способ обезвреживания грунта и почвы от токсичных органических веществ

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания грунта и почвы от токсичных органических веществ, включающий обработку почвы реагентом в виде перекисного неорганического соединения, отличающийся тем, что в качестве перекисного неорганического соединения используют пероксид или его смесь с супероксидом щелочного и/или щелочноземельного металла, реагент используют в виде порошка, раствора или суспензии, причем концентрация реагента в почве составляет 0,5 - 1,5 величины необходимого стехиеометрического соотношения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь пероксида с супероксидом щелочного и/или щелочноземельного металла дополнительно содержит оксид или гидроксид этого металла.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве оксида металла используют оксид щелочноземельного металла, а в качестве гидроксида металла используют гидроксид щелочного или щелочноземельного металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к прикладной химии, в частности к способам очистки грунта и почвы от токсичных веществ, например от горючего несимметричного диметилгидразина (НДМГ), его производных, от углеводородных горючих, диоксинов, и может применяться для детоксикации мест, зараженных органическими токсикантами.

Известен ряд способов обезвреживания грунта и почвы от токсичных веществ: термический способ обезвреживания почвы, зараженной нефтепродуктами [1] способ и устройство удаления масел с поверхностью грунта промывкой его водой, способ очистки почвы от галоидзамещенных органических соединений реагентами [2] и др.

Указанные способы не обеспечивают достаточную очистку грунта от НДМГ, его производных (нитрозодиметиламина, диметиламина), от керосина Т-1, других горючих в местах аварийных проливов, эксплуатации, хранения указанных продуктов. Термический способ требует большого расхода горючего, приводит к выделению большого количества угарного газа и цианистых соединений, происходит частичное испарение горючих и унос их паров в атмосферу. Промывка водой не обеспечивает удаления хемосорбированных почвой и грунтом соединений. Промывка грунта органическими растворителями не устраняет этого недостатка и требует очистки грунта от используемых растворителей. Не обезвреживаются хлорсодержащие соединения, диоксины.

Известен способ очистки почв, содержащих вредные вещества, заключающийся в обработке почвы реагентов в виде перекисного неорганического соединения, в качестве которого используют пероксид водорода [3] Материалы этого источника приняты в качестве прототипа. Использование пероксида водорода позволяет обезвреживать большое количество токсичных веществ. Но для весьма токсичных соединений, таких как горючее НДМГ, концерангенного нитрозодиметиламина (НДМА), диметиламина (ДМА), хлорсодержащих органических соединений и др. не удается получить достаточную полноту обезвреживания.

Пероксид водорода неудобен при хранении, сложен в обращении (может разлагаться со взрывом), в сильно разбавленном виде малоэффективен, при окислении азотсодержащих органических соединений может образовывать нитро- и нитрозосоединения, которые токсичны и трудно обезвреживаются. В почве пероксид водорода из-за наличия в ней катализатора бурно разлагается. При этом образующийся кислород большей частью улетучивается, не вступая в реакцию с токсичными веществами, что усложняет процесс обезвреживания. Целью изобретения является повышение полноты обезвреживания и упрощение способа обезвреживания грунта и почвы от трудноокисляемых токсичных веществ.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве перекисного неорганического соединения используют пероксид или его смесь с супероксидом щелочного и/или щелочно-земельного металла, которая дополнительно может содержать оксид или гидроксид этого металла. Реагент используют в виде порошка, раствора или суспензии, причем концентрация реагента в почве составляет от 0,5 до 1,5 величины потребного стехиометрического соотношения. В качестве оксида металла используют оксид щелочно-земельного металла, а в качестве гидроксида металла используют гидроксид щелочного и щелочно-земельного металла.

Пероксиды и супероксиды щелочных и щелочно-земельных металлов при контакте с увлажненной почвой выделяют кислород. Так, пероксид кальция гидролизуется по уравнению:

CaO₂ + H₂O Ca(OH)₂ + 0,5O₂

Образующийся кислород в момент выделения более активен в сравнении с кислородом воздуха и энергично окисляет токсичные органические вещества по уравнению:



Гидроксиды металлов, в частности гидроксид кальция, выполняют роль удобрения, которое особенно полезно для кислых почв.

Выделение кислорода может ускоряться за счет реакции пероксида с оксидом углерода:



Образующийся карбонат кальция не снижает характеристики почвы, а в ряде случаев является полезным для нее.

К числу других соединений, которые могут обезвреживать токсичные органические соединения, относятся: Ca(O₂)₂, MgO₂, K₂O₂, Na₂O₂, Li₂O₂ и т.д. Они могут использоваться как индивидуально, так и в смесях между собой, с оксидами и гидроксидами щелочных и щелочно-земельных металлов.

Повышенная активность получаемого из пероксидов металлов кислорода способствует более энергичному вовлечению в реакции молекул атмосферного кислорода, поэтому потребное количество пероксидного реагента может снижаться до 0,5 от потребного стехиометрического значения. В случаях, когда выделившийся кислород частично теряется в атмосфере (при бурной реакции разложения пероксида металла), может потребоваться до 1,5 от стехиометрического значения массы окислителя, что установлено экспериментально.

Реализуется способ путем введения реагента в почву и грунт любыми средствами. Смесь, составляющая реагент, может готовиться заранее или вводиться в обезвреживающийся объект отдельными компонентами. Реагент используют в виде порошка, раствора или суспензии, хорошо перемещают с грунтом и или почвой. Периодически проводят анализ обезвреживаемого объекта на наличие токсичных веществ.

Экспериментально установлено, что пероксидные и супероксидные реагенты обезвреживают широкий круг токсикантов, в том числе горючее ракетных топлив, бензпирены, диоксины.

В качестве примеров реализации способа результаты обезвреживания грунта от токсичных веществ по прототипу (примеры 1, 2, 3) и по предложенному способу (примеры 4.21) приведены в таблице 1.

Опыты проведены при температуре 201^oC и влажности 12,50,5% Исходная концентрация токсичных веществ составляла 1 г/л, кроме НДМА, для которого она равнялась 0,1 г/л грунта. Реагенты готовились в виде различных композиций с использованием: H₂O₂, CaO, Ca(OH)₂, CaO₂, Ca(O₂)₂, Na₂O₂, K₂O₂, NaOH, KOH, BaO₂ и в виде индивидуальных соединений: K₂O₂ и Na₂O₂. Стехиометрическое соотношение () реагента и токсиканта брали при 0,5 1; 1 1; 1,5 1.

Из таблицы следует, что по предложенному способу через 20 суток в основном достигается полное обезвреживание исследуемых токсикантов. Причем увеличение содержания реагента более 1,5 от стехиометрического нецелесообразно, так как эффективность обезвреживания не возрастает. Снижение этого соотношения до 0,5 несущественно влияет на процесс обезвреживания.

Сравнение данных примеров 1 и 21 показывает, что обезвреживание трихлорэтилена (ТХЭ) в почве по предложенному способу эффективнее примерно в 3 раза. Данные примеров 2 и 4 свидетельствуют об увеличении степени обезвреживания НДМГ по предложенному способу в 1,4 раза. В 5.7 раз повышается эффективность обезвреживания НДМА (примеры 3 и 7).

Используемые реагенты отличаются простотой в обращении, экологической чистотой, являются стабильными при хранении. Операции выполнения способа достаточно просты и безопасны.

Предложенный способ обеспечивает повышение полноты обезвреживания и упрощение способа обезвреживания грунта и почвы от трудноокисляемых токсичных веществ.