Главная страница
Сведения об авторах

Пути обезвреживания некоторых пестицидов, запрещенных к использованию в сельском хозяйстве

Мусаев М. Н., Ташкентский государственный технический университет, Ташкент, Узбекистан
 Сафаев У. А., НИПТИ «Атмосфера», Ташкент, Узбекистан

К 70-м годам прошлого века в сельском хозяйстве активно применяли десятки тысяч видов химических препаратов, которые представляют опасность для окружающей среды и здоровья человека. Под нажимом общественности в европейских странах многие пестициды были запрещены, а применение других поставлено под строгий контроль.

В хлопкосеющих регионах Узбекистана количество вносимых в землю пестицидов достигало 54 кг/га. Список химических препаратов включал более 170 наименований, в том числе стойкие органические соединения (ДДТ, гептахлор, токсафен, дильдрин, мирекс, полихлорбифенилы, хлордан, гексахлорбензол, альдрин, эндрин, фентиурам), а также соединения мышьяка, нитрофенолы. Пестициды обычно распыляли с использованием сельскохозяйственной авиации. В аграрных регионах республики экологическая ситуация достигла критического уровня. Загрязненность минеральными удобрениями, гербицидами и пестицидами в десятки раз превысила предельно допустимые нормы. В отдельных областях ежесуточно в организм человека с пищевыми продуктами поступало до 9 мг пестицидов, в том числе ДДТ, БИ-58, хлорофос, ТМТД, соединения меди.

Как правило, местное население, живущее рядом с захоронениями химических препаратов, не осведомлено об опасности, которую они представляют: полигоны используют под выпас скота, нередки случаи вскрытия могильников, выкапывания инвентаря, тары, в которой хранятся химикаты. Проблема рационального управления пестицидами становится все актуальнее.

Нами предпринята попытка обезвреживания непригодных к использованию пестицидов и получения из них полезных химических продуктов. Пестициды служили основным сырьем или дополнительным компонентом в химико-технологических процессах получения высокомолекулярных соединений, поскольку полимерные аналоги многих токсичных соединений менее опасны. В зависимости от химического состава и свойств пестицида мы использовали методы радикальной и ионной полимеризации, поликонденсации, полимераналогичные превращения, а также модификацию существующих реакционно-способных полимеров молекулами пестицидов.

Показана возможность полного обезвреживания высокотоксичных веществ и получения газообразных и жидких горючих материалов методом высокотемпературного пиролиза в специальных условиях. Схема установки представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной пиролизной установки периодического действия:

1 — реактор пиролиза; 2 — печь; 3 — конденсатор-холодильник; 4 — сборник-мерник; 5 — счетчик газа; 6 — реактор каталитического окисления; 7 — адсорбер; 8 — абсорбер; 9 — топка; ПГС — парогазовая смесь; ГЖС — газожидкостная смесь; ГП — газ пиролиза; ПКС — парокислородная смесь; ГПКО — газ пиролиза после каталитического окисления; ГПАд — газ пиролиза после адсорбции полиметаллическими оксидами; ГПАб — газ пиролиза после абсорбции известковым молоком; ПО — полиметаллические оксиды; ИМ — известковое молоко; В — воздух; ТГ — топочный газ; ПК — пироконденсат; ДГ — дымовой газ

Смесь определенного количества сырья и нейтральной насадки-теплоносителя (в виде фарфоровых шариков диаметром 5 мм) в соотношении 1 : 1 загружают в реактор 1, где с помощью газовой печи 2 поддерживают необходимую температуру. Насадка обеспечивает равномерное нагревание смеси и выделение потока продуктов разложения. В процессе термической деструкции сложные органические молекулы разлагаются на более простые и образуется парогазовая смесь (ПГС). Температура в реакторе измеряется хромель-алюмелевой термопарой, соединенной с милливольтметром.

Возможны два варианта осуществления процесса пиролиза.

1. ПГС из реактора 1 поступает в конденсатор-холодильник 3, где из продуктов пиролиза выделяется жидкая фракция. Газожидкостная смесь (ГЖС) из конденсатора-холодильника 3 поступает в емкость 4, а газ пиролиза (ГП) направляется в печь 2 в зону горения топочного газа (ТГ) как дополнительный источник энергии. Во избежание загрязнения атмосферы кислыми продуктами пиролиза дымовой газ (ДГ) пропускают через адсорбер 7, наполненный хемосорбентом на основе золы, и через абсорбер 8 с известковым молоком Са(ОН)₂. В зависимости от свойств полученный пироконденсат можно использовать как сырье для химической промышленности (растворители, добавки к топливам и т. д.), а пирокарбон (чистый углерод) — как сажу, графит, кокс или активированный уголь.

Таким образом, в результате пиролитического разложения образуются пирогаз, пироконденсат и пирокарбон (остается в реакторе). Количество пирокарбона определяется весовым методом, пироконденсата — мерником 4, пирогаза — счетчиком газа 5.

Результаты процесса пиролиза ядохимикатов при 800 °С представлены в табл. 1.

Таблица 1

Продукты пиролиза сложных органических соединений на выходе из реактора при 800 °С

2. Без конденсации жидких компонентов и охлаждения продукты пиролиза в виде ПГС при температуре 300—400 °С направляют в реактор каталитического окисления 6, где происходят их дальнейшая деструкция и полное окисление. Для этого используют алюмоникелевый катализатор. В реактор подают парокислородную смесь. Химический состав пирогаза после каталитического окисления определяли хроматографическим методом. Результаты анализа представлены в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав пирогаза после каталитического окисления продуктов пиролиза

Как видно из табл. 2, в результате каталитического окисления образуются в основном неорганические оксиды и низкомолекулярные омыляемые органические углеводороды. Для улавливания и обезвреживания опасных веществ пирогаз после окисления подвергают хемосорбционной очистке адсорбцией и абсорбцией соответственно в аппаратах 7 и 8. Кислые газы реагируют с оксидами и гидроксидами металлов, присутствующими в составе адсорбента, и известковым молоком Са(ОН)₂, залитым в абсорбер. В результате кислые соединения превращаются в нейральные неорганические соли, безопасные для окружающей среды. Некоторые из них можно использовать как сырье для химической промышленности и даже в качестве минеральных удобрений — Са(NО₃)₂, Са₂(РО₄)₃ и т. д. Результаты анализа химического состава пирогаза после хемосорбционной очистки представлены в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав пирогаза после каталитического окисления и хемосорбционной нейтрализации твердыми и жидкими сорбентами
 

Как видно из табл. 3, после хемосорбционной очистки в выбросах присутствуют только уг­лекислый газ и пары воды.

На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

—   впервые установлена возможность обезвреживания токсичных органических соединений методом термического пиролиза с последующим каталитическим окислением;

—   в результате пиролитической деструкции образуются низкомолекулярные углеводородные соединения: пирогаз, пироконденсат и пирокарбон;

—   в зависимости от химического состава исходного ядохимиката в перечень продуктов пиро­лиза, кроме углеводородов, входят низкомолекулярные соединения, содержащие галогены, серу, азот, фосфор в виде соединений с органическими веществами и в оксидной форме;

—   образующиеся низкомолекулярные соединения эффективно улавливают и обезвреживают, используя специальную каталитическую и сорбционную технологию.