、环保的新途径。

表4 高被引论文信息表Tab.4 Information of highly cited papers

2.3 科研机构主体研究现状分析

2.3.1 论文高产单位

在该领域学术论文中，对发文总量排名前10的作者进行统计分析，可得到作者发文量及高产单位信息表(见表5)。

表5 高产单位信息表Tab.5 Information of organizations with high quantity of papers

通过对论文高产作者的相关单位信息进行统计，可以看出不同时期科研机构的研究重点不同，使用的技术方法也不同。

最早在该领域开展相关研究的机构有大连工业大学化工与材料学院，随后有淡出的趋势；哈尔滨工业大学则是该领域开展研究时间最长的机构，前期研究主要集中在通过微波辐照技术处理污泥，后期开展的研究主要侧重于通过电子束辐照技术处理废水；中国工程物理研究院和清华大学核能与新能源研究院近年来开始受到关注，活跃度呈上升趋势。

2.3.2 论文高引用单位

在该领域学术论文中，哈尔滨工业大学王鹏、潘维倩、袁春燕的研究团队发表的《微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究》被引次数为15次，是该领域被引次数最多的；其次，聂锦旭、刘力凡、刘汨的研究团队发表的《微波强化铝改性膨润土对水中氨氮的吸附性能》被引次数为12次(见表6)。

表6 高引用单位信息表Tab.6 Information of highly cited organizations

辐照技术在环保领域应用的研究论文中，《微波诱导热解污泥制备吸附剂的研究》是被引次数最多的论文。说明该篇论文论述辐照技术在环保领域应用研究中具有一定的创新性。被引证次数最多的观点包括：袁春燕等采用微波诱导热解污泥制备污泥吸附剂，通过实验得到该法制备污泥吸附剂的最佳工艺参数，验证了微波诱导热解污泥制备污泥吸附剂技术的可行性。从被引次数较多的知识点可见，哈尔滨工业大学研究的微波诱导热解污泥制备污泥吸附剂技术具有一定的创新性，且该研究成果得到了广泛认可。

其次，广东工业大学聂锦旭、刘力凡、刘汨的研究团队发表的《微波强化铝改性膨润土对水中氨氮的吸附性能》被引证次数最多的观点包括：近年来，世界上膨润土的开发利用发展迅速，主要集中在深加工技术的改进，如微波法在膨润土加工中的应用等等，可推断广东工业大学微波法在膨润土深加工技术(对水中氨氮的吸附性能)中的应用具有创新性，在该领域具有一定的影响力。

2.4 技术应用情况

2.4.1 辐照技术在废水处理中的应用

近些年我国对辐照技术开展了深入探索，并逐步将其应用于污水的处理中。比如中科院上海应用物理研究所的边绍伟、上海大学射线应用研究所的顾建忠、清华大学核能与新能源技术研究院的刘宇、黑龙江省科学院技术物理研究所的张玉宝、南京大学的刘下国等对电子束辐照技术进行了实验研究，取得了一定的成果。由于我国在这方面起步较晚，基础相对较弱，利用辐照技术处理污水这一实际处理工艺还处于探索阶段，与其他国家相比还存在一定的差距，还要做很多基础工作。

2.4.2 辐照技术在废气处理中的应用

随着电子束辐照技术的不断发展，其应用已渗透到多个领域，应用范围不断扩大，在环境保护中也显示出巨大的应用潜力。相较之前的常规废气处理技术，电子束辐照技术适用于常规废气处理技术难以处理的环境污染物，并且具有无二次污染、干净清洁、操作方法简单、处理效率高、费用低等特点。例如杭州协联热电电子束脱硫技术、北京京丰热电电子束辐照烟气脱硫脱硝技术在对于废气的处理上已经初步实现了工业化。

2.4.3 辐照技术在污泥处理中的应用

中国科学院近代物理研究所研发的高能电子束技术使污泥的处置处理问题得到了有效的解决。电子束经由中科院近代物理研究所自行研发的高能电子加速器提供，将处理不了、剩余的污泥进行无害化处理。这样，处理过的污泥一方面在农业上可以得到再生利用，另一方面还可以用于再生燃料的制造。

2.4.4 辐照技术在固体废物中的应用

高分子固体废物的回收再利用可以通过辐照技术与高分子材料相互作用的特点得以实现。其中上海大学生产的粘胶就是利用低辐照剂量浆粕经过辐照处理方法生产的。

橡胶的硫化和废旧橡胶的脱硫化也可以利用辐照技术。处理方法主要是利用橡胶对电子束辐照技术和γ射线具有敏感性这一特点，改变橡胶的加工性能和耐用性，使废旧橡胶发生化学链解聚，从而提高废旧橡胶的再生利用。

3 国外辐照环保领域研究现状及技术应用情况

3.1 废水处理领域中辐照技术的应用

美国研制了大规模电子加速器处理废水装置并于1984年在迈阿密投入使用。俄罗斯辐照净化废水技术由Voronezh合成橡胶厂研发成功，并很快应用到工业领域。巴西自1996年开始致力于电子加速器处理饮用水、污水的研究，其原子能研究所开发建立的大规模电子加速器水处理示范装置，对生活污水的消毒，工业污水中染料、苯酚、油和脂的分解及饮用水中三卤甲烷的去除都有明显效果。韩国的三星Heavy Industries(SHI)公司与俄罗斯物化所联合开发建立的电子束处理废水装置，能够处理大丘染化工业公司的印染废水。与此同时，建立了造纸废水再循环的电子束处理商用示范装置。

3.2 废气处理领域中辐照技术的应用

废气污染主要指烟道气污染，现已成为世界众多污染问题中最为突出的一个。它能形成酸雨和严重的温室效应。日本、德国、美国等国家极为重视对废气的辐照处理。

例如，美国Ebara公司已拥有电子束处理烟道气体的技术并投入应用。俄罗斯的Kurchatov原子能研究所、莫斯科州立大学俄罗斯科学院高温研究所、Tem-ploelekroprokt研究设计院等都陆续开展相关研究。

3.3 污泥处理领域中辐照技术的应用

污泥辐照处理技术在早期工业革命发展较快的国家也得到重视，并已产生一定成果。如前联邦德国最早建立了试验工厂，该厂于1973年建造，在含有4%,固体的污泥中，采用瞬时强γ辐射杀死病菌，经辐照处理的污泥仍保有原养分，可用作肥料且性能远超过堆肥和巴氏消毒法处理过的污泥。

此外，日本原子能研究所已着手研究电子束灭菌后制成堆肥的处理污泥工艺；美国匹兹堡Carnegie Mellon研究所环保研究中心研制了含油淤泥的脱油技术，其微波脱油处理系统比常规法快30倍，体积比常规的乳液分离系统小90%,；泰国研发的3,kGy射线辐照能将啤酒工业产生的污泥辐照处理并达到喂食鱼类的标准；越南射线辐照技术可让辐照后的污泥成为播种体的载体。

3.4 固体废物处理领域中辐照技术的应用

固体废物处理领域中辐照技术的应用也逐渐得到重视，其中以美国CYCLEAN公司的辐照技术最为先进。该技术能够100%,地回收利用建筑垃圾、再生旧沥青路面的材料，且生产质量与新拌沥青路面材料相同，成本是新拌沥青路面材料的l/3，因此费用和污染被大大降低。美国其他研究所也将辐照用于对纤维素的处理，从中得到葡萄糖，回收率最高达到56%。

其他国家也有类似的技术，例如俄罗斯，其物理动力研究所可利用快中子反应堆处理生活和工业垃圾，该技术不仅可以用经过处理的垃圾提取金属、建筑材料、化工产品，还可将其转化为电力和热力；日本将辐照技术用于木屑、废纸、稻草等的处理，通过糖化进而发酵成为酒精。

4 战略需求发展措施及建议

就目前我国加速器电子束辐照技术的发展及应用现状来看，今后的工作要从以下几个方面进行探索研究：

4.1 深入分析污染物的去除机理

由于我国辐照技术起步较晚，为了更好地发挥电子束辐照的作用，我们应继续深入分析污染物的去除机理，从而大大提高电子束辐照的利用率。

4.2 提高电子束的强度，发展新型加速器

当前，现有的辐照技术已经满足不了高要求的污染物质的处理，因此需要新型辐照技术。为了达到相应的技术水平，就需要提高辐照剂量，提高电子束强度和能量，发展新型的辐照加速器，从而实现高质量的处理效果。

4.3 电子束辐照技术与其他工艺技术的互补研究

电子束辐照技术通常与其他工艺联合使用，以达到降低能耗、节约成本、提高处理效率的效果，因此需要对相应对象进行充分了解，从而选用适合的联合技术，弥补彼此的不足。

4.4 提高电子束辐照技术的研究水平，充分利用其优点

目前国外电子束辐照技术在各个方面得到了广泛应用，但我国电子束辐照技术基础相对较弱，在应用方面还存在较大差距。我们应拓宽电子束辐照技术应用领域，提高研究水平，充分利用辐照技术的优点，加快实现产业化。

4.5 紧凑型辐照加速器的研发及其规模产业化应用

随着市场逐渐多样化，需求也更加多元化。电子束辐照技术需适应各种空间、环境，因此研发紧凑型辐照加速器才能满足市场需求。将该技术灵活化才有助于其进一步实现规模化、产业化发展。只有产业化发展才能最大程度地将该技术推广并使其得到最大化利用。

4.6 亟需出台政策法规规范市场

技术一旦应用于市场，就会出现一系列社会问题，因此亟需相关部门出台政策、法规，一方面用于对技术的保护，另一方面用于对市场的监管、引导。此外，加大宣传力度，使该项技术在更大范围内得到推广，不仅能加强大众的认识、提高国民科学素质，更能吸引年轻一代致力于技术开发，从而使这一技术不断发展创新。■

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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