Комплекс технологий для утилизации полихлорированных бифенилов и обезвреживания пхб-содержащих материалов

А.А. Викарчук¹, А.Г. Авралев¹, М.А. Горбунова¹, А.А. Михайлов², В.И. Зотов³
1 Тольяттинский государственный университет,
3 ООО «ТНИИГИПРОХИМ»,
г. Тольятти
2 ООО «Энергосервис-Эко»,
г. Курган

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) ранее широко используемые в качестве диэлектрической жидкости в трансформаторах и конденсаторах, являются сильнейшими токсикантами, они относятся к 12-ти самым стойким органическим загрязнениям (СОЗ), которые Стокгольмской конвенцией (21 мая 2001 года) рекомендовано не использовать, не производить, а имеющиеся на хранении в ближайшие сроки утилизировать. В частности производство ПХБ-содержащих трансформаторов и конденсаторов уже во всех странах прекращено, а их использование и полная утилизация должна быть повсеместно закончена к 2025 году. [1]

В западной Европе в настоящее время официально одобрены и зарегистрированы советом безопасности Европейского союза и успешно работает ряд установок по утилизации ПХБ. Инвентаризация ПХБ электрооборудования, проведенная в 2000 году в России за счет средств группы северных стран АМАР и финансируемая через центр международных проектов показало, что в регионах еще используется или находится на хранении порядка 8 тысяч трансформаторов, около 40 тысяч конденсаторов, которые содержат более 25 тыс. тонн ПХБ. Несмотря на актуальность проблемы на сегодняшний день в нашей стране нет официально утвержденных органами Госприроднадзора технологий и установок, предназначенных для утилизации ПХБ и ПХБ-содержащих материалов, которые бы отвечали требованиям экологической безопасности. Эти обстоятельства обуславливают особый интерес к методам утилизации ПХБ, способом обеззараживания и переработки оборудования и материалов содержащих ПХБ, этой теме и посвящена данная работа. Работы в данном направлении ведутся, однако предлагаемые технологии и запатентованные установки не способны утилизировать огромные запасы опасных отходов имеющихся в нашей стране. Наиболее перспективными и высокопроизводительными могут стать Российские технологии высокотемпературного сжигания, которое проводится в циклонных или плазмохимических реакторах, в ракетных двигателях или доменных печах (технология М.Н. Бернадинера НПО «Техноэлектрохимпро», ВНИИ ЭТО); ракетная технология А.И. Папуши; Петрохимтехнология; АО «Норильский никель»; АО «Новолипецкий металлургический комбинат»; НПП «Экоспектр» и др. [1]

Общим недостатком термических методов уничтожения ПХБ является образование диоксинов, необходимость приобретения дорогостоящего оборудования для очистки образующихся газов. Кроме того, эти технологии не соответствуют требованиям, предъявляемым Стокгольмской конвенции к эффективности деструктивного разложения ПХБ, которая должна составлять не менее 99,9999 %. От технологии сжигания этих отходов многие страны уже отказываются.

Весьма эффективным способом переработки ПХБ может стать химическая технология сульфирования совтола олеумом, с последующей нейтрализацией сульфокислот, разрабатываемая коллективом предприятий ЗАО «Реахим», ЗАО «Электрохим», ГУП «Гитос». Однако эта технология тоже недоработана, продукт ее переработки – паста ПХДС содержит до 1 % ПХБ, что согласно директиве Совета ЕС 00/76 следует отнести к опасным отходам.

Анализ показывает, что в мире не существует универсальных технологий, которые бы позволяли утилизировать сами ПХБ, электрооборудование и материалы содержащие ПХБ и одновременно отвечали всем экологическим требованиям ГОСТа. На западе функции уничтожения жидких ПХБ и загрязненные ими материалы обычно разделены и выполняются различными фирмами.

Мы считаем, для того, чтобы Россия выполнила свои обязательства, перед международным сообществом, утилизировала все имеющиеся на хранении и в эксплуатации электрооборудование, содержащее ПХБ, необходимо создать специальные полигоны, на которых будут использоваться современные технологии в комплексе для утилизации жидких отходов содержащих ПХБ (диэлектрические жидкости из конденсаторов и трансформаторов, отработанные масла, растворители), обезвреживания корпусов и уничтожения компонентов электрооборудования (бумага, картон, дерево и др.). Технологии и установки должны быть зарегистрированы в Росприроднадзоре, экологически безопасными, эффективными, высокопроизводительными и экономически выгодными. Кроме того необходимо законодательно обязать предприятия имеющие на хранении и в эксплуатации ПХБ-содержащее электрооборудование сдавать их на утилизацию. На разработку таких технологий, создание полигона, должны быть выделены федеральные средства и организован конкурс исполнителей, кроме того необходима государственная поддержка предприятий, желающих освобождаться от опасных отходов. Все это позволит достаточно быстро справиться с проблемами утилизации всех запасов ПХБ имеющихся на территории России.

Для выполнения этих работ прежде всего необходимо создать установки общей мощностью до 500 тонн в год жидких ПХБ. Согласно требованиям нормативных актов РФ и программы ООН по окружающей среде, технология уничтожения ПХБ должна обеспечить перевод диэлектрической жидкости (совтола, совола) относящиеся к 1-му классу опасности в твердый продукт, содержащий не более 50 мг/кг ПХБ (это 4-й класс опасности, продукт, который разрешен для захоронения на любом полигоне). Подобные установки имеются в Европе и США (всего 6 штук), но их не существует в России. Нами разработана технология, получен патент, разработан технический регламент и создана опытно-промышленная установка производительностью до 2000 тонн в год, которая удовлетворяет всем необходимым требованиям.

Нами разработаны комплекс технологий, имеются установки, патенты и лицензии на утилизацию ПХБ, электрооборудование и материалов содержащих ПХБ, в составе:

1) Физико-химическая технология и установка для утилизации трансформаторного масла содержащего ПХБ (совтола) (1-й класс опасности)

Производительность – 2000т/год.

Конечный продукт – твердое, пористое сополимезированное вещество, содержащее менее 50 мг/кг ПХБ (относится к 4му классу опасности)

2) Физико-химическая технология и установка для утилизации конденсаторов диэлектрической жидкости, содержащей ПХБ (совола) (1 класс опасности)

Производительность – 500 т/год.

Конечный продукт – твердое, пористое вещество, относящееся к 4-му классу опасности, содержащее менее 50 мг/кг ПХБ.

3) Технология и установка для очистки металлических корпусов трансформаторов и конденсаторов жидким растворителем и его порами.

Производительность - 3000 т/год.

Конечный продукт – рецеркулированный металл, содержащий на поверхности менее 10 мкг/100см² ПХБ.

4) Технология и установка для высокотемпературного сжигания пористых ПХБ-содержащих компонентов трансформаторов и конденсатор (древесина, картон, бумага, полимеры, фольга) и обезвреживания продуктов сжигания с помощью системы адсорбционных фильтров.

Производительность – 500 т/год.

Конечный результат – газообразное вещество содержащее менее 99,9999% ПХБ.

5) Технология и установка для регенерации растворителя (перегонка, химическая обработка)

Производительность – 200 т/год.

Конечный продукт – растворитель для повторного использования

6) Плазменно-химическая технология уничтожения ПХБ-содержащих технологических жидкостей (загрязненного растворителя, отработанных масел, технологических жидкостей, содержащих менее 2000 р.р.м. ПХБ) при высокой температуре с последующей очисткой продуктов окисления в жидкостном адсорбционном фильтре.

Уровень деструкции ПХБ 99,9999 %.

Предложенная технология переработки жидких ПХБ в нетоксичный продукт, является комбинированной, физико-химической. Аппараты, предназначенные для проведения химических реакций, являются реакторами контейнерного типа с встроенными кавитационными генераторами обеспечивающими гомогенизацию разнородных жидкостей и интенсификацию окислительно-восстановительных реакций. Технология обезвреживания полихлорбифенилов, в частности диэлектрической конденсаторной жидкости совтола (трихлорбифенила) С₁₂Н₇ Cl₃ и диэлектрической трансформаторной жидкости совола 10 (пентахлор бифенила С₁₂ Н₃ Cl₅) методом химического дехлорирования включает в качестве основной технологической операции взаимодействия ПХБ с реагентами в виде гидроксилосодержащих соединений (полиэфиры и изоционат). Предлагаемый способ (патент РФ № 2266890, С2) совместно с кавитационной обработкой смеси, решает задачу безопасного обеззараживания ПХБ (С₆ Н₅) Cl_nс получением конечного твердого органического продукта, содержащего менее 50 мг/кг ПХБ, относящихся к 4-му классу опасности и подготовленного к захоронению на полигонах. Технологический процесс осуществляется при атмосферном давлении и низких температурах 25-50 ^оС.

Способ обезвреживания ПХБ, включающий реагентный метод их обезвреживания химическим путем при атмосферном давлении и невысокой температуре с получением конечного органического продукта, отличающийся тем, что в процессе обезвреживания ПХБ в качестве реагентов используют гидроксилсодержащие соединения (ГСС), представляющие собой полиэфиры, и изоцианат при массовом соотношении ПХБ – полиэфиры – изоцианат 1:(1,25 – 1,4): (2,6 – 2,75).

Способ отличается тем, что процесс обезвреживания ПХБ ведут при температуре 25-50^оС и атмосферном давлении.

Предлагаемый способ решает задачу безопасного обезвреживания ПХБ (С₆Н₅)₂Cl_nc получением твердого продукта с содержанием в нем ПХБ не более 50 мг/кг (сухого вещества) в соответствии с требованиями нормативных актов в РФ и Программы ООН по окружающей среде.

Технология предлагаемого способа обезвреживания ПХБ по сравнению с существующими способами и прототипом имеет следующие преимущества:

- полнота превращения всех реагентов в предложенном механизме взаимодействия ПХБ, полиэфиров и изоцианата

- эффективность технологии

- простота аппаратурного оформления и ведение технологического процесса при невысокой температуре

- процесс взрыво- и пожаробезопасен

- минимум капитальных затрат на создание производства

- возможность создания производства в любых неэксплуатируемых зданиях, помещениях.

Работа выполнена при поддержке программы ФЦП «Научные и научно – педагогические кадры инновационной России» №П392, АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы(2009-2010)» №1463. 

Список литературы

1. Обзор существующих технологий утилизации ПХБ отличных от сжигания. В.1: Отчет о НИР / Программа ООН по окружающей среде., 2002. – 68 с. 

Назад к списку