Екологічно безпечна утилізація некондиційних пестицидів
Робота відноситься до області екології, а саме, до способів утилізації некондиційних пестицидів в товарній формі їх розчинів, емульсій в органічних розчинниках, гранульованих препаратів, порошків.
Проблема екологічно безпечних методів утилізації пестицидів в товарній формі їх розчинів і емульсій в органічних розчинниках, гранульованих препаратів, порошків залишається досить актуальною.
Описані в літературі способи утилізації пестицидів стосуються переважно утилізації їх твердих форм - гранульованих препаратів або порошків.
Відомі способи високотемпературної окисної деструкції пестицидів киснем повітря при спалюванні їх з паливом [1, 2]. Недолік цих способів - енерговитратність, пов'язана із знешкодженням викидів токсичних продуктів спалювання.
До більш перспективним методам знешкодження пестицидів можна віднести технології плазмохимического руйнування [3-5], методи мають певні обмеження через високі енерговитрат.
Описано методи деструкції пестицидів озоном, перекисом водню або сумішшю окислювачів в різних умовах, наприклад [6-8]. Недоліки методів - утворення вторинних забруднень у вигляді смол і газоподібних продуктів, і основний недолік - вони можуть бути застосовані для знешкодження пестицидів лише в малих концентраціях.
Відомі способи електрохімічної деструкції пестицидів ряду фенолів в кислому середовищі [9, 10]. Окислення пестицидів проводиться в кислому розчині сульфату заліза і сірчаної кислоти відповідно при пропущенні через розчини постійного струму. Недолік способів - утворення вторинних забруднювачів - розчинних у воді фенолсодержащіх продуктів.
Описано спосіб електрохімічного знешкодження отрутохімікатів і хімічної зброї в лужному середовищі [11]. У способі токсичні речовини розчиняються у воді, кислотах, луги; двічі обробляються в електролізерах з розчинними залізними електродами при щільності струму 8-10 А / дм2. Між обробками в електролізерах лужний розчин фільтрується через шар сорбенту. Газоподібні продукти уловлюються фільтрами - сорбентами. Нетоксичні продукти електрокоагуляції (шлам) захоронюються на полігонах ТПВ. Недоліки способу: надлишкові технологічні операції, високі експлуатаційні витрати; забруднення навколишнього середовища вторинними продуктами утилізації; обмеженість способу в застосовності його для знешкодження отрутохімікатів в товарній формі розчину або емульсії їх в органічних розчинниках, в силу малої електропровідності розчинників і їх вогні - і вибухонебезпечності.
Мета дослідження полягає в розробці екологічно безпечного способу утилізації некондиційних пестицидів як у товарній формі розчинів і емульсій їх в органічних розчинниках, так і в формі гранульованих препаратів або порошків, що забезпечує екологічну безпеку. мінімізацію експлуатаційних витрат і повернення в сферу виробництва вторинної сировини.
Поставлена мета досягається гидролитической (гідроліз) деструкцією пестицидів в водно-лужному середовищі при рН 13-14, причому гідроліз проводять: пестицидів в товарній формі їх розчинів або емульсій - при температурі кипіння розчинника до повної відгону розчинника з водно-лужного розчину, а пестицидів в товарній формі гранул або порошку - при кипіння лужного розчину протягом 0,5 години. Далі гідролізат обробляють в електрокоагулятором з розчинними залізними електродами при рН 9-10, при насиченні електроліту киснем повітря до 12-14 мг / л. Продукти електрокоагуляції видаляють відстоєм і фільтрацією лужного розчину через інертні фільтруючі матеріали, після чого лужний розчин повертають у технологічний процес.
Запропоноване технічне рішення утилізація некондиційних пестицидів, в товарній формі їх розчинів, емульсій в органічних розчинниках, гранульованих препаратів, порошків, гидролитической (гідроліз) і електрохімічної (електрокоагуляція) деструкцією дозволить:
- виключити утилізацію пестицидів шляхом їх спалювання, піролізу або високотемпературної обробки і тим самим, виключити забруднення атмосфери токсичними оксидами вуглецю, азоту. сірки, фосфору, миш'яку, фосгеном, діціаном, діоксинами;
- виключити забруднення водних джерел, за рахунок замкнутої оборотної системи водопостачання;
- дозволить вирішити проблему екологічно безпечної утилізації більшості некондиційних пестицидів в будь-якій товарній формі (виняток - ртуть і миш'як містять пестициди);
- мінімізувати експлуатаційні витрати за рахунок регенерації розчинників і реагентів утилізації.
Гідроліз (гидролитическая деструкція) хімічних засобів захисту рослин є однією з істотних складових запропонованого методу деструкції пестицидів. У жорстких умовах лужного гідролізу при температурі вище 60 ° рвуться:
- амідні зв'язку (C-N, P-N, S-N) карбонових, фосфорних, сульфокислот - в вуглеводневих похідних, фосфорорганічних з'єднаннях, N-метил-карбонатах;
- ефірні (С-О) і тіоефірние (C-S, P-S) зв'язку - в ефірах, тіоефір, сульфідах, сульфонати та інших з'єднаннях цього ряду;
- зв'язку вуглець-галоид (C-Cl, C-F) - в хлор - і фторовмісних пестицидах;
- зв'язку вуглець-азот (C≡N) - в НІТРИЛИ.
Названі структури входять в переважна більшість сучасного спектра промислових пестицидів.
Другий, не менш суттєвою, складовою запропонованого методу деструкції пестицидів є їх окислювально-відновна деструкція в електролізерах з нерозчинними або розчинними електродами (електрокоагулятор).
Продукти, що надходять в електрокоагулятор після лужного гідролізу, піддаються відновлювальної та окисної деструкції.
В умовах електрохімічної обробки йде відновне руйнування наступних ковалентних зв'язків і структур: азо (N = N), нитрозо (N = O), азометинових (С = N), карбонільних (С = О), ного (С = S), тіольний ( З-S) зв'язків і хіноїдному структур.
Продукти електрохімічного відновлення і лужного гідролізу, далі окислюються до карбонових, фосфорних, азотної і сульфокислот по добре вивченими схемами. Окислювальному процесу сприяє і кисень повітря, що подається в робочу камеру електролізера.
Паралельно з описаними вище процесами в електрокоагулятором йде і анодне розчинення залізних електродів з утворенням іонів заліза (II і III). Останні є і реагентами, утворюючи розчинні і нерозчинні солі заліза з кислотами, і коагулянтом Fe (OH) 3 для продуктів гидролитической і електрохімічної деструкції пестицидів.
Продукти електрокоагуляції, що представляють собою солі заліза, органічних кислот, гідроксиди заліза та інших металів нерозчинні в воді, нетоксичні і можуть бути поховані на полігонах твердих побутових (ТПВ).
Пропонований спосіб утилізації пестицидів має такі відмінні ознаки від відомих способів:
- порівняльна універсальність способу, що дозволяє утилізувати як розчини і емульсії пестицидів в органічних розчинниках, так і їх тверді товарні форми у вигляді гранульованих препаратів, порошків;
- перед електрокоагуляцией пестициди піддаються лужному гідролізу;
- електрохімічна деструкція пестицидів проводиться в одну стадію;
- після видалення з лужного розчину продуктів електрокоагуляції, він повертається в технологічний процес.
Аналіз публікацій у пресі показав, що запропонований спосіб екологічно безпечної утилізації некондиційних пестицидів, раніше не описаний.
Пропоноване технічне рішення може бути використано для екологічно безпечної утилізації більшості пестицидів в будь-якій товарній формі (виняток - ртуть - і мишьяксодержащіе пестициди).
Пропонований спосіб дезактивації пестицидів здійснюється за допомогою пристрою (див. Рис).
Пристрій включає: хімічний реактор 1, з підігрівом, мішалкою, датчиком рН, дефлегматором 2, конденсатором-холодильником 3, збіркою дистиляту 4; мірники розчину лугу 5 і води 6; електрокоагулятор 7, компресор повітря 8, мірники розчинів кислоти 9, хлориду натрію 10 ,; освітлювач (відстійник) 11; ємність для нейтралізації осаду 12, касетний блок фільтрів грубої очистки 13, накопичувальна ємність для лужного розчину 14, блок фільтрів тонкого очищення 15, блок Електродіалізатор 16.
Спосіб утилізації некондиційних пестицидів здійснюється наступним чином.
Приклад 1. Утилізація некондиційних пестицидів в товарній формі розчину або емульсії в органічних розчинниках.
У електрокоагулятором основна маса продуктів деструкції (до 98%) коагулюється у вигляді хлопьеподобной суспензії і осаду нерозчинних солей заліза карбонових кислот і гідроксидів металів. Пульта з суспензією скоагульованого продуктів перекачують в освітлювач (відстійник) безперервної дії 11. Прояснений лужний розчин остаточно очищається від дрібнодисперсного суспензії фільтрацією його через блок фільтрів з інертними матеріалами 13 і направляють в накопичувальна ємність лужного розчину 14 для повторного використання, а шлам після електрокоагуляції скидається в ємність для нейтралізації 12 і після нейтралізації, промивання, і сушки відправляють на полігони твердих побутових відходів (ТПВ).
Через 4-5 циклів рециркуляції лужний розчин регенерується. Фільтрацією через блок сорбційних фільтрів 15 (вугілля, вугільні волокна) і блок Електродіалізатор 16, коригується по рН і повертається в технологічну лінію утилізації.
Приклад 2. Утилізація некондиційних пестицидів в формі гранульованих препаратів, порошків (дуст). Пестицид в формі гранул і порошку в кількості 150кг завантажується в реактор 1, заливається 200л води і 50 л 20% лугу. При включеній мішалці нагрівається до кипіння і кип'ятити 30 хвилин в водно-лужному розчині при водневому показнику водного розчину рН 13-14. Подальша деструкція пестицидів здійснюється як в прикладі 1.
3. Крапівіна технологічні процеси. Л. Хімія, 1981.-248 с.
6. Б'рдарка Г. Нягалов С. Отстраняване на пестициду від природних і отпад'чні води через озоніране // Хідротехніка і меліорація- N 4.- C. 14-17.
7. Electrolysis plus UV light remediates and disinfects contaminated ground water / Chem. Eng. (USA) V. 101, N 12.- P. l9.
8. Самсоні-. Подрєзов пестицидів озоном і пероксидом водню при підготовці питної води. Хімія і технологія води. -19N 4.-С. 397-410.
10. Sudoh М. Kodera Т. Sakai К. Zhang J. Q. Koide K. Oxidative degradation of aqueous phenol effluent with electrogenerated Fenton "s reagent // J. Chem. Eng. Jap N6-p. 513-518.
11.Патент RU № 000 кл. С1, 7 А62D3 / 00, В09В3 / 00, C02F9 / 06, С02F1 / 461.