新技术专题

新技术专题讲座结课论文姓名：秦霏学号：07026129班级：核技术2010年12月31日放射性物质污染土壤危害及其防治对策摘要本文阐述放射性污染土壤的危害,是人们生产、生活中不能忽视的问题,要采取有效措施进行治理和修复。重点探讨了间接防治、直接治理、采用耐辐射微生物、超积累植物和森林等修复技术的防治对策。只有通过有效方法进行治理和修复,才能起到阻截废气、废液、废渣进入土壤,控制污染源,使污染土壤恢复原有的功能。关键词放射性;土壤污染危害;防治对策;植物修复技术Abstract:Thispaperexpoundstheharmofradioactivepollutioninsoil,itispeopleproductionandlifecannotignoretheproblem,shouldtakeeffectivemeasurestocontrolandrestoration.Mainlydiscussedtheindirectcontrol,directmanagement,thecorrosionresistanceradiationmicrobe,superaccumulationplantandforestandrepairtechnologyofthesawfly.Onlythrougheffectivemethodstomanageandrepair,canrisetacklewastegas,liquidandwasteresidueintothesoil,controlpollution,soilpollutionrestoreoriginalfunctionKeywords:Radioactive,Soilpollutionhazards,Countermeasurestopreventandcontrol;Phytoremediationtechnology土壤和空气、水一样,是人类环境的基本要素之一,是人类赖以生存、生活和生产的物质基础。土壤污染是指在人类生产和生活活动中排出的有害物质进入土壤中,直接或间接地危害人畜健康的现象。土壤放射性污染的危害是由于放射性污染物进入土壤后,进入植物,通过食物链进入人体,对人体内脏产生伤害,同时产生遗传效应。因此,放射性污染土壤必须采取治理措施和修复技术,来保护人类赖以生存、生活和生产的土壤。1.放射性污染土壤的危害放射性污染物质散发在大气、沉降于水源中,最后进入土壤(另有部分直接进入土壤),而放射性元素半衰期长,其污染物进入土壤后,危及生态系统的稳定,进入植物(包括粮食作物、蔬菜、果树),通过食物链进入人体,威胁人类的生命健康和其他生物的生存(如图1)。图1放射性物质进入人体途径1.1放射性物质进入人体的主要途径存在于空气中的放射性气溶胶(直径10-3μm-1μm的固体或液体颗粒)或放射性气体经呼吸进入肺部。进入肺部的放射性核素一部分转移到体液中,一部分被呼出体外。另一部分到咽喉并被吞噬到消化道,经消化道进入人体;某些放射性物质,经过皮肤或皮肤伤口进入,例如氧化氯和碘的化合物可以通过完好的皮肤进入人体,从皮肤伤口进入的放射性物质经皮下组织直接进入体液。在体液中的放射性核素,有一部分被排出体外,其余部分被沉积在与它相亲和器官组织中。1.2对人体内脏的伤害人体中对电离反应最敏感的一些部位包括淋巴组织、骨髓、脾脏、生殖器和肠胃道,敏感性居中的有皮肤、肺、和肝脏。不同核素在人体内的转移情况及内脏组织摄取情况是不同的,即使同一核素(如239Pu)由于其物理化学状态的不同,在体内的转移定位也是不同的,例如131I将深集于甲状腺,有诱发甲状腺癌的危险;239Pu浓集于肺和骨,239Pu,90Sr这些亲骨性核素,进入人体后有诱发骨肉瘤的危险;钚毒理学研究确认,吸入钚有诱发肺癌和肝癌的危险;137Cs集中在肌肉里,摄入后使全身受到照射。氡(222Rn)溶解于脂肪细胞的能力比其周围的骨髓高16倍。溶解于脂肪细胞中的氡及其短寿命子体214Po和218Po衰变的α粒子向其周围的骨髓和造血细胞释放能量,造成骨髓中造血细胞的放射损伤,引发白血病;氡还是重要致癌物质,氡已成为人们心肺癌的主要原因。1.3核辐射对人的遗传效应核辐射的遗传效应是由于引起再生细胞的遗传部分的变化所致。遗传损伤是积累性的,对于受照射的本人并没有任何明显的损伤,但是对后代会有显著的影响。造成的遗传效应的核素有137铯、14碳、90锆、103钌和108钌及141铈和144铈。特别是137铯和14碳,由于这些放射性同位素是全身分布的,故它们能使生殖器受到照射。137铯释放γ辐射时,同时伴随着137铯的γ光子的发射,14碳的放射性半衰期为5760年,它不仅可以发射β粒子,从而产生遗传危害,而且遗传物质中的14碳衰变成14氮后,会引起有害的生物化学影响,也能够引起附加的遗传效应。2.土壤放射性污染的防治对策被放射性核素污染的土壤,其传统的修复方法常破坏环境,因此,对土壤放射性污染的防治对策或修复技术是要视污染情况而定。目前采取的方法,大致分为间接防治法、直接治理法和生物修复技术三种。2.1土壤放射性污染的间接防治法间接防治就是先采用机械物理、化学、电化学和物理化学联合去污等方法对放射性污染水源、大型设备、车辆等进行去污。然后将放射性污染物焚烧、固化、掩埋,不要让放射性污染物质进入土壤。2.1.1机械物理法目前主要有:吸尘法,用吸尘器吸除放射性污染物;擦试法,对污染面进行远距离擦试或打磨,并可配备排气净化系统;高压喷射法,利用高压喷头射出水或者蒸气,用机械力破坏污染层,达到去污目的;超声波法,该法利用18-l00kHz机械振动在固液交界面产生空化作用达到去污目的。2.1.2化学法化学法就是利用化学清洗剂溶解、疏松、剥离设备表面放射性拔紊污腻物,涂层,氧化膜层等,从而达到去污目的。所用化学药品包括无机酸类、有机酸类、氧化还原类,螯合剂类、碱类、表面活性剂(如烷基磺酸盐、烷基吡啶等)以及溶剂、缓蚀剂、促进剂等。清洗方式可用浸泡法、循环法、剥离膜法,从而去除放射性污染物。2.1.3电化学法该法将去污部件作阳极,电解槽作阴极,在电流作用下污染表面层均匀溶解,污染核素进入电解液中。该法去污效率高,电解液可重复使用,二次废物量少,可用于结构复杂部件去污,可远距离操作。2.1.4物理——化学联合去污法该法利用化学药剂的溶解作用加之机械力去除放射性污染物,例如,在化学浸泡法清洗时配以超声波,在高压射流水中加入化学药剂等。2.2土壤放射性污染的直接治理法目前土壤放射性污染直接治理法主要有:自然衰减消除法、化学处理法和物理填埋法。2.2.1自然衰减消除法自然衰变可使放射性污染土壤降至可接受的程度。达到这种程度所需的时间取决于作为污染作用的一种或多种特定同位素的衰变率。对于半衰期短的放射性同位素,自然衰减消除是特别有效的。如89Sr(50.5d)、95Zr(64d)、103Ru(39.35d)、106Ru(368d)、131I(8.02d)、144Ce(284.8d)等经过若干年后已经全部消亡,残留下来的是90Sr(28.5a),137Cs(30.17a)以及铀、钚等寿命较长核素,在偏僻的试验区、核事故场地均可采用自然衰减消除法。2.2.2化学处理法对于小规模放射性污染土壤的处理,如一般核事故、核工业污染土壤,采用化学处理法速度快,效果好。由于化学处理法成本高,对土壤的结构破坏大,不能单独用于大区域土壤放射性污染的治理,通常需要与其他修复技术结合使用,同时,对处理产生的污水不得产生二次污染。2.2.3物理填埋法,也叫换土法它是一种有效的放射性污染土壤物理处理方法,是将污染土壤通过深翻到土壤底层、或在污染土壤上覆盖清洁土壤、或将污染土壤挖走转移至指定的场所填埋。物理填埋法能够有效地将污染土壤与生态系统隔离,减少对环境的影响,技术原理上比较简单。但物理填埋法在处理大规模,低剂量放射性污染处理时,有如下困难:一是挖掘、运输及深埋含有放射性的泥土,工程量较大,成本高;二是运输放射性泥土有可能造成二次污染;三是铲除地表土的同时会铲掉已有的植被,恢复时间较长;四是收集起来的放射性泥土数量巨大,费用相当巨大。2.3土壤放射性污染的生物修复技术土壤生物修复放射性核素污染土壤可利用耐辐射微生物、超积累植物和森林的吸附、截持作用等修复技术。2.3.1利用耐辐射微生物的作用随着科技不断发展进步,包括耐辐射微生物在内的极端微生物的特殊生命现象、生理特征、代谢机制等备受世界各国科技界的重视。如接种菌根真菌能够显著提高植株体内放射性核素的含量;利用基因工程改良植物,能够调整植物吸收、运输和对核素的耐受性,从而提高其富集放射性核素的能力。EntryJA等发现,巴哈雀稗,宿根高粱和柳枝稷自身能吸收土壤中的137Cs和90Sr,接种菌根真菌摩西球囊霉和根内球囊霉后,能增加每种草的地上部分生物量,提高植物组织中137Cs和90Sr的浓度和积聚率,尤其以摩西球囊霉接种宿根高粱效果最为明显。接种后的草类有效除去了土壤中的放射性核素。另外,曾有研究人员将鲫鱼细胞中能够分解重金属的MT基因移植给蔷薇、白杨等细胞,开发出能净化包括放射性核素在内的重金属污染的植物。因此,在一定程度上用菌根植物修复和开垦放射性核素污染的土壤是一个可行的对策。据资料介绍目前有人研究已获得耐10000Gy-30000Gy辐射,包括耐辐射奇异球菌在内的各类耐辐射细菌、放线菌、真菌共1000余株,因此,耐辐射微生物在放射性污染生物修复、防止核电站放射性核素渗漏方面有可喜发展前景。2.3.2利用超积累植物的特性资料表明,适用于植物修复技术的放射性核素主要有137Cs、90Sr以及Pu和U的同位素等。目前对超积累植物研究较多的是137Cs和90Sr,主要是因为137Cs和90Sr都是水溶性的长寿命金属核素,分别与营养元素Ca、K的化学行为相近,而对Pu、U的超积累植物的物理化学性质比较特殊,研究较少。切尔诺贝利事件之后,对137Cs和90Sr的植物修复进行了许多研究和试验。发现反枝苋在大面积土壤放射性污染植物修复时可富集土壤中20.7%的137Cs,对发生切尔诺贝利事故附近的野生植物进行调查后发现,唇形科、菊科、木灵藓科、蔷薇科等科属中的植物对Cs的积累量大于1000Bq/kg,下表列出了某些放射性核素的超积累植物名称或科属。表1某些核素及其超积累植物名称超积累植物137Cs苋科、黎科、菊科等90Sr宽叶菜豆、柳枝稷、桉树苗等U大豆、印度芥菜、紫花苜蓿、向日葵等Pu印度芥菜、向日葵等放射性核素污染土壤的植物修复技术主要有三种:一是植物固化技术,即利用耐某种放射性核素植物降低该核素的活性,从而减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性;二是植物提取技术,即利用某种放射性核素的超积累植物将土壤中的核素转运出来,富集并搬运到植物根部可吸收部位和地上部位,待植物收获后再进行处理,使土壤中放射性核素的含量降低到可接受水平;三是植物蒸发技术,即植物从土壤中吸收放射性核素(如氚),然后通过叶面作用将它们蒸发掉。2.3.3利用森林的吸附和截持作用森林是陆地生态系统的重要组成部分,具有独有的特点和功能,能够富集大量的放射性核素和阻止放射性核素向周边地区扩散,因此,利用森林修复放射性核素污染的土壤具有重要的意义。森林生态系统对放射性核素的容量大,当风经过林缘时,一部分越过林冠层,另一部分则透过林冠层,经林冠层过滤,由于林冠接触面大,能够有效地吸附和保持放射性核素,并且绝大部分的放射性核素沉降在离林缘500m的范围内,产生所谓的边缘效应。小块森林比大面积的森林截持量大,有时高30多倍。有数据证明,放射性核素(32P、40K、60Co、90Cr、106Ru、106Rn、137Cs、144Ce)往往通过森林植物体表面吸附而被森林截持,在放射性核素刚开始释放的一定时期内,森林能截持95%-97%的放射性核素,特别对气态和颗粒状的放射性核素截持效果特别好;落叶树种能截持年空气沉降放射性核素总量的10%-20%,针叶树种能截持2