电子辐照加速设备应用 医疗物资“灭消”用上电子束辐照技术

医疗物资“灭消”用上电子束辐照技术

本报威海讯 近期，面对突如其来的新冠肺炎疫情，位于威海市中国广核集团下属的山东海维辐照灭菌中心，迅速开通电子束辐照灭菌站点绿色通道，24小时待命，为防护服、手套等医疗物资提供快速免费的消毒灭菌服务。

辐照灭菌技术是核技术应用的重要领域之一，是利用射线（包括X射线、γ射线和加速电子束等）的辐照来杀灭有害细菌和微生物的一种有效方法。目前，该技术已广泛应用于百姓生活之中，形成了一定产业规模，取得了显著的经济和社会效益。

电子束辐照灭菌法是辐照灭菌技术的一种，利用高压电场加速产生的高能电子束，在常温常压下对包装好的一次性医疗用品、卫生用品等进行辐照，破坏微生物结构，使之失去生物活性，从而达到消毒灭菌功效的一种技术手段。其原理类似晒太阳，整个过程不添加任何化学物质，产品只接受电子束带来的能量，无需拆封并且不与辐射源直接接触，在杀灭细菌的同时不会产生辐射残留物，可放心使用。相比于需要较长时间（7天—14天）去除残留物的环氧乙烷等化学熏蒸技术，电子束辐照灭菌使用的电子束穿透力强，可以深入产品内部进行全面、彻底、快速的灭菌，具有效率高、无残留、立等可取、灭完即用等优点。

据介绍，电子束辐照灭菌所需要的厂房并不大，完成整个灭菌过程的区域就是一条100余米长的传送带。根据加速器功率和所需灭菌剂量的不同，每箱产品在电子束下的实际辐照时间只有几秒钟。全程辐照加工时间，包括产品传输进去、出来一个流程，或者产品翻面后再辐照一遍，总共20分钟—40分钟。产品完成消毒、灭菌、检测后，可直接装车发货。

除了可以给防护服、手套等医疗物资消毒灭菌外，电子束辐照在食品保鲜、工业材料改性优化等方面也有着广泛的应用。比如，它可以用在各种电线电缆、管材、轮胎上，增强其在高温高压等极端环境下的耐受性，延长使用寿命等。

电子束“大战”工业废水

冠华针织厂产生的废水从工厂原有的一沉池引入电子束处理系统，处理后再回流至该厂的二沉池。

污水处理前后对比。

6月，全球最大电子束辐照处理印染废水项目在广东江门建成并正式投入运营，这意味着原本属于核工业领域的“黑科技”——电子束辐照技术开始应用于工业废水处理领域，并逐渐进入商业化应用阶段。

电子束处理工业废水技术，是指利用高压电场加速电子束，并对废水进行照射，水分子电离或者激发分解生成的羟基自由基等强氧化物质与污水中的污染物等发生相互作用，最终达到氧化分解和消毒目的。中广核电子加速器总工程师俞江告诉记者，项目通过7台电子加速器联机运行，江门市新会区冠华针织厂（以下简称“冠华针织厂”）日处理印染废水能力超过3万吨。

采写：南方日报记者 郑琦

摄影：南方日报记者 杨兴乐

策划：刘江涛

统筹：张志超 潘晓晨

原状

传统方式效率低成本高

印染废水会经过调节池、水解酸化池、接触氧化池、一沉池、混凝/二沉池、RO膜系统、小生化系统、混凝沉淀（脱色）等流程后排放。

冠华针织厂是江门一家以生产针织坯布和染色布为主的大型企业，主要生产针织面料和染色纱等产品。冠华针织厂负责人告诉南方日报记者，以往他们主要通过“生化+反渗透—中水回用系统”对污水进行处理，日处理量水量约2.5万吨，中水回用约1.8万吨/日，达标排放水量约0.7万吨/日。

尽管污水处理能力不俗，但由于原有生化系统设计不合理，冠华针织厂的生化及物化出水水质较差，化学需氧量COD约为80—150mg/L，色度60—100倍。“这导致反渗透膜处理系统频繁清洗，降低膜使用寿命，废水回用率低于50%。膜浓水经过二次生化后需要添加脱色剂，处理成本高昂，且有可能造成其他污染问题。”中广核电子束污水处理技术总负责人何仕均说，“中水回用”会同步产生浓水，这些浓水是难以生化处理的，以往做法是回流到集水池与原水混合后再进原生化系统处理，但污染物日积月累会引起整个处理系统可生化性降低，污水处理成本上升，同时也影响到中水回用系统，降低中水回用率。

根据项目环评审批的要求，冠华针织厂日排水不得超过0.9万吨/日。中水回用率降低，意味着总废水产生量要减少，生产负荷也就要同步下降，一定程度上限制了企业的生产。

因此，寻求更加有效和经济的难降解污染物处理方法成为亟须解决的关键问题。2018年4月，中广核达胜加速器技术有限公司与冠华针织厂达成协议，对现有污水处理系统进行升级改造。项目总投资达5000多万元，预计建成后最高处理污水能力可达到3.5万吨/日。

原理

利用自由基降解有机污染物

水分子接受电子束能量后，激发或电离产生大量的自由基。这些自由基可以降解废水中的大量难降解的有机污染物。

尽管受到了疫情等多种复杂因素的影响，冠华针织厂电子束辐照处理印染废水项目还是顺利投产运行。

记者在冠华针织厂新建的电子束辐照室看到，浑浊的污水在进水调配池搅拌均匀后，进入电子束辐照室，经由电子加速器处理，再经沉淀、后续生化等环节，原来浑浊的水变得清澈。“通俗地说，电子束辐照室是一个密闭的空间，污水从进水口流入后，将在辐照箱里变成瀑布，从高往低处流，电子束打在瀑布上进行辐照后，流出的水将明显比之前清澈。”中广核达胜环保事业部工作人员张涛说。

俞江告诉记者，电子束处理废水的基本原理是电子枪（电子加速器的主要部件之一）产生的电子在高压电场下被加速，形成了定向的电子束流，“大家都知道，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，水分子接受电子束能量后，激发或电离产生大量的羟基自由基、水合电子、氢原子核等高活性自由基。”俞江说，这些自由基具有很强的氧化还原作用：一方面，自由基可以降解废水中的大量难降解的有机污染物；另一方面，自由基还可以与废水中的细菌病毒等病原体的DNA或RNA结构发生碱基对破坏、断链等反应，从而起到杀灭微生物的作用，“所以说，电子束处理废水可以在一个过程中同时起到降解有机物和消毒灭菌的作用。”

数据显示，从2019年底开始进行设备调试以来，经过近半年的试运行，实现了7台电子加速器联机运行，日处理废水能力达3万吨，印染废水COD从约200mg/L降到50mg/L以下，色度从80至100倍降到10倍左右，且不返色，废水回用比例提高到70%以上。

何仕均说，项目外排废水浓度进一步降低，客观上减少了污染物的排放。由于提高和保障了中水回用率，在外排废水不增加的情况下，企业生产废水的产生总量可以提高，产能就可以上去。同时，该项目运行费用低于原生化处理系统，一定程度上也降低了企业的治水成本和生产成本，提高了企业效益。

优势

净化程度高处理效率高

专家表示，利用电子束技术处理的废水，净化程度更高，处理效果更好，还可实现废水高标准排放或中水回用。

在何仕均看来，与传统的常规处理手段相比，电子束处理工业废水技术具有其他技术手段难以比拟的优势：一是反应速度快、处理效率高、无感生放射性及化学残留等；二是有机物降解快，电子束可以高效降解工业废水中的有机物，提高工业废水的可生化性，也可以对出水进行深度处理，提高出水的排放标准。

此外，电子束处理工业废水技术的设备自动化程度高，整体设备运行维护相对较为简便。以冠华针织厂项目为例，根据公司印染废水特点、原有工艺、场地规模以及回用要求等条件，项目设计了7台电子加速器联机运行。记者在项目总控制室看到，控制系统实现了高度智能化，可以实时监控到7台电子加速器的运行、污水流入量、实时处理量等情况。

相比传统废水处理方式，电子束处理工业废水技术还具有整体工艺对来水水质无特殊要求、能够适应复杂的水质变化、处理负荷高、出水水质稳定等优点。同时，后者的运行设备占地面积更小，使用寿命也更长。

对此，长期关注电子束处理工业废水技术的新会区崖门新财富电镀基地环保主管聂瑞光颇有体会。他认为，相对于传统治污方式，电子束处理反应速度更快，效果更明显。“该项目的设备占地面积也有优势，一套电子加速器占地面积约200平方米，1小时可处理240立方米的水。如果处理同等量的污水，传统处理设备占地面积至少要翻一倍。”

■延伸

电子束辐照技术有望大规模商用

利用电子束辐照技术处理工业废水，冠华针织厂项目并非首创。2017年3月，中广核核技术发展股份有限公司联合清华大学在浙江省金华市浦江县启动了中国第一座电子束处理工业废水中试规模的示范工程（以下简称“金华项目”），在国内外引起了巨大的反响。冠华针织电子束处理项目负责人诸伟麟介绍，相对于金华项目，江门项目有很大的突破：金华项目是单台电子加速器，而江门项目则实现了7台电子加速器联机运行；金华项目的日处理规模只有两三千吨，江门项目可以达到3万吨。

如果说，利用电子束辐照技术处理工业废水的尝试在浙江金华项目上是小试牛刀，那么冠华针织厂项目的正式投入运营，则意味着该项“高大上”的技术进入大规模商业化应用阶段。尽管这两个相隔千里的项目在数年内先后启动，但实际上却跨越了诸多技术难点。

此外，江门的设备自动化集成程度更高，这也是电子束辐照技术处理工业废水进入大规模商业化应用阶段的重要前提。“在冠华针织厂项目中，我们采用了大量的自动化控制和远程管理等手段，7台电子加速器可以根据印染废水的水质和水量的变化，自动进行合理分配和灵活调节，完全达到了一个商业化污水处理厂的运行条件和水平。”何仕均说。

从成本的角度来看，电子束辐照技术处理工业废水的建设成本及运营成本均低于传统方式，这也是这项技术的一个大优势：以冠华针织厂项目为例，其项目建设成本大约1500元/日/吨废水，运行成本仅为1度电/吨水。

展望未来，电子束辐照技术除了在工业废水处理领域外，在其他领域也具备广阔前景。公开资料显示，电子束处理工业废水技术还可应用于特殊有害物质（如抗生素废水、菌渣、医疗废水废物）的无害化处理。此外，也可应用于电线电缆、热缩材料、发泡材料、辐射固化、轮胎预硫化等环境治理领域，在医学诊疗、安全检测、工业CT等方面也可发挥重要作用。

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