Способ обезвреживания загрязнителей почв
Владельцы патента RU 2457910:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина (RU)
Изобретение относится к сельскому хозяйству. Согласно предложенному способу предварительно диспергируют по поверхности почвы реагент-деструктор, восприимчивый к электромагнитным волнам, с последующим облучением обработанного участка микроволновым излучением. Причем в качестве реагента-деструктора используют вещества в жидкой форме или растворы, которые выделяют атомарный кислород под действием микроволнового излучения, а именно пероксид водорода или раствор пероксидисульфата натрия. Способ позволяет обезвреживать химические соединения разных классов, в том числе малополярных соединений, а также сорные растения и вредители, за счет обеспечения химической деструкции загрязнителей в процессе микроволнового воздействия на почву. 1 з.п. ф-лы, 5 пр.
Изобретение относится к области обезвреживания загрязнителей почв различной природы и может быть использовано при рекультивационных работах, при ликвидации последствий экологических аварий и катастроф, связанных с утечкой токсичных соединений, а также в сельском хозяйстве при борьбе с сорняками и различными вредителями.
К обезвреживаемым веществам относятся неорганические соединения, например нитраты, хроматы и дихроматы; органические соединения, например мазут, пестициды, гербициды, фунгициды и так далее; боевые отравляющие вещества - эфиры фторофосфоновой кислоты и тому подобные соединения.
Традиционными способом обезвреживания загрязнителей почв является вывоз верхнего слоя грунта и последующая высокотемпературная обработка в обжиговых печах (РФ 2007132141).
Данный способ обладает следующими недостатками. Вывоз грунта и последующий привоз на место отбора очень нерентабелен и реализуем только в районах с развитой инфраструктурой, то есть там, где есть дороги и обжиговые печи. Кроме того, полученный шлак не является плодородным и должен быть утилизирован, что связано с дополнительными расходами.
Известен способ микроволновой обработки почвы, загрязненной полихлорбифенилами, заключающийся в возгонке загрязнителя (в частности, полихлорбифенила) с последующим удалением паров (CN 1850371, В09С 1/06).
Указанный способ обладает следующими недостатками:
1) в ходе облучения загрязненной почвы микроволновым излучением происходит испарение воды, пары которой уносят полихлорбифенилы из почвы без какой-либо деструкции. Охлажденные пары загрязнителя оседают и проникают обратно в почву;
2) обеспечивается обработка только от полихлорбифенилов и не происходит обезвреживания других загрязнителей как органической, так и неорганической природы.
Также известен способ обезвреживания почв, зараженных остатками токсичных веществ в виде соединений мышьяка путем нагрева почвы СВЧ-энергией с частотой излучения 915 МГц (RU 2308104, G21F 9/32).
К недостаткам способа относятся следующие:
1) в ходе облучения загрязненной почвы микроволновым излучением происходит испарение соединений мышьяка, пары которого, после охлаждения, оседают и проникают обратно в почву.
2) способ предусматривает обработку только от соединений мышьяка, не затрагивая другие, не менее опасные загрязнители как органической, так и неорганической природы.
Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ обезвреживания загрязнителей почв, заключающийся в том, что предварительно в почву вносят и равномерно распределяют восприимчивое к электромагнитным волнам вещество, после чего производят облучение обработанного участка микроволновым излучением - электромагнитными волнами с частотой 2450 МГц и мощностью 1 КВт и более в течение времени, необходимого для перевода загрязнителей в неактивную форму (CN 101513643, 2009).
Однако в указанном решении энергия микроволнового излучения расходуется на нагрев почвы, содержащей загрязнитель и вещество, восприимчивое к микроволновому излучению, и процесс обезвреживания происходит, таким образом, за счет испарения, деструкции или фиксации вещества-загрязнителя при повышенной температуре.
Кроме того, использование в известном решении реагента в сухом виде ослабляет процесс химической деструкции по причинам низкой скорости диффузии и низкой теплопроводности среды.
Указанные факторы снижают эффективность восстановления загрязненных почв, поскольку реализация химической деструкции загрязнителей требует больших энергозатрат, что объясняется длительностью обработки для достижения необходимой степени обезвреживания.
В основу настоящего изобретения положена задача разработки способа обезвреживания загрязнителей, обеспечивающего интенсификацию химической деструкции загрязнителей в процессе микроволнового воздействия на почву за счет генерации атомарного кислорода при разложении жидкого реагента - деструктора, являющегося активным окислителем, и, как следствие, сокращение энергозатрат и времени обработки.
Поставленная задача достигается тем, что в способе обезвреживания загрязнителей почв предварительно диспергируют по поверхности почвы реагент-деструктор, восприимчивый к электромагнитным волнам, с последующим облучением обработанного участка микроволновым излучением, причем в качестве реагента-деструктора используют вещества в жидкой форме или растворы, которые выделяют атомарный кислород под действием микроволновового излучения.
А также тем, что в качестве вещества, выделяющего атомарный кислород под действием микроволновового излучения, используют пероксид водорода или раствор пероксидисульфата натрия.
Сущность способа заключается в следующем.
Перед процедурой обезвреживания в почву вносят реагент-деструктор, распыляя его в почву в количестве, зависящем от содержания экотоксиканта.
В качестве реагента-деструктора используют химическое соединение, восприимчивое к сверхвысокочастотному излучению при данной частоте, претерпевающее необратимые изменения и способствующее обезвреживанию загрязнителя. Таким реагентом может быть, например, раствор пероксида водорода концентрацией от 5 до 30% (в зависимости от концентрации загрязнителя), который при взаимодействии с микроволновым излучением разлагается на атомарный кислород и воду. Атомарный кислород, представляя собой активный окислитель, вступает во взаимодействие с загрязнителем и переводит его в неактивную форму. Пероксид водорода может быть успешно применен для обезвреживания неорганических экотоксикантов, например дихроматов. Дихромат или хромат, обладая большим окислительно-восстановительным потенциалом, под воздействием микроволнового излучения окисляет пероксид водорода, переходя при этом в малотоксичную форму трехвалентного хрома.
После того как раствор впитается в почву, проводят процедуру обезвреживания с помощью мобильной СВЧ-установки. Время воздействия зависит от плотности, влажности, состава и диэлектрических свойств грунта и определяется эмпирическим путем. Мобильная установка представляет собой устройство, имеющее в своем составе магнетрон, волновод, источник питания и прочие вспомогательные детали. Установка смонтирована на базе автомобиля и иного передвижного средства для обеспечения непрерывного процесса обезвреживания. Питание установки осуществляется от генератора транспортного средства. Загрязненная почва подвергается облучению электромагнитными волнами с частотой в диапазоне 2000-6000 МГц и мощностью излучения не менее 1 кВт. Химические вещества, содержащие такие функциональные группы, как гидроксильная, карбоксильная, аминная, сульфоная и прочие, а также соединения, содержащеие металлы, такие как железо, никель, хром, мышьяк, вольфрам и другие, являются восприимчивыми к микроволновому излучению. Взаимодействие химических соединений, содержащих указанные группы, с микроволновым излучением приводит к переходу молекул вещества в возбужденное состояние и к последующей деструкции. Также, химическая деструкция веществ происходит за счет термического воздействия со стороны почвы, так как некоторые ее компоненты являются восприимчивыми к микроволновому излучению. При мощности, превышающей 1 кВт, некоторые компоненты почвы могут нагреваться до температуры более 1000°С.
Пример 1. Обезвреживание неоганического загрязнителя - дихромата калия
Для обезвреживания дихроматов концентрацией не менее 1 г /кг, в почву вносят реагент-деструктор - не менее 10 мл раствора пероксида водорода концентрацией 10%, и далее облучают микроволновым излучением частотой 2450 МГц и мощностью 1000 Вт в течение 3 мин. Дихроматы количественно переходят в значительно менее токсичные соединения хрома (III).
Пример 2. Обезвреживание органического загрязнителя - O,O-Диметил-S-(1,2-дикарбэтоксиэтил)дитиофосфата, являющегося инсектицидом.
Для обезвреживания почвы с O,O-Диметил-S-(1,2-дикарбэтоксиэтил)дитиофосфатом концентрацией не менее 1 г/ кг почвы, в почву вносят реагент-деструктор - не менее 5 мл 10% раствора пероксида водорода, и далее облучают микроволновым облучением частотой 5800 МГц и мощностью 1200 Вт в течение 3-5 минут. Указанное соединение количественно разлагается на смесь малотоксичных низкомолекулярных продуктов.
Пример 3. Обезвреживание углеводородного загрязнения
В почву вносят раствор пероксидисульфата натрия концентрацией 20%. Затем, для обезвреживания мазута концентрацией не менее чем 5 г/ кг, почву облучают микроволновым излучением частотой 2450 МГц и мощностью 1200 Вт в течение 3 минут. Концентрация вредных веществ снижается в 3 раза, продукты деструкции представляют собой низкомолекярные легколетучие углеводороды, СО2 и кокс.
Пример 4. Обезвреживание сорняков
Для уничтожения сорных растений, ростков в почву вносят раствор пероксида водорода концентрацией 10% и затем облучают микроволновым излучением с частотой 2450 МГц. Мощность излучения должна составлять не менее 1200 Вт, длительность обработки более 3 минут.
Приведенные примеры иллюстрируют предлагаемый способ, но не ограничивают его применение.
Предлагаемый способ позволяет обезвреживать распространенные загрязнители почв за счет их химической деструкции с помощью облучения микроволновым излучением, используя жидкие химические реагенты-деструкторы, выделяющие атомарный кислород в процессе облучения.
1. Способ обезвреживания загрязнителей почв, заключающийся в том, что предварительно диспергируют по поверхности почвы реагент-деструктор, восприимчивый к электромагнитным волнам, с последующим облучением обработанного участка микроволновым излучением, причем в качестве реагента-деструктора используют вещества в жидкой форме или растворы, которые выделяют атомарный кислород под действием микроволнового излучения.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества, выделяющего атомарный кислород под действием микроволнового излучения используют пероксид водорода или раствор пероксидисульфата натрия.
