基于PGNAA技术的填埋垃圾含水率及有害元素检测研究

摘要

生物反应器填埋技术由于具有较高的生物降解效率和垃圾资源化水平成为新型垃圾处理技术的研究热点，其中水分控制是该技术的核心内容之一；实现填埋垃圾含水率和环境有害元素含量的在线检测，可为填埋场安全稳定运行提供必要的技术支持。本文提出一种基于瞬发γ射线中子活化分析（Prompt Gamma-ray Neutron Activation Analysis，PGNAA）技术的填埋垃圾含水率及环境有害元素检测方法，主要研究工作如下：
　　（1）针对填埋场中实际环境，利用 MCNP软件建立含水率检测装置研究模型，使用聚乙烯球、玻璃球以及超纯水混合作为填埋垃圾替代物，通过MCNP软件模拟研究氢峰计数随装置半径和高度的变化规律对装置检测范围进行研究，以此为依据确定装置各项尺寸参数，采用300mCi Am-Be中子源、4×4英寸BGO探测器和不锈钢样品容器等部件构建实验研究平台。
　　（2）调控聚乙烯球和玻璃球配比，制备含水率在40％~70%填埋垃圾替代样品，采用MCNP模拟和实验相结合的方法对垃圾样品含水率进行了检测研究。结果表明，氢峰计数随着含水率的增加而增加，两者具良好的线性相关性；采用相对k0法分析模拟结果并估算填埋垃圾含水率，平均绝对误差为1.84%；表明采用PGNAA技术对填埋场中含水率进行检测具备一定的可行性。
　　（3）分别采用模拟和实验方法对填埋垃圾替代样品中环境有害元素进行检测研究。结果表明：氯、锰、镍、铬元素特征峰净计数均随着元素容重的增加而增强，且呈现良好的线性变化关系；氯元素最低检测浓度为114.1mg/L，其值相对较低是由于氯元素的中子吸收截面大于其他三种目标检测元素，并研究有害元素含量变化对含水率检测结果的影响规律。

目录

注释表

缩略表

第一章 绪论

1.1 城市垃圾现状

1.2 填埋垃圾含水率检测的意义

1.3 含水率检测方法及研究现状

1.4 填埋垃圾环境有害元素及常用检测方法

1.5 PGNAA技术应用于填埋垃圾检测研究

1.6 本研究的目的、意义和内容

第二章 PGNAA技术原理和蒙特卡罗模拟方法

2.1 中子的基本性质

2.2 中子与原子核的相互作用

2.3 γ射线与物质的相互作用

2.4 PGNAA技术原理

2.5 蒙特卡罗方法

2.6 本章小结

第三章 基于PGNAA技术的检测装置

3.1 检测装置设计

3.2 填埋垃圾替代物方案

3.3 MCNP软件中检测装置模型建立

3.4 装置检测范围和尺寸参数

3.5 装置外部剂量计算

3.6 装置加工与检测平台搭建

3.7 本章小结

第四章 填埋垃圾含水率检测研究

4.1 填埋垃圾含水率检测模拟研究

4.2 填埋垃圾含水率检测实验研究

4.3 本章小结

第五章 填埋垃圾中环境有害元素检测及其影响研究

5.1 填埋垃圾中环境有害元素检测模拟研究

5.2 填埋垃圾中环境有害元素检测实验研究

5.3 填埋垃圾中环境有害元素对含水率检测结果的影响

5.4 填埋垃圾中有害元素最低检测浓度研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 前景展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文