Способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта

Способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к природоохранным технологиям и предназначено для восстановления загрязненных почв на складах (базах) хранения и уничтожения химического оружия.

Среди множества проблем, решаемых в связи с химическим разоружением, особое место занимают вопросы обеспечения безопасности населения и окружающей среды. Именно этот аспект рассматриваемой проблемы в наибольшей степени затрагивает важные жизненные интересы всех слоев населения и находится в центре внимания общественности, в том числе и международной.

Понятие безопасности в проблеме ликвидации запасов химического оружия имеет две группы: 1 - экологическая безопасность; 2 - аварийная безопасность. Данная классификация является отражением различия предотвращаемых видов опасности по времени и масштабам их воздействия. Так, опасности первой группы могут проявляться за счет воздействия ОВ, химических реагентов, используемых в технологических процессах, реакционных масс и газовых выбросов. Опасности второй группы, реализующиеся в результате аварии, создают, в первую очередь, так называемую пиковую нагрузку.

При разработке системы обеспечения безопасности хранения и уничтожения химического оружия учитываются обе группы этой проблемы.

Проблема обеспечения экологической безопасности окружающей среды при хранении и уничтожении запасов химического оружия (ХО) прямо или косвенно пронизывает практически все существующие и разрабатываемые документы, связанные с химическим разоружением. Необходимо исключить или свести к достижимому минимуму даже отдаленную опасность, связанную с влиянием отравляющих веществ и продуктов их детоксикации на состояние здоровья населения и естественное состояние объектов экосферы.

Вопросы безопасности уничтожения накопленных запасов ХО уже давно вышли за пределы национальных территорий, став предметом заинтересованности и некоторой озабоченности других стран, особенно тех, границы которых находятся в достаточной близости от объектов хранения и уничтожения ХО. В этих условиях необходимы не только внутригосударственные, но и международные гарантии безопасности принятых методов уничтожения, необратимости процессов детоксикации ОВ, надежности контроля за всеми стадиями уничтожения ХО и целого комплекса специальных мероприятий, направленного на поддержание на необходимом уровне или на восстановление экосферы.

Предлагаемый способ очистки почв использует дренажную систему и прямую экстракцию из почвы продуктов природного и техногенного разложения иприта. Предварительно производится обваловка загрязненного участка, химико-аналитическим контролем устанавливается количественная характеристика зараженности участка (см. фиг.1). В качестве дренажной системы используют трубы с отверстиями с одной стороны сечения и обернутые стеклотканью (чтобы отверстия в трубе не забивались грунтом). Вся конструкция дренажных труб сводится в единую систему, для чего укладывается на зараженный участок в подготовленные траншеи на глубину до 35 см. Далее производят интенсивный полив-экстракцию участка 5-10% водным раствором этанола (для чего можно использовать авторазливочные станции войск радиационной, химической и биологической защиты типа АРС-14, АРС-15 или поливомоечные машины коммунальных хозяйств) с периодическим химико-аналитическим контролем зараженности почвы. Водный раствор этанола используют для лучшей растворимости продуктов деструкции иприта в плодородном слое почвы. Прямая экстракция продолжается до тех пор, пока не будет произведена полная очистка грунта или содержание продуктов разложения иприта не будет доведено до уровня, когда возникнет возможность применения другого способа. Положительный эффект - предлагаемый способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта с концентрациями более 2 мг/кг, обходится без дорогостоящих операций: как выемка и обработка грунта, его перевозка и захоронение в специально построенных «могильниках» и др.

Очистка (обеззараживание) почв от продуктов природного и техногенного разложения иприта является актуальной научно-технической задачей. На объектах хранения и уничтожения отравляющих веществ (ОВ) почва местами загрязнена продуктами разложения иприта - серосодержащими соединениями. Под воздействием различных природных (например, эрозия почвы) и техногенных факторов (например, строительство сооружений) возможно расширение территории загрязнения. На объектах по хранению и уничтожению химического оружия возможны аварийные ситуации с образованием загрязненных участков почвы, несущих экологическую угрозу. В связи с чем проведен анализ ряда источников, и по мнению авторов заявки по ним констатируются следующие положительные и отрицательные стороны аналогов.

Известен способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения кожно-нарывных отравляющих веществ [1] (ближайший аналог). Недостатком способа является: использование способа сужено временными рамками (теплый весенне-летний период); способ требует использование семенного материала (сорго, подсолнечник, суданская трава); количественные аналитические результаты очистки почвы можно оценить не ранее как через 30-40 суток после высева растений и последующего их скашивания; скошенные растения с извлеченной корневой системой подлежат обязательной утилизации путем сжигания и последующего захоронения. Особым недостатком рассматриваемого способа следует отметить, что технический эффект как увеличение степени извлечения осуществляется только для водорастворимых компонентов реакционных масс иприта и люизита, что равно обозначает как возможность неполной очистки загрязненных почв.

Известен способ иммобилизации загрязненных участков почвы с использованием цемента [2] (аналог). Способ позволяет фиксировать и хранить зараженный грунт, однако, недостатком способа является то, что почва, обработанная таким способом, выходит из сельскохозяйственного использования.

К такому же принципу относится и способ остекловывания [3] (аналог), подразумевающий температурное воздействие непосредственно на зараженный участок почвы (Т=2000°С), в результате которого органические примеси пиролизуются и мигрируют к поверхности, где улавливаются системами очистки отходящих газов. Неорганические материалы фиксируются в расплаве. Способ энергетически достаточно дорогостоящий и в техническом исполнении для очистки больших площадей крайне трудоемкий.

Распространен способ термического обеззараживания во вращающихся печах при Т=1200-1300°C [4] (аналог). Недостатками способа являются: это выемка грунта, которая в последующем безусловно приведет к эрозии почвы, и большие энергетические затраты.

Известен способ экстракции с использованием суперкритических газов [5].

При плазмохимической обработке [6] необходимо обеспечение таких условий, при которых достигается разложение за 1-10 с при Т=3000-10000 К. Плазмообразующий газ может выступать в роли как теплоносителя, так и источника высокореакционных соединений и частиц, способных обеззараживать почву.

Известен способ ликвидации углеводородных загрязнений почвы [7] (аналог) в области нефтедобывающей промышленности. Сущность способа заключена в аэрации загрязненной почвы и внесении водной суспензии микроорганизмов и минеральных солей азота и фосфора.

Общим недостатком всех перечисленных методов (за исключением фиторемедиации) [2-7] является необходимость выемки и транспортировки грунта с последующей дорогостоящей обработкой (а в большинстве случаев и большими энергетическими затратами), которая преимущественно приводит к стерилизации почвы и тем самым выводу территории из землепользования сроком от 2 до 3 лет.

Цель изобретения - создание способа очистки почвы от реакционных масс иприта при концентрации, превышающей 2 мг/кг. Поставленная цель достигается тем, что используют дренажную систему, а именно используют трубы с отверстиями с одной стороны сечения и обернутые стеклотканью, сведенные в единую систему, которые укладываются на зараженный участок в инженерно подготовленных траншеях на глубину до 35 см (учитывается высота плодородного пахотного слоя почвы) [8]. Далее производят интенсивный полив-экстракцию участка 5-10% водным раствором этанола с периодическим химико-аналитическим контролем зараженности почвы. Прямая экстракция продолжается до тех пор, пока не будет произведена полная очистка грунта или содержание продуктов разложения иприта не будет доведена до уровня их предельно допустимых концентраций (ПДК). Образуемые жидкие отходы транспортируют в установленные места и сжигают на специально сконструированной установке (как вариант допускается использование передвижного комплекта уничтожения аварийных специальных изделий - передвижного КУАСИ).

Предлагаемый способ позволяет проводить обеззараживание и рекультивацию почвы без выемки и транспортировки грунта с последующей дорогостоящей обработкой, которая приводит к фактической стерилизации почвы. С исключением транспортировки устраняется опасность расширения участка загрязнения.

Почву заражали реакционной массой иприта, полученной при нейтрализации иприта длительного хранения смесью моноэтаноламина и этиленгликоля по утвержденной технологии [9]. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: перед проведением очистки почвы проводят аналитический мониторинг для построения карты зараженности местности, далее производят обваловку зараженного участка. После этого осуществляют вспашку зараженного участка для усиления окислительно-восстановительных процессов, помогающих в очистке грунта. Далее используют дренажные трубы диаметром 100 мм с отверстиями, выполненными в полуокружности с одной стороны сечения диаметром 10 мм, трубы обертывают стеклотканью. Дренажные трубы сводятся в единую систему, укладываются на зараженный участок в подготовленные траншеи на глубину до 35 см на расстоянии друг от друга 40-50 см и закапываются (фиг.1). После укладки труб проводят утрамбовку поверхностного слоя почвы для того, чтобы прямая экстракция реакционных масс иприта проходила более равномерно по площади. Для прямой экстракции используют 5-10% водный раствор этанола. Из-за разницы плотности почвы около и между дренажными трубами экстракт (5-10% водный раствор этанола) с абсорбированными продуктами реакционных масс иприта будет попадать через отверстия в трубы и далее в приемник. Ориентировочно на 1 кг почвы уходит около 3-4 л 5-10% водного раствора этанола.

Дренажные трубы сводятся в общий приемник, из которого впоследствии производят откачку жидких отходов и транспортировку их в установленные места для сжигания на специально сконструированной установке (ПКУАСИ). Сущность предлагаемого способа позволяют считать его соответствующим критерию изобретения или «изобретательскому уровню». В табл.1 показаны результаты очистки почвы предлагаемым способом, почва предварительно заражалась реакционной массой иприта из расчета от 30 до 90 г/кг. На фиг.2 показано сравнительное воздействие на семена подсолнечника реакционных масс иприта: а) разрез семян подсолнечника, высаженных в зараженную почву, б) разрез семян подсолнечника, не подвергшихся воздействию реакционных масс иприта (контрольные сравнительные семена). На фиг.3 (с 5-10% водно-спиртовым раствором) и фиг.4 (без 5-10% водно-спиртового раствора) показана лабораторная модельная установка для очистки почвы способом дренажа. На фиг.5 и фиг.6. показан рост подсолнечника в разных вегетационных периодах на почве, очищенной от реакционных масс иприта предлагаемым способом дренажа. Результаты, показанные в табл.1, на фиг.4 и фиг.5, позволяют считать, что предлагаемый способ соответствует изобретению по критериям «техническое решение», «новизна» и «полезность».

Предложенный способ очистки почв эффективен при очистки территорий от загрязнителей природного и техногенного разложения иприта и позволяет восстановление почвы с наименьшими затратами.

Анализы на содержание реакционных масс иприта проводились на газовом хроматографе HP 5890 Series II с атомно-эмиссионным детектором НР5921А.

Таблица 1Содержание реакционных масс иприта в грунте до и после рекультивации
№ п/п	Начальное содержание реакционных масс иприта, г/кг	Конечное содержание реакционных масс иприта, г/кг
1	30,0	0,025
2	40,0	0,045
3	50,0	0,061
4	60,0	0,083
5	70,0	0,085
6	80,0	0,081
7	90,0	0,089

Литература

1. Патент Россия №2185901, 2000 г., МКИ В 09 С 1/00.

2. Grubl W.E.J. Air Waste Manag. Assoc, 1990, V.40, №3, p.310-316.

3. Frecman H.M., Olexey R.A.J. Air Waste Manag. Assoc., 1986, V.36, №1, p.67.

4. Патент США №4236464. МКИ 3 F 23 G 7/04.

5. Пичугин А.А., Тарасов В.В. Успехи химии 1991, Т.60, вып.11, с.2412-2421.

6. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы Л.: Химия, 1981, 148 с.

7. Патент Россия №2062669, 1994 г., МКИ В 09 С 1/00-1/10.

8. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. - М.: Агропромиздат, 1990, 247 с.

9. Луганский И.Н. и др. Основные технологические и экологические аспекты проблемы уничтожения иприта. Рос. хим. жур., т.35, №2, 1994 г., с.34-36.

1. Способ очистки почв, загрязненных продуктами природного и техногенного разложения иприта, отличающийся тем, что на зараженный участок в траншеи укладывают дренажные трубы с отверстиями, которые сведены в единую систему и соединены с приемником, и осуществляют полив участка 5-10%-ным водным раствором этанола для прямой экстракции реакционных масс иприта из зараженной почвы с периодическим аналитическим контролем над зараженностью почвы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия в трубах выполняют в полуокружности с одной стороны сечения трубы, трубы обертывают стеклотканью и укладывают в траншеи на глубину до 35 см.