К числу опасных соединений, подлежащих экологически безопасному уничтожению, относятся полихлорбифенилы, которые из-за широкого применения в промышленности могут попадать в сточные воды. Найден, обоснован и испытан эффективный способ их извлечения.
Интенсивное развитие химии и технологии галогенсодержащих соединений, которое произошло во второй половине прошлого века, привело к созданию большого количества новых химических материалов, уникальных по теплофизическим и диэлектрическим свойствам, обладающих высокой термо- и морозоустойчивостью. Эти материалы получили широкое применение в современной технике. К их числу следует отнести сотни галогензамещённых углеводородов, каучуков, масел, смазок, ПАВ, медицинских препаратов, средств защиты растений.
К сожалению, многие из перечисленных материалов, оказались экологически опасными. Не менее опасны и промышленные отходы, которые образуются при производстве практически всех галогенсодержащих продуктов. В связи с этим возникла сложная экологическая проблема, имеющая международное значение, которая связана с необходимостью уничтожения больших запасов экологически опасных галогенсодержащих веществ.
К числу таких опасных соединений следует прежде всего отнести полихлорированные бифенилы (ПХБ) и озоноразрушающие хладоны.
ПХБ представляют собой семейство органических химических веществ, состоящих из двух бензольных колец, соединённых углерод-углеродной связью. Каждая позиция в кольце или все десять позиций могут замещаться атомом хлора. Количество и расположение атомов хлора определяет вид соединения и свойства его молекулы. Имеется 209 возможных соединений ПХБ. Иными словами, существуют 209 возможных вариантов расположения (от одного до десяти) атомов хлора по бифенильной структуре. Летучесть молекул указанных соединений изменяется в зависимости от степени хлорирования. В целом соединения с низким содержанием хлора представляют собой свободно текучие жидкости, а по мере возрастания содержания хлора соединения становятся всё более вязкими и менее летучими.
Уникальные физико-химические свойства ПХБ – температурная стабильность, высокая температура кипения, невоспламеняемость, устойчивость к химическому разложению, слабая растворимость в воде, смешиваемость с органическими растворителями и пластмассами, а также высокие диэлектрические свойства обусловили использование ПХБ в самых различных областях промышленности, например, в электротехнической отрасли (в трансформаторах и конденсаторах).
Промышленные продукты, созданные на основе ПХБ, известны под различными торговыми названиями – ароклор, диканол, инертин, канехлор, клофен, теранол, пирален, фенохлор, хлорекстол и др. В России эти продукты применялись и частично ещё применяются под названиями «совол» и «совтол».
Поскольку ПХБ получили столь широкое распространение в промышленности, то логичным стало их попадание в сточные воды предприятия. Брошенные протекающие трансформаторы, разлитые на грунт трансформаторные масла – всё это приводит к выщелачиванию из грунта и отложению в дождевых водах ПХБ. В систему городской канализации водоканалов России сброс ПХБ запрещён.
Олеофильные свойства ПХБ, их заряд в водных растворах, а также их микроконцентрации делают практически невозможным их извлечение коагуляционными методами. Кроме того, хлорорганические соединения имеют незначительную гидрофобность и небольшой отрицательный заряд мицеллы, поэтому из воды они практически не сорбируются карбоксил-содержащими, а также отрицательно заряженной поверхностью активированных углей отечественного или импортного производства.
Для извлечения ПХБ возможно применение «молекулярных сит» или гидрофобицированных сорбентов с развитой поверхностью. В качестве «молекулярного сита» для извлечения ПХБ из стоков был предложен цеолит «клиноптиллолит» Холинского месторождения.
Дождевая вода, содержащая ПХБ, пропускалась через сорбционные колонки с цеолитом высотой слоя 300, 600, 800, 1100 и 1600 мм. Зависимости концентрации ПХБ после фильтра разной высоты загрузки представлены на рис. 1. Скорость фильтрации выбрана 5 м/ч, на которую рассчитаны очистные сооружения дождевых стоков НПП «Полихим».
Рис. 1. Зависимости концентрации ПХБ после фильтра разной высоты загрузки
Результаты исследований показали, что для очистки ливневых стоков возможно применение КОС ЛС ДАМБА со слоем цеолита 800 мм или фильтрующих патронов со слоем цеолита 600, 800, 1100 и 1600 мм.
На двух предприятиях Санкт-Петербурга, на которых ГУП «Водоканал СПб» обнаружил в сточной дождевой воде ПХБ, были установлены системы локальных очистных сооружений: на одном – комплекс очистных сооружений ливневого стока КОС ЛС ДАМБА (объект А), на другом – в месте разлива трансформаторных масел фильтр-патрон с цеолитом (ø580, h=900 мм) высотой слоя 800 мм, а на общем стоке – КОС ЛС ДАМБА (объект Б). Схема и результаты очистки представлены на рис. 2 и 3.
Рис. 2. Схема очистки вод от ПХБ
1 – железобетонный колодец; 2 – патрон ПОЛИХИМ; 3 – КОС ЛС ДАМБА
Рис. 3. Результаты очистки воды на объектах А и Б
Таким образом, был предложен и апробирован способ недорогой очистки дождевых вод от ПХБ. Оборудование, после которого концентрация ПХБ не превышала допустимую, использовалось на двух предприятиях в течение года. Сорбционная загрузка цеолита отработала больше года, что соотносится с регламентом эксплуатации КОС ЛС ДАМБА.
Установка очистки вод поверхностного стока ДАМБА, подробнее…
Фильтр-патрон (ФП), подробнее…