Способ и установка для обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом

Способ и установка для обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом («ПХБ»), и в частности экстракции ПХБ из загрязненного грунта в жидкость посредством акустической обработки.

Предпосылки создания изобретения

Наличие большого числа мест с почвой или другой средой, такой как балластный остаток пека/смолы, сильно загрязненной полихлорированными бифенилами, здесь далее обозначенными как «ПХБ», требует экономичных эффективных по стоимости способов. Хотя показано, что сжиганием можно разложить ПХБ, такой вид обработки ПХБ подразумевает эмиссию хлорированного диоксина и бензофурана и запрещен для применения в некоторых странах, таких как Австралия и Япония (Costner, Pat и др., 1998, «Technical Criteria for the Destruction of Stockpiled Persistent Organic Pollutants», Third Meeting of the Intersessional Group Intergovernmental Forum on Chemical Safety, Yokohama, Japan, December 1-4, 1998; см. также «Survey of Currently Available Non-Incineration PCB Destruction Technologies», United Nations Environment Programme, August 2000). Существует потребность в эффективных по стоимости способах дезактивации ПХБ для разных сред, включая грунт, балластный остаток, которые не включают сжигание.

ПХБ (примерная формула C₁₂H₅CI₅) производят под различными торговыми марками (например, Arochlor 1254, CAS №11097-69-1) и широко применяют в электрическом оборудовании, в частности как диэлектрик в трансформаторах и конденсаторах. До того, как была признана вредная для окружающей среды природа ПХБ, их также неограниченно применяли, например, в качестве наполнителей для пестицидов и антипиренов (см. MSDS для Arochlor 1254). В ходе промышленных операций в результате потерь происходит существенное загрязнение почв, прилегающих к заводам, участвующим в производстве и ремонте электрического оборудования, а также других операциях, применяющих ПХБ.

Другим существенным источником ПХБ-загрязненных материалов являются получаемые до 1980 г.балласты производства флуоресцентных ламп.Балласты регулируются в документе США US Code of Federal Regulations (CFR) Part 761. Краткое содержание представлено в публикации Minnesota Pollution Control Agency Publication. ПХБ-балласты можно обработать для извлечения металла, оставляя концентрированный остаток ПХБ.

В настоящее время промышленные материалы, такие как трансформаторные масла, можно обработать, применяя коммерческую операцию, химически разлагая ПХБ посредством восстановления натрием. Это позволяет повторно использовать ценное базовое трансформаторное масло. Однако для твердых отходов доступным в настоящее время вариантом размещения/утилизации является, главным образом, долговременное хранение в безопасном захоронении (например, в США) или сжигание в подходящим образом управляемой, контролируемой и разрешенной печи для прокаливания отходов. В результате первой операции получают постоянно существующую подверженность действию генератора отходов. Сжигание является дорогим и влечет за собой риск выбросов в атмосферу. Правила в отношении классификации и приемлемой утилизации твердых ПХБ-отходов варьируется юрисдикцией. Некоторые типичные правила для British Columbia, Canada приведены далее:

Метод устранения	Допустимый уровень ПХБ, мг/кг
Печь для прокаливания или безопасная закладка	>50
Промышленная отсыпка	>2 и <50
Общее закапывание	<2

В патенте США №6049021 описана корректировка грунта, загрязненного ПХБ. Данный патент описывает деструкцию ПХБ в грунте с применением разнообразных способов, объединяющих следующие основные элементы:

экстракция ПХБ грунта жидким аммиаком;

растворение металлического натрия в ПХБ-загрязненном жидком аммиаке;

деструкция ПХБ в жидком аммиаке растворенным металлическим натрием.

Хотя данный способ ясно показывает высокую степень деструкции ПХБ в грунте, он имеет следующие проблемы:

необходимость охлаждать аммиак с грунтом при перемешивании до добавления металлического натрия (см. пример 4);

необходимость работать с опасным сжатым безводным газообразным аммиаком в сосуде с перемешиванием (см. пример 2);

предельно высокая доза аммиака в грунте, например, 9 л аммиака на кг грунта (см. пример 3);

генерация аммиаксодержащих остаточных отходов «фильтратов» (см. пример 2);

неудобное циклическое изменение температуры от 0°С и 20 до 40°С (см. пример 4) или -78°С (см. пример 3);

неудобные, занимающие много времени многократные экстракции грунта аммиаком до добавления металлического натрия (см. пример 4).

Патент США №5228921 описывает способ экстракции галогенорганических соединений из твердых материалов, загрязненных галогенорганическими соединениями, например, ПХБ из ПХБ-загрязненных твердых материалов. Патент США №5376182 описывает экстракцию ПХБ из ПХБ-загрязненного грунта при помощи ультразвука с частотой от 10 до 60 кГц. Хотя данные способы экстракции успешно удаляют ПХБ из грунта, они не разлагают ПХБ.

Публикация WO 02/22252 описывает акустическую деструкцию ПХБ в одностадийном способе. Однако эффективность деструкции ПХБ низка (например, 75%, строки 20-25 на стр.10).

Eco Logic на web-странице www.eco-logic-intl.com в брошюре от апреля 2001, озаглавленной «The TORBED/GPCR combination for Soil, Sediment and Sludge Treatment» описывает многостадийный способ удаления и деструкции ПХБ в твердых материалах, таких как грунты, следующим образом:

1. Высокотемпературная (например, 600°С) термическая десорбция ПХБ из грунтов посредством испарения.

2. Высокотемпературное (например, 875°С) восстановление в газовой фазе испарившегося выхлопного газа ПХБ из 1 при помощи восстановительного газа, такого как водород.

3. Промывка выхлопного газа из 2 для утилизации токсических и/или коррозийных газов, таких как хлористый водород, получающийся при восстановлении ПХБ.

4. Сжатие и/или хранение промытого выхлопного газа из 3.

5. Сжигание и/или возвращение в цикл промытого выхлопного газа из 4 на стадию 1 и/или 2, соответственно.

Хотя ясно, что способ Eco Logic разлагает ПХБ в грунтах, он имеет следующие сложности:

1. Генерация токсического и/или коррозийного выхлопного газа (например, хлористого водорода) и отработанных растворов из скруббера.

2. Применение потенциально взрывчатого газа водорода при высокой температуре.

3. Пять или более стадий обработки.

4. Две энергетически напряженных высокотемпературных стадии обработки.

Патент США №4941134 описывает акустический генератор для трансмиссии энергии в жидкую среду, использующий «резонирующий стержень» или пробник (см. фиг.6А). Патент США №5005773 описывает способ применения данного акустического генератора в комбинации с измельчающей средой для превращения в порошок твердых веществ, содержащихся в камере мельницы, монтированной «аксиально» с резонирующим элементом (см. фиг.9а и строки 25-26 плюс 33-34 на стр.5).

Опубликованная патентная заявка США №2003/0036672 и Канадская патентная заявка №2316409 описывают деструкцию ПХБ в балласте смола/пек с применением щелочной дисперсии натрия, лития и калия. Данная технология имеет следующие серьезные недостатки:

применение дисперсий натрия, которые в 2-4 раза дороже, чем слитки металлического натрия, и опасны в применении из-за скорости реакции с паразитическими агентами, такими как вода и некоторые кислородсодержащие органические вещества (например, фенолы или карбоновые кислоты), в смеси смола/пек;

применение сорастворителей (например, изооктана, метанола и изопропанола - см. пункт 8), которые кипят или испаряются при предлагаемых температурах обработки, например, 90°С (страница 2 раздела [0018] заявки США), давая в результате отработанный растворитель и/или потерю безопасности вследствие токсичности или воспламеняемости выпускаемого пара;

отсутствие сушки смеси смола/пек для удаления захваченной влаги, паразитической для применения щелочи, такой как натрий, и в результате серьезный потенциальный риск для безопасности, например, при выводе водорода из реакционной смеси щелочного металла и воды с содержанием в воздухе выше его взрывного предела;

недостаток инертности в начале контакта щелочи с ПХБ-загрязненной средой, в результате чего возникает потенциальный риск для безопасности из-за потенциального выброса водорода в количестве, превышающем его взрывной предел.

В описании на стр.1 раздела [0012] заявки США указано, что описание совместно рассматриваемой Канадской заявки 2316409 «включено здесь во всей своей полноте». Пункт 1 Канадской заявки описывает операцию «ниже температуры возгорания указанного содержимого». Температуры возгорания метанола, изооктана и изопропанола, предложенных в пункте 8 заявки США, составляют по Merck Index 12°C, -12°C и 11,7°С, соответственно, что на 78С° ниже, чем рекомендованная температура обработки.

Существует потребность в низкотемпературном способе, в частности в способе, подходящем для мобильной обработки среды на месте загрязнения, который может быстро экстрагировать и эффективно разрушать ПХБ за минимальное количество стадий обработки, снижая размер оборудования и его стоимость.

Краткое содержание изобретения

Согласно изобретению создан способ обработки среды, загрязненной полихлорированным бифенилом, включающий следующие стадии:

объединение указанной среды с жидкостью, содержащей один или несколько жидких углеводородов, с получением смеси среда/жидкость;

акустическая обработка указанной смеси при аудиочастоте для экстракции полихлорированного бифенила из среды в жидкость;

обработка жидкости натрийсодержащим щелочным металлом.

Способ может включать дополнительные стадии нагревания указанной смеси до и во время стадии акустической обработки.

Среда может представлять собой грунт или балластный остаток, такой как смола или пек.

Жидкость может содержать смесь воды и одного или несколько жидких углеводородов.

Жидкие углеводороды могут включать керосин.

Способ может включать дополнительную стадию уменьшения размера частиц среды до стадии объединения указанной среды с жидкостью, представляющую одно или несколько просеиваний, дробление и распыление среды.

Способ может включать дополнительную стадию сушки на воздухе среды до стадии объединения указанной среды с жидкостью.

Стадия обработки жидкости натрийсодержащим щелочным металлом может осуществляться во время стадии акустической обработки указанной смеси, и стадия акустической обработки осуществляется при температуре, достаточной для плавления натрийсодержащего щелочного металла.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в закупоренном сосуде с вентиляционным отверстием для выпуска газа во время акустической обработки.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в сосуде с одним или несколькими входными и выходными отверстиями, пригодными для перемещения смеси среда/жидкость между сосудом и резервуаром, оснащенным насосом.

Стадия акустической обработки указанной смеси может включать применение инертного газа для продува верхнего пространства резервуара и сосуда для акустической обработки.

Способ может включать также стадию перемещения акустически обработанной смеси среды с жидкостью из сосуда для акустической обработки или указанного резервуара в резервуар для осаждения с целью разделения акустически обработанной жидкости и акустически обработанной среды.

Способ может включать дополнительную стадию акустической обработки отделенной акустически обработанной жидкости в присутствии натрийсодержащего щелочного металла и при температуре, достаточной для плавления натрийсодержащего щелочного металла.

Способ может включать дополнительную стадию обработки отделенной акустически обработанной среды водой во флотационной ячейке для удаления остаточной углеводородной жидкости содержащей полихлорированный бифенил и пены из акустически обработанной среды. Обработанный во флотационной ячейке грунт можно возвращать обратно в окружающую среду. Флотационную воду, отделенную от пены, среды и углеводородсодержащей жидкости, можно возвращать обратно в окружающую среду после регулировки рН. Пену можно возвращать обратно в цикл и применять как часть жидкости в данном способе. Флотационная ячейка может содержать пенообразующий агент. Флотационная ячейка может включать регулировку рН при помощи карбоната натрия.

Стадия акустической обработки может включать добавление к указанной смеси соды. Стадию акустической обработки можно повторять, применяя смесь соды, акустически обработанной указанной среды и натрийсодержащего щелочного металла при температуре, достаточной для плавления натрия. Стадии акустической обработки можно осуществлять в закупоренном сосуде, способном выпускать газ во время акустической обработки.

Обработанную отделенную акустически обработанную жидкость можно возвращать обратно в цикл для применения в качестве жидкости в данном способе.

На стадии акустической обработки указанной смеси можно применять оборудование для акустического воздействия без измельчения среды.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться при температуре в диапазоне 100-120°С или при температуре в диапазоне 80-98°С.

На стадии акустической обработки можно применять резонирующий стержень, контактирующий с жидкостью.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в одной или нескольких камерах, расположенных аксиально с резонирующим компонентом.

Жидкие углеводороды могут содержать один или несколько углеводородных подкомпонентов, которые не являются жидкостями при температуре акустической обработки.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться при минимальной температуре 100°С.

Натрийсодержащий щелочной металл может быть коммерчески чистым металлическим натрием.

Согласно изобретению создана также установка для обработки среды, загрязненной полихлорированным бифенилом, содержащая реакционный сосуд для содержания смеси указанной среды, жидкости, содержащей жидкий углеводород, и расплавленного натрийсодержащего щелочного металла, имеющий вентиляционные отверстия для выпуска газа во время акустической обработки указанной смеси, устройство для акустической обработки указанной смеси без измельчения среды, предназначенное для акустической обработки указанной смеси при аудиочастоте, нагреватель для регулировки температуры указанной смеси и поддержания натрийсодержащего щелочного металла в расплавленном состоянии.

Устройство для акустической обработки может быть снабжено резонирующим стержнем, контактирующим с жидкостью.

Реакционный сосуд может состоять из одной или нескольких камер, расположенных аксиально с резонирующим компонентом устройства для акустической обработки.

В вышеописанном способе можно применять приборы для акустической обработки, например, такие как раскрытые в патентах США №4941134, 5005773 с целью экстракции ПХБ из твердой среды в экстракционную жидкость. Данные приборы демонстрируют крупномасштабную производительность обработки и показывают свой потенциал более чем в дюжине коммерческих применений. Определяющей особенностью акустических генераторов является их способность прилагать очень интенсивную энергию аудиочастотной вибрации к камерам, смонтированным на каждом конце стержня, или к жидким материалам при прямом контакте со стержнем.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение более подробно описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет схему процесса экстракции ПХБ с применением экстракционной жидкости, содержащей жидкие углеводороды;

фиг.2 представляет схему процесса экстракции ПХБ с применением комбинации воды и экстракционной жидкости, содержащей жидкие углеводороды;

фиг.3 представляет схему системы экстракции с применением 5 кВ вертикального устройства для акустической обработки;

фиг.4 представляет схему системы экстракции с применением 75 кВ устройства для акустической обработки. Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение касается способа экстракции и низкотемпературной химической деструкции ПХБ из среды, включающей твердые отходы, такие как грунты, балласты и лом от демонтажа ПХБ-загрязненного электрического оборудования.

Способ обработки ПХБ-загрязненных твердых отходов включает следующие операции:

подготовка смеси ПХБ-загрязненной среды, такой как твердые вещества грунта, предпочтительно с сушкой на воздухе, просеиванием или дроблением, и жидкого экстрагента, состоящего полностью или частично из жидкого углеводородного компонента т.е. нефтяного дистиллята, такого как керосин, дизельное топливо или топочный мазут;

интенсивное перемешивание смеси грунта и жидкости (суспензия) с применением акустической обработки смеси при аудиочастоте, в предпочтительном варианте выполнения изобретения в диапазоне от 100 до 500 Гц, в результате которой происходит экстракция ПХБ в жидкий экстрагент, содержащий углеводородную жидкость; такие устройства для акустической обработки бывают двух предпочтительных типов: акустически воздействующие стержни, напрямую контактирующие с жидкостями; и устройства с акустическим воздействием на сосуды, содержащие жидкости, смонтированные аксиально с резонирующим элементом, но без измельчения среды;

низкотемпературная (например, 98°С или выше) химическая деструкция ПХБ, в особенности экстрагированных ПХБ посредством контакта/взаимодействия с расплавленным натрийсодержащим щелочным металлом, например, натрия или комбинации натрия с незначительными количествами калия, лития или кальция;

отделение жидкой фазы экстрагента, содержащей углеводородную жидкость, от твердых веществ комбинированием декантации и флотации пены (до или после деструкции ПХБ);

повторное использование натрийсодержащего щелочного металла, обработанного (низкое содержание ПХБ) углеводородсодержащей жидкой фазой экстрагента для обработки новых ПХБ-загрязненных твердых отходов, таких как твердые вещества грунта.

Технология, существенной частью которой является применение акустического генератора, включает конверсию электрической энергии посредством последовательно активируемых магнитов в резонансную вибрационную энергию в стальном стержне. Вибрационная энергия от стержня передается присоединенным «ячейкам», через которые можно прокачивать жидкие материалы и подвергать их очень интенсивному аудиочастотному перемешиванию («акустическая обработка»). Энергичную акустическую обработку применяют в данном способе для усиления экстракции ПХБ и увеличения скоростей химического взаимодействия экстрагированных ПХБ с расплавленным натрийсодержащим щелочным металлом. Приборы акустические генераторы представляют собой большие (выше лабораторного стола и лабораторных весов) низкочастотные акустические генераторы, которые имеют достаточную для коммерческих применений эффективность воздействия. Акустические генераторы легко транспортировать и не нужно закреплять на месте.

Проверка генерации тепла показывает для 20 кВ генератора специфическую входную энергию свыше 90 кВ/м³ объема реактора (450 л.с./1000 галлонов США). Данный диапазон входной мощности, по меньшей мере, на порядок (в 10 раз) выше величин, достигаемых при использовании энергетически интенсивных промышленных систем перемешивания, таких как флотационные ячейки. Если входная мощность так же эффективна, как при обычном перемешивании, то преимущество данного генератора пропорционально интенсивности энергии. Высокая энергетическая интенсивность полезна для химических операций способа, где очень интенсивное перемешивание посредством акустической обработки улучшает селективность или эффективность необходимого химического взаимодействия.

Акустические генераторы демонстрируют способность акустического воздействия на жидкости и/или смеси жидкость-твердое вещество (суспензии) при коммерчески приемлемых скоростях потока. Имеющиеся прототипы приборов генерируют в низкочастотном диапазоне от 100 до 500 Гц при номинальном значении мощности 75 и 20 кВ (горизонтальный тип, который показан на фиг.4) и 5 кВ для генератора с вертикальным стержнем и одним приводным блоком (показан на фиг.3).

Со ссылкой на фиг.1 типичная последовательность операций для обработки ПХБ-загрязненной среды, такой как твердые вещества, включая грунт и балласт, является следующей.

Загрязненные твердые вещества 10 из источника или отвала грунта классифицируют по размеру на стадии 12, применяя сита или другие обычные методики. Цель данной стадии - убедиться, что твердые вещества можно закачивать при смешивании с жидким экстрагентом, включающим углеводородную жидкость, и что частицы данных твердых веществ являются достаточно мелкими, чтобы быть экстрагированными за необходимое время. Материал 14 с большим размером частиц, например крупные камни в грунте, в некоторых случаях может быть достаточно чистым для утилизации на стадии 16, или его можно измельчить (раздробить) на стадии 18 и вернуть в классификатор по размеру.

Загружаемые твердые вещества смешивают на стадии 20 с жидким экстрагентом, содержащим углеводородную жидкость, таким как керосин, который имеет температуру кипения при атмосферном давлении выше 120°С, получая закачиваемую смесь твердые вещества-жидкость (суспензия) при типичном содержании твердых веществ 35-70 мас.%.

Полученную суспензию подают при помощи насоса или гравитационным потоком в нагреваемый резервуар/циркуляционный резервуар 22, где ее температура поднимается выше 100°С. Нагревание служит двум целям: удалению свободной влаги, которая иначе взаимодействовала бы с натрийсодержащей щелочью (ключевой реагент процесса), и установлению температуры процесса выше температуры плавления (98°С) натрийсодержащего щелочного металла таким образом, чтобы щелочной металл был расплавлен при интенсивном акустическом воздействии. Это облегчает мелкое диспергирование натрийсодержащей щелочи и ускоряет взаимодействие с ПХБ, которые растворены в рабочей жидкости.

Если суспензию правильно нагревают и сушат, то металлический натрий 24 добавляют в жидком виде или в виде кусков, которые плавятся. Полученную трехфазную смесь (жидкость - расплавленный металл - твердые вещества) прокачивают через реакционную камеру (камеры) акустического генератора 26, где интенсивное перемешивание облегчает экстракцию ПХБ и конкурентную деструкцию при взаимодействии хлорорганического соединения с натрием с получением хлорида натрия (Ароматика-Cl+Na→NaCl+Ароматика; титрование растворимого в воде NaCl является стандартным способом анализа ПХБ после восстановления натрием).

По завершении экстракции ПХБ и реакций деструкции ПХБ суспензию обрабатывают для отделения жидкого экстрагента, содержащего углеводородную жидкость, от очищенного грунта. Этого достигают, комбинируя стадии 28, 30 декантации и стадии 32 флотации пены. Флотация пены является широко практикуемой методикой обработки минералов (например, Taggart, Arthur F., «Handbook of Mineral Dressing», John Wiley and Sons Inc. (New York), 1945 или Gaudin, A.M., «Flotation», McGraw-Hill Book Co. Inc. (New York) 1957), где олеофильные материалы (масло или материалы, смачиваемые углеводородами, и жидкости, содержащие масло или углеводород) экстрагируют, барботируя воздух через жидкую смесь (суспензию). Процесс флотации обычно оптимизируют для конкретного подаваемого материала, регулируя условия раствора (рН, температура) и добавляя небольшие количества химических веществ, таких как пенообразователи, которые генерируют стабильный слой пены для удаления олеофильных материалов.

В данном способе можно по выбору (также показано на фиг.1) разделить операции экстракции ПХБ и деструкции. Данные, представленные в примерах, показывают, что данный подход может быть предпочтительным, если ПХБ-твердые вещества содержат другие материалы, которые взаимодействуют с натрием («паразитическое потребление натрия»), например, карбоксилаты или фенолы. В той степени, в которой паразитические потребители нерастворимы в жидком экстрагенте, содержащем углеводороды, избыточное потребление натрийсодержащего щелочного металла можно снизить посредством отделения на стадии 34 экстрагента от (экстрагированных) твердых веществ до обработки натрийсодержащим щелочным металлом.

Дополнительным правом выбора (не показано на фиг.1) является пропуск стадии флотации. Данный выбор обычно не является полезным для грунтов, если для твердых веществ, смоченных экстрагирующим маслом, не доступен местный рынок (например, асфальтовый тротуар). Однако для таких отходов как электрические балласты и конденсаторы, которые имеют высокое содержание углеводородов (смола), в результате простого удаления рабочей жидкости декантацией и/или фильтрованием можно получить удобно и безопасно утилизируемые твердые вещества.

Аналогичный альтернативный способ показан на фиг.2. В данном случае жидкий экстрагент представляет собой смесь воды и углеводородсодержащей жидкости, такой как керосин. Содержание воды в жидкости должно быть достаточным, чтобы обеспечить возможность перекачки суспензии при смешивании с твердым веществом, например, 35-70% твердых веществ / 30-65% воды, при добавлении углеводородсодержащей жидкости в количестве 10-30% от массы грунта.

Ключевое различие между данным подходом и вариантом фиг.1 состоит в следующем:

экстракцию ПХБ проводят при температуре ниже 100°С, предпочтительно в диапазоне 80-98°С;

углеводородсодержащую жидкость, содержащую экстрагированный ПХБ, отделяют от воды и твердых веществ декантацией на стадиях 28, 34, затем нагревают на стадии 36 до температуры выше 100°С для сушки и последующей акустической обработки с натрийсодержащей щелочью 24.

Обычно стадия 32 флотации требуется для извлечения углеводородсодержащей жидкости из экстрагированных твердых веществ.

Применение экстракции жидкостью, содержащей воду/углеводород, может быть преимущественным, когда загрязненные твердые вещества включают существенную долю мелкозернистых материалов, таких как ил или глина, которые может быть трудно отделить от масляной фазы при смачивании маслом. Применение жидкой смеси, содержащей воду/углеводород, для экстракции ПХБ в значительной степени избегает смачивания гидрофобных по природе твердых веществ углеводородсодержащей частью жидкости. Это можно оптимизировать, регулируя рН водной фазы.

Следующие не ограничительные примеры иллюстрируют эффективность данного изобретения.

Пример 1

Одностадийная обработка партии грунта в одном сосуде с аксиальным акустическим воздействием

Образец ПХБ-загрязненного грунта получают из места безопасного захоронения в Greater Vancouver, B.C., Canada. Данное хранилище сконструировано с единственной целью, содержать грунт с высоким уровнем (>50 млн.д.) ПХБ-загрязнения и лом после демонтажа и очистки места расположения завода по производству электрического оборудования. Отбирают образцы изъятого материала для анализа и весь материал, содержащий >50 мг/кг (млн.д.) ПХБ, помещают в двухрядное закрытое хранилище. Образец массой примерно 20 кг сначала просеивают через виброгрохот 6 меш, отделяя просеянный грунт от крупных булыжников, бетона, стали и лома.

Грунт (6 меш) сушат на воздухе и затем делят, применяя делитель с перегородками (устройство для получения типичных образцов твердых материалов, см. Taggart) и получая типичные образцы для тестирования и анализа.

Затем подобразец грунта массой 2 кг смешивают с 0,8 л керосина и помещают в камеру стального цилиндрического реактора. В камеру до ее закрытия добавляют металлический натрий в виде 10 г бруска и затем монтируют камеру на 20 кВ акустическом генераторе. Камера соединяется с нагревающим кожухом, который частично заполнен этиленгликолевым антифризом, что способствует теплопередаче. Затем монтированную камеру нагревают при помощи пропановой горелки до тех пор, пока температура загрузки (измеренная термопарой) не достигнет 100°С.

Затем закрывают вентиляционный клапан на камере и включают генератор на 60% мощности, при резонансной частоте 430 Гц в течение двух пятиминутных периодов. После каждого интервала открывают вентиляционный клапан, спуская аккумулированное давление. Температуру поддерживают>102°С. Через 10 мин акустического перемешивания камеру отсоединяют, открывают и исследуют содержимое на остаточный натрий. Если его не обнаруживают, то добавляют еще 10 г натрия и повторяют последовательность тестирования. Затем отбирают образцы продукта для анализа следующим образом:

для твердых веществ - исчерпывающая экстракция по Сокслету смесью гексан/ацетон (50/50), с последующей газовой хроматографией, с применением детектора захвата электронов (ГХ-ДЗЭ);

для углеводородсодержащей жидкости - разбавление гексаном с последующей ГХ-ДЗЭ;

для содержания масла в твердых веществах - сушка на воздухе в течение ночи при 80°С в вентилируемой печи.

Результаты анализов ПХБ приведены далее:

Образец	Содержание ПХБ
	мг/кг (тв.) или мг/л углеводородсодержащей жидкости)
Необработанный грунт	470
Грунт, первый 10 минутный тест	98
Грунт, второй тест (общее время 20 мин)	<2
Углеводород содержащая жидкость (второй тест)	<2

Обработанный грунт включает 15,5 мас.% углеводородсодержащей жидкости.

Результаты показывают выполнимость деструкции ПХБ, содержащегося в грунте, до содержания <2 млн.д. посредством обработки натрием в углеводородсодержащей жидкой суспензии при акустическом воздействии.

Для аналитического метода ГХ-ДЗЭ на гетерогенных образцах, таких как грунт, практический предел детектирования составляет 2 мг/кг (млн.д.). Для количественного определения степени удаления ПХБ в данном начальном, успешном тесте конечный обработанный грунт повторно анализируют, применяя следующее:

экстракцию по Сокслету (гексан/ацетон);

чистку экстракта посредством обработки на абсорбционной колонке с флорисилом для селективного удаления полярных и асфальтовых компонентов;

анализ очищенного экстракта методом газовой хроматографии/масс-спектрометрии (ГХ-МС) в режиме выбранного иона (РВИ). Система ГХ-МС-РВИ различает целевой и основной отклик, допуская предел детектирования 0,4 млн.д. ПХБ. По данным этого способа образец, обработанный в течение 30 мин, содержит <0,4 млн.д. ПХБ.

Пример 2

Обработка партии грунта в одном сосуде с аксиальным акустическим воздействием

ПХБ-загрязненный грунт сушат на воздухе и просеивают до 6 меш. 2 кг грунта объединяют с 0,6 л керосина и 45 г твердого металлического натрия в сосуде на 3,2 л для акустической обработки, смонтированном на 20-киловатном (кВ) акустическом устройстве. Закупоренную камеру для акустической обработки нагревают до 115°С, используя тепло от пропановой горелки для плавления металлического натрия. Нагревающий кожух камеры для акустической обработки наполовину заполняют этиленгликолевым антифризом, что способствует передаче тепла ингредиентам камеры для акустической обработки. Камеру для акустической обработки открывают, чтобы отобрать образец грунта, через интервалы 1, 2 и 5 мин акустического перемешивания. Наличие натрия определяют, добавляя к аналитическому образцу несколько капель воды и наблюдая выделение газа в виде пузырьков водорода в результате взаимодействия воды с остаточным натрием. Следующая таблица иллюстрирует деструкцию ПХБ как функцию времени применения описанного выше подхода к грунту при начальном содержании ПХБ 424 млн.д. (мкг/г).

	Время обработки (мин)	Содержание ПХБ	% деструкции ПХБ
Образец	Интервал	Всего	(мг/кг)
Необработанный грунт	0	0	424	0
Образец 1	1	1	12,7	97,0
Образец 2	2	3	8,4	98,0
Образец 3	5	8	2,2	99,5

Данные результаты показывают, что начальная скорость деструкции ПХБ предельно высока, но для достижения низких величин остаточного ПХБ в грунте требуется продолжительное время при температуре и избытке натрия.

Пример 3

Одностадийная проточная обработка грунта в двух сосудах с акустическим воздействием через стержень

Для исследования увеличения масштаба данной технологии сконструирована тестовая система (показана на фиг.3), содержащая следующие элементы:

резервуар для суспензии/рециркуляционный резервуар 46 диаметром 24 дюйма (61 см) и высотой 6 футов (1,8 м) сконструирован из стального (ГОСТ 80, schedule 80) трубопровода и пластины и смонтирован на опорах, допускающих нагревание пластины дна резервуара при помощи газовой горелки;

в рециркуляционном резервуаре установлен вертикальный зумпф-насос 48 на 10 л.с.;

реакционная камера 44 диаметром 18 дюймов (46 см) и высотой 3 фута (0,9 м) с дном, расположенным под углом 45°, изготовлена с 2 боковыми сливными трубчатыми отростками (45) (нормальный и высокий уровень);

реакционная камера 44 смонтирована на угловой железной раме, примыкающей к циркуляционному резервуару 46, и сливные отверстия 45 соединены 4-дюймовыми (10 см) шлангами из нитрильного каучука с соответствующими трубчатыми отростками на циркуляционном резервуаре 46;

5 кВ вертикальный акустический генератор 40 смонтирован в верхней части реакционного резервуара 44 таким образом, чтобы вибрирующий стержень 42 погружался бы на 50% при сливе через нижнюю сливную трубку и на 75% при сливе через верхнее сливное отверстие.

Данная система, показанная на фиг.3, допускает циркуляцию суспензии 50 через акустически перемешиваемый реакционный резервуар 44 из относительно большого резервуара с рабочей суспензией 46.

Новую валовую пробу из хранилища, описанного в примере 1, получают и обрабатывают аналогичным образом, готовя 33 кг грунта для тестирования.

Тестирование заключается в следующем:

при помощи насоса загружают в резервуар 200 л (бочка на 55 галлонов) керосина;

включают зумпф-насос и регулируют его скорость таким образом, чтобы жидкость циркулировала со скоростью 500 л/мин (+/-10%);

загружают в рециркуляционный резервуар 33 кг грунта;

суспензию нагревают непрямым нагреванием (посредством циркуляции) пропановыми горелками, направленными на дно и боковые поверхности резервуара;

когда температура циркулирующей суспензии достигает 105°С, отбирают образец для определения степени экстракции ПХБ из твердого вещества до начала деструкции ПХБ (момент времени = 0);

в циркуляционный резервуар добавляют 1,5 кг металлического натрия в виде брусков и включают 5 кВ генератор;

затем отбирают образцы циркулирующей суспензии в течение периода 105 мин экстракции/взаимодействия. Образцы отбирают через сливной клапан на резервуаре насоса в стальной ковш; сливаемую углеводородсодержащую жидкость (то есть керосин плюс ПХБ-загрязненный экстракт) возвращают в резервуар декантацией, а образцы твердого грунта (с содержанием керосина 15-17%) переносят в закупориваемые стеклянные контейнеры для образцов для транспортировки в аналитическую лабораторию.

Далее приведены результаты анализа грунта:

	Время акустической обработки (мин)	Содержание ПХБ в грунте,
Образец	Интервал	Всего	мг/кг
Загрузка грунта	нет	нет	1043
Суспензия t=0	0*	0	217
Суспензия t=5	5	5	104
Суспензия t=38	33	38	85
Суспензия t=60	22	60	23
Суспензия t=105	45	105	<2
* примерно 90 мин циркуляции при нагревании

В конце 105-минутного теста в суспензии остается избыток натрия. Новый объем необработанного грунта с содержанием ПХБ 1043 млн.д. иллюстрирует гетерогенную природу захоронения (сравните с предыдущим образцом, содержащим 430-470 млн.д.) и желательность перемешивания подаваемого сырья для коммерческой операции.

Конечное содержание ПХБ в грунте <2 млн.д. подтверждает практичность обработки в большом масштабе.

Пример 4

Одностадийная проточная обработка грунта в двух сосудах с аксиальным акустическим воздействием

Проводя удачный проточный тест с использованием 5 кВ генератора, определяют, что преимущественной бы