CC BY
15
УДК 623.459:351.753
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПЕРЕПРОФИЛИРОВАННОМ ОБЪЕКТЕ ПО УНИЧТОЖЕНИЮ ЛЮИЗИТА
ПЕТРОВ В.Г., ЛИПАНОВ А.М., ТРУБАЧЕВ А.В., ЧЕЧИНА А.А.
Институт прикладной механики УрО РАН, 426067, г.Ижевск, ул.Т.Барамзиной, 34
АННОТАЦИЯ. Рассмотрены способы обезвреживания опасных веществ техногенного происхождения на перепрофилированном объекте по уничтожению люизита после выполнения основных работ. Показана возможность организации процессов по обезвреживанию некондиционных ядохимикатов, хлорорганических веществ и ртутьсодержащих отходов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: объект по уничтожению люизита, перепрофилирование, опасные отходы, обезвреживание
ВВЕДЕНИЕ
Объект по уничтожению люизита в Камбарке (Удмуртская Республика) введен в действие в 2006 г. В соответствии с Программой уничтожения химического оружия (УХО) в РФ, окончание работ по уничтожению люизита на объекте планируется в 2009 г. [1]. Обезвреживание емкостей хранения и отходов может продлиться до 2010-2011 г.г. Таким образом, следует рассмотреть вопрос о возможном перепрофилировании объекта УХО в Камбарке. Промышленная инфраструктура объекта УХО в г.Камбарке создана под химические способы обезвреживания высокотоксичных веществ. Поэтому для снижения затрат на перепрофилирование объектов, замену оборудования, сокращения времени работ по перепрофилированию объектов целесообразно, чтобы характер вновь создаваемых производств на этих объектах был близок к профильному [2]. В качестве одной из возможностей использования объекта является реализация на нем процессов обезвреживания опасных веществ техногенного происхождения, таких как некондиционные ядохимикаты, хлорорганические и ртутьсодержащие отходы [3].
ОБСУЖДЕНИЕ
Уничтожение опасных ядохимикатов и органических отходов:
В Камбарке принят сокращенный вариант технологии уничтожения люизита [4,5] заключающийся в разложении люизита методом щелочного гидролиза с последующим упариванием реакционных масс и их дальнейшей утилизацией на специализированном предприятии по переработке мышьяксодержащих соединений. После проведения работ по УХО объект в Камбарке может быть перепрофилирован для переработки реакционных масс детоксикации люизита. В качестве одного из вариантов переработки реакционных масс детоксикации люизита нами разработана технология получения низкотоксичного сульфида мышьяка и растворов хлорида натрия. В качестве осадителя сульфида мышьяка в этом процессе используется последовательное добавление к реакционным массам растворов сульфида натрия и хлороводородной кислоты [6].
В предлагаемом нами процессе переработки реакционных масс детоксикации люизита после осаждения и выделения сульфида мышьяка, который может использоваться в качестве сырья для получения различной народнохозяйственной продукции [7], происходит образование раствора хлористого натрия с концентрацией (50-150) г/л. После упаривания до концентрации (300-325) г/л №С1 такой раствор может быть использован для получения едкого натра, хлора и водорода методом электролиза [8]. Требования к рассолу №С1, используемого для электролиза приведены в табл.1. Процесс может быть проведен в стандартном электролизере [8].
Таблица 1
Требуемое качество рассола для проведения электролиза [9-11]
Содержание, г/л
Соединение Тип электролизера
Диафрагмовый С ртутным катодом Мембранный
ШС1 320-325 290-310 290-310
№^04 5 14 8-10
Са2+ + Mg2+ 5-10"2 Ь10"2 5-10"5
Реакции, происходящие в электролизере можно записать в следующем виде: на аноде:
2С1- - 2е- ^ СЬ! (1)
Н20 - 2е- ^ 0,502! + 2Н+,
на катоде:
Н20 + 2е- ^ Н2! + 20Н- . (2)
Состав веществ, получаемый в результате электролиза с использованием диафрагмы для разделения католита и анолита приведен в табл. 2 [9-11]. Для уменьшения количества растворенного хлора в анолите электролиз проводят при (60-80) °С [10]. Едкий натр отделяется от хлорида натрия методом перекристаллизации образующегося раствора.
Таблица 2
Требуемый состав получаемых в результате электролиза продуктов для диафрагмового электролизера [9-11]
В объемных % В объемных % Состав каустической соды, г/л
С12 - 96,5-98,0 Н2 - 99,8 №0Н - 130-145
02 - 1,0-3,0 02 - 0,1 ШС1 - 175-200
N - 1,0-3,0 N - 0,07 ШСЮз - 0,05-0,25
Н2 - 0,1-0,5 С02 - 0,04 Na2S04 -0-7,0
С02 - 0,1-0,3 Fe - 0,00005
Получаемый в результате электролиза едкий натр и хлор могут использоваться в установке для разложения ядохимикатов методом окисления хлором в щелочной среде [2,12]. Другим способом является применение образующегося в результате электролиза водорода для высокотемпературного разложения токсичных и особотоксичных органических веществ, таких, например, как полихлорированные бифенилы (ПХБ), хлорорганические отходы, а также некодниционные ядохимикаты [13]. Схема процесса приведена на рисунке. Таким образом, при организации электролиза раствора хлорида натрия, образующегося при осаждении сульфида мышьяка из реакционных масс детоксикации люизита можно использовать хлор и водород, выделяемый при электролизе, в различных процессах обезвреживания ядохимикатов и токсичных органических веществ на перепрофилированном объекте по уничтожению люизита [2].
ПХБ, хлорорганические в-ва, ядохимикаты
1
Термический нагрев и испарение
НО (пар) + 1Ь
Реактор, Т > 1123 К 1
Очистка отходящих газов
Улавливание и нейтрализация НС1
Смесь
газообразных продуктов реакции
1
Сжатие газов
1
Сжигание и утилизация тепла
ПХБ, хлорорганичес кие вещества
+
Рис. Схема процесса разложения токсичных веществ обработкой водородом в газовой фазе
при высокой температуре [13]
Обезвреживание ртутьсодержащих отходов:
Большинство растворимых соединений ртути и мышьяка обладают высокой токсичностью и представляют опасность для окружающей среды и населения. В Удмуртской Республике большое количество растворимых соединений мышьяка может быть получено в результате уничтожения люизита в Камбарке. Ртуть содержится в виде отходов в отработанных лампах дневного света, отходов электрохимических производств, также может входить в состав ядохимикатов [14]. Нами разрабатывался способ одновременного обезвреживания ртуть и мышьяк содержащих отходов при переводе растворимых соединений ртути и мышьяка в нерастворимый арсенат ртути. В качестве растворимого соединения ртути использовался нитрат ртути, получаемый из отходов металлической ртути. Арсенат натрия был синтезирован при окислении арсенита натрия.
Нитрат ртути (2+) был получен при взаимодействии концентрированной азотной кислоты с металлической ртутью при температурах (60-80) °С. Реакция может быть записана следующим образом:
^ + 4НШ3 ^ Hg(N0з)2 + 2Н2О + 2N02 . (3)
Арсенат натрия был получен из арсенита натрия при окисление гипохлоритом натрия: NaзAs0з + ШСЮ ^ NaзAs04 + NaCl . (4)
В кислый раствор нитрата ртути с концентрацией до ^ 1 г/л по каплям при перемешивании вводили раствор арсената натрия при температуре (40-50) °С. При этом наблюдалось выпадение осадка арсената ртути желтого цвета. Реакцию можно записать следующим образом:
3^(^3)2 + 2NaзAs04 ^ ^3^04)2 + 6№^3 . (5)
Арсенат натрия вводили в раствор с избытком относительно стехиометрии реакции (5). Избыток арсенат-иона был осажден введением хлорного железа [15]. Нейтрализацию заканчивали при значениях рН = 4 - 5. Полученный осадок арсената ртути промывался и высушивался. Раствор после осаждения арсената ртути может быть выведен на биологическую очистку и после обезвреживания сброшен в окружающую среду [15].
Полученный арсенат ртути является малорастворимым, малотоксичным соединением, температура разложения которого более 300 °С [16]. Арсенат ртути может использоваться в качестве компонента необрастающих красок [16]. Кроме этого арсенат ртути может рассматриваться в качестве формы хранения мышьяка и ртути на полигонах промышленных отходов.
Разработанный метод позволяет в одном технологическом процессе осуществлять нейтрализацию 2-х видов токсичных веществ. Процесс не требует сложного технологического оборудования. Реакции нейтрализации идут в растворе, не требуется дополнительных мер защиты персонала, поэтому процесс имеет некоторые преимущества перед другими способами обезвреживания ртуть содержащих отходов, идущими, например, в газовой фазе [16]. Полученный арсенат ртути является малотоксичным веществом и может длительное время храниться при обычных условиях.
ВЫВОДЫ
На основании исследования некоторых процессов обезвреживания опасных веществ техногенного происхождения, таких как некондиционные ядохимикаты, опасные органические и хлорорганические соединения, ртутьсодержащие отходы, показана возможность их организации на перепрофилированном объекте по уничтожению люизита после окончания основных работ. Для этого предлагается использование таких реагентов, как едкий натр, хлор и водород, которые могут быть получены при электролизе растворов хлорида натрия после выделения сульфида мышьяка из реакционных масс детоксикации люизита, а также непосредственно эти реакционные массы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральная Целевая Программа «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации», с изменениями от 24.10.2005 г. Ижевск : Российский Зеленый Крест, 2005. 33 с.
2. Петров В.Г., Трубачев А.В. Перепрофилирование объектов по уничтожению химического оружия в Удмуртской Республике для обезвреживания промышленных отходов / препринт. Ижевск : ИПМ УрО РАН, 2009. 39 с.
3. Липанов А.М., Петров В.Г., Трубачев А.В. Решения по снижению количества и обезвреживанию промышленных отходов в Удмуртской Республике // Вестник ИжГТУ. 2006. № 4. С.9-17.
4. Петрунин В.А., Баранов Ю.И., Кузнецов Б.А. и др. Математическое моделирование процесса щелочного гидролиза люизита // Рос. хим. журн. 1995. Т.39, № 4. С.15-17.
5. Технико-экономическое обоснование строительства промзоны объекта уничтожения химического оружия в Камбарском районе Удмуртской Республики. М. : СОЮЗПРОМНИИПРПОЕКТ, 2002.
6. Petrov V.G., Trubachev A.V., Lipanov A.M. Analysis of Technologies for Lewisite Destruction // Ecological Risks Associated with the Destruction of Chemical Weapons. Netherlands : Springer, 2006. P.289-296.
7. Petrov V.G., Khan V.P., Trubachev A.V., Chechina A.A. Decisions adopted in connection with the storage of arsenic-containing products formed as the result of lewisite destruction // Proc. of NBC 2003 Int. Symposium. Jyvaskyla, Finland, 2003. Р.197- 210.
8. Руденок В.А., Петров В.Г., Трубачев А.В., Липанов А.М. Реагентно-электрохимическая технология утилизации люизита // Химическая физика и мезоскопия. Ижевск : ИПМ УрО РАН, 2003. Т.5, № 1. С.255-259.
9. Зимин В.М., Комарьян Г.М., Мазалко А.Ф. Хлорные электролизеры. М. : Химия, 1984. 304 с.
10. Якименко Л.М. Получение водорода, кислорода и щелочей. М. :Химия, 1981. 280 с.
11. Якименко Л.М., Пасманик М.И. Справочник по производству хлора, каустической соды и основных хлорпродуктов. М. : Химия, 1976. 440 с.
12. Чечина А.А., Петров В.Г. Обезвреживание старых ядохимикатов окислением хлором в щелочной среде // Химическая физика и мезоскопия. Ижевск : ИПМ УрО РАН, 2008. Т.10, №2. С.217-221.
13. Gas-phase chemical reduction technology // In Book "Review and Evaluation of Alternative Chemical Disposal Technologies". Washington, D.C., USA : National Academy Press, 1996. P.102-119.
14. Федоров Л.А., Яблоков А.В. Пестициды - токсический удар по биосфере и человеку. М. : Наука, 1999. 462 с.
15. Petrov V.G., Kovyazina O.A.. Bio-chemical method of cleaning of effluent waters formed at destruction arsenic containing poisonous substances // Book of Abstr. of CBMTS - IV Int. Symp., Spiez, Switzerland, 2002. P.40-41.
16. Химия. Большой энциклопедический словарь // Гл. ред. И.Л. Кнунянц. М. : БРЭ, 2000. 792 с.
NEUTRALIZATION OF DANGEROUS SUBSTANCES ON THE REORIENTATED OBJECT ON DESTRUCTION OF LEWISITE
Petrov V.G., Lipanov A.M., Trubachev A.V., Chechina A.A.
Institute of Applied Mechanics Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Izhevsk, Russia
SUMMARY. Ways of neutralisation of dangerous substances of a technogenic origin on the reorientated object on destruction of lewisite after performance of the basic works are considered. Possibility of the organisation of processes on neutralisation of sub-standard poisonous chemicals, chlororganic substances and mercury containing wastes is shown.
KEY WORDS: object on destruction of lewisite, reorientating, dangerous wastes, neutralization
Петров Вадим Генрихович, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник ИПМ УрО РАН, тел. (3412) 50-96-92, e-mail: petrov@udman. ru.
Липанов Алексей Матвеевич, академик, директор ИПМ УрО РАН, тел. (3412) 50-82-00, e-mail: [email protected].
Трубачев Алексей Владиславович, кандидат химических наук, зам. директора ИПМ УрО РАН тел. (3412) 50-88-10, e-mail: [email protected].
Чечина Антонина Анатольевна, научный сотрудник ИПМ УрО РАН, e-mail: [email protected].
