способ окислительного жидкофазного обезвреживания пестицидов хлорорганического ряда

Формула изобретения

Способ окислительного жидкофазного обезвреживания пестицидов хлорорганического ряда действием окислительной системы, отличающийся тем, что окислитель генерируют в бездиафрагменном электролизере при интенсивном перемешивании путем пропускания постоянного электрического тока с плотностью 0,1÷1 А/см² через суспензию пестицида в растворе серной кислоты концентрацией 30÷70 мас.% при атмосферном давлении и температуре 10-70°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охране окружающей среды от загрязнения объектов окружающей среды некондиционными пестицидами и продуктами их взаимодействия.

Разработан высокотемпературный метод полного окисления пестицидов, запрещенных к применению, включающий стадии: термического разложения обезвреживаемого вещества на элементы, окисления элементов разложения, термохимической нейтрализации токсичных оксидов и улавливания соединений в отходящих газах [Ю.Ф.Федоров. Утилизация пестицидов, запрещенных к применению // Химия в сельском хозяйстве. 1994, №3, с.26]. В США внедрена установка газификации любых видов опасных отходов (в том числе и хлоруглеводородов) в слое расплавленного металла при температуре 1300÷1800°С [Е.Thorwalt. Giftmull im Fegefeuer // Bild Wiss. 1997, №2, p.28-32]. Необходимость обезвреживания выбросов усложняет и удорожает термический способ детоксикации пестицидов.

Особо токсичные и канцерогенные пестициды могут подвергаться обезвреживанию в плазме [В.Г.Халтурин, Н.Ш.Гайбадуллин, В.А.Комарова. Термическая конверсия ядохимикатов / 2 международный конгресс по управлению отходами ВэйстТэк-2001, Москва, 5-8 июня, 2001: Тезисы докладов. М.: СИБИКО Инт. 2001, с.197-198]. Однако высокие затраты энергии и сложность проблем, связанных с плазмохимической технологией, предопределяют ограниченное применение этого способа.

Для окислительного разрушения хлорорганических веществ возможно применение биотехнологий [D.М.Munnecke. Potential applications of biotechnology for the destruction of toxic chemicals // Microb. Technol. To Overcome Environ. Probl. Parasist. Pollut.: Expert Group Meet. Microb. Technol. Overcome Environ. Probl. Persist. Pollut., Paris, 407 July, 1983. Nairobi. 1987, p.51-62]. В работе [W.E.Wimc. Enzymatic and microbial degradation of toxic materials // Pollut. Eng. 1986. 18, №3, p.28-30] сообщается о разработке процесса ферментативного и микробного разложения опасных отходов, который может быть осуществлен непосредственно на месте их образования. Биологическое окисление представляет ряд трудностей: многие синтетические органические вещества окисляются только определенным штаммом бактерий, реакции биологического окисления некоторых веществ проходят с трудом и за длительный срок, требуется строгое соблюдение норм технологического режима работы.

Деструкция токсичных хлорорганических соединений возможна в жидкой фазе при использовании в качестве окисляющих агентов - озона [Р.Г.Шарифов Н.И.Бондарева. Применение озона для окисления органики сточных вод производства гексахлорана // Тр. ВНИИ ВОДГЕО, Бакин. филиал. 1976. Вып.12. с.27-29], реактива Фентона [Tang Walter Z. Модель кинетического окисления ненасыщенных хлорпроизводных алифатических соединений реактивом Фентона // J.Environ. Sci and Health. A. 1996. 31, №10, p.2755-2775], УФ-лучи [Chan Нее Dong. Изучение фотокаталитического окисления хлорорганических соединений на мембране из TiO ₂ // Hazardous Waste and Hazardous Mater. 1991. 11, №4, p.501-510]. Основным недостатком процессов жидкофазного окисления является большой расход окислителей, а также особые условия их получения, хранения и транспортировки.

Различные отходы органической природы могут подвергаться глубокому разложению в результате процесса непрямого электроокисления [U.Leffrang. Разложение органических отходов непрямым электроокислением // Separ. Sci and Technol. 1995. 30, №7, p.1883-1889].

Наиболее близкий по технологии из известных способов окислительной деструкции токсикантов описан в работе [Ch.Comninellis, E.Plattner. Electro-chemical regeneration of oxidants using the indirect "ex-cell" process // Adv. Recov. and recycl.: Conapts and Technol.: Collec. Pap. Rec'93 Int. Recycl. Cong. Geneva, 1993. Vol.3. Copenhagen. 1993, p.168-173], где разложение органических веществ происходит в выносном реакторе, а окислитель (соль марганца в концентрированной серной кислоте) генерируется (и регенерируется) путем анодного окисления.

Однако данные способы используются для окислительной деструкции пестицидов хлорорганического ряда в гомогенной среде при низкой концентрации загрязнителя.

Задачей предлагаемого изобретения является обезвреживание хлорорганических пестицидов (ХОП) в жидкой фазе за счет полного окисления органических составляющих пестицидов и продуктов их деструкции.

Поставленная задача решается тем, что процесс жидаофазного окисления проводят окислительной системой, вырабатываемой электрохимически путем пропускания электрического постоянного тока (с плотностью тока от 0,1 до 1 А/см ²) через сернокислотный раствор пестицида (с концентрацией серной кислоты 30-70 мас.%. Выбор концентрации кислоты обусловлен необходимостью обеспечения низкого давления паров растворителя. Пестицид и промежуточные продукты его окисления в аппарате находятся в виде суспензии в растворе серной кислоты.

Другое отличие состоит в том, что процесс ведут при температуре не ниже 10°С с целью предотвращения накопления промежуточных перокеидных соединений процесса окисления пестицидов и не выше 70°С. Проведение процесса при температуре более 70°С является нецелесообразным, так как из-за образования большого количества газообразных соединений происходит унос части непрореагировавших веществ из реактора.

Кроме того, процесс глубокого жидкофазного окисления хлорорганических пестицидов окислительной системой генерируемой электрохимически ведут в бездиафрагменном электролизере, что позволяет одновременно деструктировать отдельные фрагменты молекул пестицида за счет их окисления в объеме электролита и на аноде. Для увеличения скорости окисления и предотвращения образования застойных зон в реакторе применяется интенсивное перемешивание.

Принципиальное отличие предлагаемого процесса обезвреживания ХОП от прототипа состоит в синтезе окислительной системы при пропускании электрического постоянного тока (с плотностью тока от 0,1 до 1 А/см ²) через водные растворы серной кислоты (с концентрацией 30-70 мас.% при атмосферном давлении и температуре 10-70°С и параллельным анодным окислением органических составляющих растворов пестицидов.

Пример

Пестицид хлорорганического ряда растворяют в 30 мл раствора серной кислоты (с концентрацией 40%) и переносят в аппарат. С помощью термостата устанавливают температуру 50°С в объеме реактора и подают напряжение на электроды (значение плотности тока устанавливают на отметке 0,5 А/см ²) от регулируемого источника постоянного тока. Через заданные промежутки времени производят отбор проб для анализа.

Анализ за исчезновением ХОП и продуктов его деструкции проводили стандартным методом ХПК (химическое потребление кислорода), который позволяет определить общее количество окисляемых органических веществ в растворе.

Процесс окислительной деструкции исследовали на товарной форме пестицидов ДДТ и ГХЦГ (см. таблицу).

Разработанный способ окислительной деструкции пестицидов хлорорганического ряда позволяет достичь глубокого окисления всех органических составляющих пестицида в виде сернокислотного раствора или суспензии, помещенных в электролизер.

Выбранные технологические условия позволяют с достаточной скоростью проводить процесс при атмосферном давлении.

Набор операций для осуществления разработанного процесса обезвреживания некондиционных пестицидов можно реализовать как на мобильной, так и стационарной установке.

Условия проведения и результаты анализов жидкофазного окисления хлорорганических пестицидов
№ п/п	Объект исследования	Начальная концентрации, мг/дм 3	Температура °С	Плотность тока, А/см2	Концентрация серной кислоты, мас.%	Время электролиза, мин	Значения ХПК, мгО/л (до окисления)	Значения ХПК, мгО/л (после окисления)
1	ДДТ	500	50	0,75	40	120	1620	0
2	ГХЦГ	500	50	0,75	40	60	400	0