Собрать и обезвредить. Уральские химики предложили метод борьбы с ядовитыми отходами. - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Собрать и обезвредить. Уральские химики предложили метод борьбы с ядовитыми отходами.

В 2002 году Российская Федерация подписала, а в 2011-м ратифицировала Стокгольм­скую конвенцию, согласно которой стойкие органические загрязнители (СОЗ), входящие в так называемую грязную дюжину, должны быть изъяты из эксплуатации до 2015 года и уничтожены до 2028-го. В эту дюжину входят полихлорированные бифенилы (ПХБ) – самый масштабный и очень опасный класс промышленных отходов. Поиском способов их обезвреживания плодотворно занимаются ученые Института органического синтеза УрО РАН. Последние результаты этой работы представлены в вышедшей недавно в Екатеринбурге книге со сложным названием “Химическая функционализация полихлорированных бифенилов: новые достижения”, посвященной актуальной проблеме. О том, что она собой представляет и как ее решать, “Поиск” поговорил с одним из авторов исследования, старшим научным сотрудником лаборатории фторорганических соединений ИОС доктором химических наук Татьяной ГОРБУНОВОЙ.
–  Что это за вещества, полихлорбифенилы, и чем они опасны?
–  Производство и использование полихлорбифенилов началось в 1929 году. Вообще-то эти вещества обладают превосходными теплофизическими и электроизоляционными свойствами, высокой термостойкостью, инертностью по отношению к кислотам и щелочам, огнестойкостью, хорошей растворимостью и другими замечательными характеристиками, – сказала Т.Горбунова. – По существу, это – наилучший диэлектрик для трансформаторов и конденсаторов. ПХБ также широко использовались в качестве гидравлических жидкостей, теплоносителей и хладоагентов, смазочных масел, растворителей, компонентов красок, лаков и клеев, пластификаторов и наполнителей в пластмассах. Получали их посредством хлорирования бифенила в присутствии железной стружки. Конечный продукт этой реакции – смесь большого числа индивидуальных полихлорбифенилов. Их семейство насчитывает 209 соединений. С 1929 года и до прекращения промышленного выпуска ПХБ в 1970-е годы в мире таких соединений было произведено больше миллиона тонн. А на территории России, по официальным данным, сегодня находятся 35 тысяч тонн этих техногенных отходов, представляющих собой смеси марок “Совол”, “Совтол-10” и “Трихлорбифенил”.
Но все эти хлорароматические соединения относятся ко второму, то есть высокому, классу опасности. Даже малые их количества способны нанести значительный вред живым организмам и нарушить равновесие исторически сложившихся экосистем. Кроме того, ПХБ не только при использовании, но и при хранении становятся источниками еще более ядовитых соединений – хлорированных фуранов и диоксинов. Для сравнения: их общая токсичность на несколько порядков выше общей токсичности яда кураре, цианистого натрия, стрихнина и некоторых боевых отравляющих веществ.
–  Если ПХБ так опасны, почему они использовались в течение 70 лет?
–  Потому что негативные последствия их применения проявились не сразу. Первыми их ощутили на себе работники предприятий, где производились ПХБ. У них стало развиваться угреподобное поражение кожи, которое назвали хлоракне. Запрет на содержание открытых емкостей с полихлорированными бифенилами в 1960-е годы временно решил проблему, но появились отдаленные последствия их влияния на персонал: нервные и эндокринные расстройства, генетические мутации, рождение больного потомства и канцерогенный эффект. В 1968 году в Японии и в 1979-м на Тайване случились массовые отравления людей пищей, для приготовления которой использовались рисовые масла, загрязненные ПХБ, вытекавшими из разгерметизировавшегося оборудования. Другой серьезный инцидент, получивший название “Бельгийский диоксиновый кризис”, был вызван тем, что загрязненный ПХБ животный жир оказался в составе корма для кур. В Италии (г. Севезо) погибли птицы, садившиеся на ипподром, территорию которого обрабатывали ПХБ. Перечень таких происшествий можно продолжать. В итоге выпуск полихлорированных бифенилов был прекращен, а мировое научное сообщество стало пристально изучать их воздействие на здоровье людей и природу. Выяснилось, что примерно 40% произведенных ПХБ попало в окружающую среду из-за того, что они проливались, переносились на большие расстояния по воздуху, попадали а воду и пищевые цепи. А поскольку эти вещества обладают длительными периодами полураспада, сегодня их обнаруживают в таких местах земного шара, где они никогда не производились и не использовались. Например, белый медведь, находящийся на вершине пищевой пирамиды (фитопланктон – зоопланктон –  рыба – тюлень – медведь), – суммарный собиратель всех полихлорбифенилов, которые употребили с пищей те, кого он съел. И охотники, съевшие медведя, также получают свою дозу яда. По данным Русского географического общества, в крови коренных народов Севера, которые ведут охотничий образ жизни, обнаружены высокие концентрации ПХБ. 
Вероятно, при правильном обращении с полихлорбифенилами человечество могло бы применять их очень долго. Но сегодня альтернативы нет – они подлежат уничтожению. Причем каждый вид ПХБ-содержащих отходов требует индивидуальных решений, а к таким отходам относятся не только сами полихлорбифенилы в чистом виде, но и все материалы, в состав которых они входят, например, минеральные масла с добавками ПХБ, пропитанные ими части электротехнического оборудования, обтирочный материал с их следами.
–  Какие методы используются для уничтожения хлорароматических отходов?
– На сегодняшний день единственный эффективный способ – сжигание. Но он энергозатратный, дорогой (цена уничтожения одной тонны ПХБ – от 1500 долларов) и имеет ряд жестких технологических ограничений. Так, для успешного пиролиза ПХБ необходимо выполнить три правила: высокая турбулентность, нахождение вещества в зоне реакции около 2-3 секунд и температура в зоне сжигания выше 2000оС. В обычной доменной печи сжигание полихлорбифенилов приводит к образованию больших количеств еще более токсичных фуранов и диоксинов – для этого нужно специальное оборудование. В России его нет, но есть отечественные разработки такого оборудования на базе ракетного двигателя. Спроектировать и создать оборудование для сжигания ПХБ можно и в нашей стране, были бы желание и финансовые ресурсы. 
Альтернативные сжиганию пиротехнические и плазменные технологии, электрохимические, микробиологические и химические способы обезвреживания ПХБ тоже имеют ряд недостатков. Так, температура горения традиционной пиротехнической смеси ниже 2000оС, а при такой температуре трансформация полихлорбифенилов в более опасные продукты неизбежна. Плазменные технологии нацелены на уничтожение остатков ПХБ внутри электротехнического оборудования и тоже энергозатратны. Электрохимические методы используются для обезвреживания малых концентраций ПХБ, микробиологические – для уничтожения низкохлорированных полихлорбифенилов, а более гидрофобные (не растворяющиеся в воде) высокохлорированные ПХБ недосягаемы для микроорганизмов, так как бактерии “работают” в водных средах.
– Когда вы заинтересовались этой проблемой?
– В нашем институте исследования в этом направлении начались в 1995 году, когда в Свердловской области действовала программа, направленная на поиск путей обезвреживания антропогенных отходов, в том числе ПХБ. На серьезность и масштабность проблемы обратил внимание возглавлявший тогда ИОС академик Олег Чупахин. В нашем промышленном регионе с большим парком электротехнического оборудования запасы полихлорбифенилов были просто колоссальными. 
–  Какие методы обезвреживания ПХБ предлагаете вы? 
– Сегодня наиболее перспективен комбинированный способ минерализации хлорароматических соединений. Мы разрабатываем двухстадийный метод уничтожения ПХБ в сотрудничестве с коллегами из Института экологии и генетики микроорганизмов Пермского ФИЦ УрО РАН – членом-корреспондентом Виталием Демаковым и кандидатом биологических наук Дарьей Егоровой. На первой стадии происходит химическая трансформация полихлорбифенилов, а на второй – непосредственное уничтожение их производных под действием микроорганизмов. Как уже говорилось, ПХБ нужно доставить в среду обитания бактериальных штаммов. Это можно сделать как за счет введения поверхностно-активных веществ (ПАВ), так и за счет синтеза гидрофильных (способных растворяться в воде) производных самих ПХБ. Однако добавлять ПАВ в бактериальную среду нежелательно, поскольку штаммам-деструкторам придется расходовать свой потенциал на уничтожение как производных ПХБ, так и самих ПАВ. Это, во-первых, удлиняет время разрушения всех соединений, во-вторых, минерализация производных ПХБ зачастую бывает неполной. Поэтому мы выбрали второй путь – синтез гидрофильных производных полихлорбифенилов. Они транспортируются в среду обитания микроорганизмов, где аэробные бактерии разлагают их до простейших химических соединений – углекислого газа, воды и хлороводорода. 
– На какой стадии находится ваша разработка? 
– Первые положительные результаты междисциплинарного подхода были получены больше пяти лет назад в лаборатории фторорганических соединений, которую возглавляет член-корреспондент Виктор Салоутин. В синтетической работе мы столкнулись с немалыми трудностями. Реальные смеси ПХБ содержат несколько десятков индивидуальных соединений с различной реакционной способностью. Желаемый результат всех реакций – полная конверсия (или деградация) исходных соединений, но так получается не всегда. ПХБ с низкой реакционной способностью к концу взаимодействия могут остаться неизмененными. А параллельно с нужными производными надо умудриться не произвести еще более опасные продукты. Загрузив в реактор, например, смесь “Совол” (35 соединений), мы можем получить сразу же 80-120 соединений, и необходимо установить структуру каждого из них. Все результаты отслеживаются на современных хромато-масс-спектрометрах, и здесь высокий профессионализм показывает наша группа аналитиков, которой руководит кандидат химических наук Марина Первова. Когда химическая предподготовка заканчивается, наступает не менее интересная микробиологическая стадия. Растворимые в воде производные ПХБ полностью минерализуются за несколько суток – без накопления токсичных веществ. Деградация производных, не растворимых в воде, идет медленнее. 
Сегодня мы синтезируем новые производные и новые бактериальные штаммы, но все это остается на уровне лабораторных исследований. Чтобы создать промышленную технологию уничтожения полихлорбифенилов, нужна пилотная установка, то есть необходимо сотрудничество с производственниками. Пока это не получается не только потому, что научные разработки по-прежнему не востребованы отечественными предприятиями. Главная проблема в том, что бочки с ПХБ на законном основании невозможно передать производственникам, поскольку они признаны опасными материалами, и никакие технологические операции с ними, кроме инвентаризации, сбора, складирования и хранения, российским законодательством не предусмотрены.
– Как же выйти из этой парадоксальной ситуации и выполнить требования Стокгольмской конвенции, ратифицированной нашим государством, а, по сути, избавиться от источников яда?
– Для того чтобы начать научно обоснованное обезвреживание хлорароматических отходов, нужны четкие подзаконные акты, которые позволили бы вывести их из-под понятия “опасные материалы”. Ведь на уничтожение всех СОЗ подписанного перечня, в том числе ПХБ, осталось меньше 10 лет, а это процесс небыстрый. 
Беседовала Елена ПОНИЗОВКИНА

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2