环境保护中示踪原子和辐射技术应用研究进展

王彦丽

1 ,2

  ( 1 . 咸阳师范学院资源环境与城市科学系, 陕西咸阳712000 ; 2 . 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所, 甘肃兰州730000)

摘要  介绍了稳定同位素 C、

N 以及放射性元素

7

Be 和

137

Cs 作为示踪元素应用在土壤侵蚀与水土流失研究中 所取得的最新研究进展, 以

及电子束辐照和γ射线辐照在工业废水处理的机理和重要进展, 对环境保护中示踪原子与辐射技术的应用前景和存在 的问题进行了评
述, 提出了化学方法和电子束辐射技术的联合工艺开发和应用将成为环境污染治理新的发展方向。
关键词  环境保护; 水土流失; 示踪; 辐射技术
中图分类号  X34     文献标识码  A    文章编号  0517 - 6611( 2006) 11 - 2607 - 05

The Study on Application of Radiation Technology in the Environmental Protection

WANG Yan-li   ( Depart ment of Resources , Environment and Urban Science ,Xianyang Nor mal University , Xianyang ,Shaanxi 712000)

Abstract   Tracer atomand radiation processi ng are promising technologies for applications in environmental protection . An introduction to the i mportant

progresses of study on water loss and soil erosion usi ng stable carbon , nitrogen isotopes ,

7

Be ,and

137

Cs as tracers is presented . The mechanisms and ap

plications of the electron beam and rays irradiation i n industrial effluent disposal are discussed . Advantages and existi ng problems of the method in this
particular application are discussed ,too . The i mportant roles of the irradiation technology in environment protection are described .

Key words   Environment protection ; Water loss and soil erosion ; Tracer ; Irradiation technology

    近年来, 随着 工业生 产的迅 猛发展 , 自然 资源消 耗剧增 ,

水土流失 问题严重。《

2004 年 中国水土保 持 公报》指出, 水 土

流失问 题是中国 重 大的 环 境 问题 之 一。 中国 是 世 界上 水 土

流失最 严重的国家 之一, 全国 有水土 流失 面积356 万 km

2

, 占

国土总面 积的37 % ; 另一方面, 全国7 条主 要江 河被污 染, 而

且 污染 指标 以 指数 在增 长, 化 工污 染 事件 时有 发 生, 不可 避

免地导致 生态破坏, 直接威胁 着经济 和社 会协 调发 展。为 了

解 决现 代社 会 环境 问题 , 提 供 可持 续 发展 的优 良 环境, 科 学

工作者 将先进的示 踪原子和辐射 技术 应用 在环 境保护 中, 取

得了重 要的进展

[ 1 - 3]

。

放射性元 素

14

C 、

7

Be 和

137

Cs 记 录了 区 域地 表发 生 的许 多

自然 过程, 如地质 地貌过 程、生 态过程 和水文 过程等 , 更为 重

要的是能灵 敏的 表征 人 类 活动( 如 破坏 森 林 草原 、大规 模 建

设工程和核 试验 等) 对 生 态环 境 的 影响 程 度, 从 而 为科 学 研

究和决 策提供依据 。

当前, 对水环境 构 成极 大 危 害的 是 排 放量 大、污 染 面 广

的工 业废水, 特别 是化工 、印染 工业的 废水中 , 其有 毒有机 污

染 物难 以生 物 降解, 对 环境 造 成持 久 性危 害, 对任 何 生物 都

具有毒 害作用, 可 使 其致 畸、致 癌 和致 突 变。传 统 的 废 水 处

理技术尚 无法对有毒 有机污 染物 作有 效降 解

[ 3]

。因此 , 用 电

离辐射高 级氧 化 技 术( Advanced Oxidation Process , 简 称 AOP)

降解有 机污染物, 已经成为当 前环境 污染控 制领 域中 最为 活

跃的研 究热点之 一。 它的 特 点 是利 用 物 理或 化 学 手段 产 生

氧化能 力极强的活 性自由基, 这些活 性自由 基能 将有 机污 染

物 有效 分解 , 甚 至 能将 这些 污 染物 彻 底降 解为 二 氧化 碳、水

和矿物盐 , 处理过 程不产生新 的污染 物。辐 射技 术处 理有 毒

有机废 水是一种物 理和化学方法 相结 合的 高级 氧化技 术, 电

离辐射辐照 产生的 羟基 自由 基・OH、羟 过氧 自 由 基 HO

2

・、水

合电子e

-

aq

、氢自由基 H・等活性粒子 , 能和废 水中的有机 污染

物发生 反应

[ 4 - 6]

, 从而达到 有效降解有机 污染物的目 的。

基金项目  国家自然 科学基金 项目( 10574132) ; 咸 阳师 范学 院科 研基 金

项目( 02XSYK209) 资助。

作者简介  王彦丽( 1963 - ) , 女, 河北 保定 人, 副教 授, 从事 资源 环境 与

可持续 发展研究。

收稿日期  2006- 03-28

    笔 者主要介绍示 踪原子技术 在土 壤侵 蚀、

水 土流 失研 究

的应用 机理和研究进 展, 以及 电离辐 射在工 业废 水处 理中 的

辐解原 理、

影响因 素和在环境 保护中的研 究及应用前 景。

1   示踪原 子技术在水 土保持中的应 用

放射性元 素的衰变满 足递减指数 规律:

N( t ) = N

0

e

-

λ

t

  , 其中 , N

0

为 t = 0 时放 射性 元素的 含量 , N

为 t 时刻的放射 性元 素 的含 量,λ为 衰变 常 数。

14

C 的半 衰 期

为5 730 年 , 生命机体 中通过新陈 代谢保持机 体内部

14

C 与

12

C

的含量 之比恒 定。当 机 体的 生 命 结束 , 新陈 代 谢 停 止, 有 机

体中的

14

C 随时间 而 减 少。通 过 测 定 样 品 中

14

C 的 含 量 可 以

鉴定古生 物的年代, Kirsty

[ 7]

等在2005 年9 月15 英国 出版 的

自然 杂志上 报道了 根据人 牙齿釉 质样本 中的

14

C 同 位素含 量

判 断 出 此牙 齿 发 育 成 形 时 的 年份 , 进 而 揭示 真 实 的 生 理 年

龄, 误差仅为1 .6 年。

近年来, 同位素 C 、

N 作 为示踪元素 对有机物的 示踪作用

被应用到 水土流失的 监测之中。 河口 是联 系陆地 、

海 洋两 个

生态系统的 主要通 道, 利用 C 、

N 同位 素, 可 以对 有 机物 的 来

源进行分 析, 进而 反映出生态 环境的 变化 。由于 不同 来源 的

有机质可 能具有不同 的

13

C 典型 值, 即

13

C 值 具 有反 映 有机 质

生产地 生物群来源的 能力, 因 此有机 碳同位 素组 成常 被用 来

作 为 海 洋或 河 口 环 境 中 有 机 物质 来 源 的 示 踪 剂, 沉 积 物 中

碳、氮稳定同位素 以 δ值的形式给 出, 计算 公式为:

δ

X = [ ( R

待 测 样品

/ R

标 准 物 质

- 1) ] ×10

3

其中 X 为

13

C , R 为

13

C/

12

C 。 大 量 的 研 究 表 明, 海 洋 有 机 碳

δ

13

C 值为- 20 ×10

- 3

, 而陆 地有机碳 δ

13

C 值约为 - 25 ×10

- 3

,

而 δ

13

C 和 Δ

14

C 综 合运用已越 来越多地被 用于河口有 机碳 的

来源与循 环研究。国内 外相关研 究表 明, 与 稳定 氮同 位素 和

C/ N比值 相比较, 稳定碳 同 位素 在 有机 质溯 源 定量 分析 研 究

中更具 有准确性

[ 8 - 11]

。

利用 这种 特性,Shultz 等

[ 12]

对密 西西比 河等 河口 的碳 同

位素进 行了研究, 提出第1 个近岸 沉积 物中 海洋 与陆 源有 机

碳的线性 混合模型: X = R

t

・X

t

+ R

m

・X

m

。 式中, X % 、X

t

% 和

X

m

% 分别为 测试样 品、陆 源 端 和海 源 端 中沉 积 物 稳定 碳 同

位素比值 。并据此 计 算了 陆 源 有机 物 在 河口 区 中 由河 向 海

输送的距 离。Tan 等

[ 12]

对加 拿大圣 劳伦 斯 河、圣劳 伦 斯河 口

安徽农业科学,Journal of Anhui Agri .Sci .2006 ,34( 11) :2607 - 2611                                     责任编辑  孙红忠  责任校对  孙红忠