CN102989102B - 垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置及方法，其装置包括电子加速器、照射窗口以及放置在样品台上的辐照样品，所述辐照样品含有二恶英分子；电子加速器产生的电子束通过照射窗口辐射到辐照样品上，从而使电子束与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解；电子束能量为1.5~3MeV，束流强度为1~30mA,辐照剂量率为0.1~0.7kGy/s，辐照总剂量为15~60kGy。本发明首先收集垃圾焚烧发电厂产生的飞灰，对飞灰中二恶英进行抽提处理后，将其放置于电子加速器产生的电子束下进行辐照处理，二恶英辐照降解率高达90%。
Description
技术领域
本发明涉及采用电子束辐照技术对垃圾焚烧发电厂产生的二恶英进行降解的装置及方法。
背景技术
垃圾焚烧发电已成为城市垃圾处理的主要手段之一，但因垃圾焚烧会对大气环境造成二次污染，特别是垃圾焚烧过程中产生有毒物质二恶英，极大地限制了垃圾焚烧发电产业的发展，如何减少或去除焚烧过程中产生的二恶英，是当前急需解决的重大环境问题。
二恶英类是指含有二个或一个氧键连结二个苯环的含氯有机化合物（又称异构体）。由1个氧原子联合2个被氯原子取代的苯环，每个苯环上都取代1~4个氯原子，形成135种异构体，称多氯代二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzo-furans，简称PCDFs)。由2个氧原子联合2个被氯原子取代的苯环，每个苯环都可取代1~4个氯原子，形成75种异构体，称多氯代二苯并二恶英（Polychlorinated dibenzo-p-dioxins，简称PCDDs）。PCDFs和PCDDs统称二恶英类（Dioxins），共有210种异构体。各种异构体毒性差异很大，其中2,3,7,8-TCDD毒性最强。国际上通常以毒性当量（TEQ）来评价二恶英类总毒性，即各异构体的含量与其毒性当量因子（TEF）的乘积累加而得，即
TEQ=∑(二恶英异构体浓度×TEF)
辐照技术是使用钴源产生的γ射线或电子束等放射性射线对物质进行照射，通过具有能量的射线和物质的相互作用，使得物质的性质发生改变。相比较钴源辐照，电子束辐照具有可控性好、效率高等优点，因此在工业化生产上得到广泛的应用。近些年，电子束辐照技术也被应用在环保领域，如污泥、污水的处理等。也有一些研究应用电子束辐照处理焚烧炉烟气中的硫化物和氮化物。对于电子束辐照技术降解垃圾焚烧所产生的二恶英，相关报道比较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置及方法，首先收集垃圾焚烧发电厂产生的飞灰，对飞灰中二恶英进行抽提处理后，将其放置于电子加速器产生的电子束下进行辐照处理，二恶英辐照降解率高达90%。
为了解决上述技术问题，本发明装置采用以下技术方案：垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置，包括电子加速器、照射窗口以及放置在样品台上的辐照样品，所述辐照样品含有二恶英分子；电子加速器产生的电子束通过照射窗口辐射到辐照样品上，从而使电子束与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解；电子束能量为1.5~3MeV，束流强度为1~30mA,辐照剂量率为0.1~0.7kGy/s，辐照总剂量为15~60kGy。
为了解决上述技术问题，本发明方法采用以下技术方案：垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英方法，包括以下步骤：S1、采用电子加速器产生的电子束能量对含有二恶英分子的辐照样品进行辐照；S2、使电子束与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解；所述电子加速器产生的电子束能量为1.5~3MeV，束流强度为1~30mA,辐照剂量率为0.1~0.7kGy/s，辐照总剂量为15~60kGy。
其中，步骤S1中电子加速器产生的电子束能量为1.8MeV，束流强度为1.5mA，剂量率为0.35kGy/s，总剂量为30kGy。步骤S2所述对二恶英的降解过程为：二恶英分子形成激发态分子，当激发态分子能量大于化学键能时，导致化学键断裂，发生分子结构的重排或错位；当辐照样品含有水分时，电子束与水分子相互作用，生成自由基；所述自由基为OH·、H·和/或步骤S2所述电子束与水分子相互作用的化学式如下:
式中括号内的数字表示辐射化学产额，即反应体系中平均每吸收100eV辐射能量时，水中产生各种自由基的数量。
与化学法等传统技术相比，本发明采用电子束辐照降解二恶英的装置及方法具有下列优点：
（1）、电子束辐照是清洁的处理方式，可避免二次污染；
（2）、电子束辐照法是一种冷处理方法，可避免在降温过程中二恶英的再次生成；
（3）、效率高，最终的二恶英辐照降解率达到90%；
（4）、安全环保，辐照室通过合理设计、施工和严格使用管理，作业时完全可以避免电子射线泄漏，加速器断电即切断辐射源，安全可靠；
（5）、虽然电子束辐照法初期投资要比常规方法费用高些，但它辐照耗能小，操作运行费较低，能量利用率高，加工速度快，因此电子束辐照法比传统方法的处理成本低；
（6）、采用辐照飞灰而非辐照烟气的方法，可以大大减少所需的加速器台数，降低成本，使加速器束流利用效率更高。
附图说明
图1是本发明所使用电子束辐照装置示意图；
图2是辐照降解率示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明装置包括电子加速器1、照射窗口2以及放置在样品台4上的辐照样品3，辐照样品含有二恶英分子，电子加速器1产生的高速电子束5通过照射窗口2辐射到辐照样品3上，从而使高能电子束5与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解。电子加速器与样品台之间的照射距离越大，照射面积越大，剂量率也就越低，本实施例采用的是照射距离为50cm，照射面积为1.2m2。
电子束辐照降解二恶英类的机理是：当高能电子束与二恶英分子相互作用时，二恶英分子形成激发态分子，当激发态分子能量大于化学键能时，会导致化学键断裂，发生分子结构的重排或错位而被除去。当被照射的物质（即辐照样品）含有一定水分时，高能电子束与水分子相互作用，生成各种自由基（OH·、H·、等），如下式所示：
式中括号内的数字表示辐射化学产额，是指反应体系中平均每吸收100eV辐射能量时，水中产生各种自由基的数量。为水合电子，是强还原性粒子，OH·自由基是强氧化性粒子，H·自由基是粒子，H2O2是强氧化剂。这些自由基是高活性物质，是强氧化性粒子或还原性粒子，能迅速与水体中的有机物反应，从而达到降解二恶英的目的。
电子束能量的选取取决于辐照样品的厚度。照射的时间=照射总剂量/照射剂量率，在总剂量一定的情况下，剂量率越低，需要照射的时间越长。本发明辐照所用参数可以在以下范围内：电子束能量为1.5~3MeV，束流强度为1~30mA,辐照剂量率为0.1~0.7kGy/s，辐照总剂量为15~60kGy。当电子束能量为1.8MeV，束流强度为1.5mA，剂量率为0.35kGy/s，总剂量为30kGy时，飞灰中二恶英类降解率达90%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置，其特征在于：包括电子加速器、照射窗口以及放置在样品台上的辐照样品，所述辐照样品含有二恶英分子；电子加速器产生的电子束通过照射窗口辐射到辐照样品上，从而使电子束与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解；电子束能量为1.5～3MeV，束流强度为1～30mA,辐照剂量率为0.1～0.7kGy/s，辐照总剂量为15～60kGy；对二恶英的降解过程中，当辐照样品含有水分时，电子束与水分子相互作用，生成自由基；所述自由基为OH·、H·和所述电子束与水分子相互作用的化学式如下:
式中括号内的数字表示辐射化学产额，即反应体系中平均每吸收100eV辐射能量时，水中产生各种自由基的数量。
2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置，其特征在于：所述电子束能量为1.8MeV，束流强度为1.5mA，剂量率为0.35kGy/s，总剂量为30kGy。
3.根据权利要求1所述的垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英装置，其特征在于：所述电子加速器与样品台之间的照射距离为50cm，照射面积为1.2m2。
4.垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用电子加速器产生的电子束能量对含有二恶英分子的辐照样品进行辐照；
S2、使电子束与二恶英分子相互作用，完成对二恶英的降解；
步骤S2所述对二恶英的降解过程为：二恶英分子形成激发态分子，当激发态分子能量大于化学键能时，导致化学键断裂，发生分子结构的重排或错位；当辐照样品含有水分时，电子束与水分子相互作用，生成自由基；所述自由基为OH·、H·和
步骤S2所述电子束与水分子相互作用的化学式如下:
式中括号内的数字表示辐射化学产额，即反应体系中平均每吸收100eV辐射能量时，水中产生各种自由基的数量；
所述电子加速器产生的电子束能量为1.5～3MeV，束流强度为1～30mA,辐照剂量率为0.1～0.7kGy/s，辐照总剂量为15～60kGy。
5.根据权利要求4所述的垃圾焚烧发电厂电子束辐照降解二恶英方法，其特征在于，步骤S1中电子加速器产生的电子束能量为1.8MeV，束流强度为1.5mA，剂量率为0.35kGy/s，总剂量为30kGy。
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