Утилизация вредных химических веществ

2

ВВЕДЕНИЕ

Утилизация вредных химических веществ – одна из ключевых экологических и технологических проблем современности. Вредные химические вещества, включая отравляющие вещества, пестициды, ядохимикаты и растворы, используемые в военной химии, представляют собой не только серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека, но и вызывают множество проблем в области безопасного хранения, транспортировки и уничтожения. Эти вещества обладают высокой степенью токсичности, долговременным влиянием на экосистемы и часто требуют применения специализированных технологий для их утилизации.

Актуальность данной темы обусловлена необходимостью минимизировать воздействие химических загрязнителей на природу и общество, а также соблюдать международные обязательства по предотвращению распространения и использования опасных веществ. Успешное решение задачи утилизации требует не только технических подходов, но и координации на международном уровне, разработки законодательных механизмов и вовлечения широких слоев общества.

Целью данной работы является анализ современных методов утилизации вредных химических веществ, а также изучение экологических аспектов этой проблемы.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1)Исследовать классификацию вредных химических веществ и источники их возникновения;

2)Рассмотреть современные методы, применяемые в настоящее время для утилизации вредных химических соединений;

3)Изучить перспективы и инновации в области утилизации вредных химических веществ.

3

РАЗДЕЛ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ИСТОЧНИКИ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ.

Вредное вещество – химическое вещество или соединение, которое при контакте с органами человека может вызвать травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья (отклонения в росте, развитии, состоянии органов человека и др. живых организмов), а также повлиять на эти показатели со временем, в т.ч. и у последующих поколений. К вредным веществам, сброс которых в исключительной экономической зоне РФ с судов, других плавучих средств, летательных аппаратов, искусственных островов, установок и сооружений запрещен, относятся:

1)все виды пластмасс, включая синтетические тросы, синтетические рыболовные сети и пластмассовые мешки для мусора;

2)мусор (в определении ПриложенияV к международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов 1973 с изменениями, внесёнными Протоколом 1978 к ней (Конвенция МАРПОЛ 73/78), в т.ч. обшивочные и упаковочные материалы, за исключением пищевых отходов, которые образуются в процессе нормальной эксплуатации судов, свежей рыбы и её остатков;

3)боеприпасы, взрывчатые вещества, биологическое и химическое оружие и компоненты для его приготовления;

4)вещества, химический состав которых неизвестен и пределы допустимых концентраций которых в сбросе не установлены;

5)химические вещества (соответствующие категории А в определении Конвенции МАРПОЛ 73/78) [1].

ВРоссии вещества регулируются стандартом – ГОСТ 12.1.007-76 и распределяют на четыре класса опасности:

• первый – чрезвычайно опасные вещества;

• второй – высокоопасные;

• третий – умеренно опасные;

•четвёртый – малоопасные [2].

4

Кчрезвычайно опасным веществам (1-й класс) относятся: мышьяк, ртуть, свинец, хром, оксид кадмия. Они используются при изготовлении электроники, аккумуляторов, красок, стёкол.

Квысокоопасным веществам (2-й класс) относятся: кобальт, марганец,

оксид меди, азотная и серная кислота, сероводород. Их применяют в нефтехимии, металлургии, при производстве стекла и эмалей, пластмасс, удобрений.

К умеренно опасным веществам (3-й класс) относятся: метанол, уксусная кислота, сланцевая зола, хлопковая пыль, сажа. Некоторые из этих веществ (такие как метанол или уксусная кислота) используются в химической промышленности, некоторые – в строительстве (сланцевая зола), а другие представляют собой производственные отходы.

Кмалоопасным веществам (4-й класс) относятся: скипидар, бензин, ацетоноэфирные растворители, нафталин, бутан, гексан. Малоопасные вещества распространены в быту, одновременно с этим применяются в химической и нефтехимической отрасли, например для производства резины, растворителей, лаков и красок, клея.

От того, с каким именно классом вредных веществ работает предприятие, зависят меры безопасности на производстве. Их можно разделить на две большие группы: обеспечение защиты сотрудников, контактирующихсвреднымивеществами,иработанепосредственнос самими сотрудниками.

Кпервой группе относятся действия, которые помогут сократить контакт людей с опасными субстанциями:

• Замена сухих способов переработки вредных веществ мокрыми

(таким образом уменьшается количество пыли);

•Ограничение содержания примесей вредных веществ в исходных

иконечных продуктах там, где это возможно;

•Применение современных и более безопасных технологий

производства (автоматизация, дистанционное управление оборудованием,

5

непрерывность процессов производства). Такие нововведения помогают сократить контакт сотрудников с вредными веществами;

•Рациональная планировка промышленных площадок, зданий и помещений;

•Применение эффективных методов для улавливания и утилизации вредных веществ, выделяющихся в процессе производства (установка систем вентиляции, очистки водопровода и канализации);

•Постоянный мониторинг количества вредных веществ в воздухе и воде, а также принятие мер по его снижению в случае необходимости.

Ко второй группе защитных мер относятся следующие.

•Инструктаж сотрудников, работающих с вредными веществами: люди должны понимать угрозу и ответственно относиться к технике безопасности;

•Применение средств индивидуальной защиты персонала;

•Проведение периодических медицинских осмотров сотрудников, контактирующих с вредными веществами;

•Разработка медицинских противопоказаний для работы с конкретными вредными веществами, а также инструкций по оказанию доврачебной и неотложной медицинской помощи пострадавшим при отравлении [3].

Источникамихимическогозагрязнениябиосферысталипрактическивсе промышленные предприятия, транспорт, все более или менее крупные населенные пункты, зоны отдыха (рекреации), крупные животноводческие комплексы, территории, занятые пахотными землями. Подавляющая часть отходов образуется в городах, где проживает большая часть населения земли

исконцентрирована основная масса различных производств. Антропогенные потоки вещества, образующиеся в ходе производственной и бытовой деятельности городского населения, чрезвычайно многообразны, содержат высокие концентрации химических элементов, в том числе и токсичных [4].

6

Включаясь в природные циклы, антропогенные потоки приводят к быстрому распространениюзагрязняющих веществвкомпонентах городского ландшафта, где неизбежно их воздействие на человека.

Существенное влияние на процесс загрязнения среды оказывают военные действия. В результате Второй мировой войны на полях сражений были складированы тысячи тонн металлов. Например, в результате сравнительно маломасштабной военной операции НАТО в Югославии в 1999 г. потребление таких токсичных элементов, как свинец (Pb), кадмий (Cd), мышьяк (As) и ртуть (Hg), повысилось в результате загрязнения воздуха, воды и почв в Сербии.

По оценке Госкомэкологии РФ суммарный эффект воздействия вооруженных сил на окружающую среду в мирное время сопоставим с влиянием одной из отраслей промышленности среднего масштаба (около 4 % общего сброса сточных вод и 1,2 % выбросов в атмосферу). По мнению Управления экологии и специальных средств защиты Минобороны РФ, реальные выбросы химических веществ от военных объектов соизмеримы с малыми и средними предприятиями.

В соответствии с материалами Международной конвенции об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте (1991) к экологически опасным отнесены следующие виды производств и объектов:

•атомная промышленность (установки, предназначенные для производства обогащенного ядерного топлива, регенерации или сбора отработанного ядерного топлива, удаления и переработки радиоактивных отходов);

•энергетика (атомные, гидравлические и тепловые электростанции, крупные установки для сжигания топлива);

•черная и цветная металлургия (установки для доменного и мартеновского производств, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия);

•нефтехимия, нефте- и газопереработка;

7

•химическая промышленность (химические комбинаты, производство асбеста, стекла, минеральных удобрений, пестицидов и др.);

•добыча полезных ископаемых (включая нефть и газ);

•транспортировка нефти и газа, продуктов их переработки;

•производство целлюлозы, бумаги, картона;

•транспортировка, хранение, утилизация и захоронение токсичных и ядовитых отходов;

•производство,хранение,транспортировкаиуничтожениебоеприпасов, взрывчатых веществ и ракетного топлива;

•крупные склады для хранения нефтяных, нефтехимических, химических продуктов, пестицидов;

•строительство дорог, автострад, трасс для железных дорог дальнего сообщения, аэропортов с длиной посадочной полосы более 2 км;

•сельскохозяйственные объекты (животноводческие комплексы и птицефабрики, мелиоративные системы);

•крупные водозаборы поверхностных и подземных вод;

•крупные плотины и водохранилища, вырубка лесов на больших площадях;

•легкая промышленность (фабрики по очистке, отбеливанию шерсти, кожевенные заводы, красильные фабрики).

Кроме указанных стационарных источников возможных негативных воздействий на окружающую природную среду несомненную экологическую опасность, особенно в больших городах, представляет автотранспорт, газовые выбросыкоторого,возрастаяскаждымгодом,составляютзначительнуюдолю поступающих загрязнений [5].

8

РАЗДЕЛ 2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УТИЛИЗАЦИИ ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Компания, которая желает прибегнуть к частичной переработке отходов собственного производства, должна в первую очередь найти специалистов, получивших государственный патент на проведение таких действий. Собственноручные действия в этой области противоречат законодательству и могут привести к значительным штрафам или иной, более серьезной ответственности.

Примерный порядок таков:

1.Подготовка отчетности по объемам вредных веществ, которые предполагается вывезти с территории. Это может быть сделано как исполнителем, так и заказчиком. Делается для составления как можно более полного представления о предстоящем объеме работ и формирования сметы на предоставляемые услуги. Во время подготовительного этапа исполнитель вправе свободно проводить все необходимые тесты для определения типа веществ, которые ему придётся перерабатывать;

2.Составление и подписание договора на основании собранных данных. Учитываются описанные объёмы и приблизительная сложность проводимых действий по расщеплению или переработке. На основании этого выставляетсяконечнаяценазавсеуслуги.Этотдокументявляетсяоснованием передачи вредных соединений и вывоза их на законных основаниях с территории производства;

3.Транспортировка. Она должна выполняться в специальных контейнерах или других емкостях установленного образца для предотвращения утечки во время перевозки. Все случаи потери некоторого количества вредных соединений по дороге будут накладывать вину именно на фирму-утилизатора;

4.Переработка. Физическое устранение или расщепление на составные элементы как можно больших объемов полученного отработанного

сырья.

9

После этого составляется отчет о проделанной работе. В нём должны бытьуказаны полученные результаты и примерное соотношение общей массы полученных от заказчика отходов к той, что была удачно подвергнута переработке.На основании отчетаи производитсяоплатавполномобъеме [6].

В зависимости от вещества, которое необходимо переработать, используется один из стандартных способов. Некоторые из них могут применяться в нескольких случаях или комбинироваться в одном, если после задействования одного нужно разобраться с продуктами его распада. Это:

•Нейтрализация. Подходит для кислот и органических соединений,

атакже отходов пищевой или сельскохозяйственной промышленности. Используется щелочной гидролиз;

•Дистилляция – для расщепления отходов в жидкой форме на составные части;

•Термообработка. Промышленный мусор сжигается. Выделяющиеся при этом газы и дым подвергаются дополнительной очистке, чтобы сбрасываемый в атмосферу остаток имел приемлемый по санитарным нормам состав;

•Алкоголиз – проводится с применением спиртов. Вредные вещества в них растворяются, после чего вся смесь сжигается с выделением менее токсичных соединений;

•Окисление и хлорирование. Применяется для агрессивных щелочей и соединений на их основе. Способ эффективен и может нейтрализовать практически любые вредные вещества.

Кроме того, есть утилизация химии с помощью биодеградации. В ней используются специальные микроорганизмы, которые пожирают отходы и при этом выделяют в воздух абсолютно неагрессивные соединения.

1.Щелочной гидролиз.

Метод эффективен, так как в результате выделяются совершенно избавленные от вредных свойств вещества и соединения. Например, если

10

расщепить полиэтилентерефталат, получится тетрафталевая кислота, которая

вдальнейшем может использоваться при производстве ПВХ-изделий.

Вреакции используется:

•Гидроксид натрия. В некоторых случаях допускается работать с соединениями других щелочных металлов, например, калия;

•Флотореагент-оксаль (Т-92);

•Вода.

Чтобы запустилась реакция, нужно соблюдать пропорции всех действующих веществ и поддерживать необходимую для этого температуру. Кроме того, строжайше должна соблюдаться правильная концентрация всех действующих веществ. После осаждения всей массы терефталевой кислоты, реакция прерывается простым снижением температуры, так как при комнатной или более близкой к ней по значению она не происходит.

2.Метод дистилляции.

Применяется в основном для жидких или легко плавящихся и переходящих в газообразное состояние веществ. Суть метода состоит в испарении массы и последующей её конденсации. В результате все составные части жидкостной смеси будут разделены.

Такой способ применяется для таких целей:

•Регенерация отработанных машинных масел. Эффективно только при работе с минеральными их разновидностями;

•Отделение связанных газов из соединений, образующихся при сжигании полимеров.

Для эффективного испарения и высушивания используются шкафысушилки. Они хорошо отделяют влагу от пропитанного ею вещества и конденсируют в другом, отдалённом от самого шкафа месте. В этом случае дистилляция – скорее один из подготовительных этапов. Следующим чаще всего оказывается пиролиз, так как масса вещества с заблаговременно удалённой влагой сжигается гораздо быстрее.

11