核生化污染水处理研究进展

我国是历史上生化战重大的受害国，现在又面临新的核生化战的威胁。水作为核生化战剂的主要传播途径，饮水净化成为三防的重要手段。本文主要介绍了核生化污染的特点、消除技术研究现状以及核生化污染水处理最新研究进展，并对核生化污染水处理研究方向进行了展望。
和平与发展已成为时代主题，但是也存在着许多不安定因素。在过去的十几年里，全世界恐怖活动的数量及危害程度呈递增趋势。某些恐怖组织热衷于发展核生化武器，并将其作为威胁和对抗主权国家的重要筹码。随着我国对外交往的增加，国内恐怖势力、民族分裂势力、宗教极端势力和国际恐怖势力合流，在我国境内实施核生化恐怖活动的可能性增大，我国面临的核生化恐怖威胁日益凸显。水是生命之源，成年人每天需水量为3～6L，战时需求量更多，当人体失水或饮用污染水，会严重危及人体健康，影响战斗力。核生化战剂以及恐怖袭击越来越威胁广大官兵和人民的健康和生存，水作为核生化战剂的主要传播途径，饮水净化成为三防的重要手段。本文主要针对核生化污染水处理研究进展做简要概述。
1.核生化污染特点
1.1突发性、隐蔽性强，杀伤力、致死率高核生化恐怖袭击具有很强的隐蔽性和突发性。核生化战剂不仅便于制造、携带和使用，而且检测困难。恐怖袭击发生后，将不可避免地造成大规模的原发感染区和二次以上的再感染区。核生化战剂能使人、畜、植物死亡或永久性伤残。核生化战剂对人造成的极大的杀伤力和致死率是一般危险物品所远远不及的。比如1kg的炭疽芽孢可造成2500人感染，1900人死亡；1kg含磷有机化合物毒剂，就可致死3000人。
1.2种类、散布方式繁多
可被用于生化恐怖袭击的生物、化学毒剂至少有70多种，属于烈性的生化毒剂就有20多种，如沙林、炭疽菌、贝氏柯克斯体和肉毒毒素等。锶-90、钴-60、铯-137、钚-238、钚-239等核放射性物质一旦被恐怖分子利用，可以采用直接施放或者“脏弹"爆炸释放的方式将放射性物质以液态或固态微粒的形式散布到地下空间空气环境中。核生化恐怖可以采用直接施放有毒有害物质(如爆炸式、蒸发式、气压式和压裂式等施放方法)、破坏民用核生化设施以及爆炸、焚烧形成有毒气体等方式进行实施。
1.3作用时间长，处置困难
核生化恐怖危害时间持久，可对环境造成长期污染。同时许多核生化危害具有潜伏期，危害效应需长时间后才能显示出来。由于核生化恐怖灾害的种类繁多，污染物性质、规模、发展变化和破坏程度不尽相同，因而形成了灾害的多样性和不可预见性，造成安全防范与处置的复杂性。核生化恐怖活动的处理要求高、技术性强、波及面大，需要有专业的技术装备和专门的专业分队。目前使用的消毒灭菌剂的残留物及其与毒剂、致病微生物作用后产生的有毒物质均对环境造成严重污染，这些物质难以在短期内自然分解。
2.消除技术研究现状
目前许多国家都在研究防治核生化战污染的新型消毒灭菌技术。军事强国研究的技术途径：一是直接利用现有技术和配方；二是在现有基础上对已有的军民用消毒技术及其药剂加以利用和改进。
2.1消毒剂研究现状
国内外装备的洗消药剂从消毒原理上可归纳为氯化氧化型消毒剂、碱性消毒剂、碱醇胺配方消毒剂、洗涤型消毒剂等。氯化氧化型消毒剂具有一定的选择性，例如氯胺类消毒剂只对芥子气和维埃克斯消毒，不能对梭曼等G类毒剂消毒，而且低温使用效果甚差。碱性消毒剂低温使用效果差，并对兵器有腐蚀，而且由于残留药剂是强碱必须用水加以冲洗。碱醇胺消毒剂只适用于沙林、梭曼、维埃克斯和芥子气等毒剂的消毒。其主要缺点是：对兵器涂层腐蚀性强、低温反应性能差、所含有机胺对环境破坏性较强。碱醇胺有毒，污染环境，因此一些外国军方正在着手研究新的替代消毒剂。目前国内外的军用消毒剂存在的主要问题是：
(1)选择性强，一种消毒剂只对一种或几种毒剂、病原微生物才具有消毒杀菌作用；
(2)生化反应速率常数过低，只有10-3～10L/(mol×s)，消毒灭菌时间过长，需0.5～1h；
(3)消毒剂的消毒灭菌阈值浓度过高，达到9%；
(4)残留消毒剂及其与毒剂、致病微生物生化反应后可遗留下氯以及有机污染物等，致使环境受到长期的严重污染。因此研制具有自主知识产权的快速、广谱、零残留药剂、零污染的绿色消除技术及装备是构建反核生化恐怖的安全防御体系亟待解决的问题。
2.2消除技术研究进展
常规的除剂方法包括高温化学除剂和低温化学除剂，这些方法都是比较成熟的。然而这些方法比较繁琐，要达到销毁核生化战剂还必须首先把这些制剂分离出来，而且容器中的残留物质也必须进行处理。因此现在的除剂方法逐步进化到高效性、温和性，一些新技术如技术生物技术、纳米技术、大气压等离子体喷射技术及美国利弗莫尔国家实验室开发的L-凝胶法也有采用。2002年美国在《核态势评估报告》中提出核除剂的概念。核除剂武器的作用机理是建立在核爆效应基础上，这一效应又是综合性的，包括冲击波超压、瞬发辐射(强的核和电磁辐射)、火球热量、极超音速等离子体风以及由核蘑菇云放射出的缓发γ射线和中子辐射，所有这些效应都有破坏生化制剂的潜能。美国从事核除剂武器研究的主要部门和人员有洛斯.阿拉莫斯研究所的HansKruger；美国海军研究生Jeffrey，斯坦福大学工程学院MichaelMay，美国军事放射生物研究所GB.Knudson，普林斯顿大学的罗伯特WNelson，美国科学家联盟负责战略安全计划主任MichaelA.Levi等。核除剂武器在除剂可靠性、除剂效果及实战性等方面具备常规除剂武器无可比拟的优势，但它同样具有自身的弱点：使用引起的附带毁伤效应大。其引起的附带毁伤主要来自于核爆的直接效应和间接效应：如核爆巨大的破坏力及放射性污染等。
3.核生化污染水处理研究进展
关于生化战剂污染水处理研究报道较少，国内研究主要集中在侯立安课题组。2006年，侯立安等自行研制了超滤-纳滤膜分离水处理设备，以类炭疽杆菌及其繁殖体和三类常见的化学毒剂(芥子气、沙林和维埃克斯)模拟沾染水为研究对象，采用消毒—超滤—纳滤的处理流程，分段对生化污染水的净化效果进行了考察。结果表明：该装置能有效去除水中的模拟毒剂，出水水质符合相关标准的要求。
放射性废水按所含的放射性浓度可分为两类，一类为高水平放射性废液，一类为低水平放射性废水。不同浓度水平的放射性物质处理方法各异。对于中低水平放射性废水处理，传统的浓缩处理方法主要有化学沉淀、离子交换、蒸发浓缩等法，这三种方法各自有适用范围及优缺点。与传统处理工艺相比，膜技术在处理低放射性废水时，具有出水水质好，浓缩倍数高，运行稳定可靠等诸多优点，被誉为是20世纪末到21世纪初最有发展前途的高技术之一。
膜处理作为一门新兴学科，正处于不断推广应用的阶段。它有可能成为处理放射性废水的一种高效、经济、可靠的方法。目前国内外在放射性废水处理中采用的膜技术主要有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、膜蒸馏(MD)、电化学离子交换(EIX)、铁氧体吸附过滤膜分离等方法。不同的膜技术由于去除机理不同，所适用的水质及现场条件也不尽相同。目前多种膜技术联用成为研究的热点。
生物技术由于具有高效、节能、环保以及能源可再生等优点已经引入放射性废水处理领域，并逐渐成为研究热点。美国研究人员发现的细菌Gs一15，具有某些特定功能，它不仅能消除水域中的油污(指石油)，而且对那些放射性核物质如铀、钚和锝具有吸附作用，用它处理核武器工厂排放的混合垃圾成为可能。另外美国研究人员还发现一种名为Geobacter sulfurreducens的细菌能够去除地下水中溶解的铀。美国田纳西州橡树岭国家实验室用一种小球菌治理核电站排放的含铀裂变产物—锶的废水取得良好效果。印度等国家用一种氧化亚铁硫杆菌能从含铀量仅0.05%～0.08%的微量铀吸附而得到回收。我国研究人员也找到一种代号为GF-1的细菌，在处理核工业含铀废水时，具有快速净化能力，同时也为铀的回收提供新途径。南华大学刘文娟等人的研究表明，在用NaOH、甲醇、乙醇预处理后的丹宝利和安琪酒精酵母对溶液中铀有很强的吸附率。上海大学的黄民生等人发现，硫杆菌属、脱硫弧菌属、假单胞菌属、啤酒酵母、黑曲霉、少根根霉及青霉菌属等对水体的铀具有广谱的富集和还原能力。清华大学王建龙和军事医学科学院周绪斌等发现营养非病原型菌-Deinococcuradidurans能在急性、慢性辐射环境中生长，成为基因工程微生物的源菌。姜传福利用壳聚糖能从含铀废水吸附回收铀，不仅消除了核污染，而且也回收了放射性金属。已有研究表明，环境中的铀、铯等放射性物质可以通过芥菜、青菜、油菜、向日葵、菠菜等植物得到较好的富集；同时还发现，柠檬酸、苹果酸等可有效促进植物对环境铀等的吸收和富集，尤其以柠檬酸效果最好，可超过正常条件下的上百倍。美国研究人员用海藻为原料制成一种叫“sORB制剂"，用于治理污水中的铀和汞的污染物取得很好效果。美国电力研究所开发出Mag-Mol-ecule法，用于减少锶、铯和钴等放射性废物的产生量。美国宾夕法尼亚州立大学和萨凡纳国家实验室，已开发出一种将某些低放射性废液处理成固体以便安全处置的新方法。这一新工艺利用低温凝固法来稳定高碱性、低活度的放射性废液，即将废液转化为惰性固化体。
4.结语
核生化污染严重威胁人类的健康，治理这些危险性污染已经成为一项全球性课题。尽管相关学科研究不断取得新进展，但核生化废物的处理和处置仍然是世界一大难题。就核生化污染废水而言，各国研究人员在研究提高某种方法净化系数的同时，更多的是将精力用来研究针对不同类型废水的最佳处理组合工艺。从国内外相关报道不难看出，这种努力已经取得巨大成功。因此针对不同类型的核生化废液采取适宜的多种方法联用技术进行处理将会成为未来发展的主流。微生物技术处理废水具有处理效率高、运行成本低、稳定可靠等优点。筛选无毒、无致病性的高效菌株，并对筛选菌株进行优化组合使之成为高效微生物菌群用来处理核生化污染废水，以期待取得更高的净化系数和更低的利用成本将成为下一步研究热点。