СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ СРЕД, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЛИХЛОРИРОВАННЫМ БИФЕНИЛОМ Российский патент 2007 года по МПК B09C1/02 A62D3/00 

Изобретение касается обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом («ПХБ»), и в частности экстракции ПХБ из загрязненного грунта в жидкость посредством акустической обработки.

Предпосылки создания изобретения

Наличие большого числа мест с почвой или другой средой, такой как балластный остаток пека/смолы, сильно загрязненной полихлорированными бифенилами, здесь далее обозначенными как «ПХБ», требует экономичных эффективных по стоимости способов. Хотя показано, что сжиганием можно разложить ПХБ, такой вид обработки ПХБ подразумевает эмиссию хлорированного диоксина и бензофурана и запрещен для применения в некоторых странах, таких как Австралия и Япония (Costner, Pat и др., 1998, «Technical Criteria for the Destruction of Stockpiled Persistent Organic Pollutants», Third Meeting of the Intersessional Group Intergovernmental Forum on Chemical Safety, Yokohama, Japan, December 1-4, 1998; см. также «Survey of Currently Available Non-Incineration PCB Destruction Technologies», United Nations Environment Programme, August 2000). Существует потребность в эффективных по стоимости способах дезактивации ПХБ для разных сред, включая грунт, балластный остаток, которые не включают сжигание.

ПХБ (примерная формула C₁₂H₅CI₅) производят под различными торговыми марками (например, Arochlor 1254, CAS №11097-69-1) и широко применяют в электрическом оборудовании, в частности как диэлектрик в трансформаторах и конденсаторах. До того, как была признана вредная для окружающей среды природа ПХБ, их также неограниченно применяли, например, в качестве наполнителей для пестицидов и антипиренов (см. MSDS для Arochlor 1254). В ходе промышленных операций в результате потерь происходит существенное загрязнение почв, прилегающих к заводам, участвующим в производстве и ремонте электрического оборудования, а также других операциях, применяющих ПХБ.

Другим существенным источником ПХБ-загрязненных материалов являются получаемые до 1980 г.балласты производства флуоресцентных ламп.Балласты регулируются в документе США US Code of Federal Regulations (CFR) Part 761. Краткое содержание представлено в публикации Minnesota Pollution Control Agency Publication. ПХБ-балласты можно обработать для извлечения металла, оставляя концентрированный остаток ПХБ.

В настоящее время промышленные материалы, такие как трансформаторные масла, можно обработать, применяя коммерческую операцию, химически разлагая ПХБ посредством восстановления натрием. Это позволяет повторно использовать ценное базовое трансформаторное масло. Однако для твердых отходов доступным в настоящее время вариантом размещения/утилизации является, главным образом, долговременное хранение в безопасном захоронении (например, в США) или сжигание в подходящим образом управляемой, контролируемой и разрешенной печи для прокаливания отходов. В результате первой операции получают постоянно существующую подверженность действию генератора отходов. Сжигание является дорогим и влечет за собой риск выбросов в атмосферу. Правила в отношении классификации и приемлемой утилизации твердых ПХБ-отходов варьируется юрисдикцией. Некоторые типичные правила для British Columbia, Canada приведены далее:

Метод устраненияДопустимый уровень ПХБ, мг/кгПечь для прокаливания или безопасная закладка>50Промышленная отсыпка>2 и <50Общее закапывание<2

В патенте США №6049021 описана корректировка грунта, загрязненного ПХБ. Данный патент описывает деструкцию ПХБ в грунте с применением разнообразных способов, объединяющих следующие основные элементы:

экстракция ПХБ грунта жидким аммиаком;

растворение металлического натрия в ПХБ-загрязненном жидком аммиаке;

деструкция ПХБ в жидком аммиаке растворенным металлическим натрием.

Хотя данный способ ясно показывает высокую степень деструкции ПХБ в грунте, он имеет следующие проблемы:

необходимость охлаждать аммиак с грунтом при перемешивании до добавления металлического натрия (см. пример 4);

необходимость работать с опасным сжатым безводным газообразным аммиаком в сосуде с перемешиванием (см. пример 2);

предельно высокая доза аммиака в грунте, например, 9 л аммиака на кг грунта (см. пример 3);

генерация аммиаксодержащих остаточных отходов «фильтратов» (см. пример 2);

неудобное циклическое изменение температуры от 0°С и 20 до 40°С (см. пример 4) или -78°С (см. пример 3);

неудобные, занимающие много времени многократные экстракции грунта аммиаком до добавления металлического натрия (см. пример 4).

Патент США №5228921 описывает способ экстракции галогенорганических соединений из твердых материалов, загрязненных галогенорганическими соединениями, например, ПХБ из ПХБ-загрязненных твердых материалов. Патент США №5376182 описывает экстракцию ПХБ из ПХБ-загрязненного грунта при помощи ультразвука с частотой от 10 до 60 кГц. Хотя данные способы экстракции успешно удаляют ПХБ из грунта, они не разлагают ПХБ.

Публикация WO 02/22252 описывает акустическую деструкцию ПХБ в одностадийном способе. Однако эффективность деструкции ПХБ низка (например, 75%, строки 20-25 на стр.10).

Eco Logic на web-странице www.eco-logic-intl.com в брошюре от апреля 2001, озаглавленной «The TORBED/GPCR combination for Soil, Sediment and Sludge Treatment» описывает многостадийный способ удаления и деструкции ПХБ в твердых материалах, таких как грунты, следующим образом:

1. Высокотемпературная (например, 600°С) термическая десорбция ПХБ из грунтов посредством испарения.

2. Высокотемпературное (например, 875°С) восстановление в газовой фазе испарившегося выхлопного газа ПХБ из 1 при помощи восстановительного газа, такого как водород.

3. Промывка выхлопного газа из 2 для утилизации токсических и/или коррозийных газов, таких как хлористый водород, получающийся при восстановлении ПХБ.

4. Сжатие и/или хранение промытого выхлопного газа из 3.

5. Сжигание и/или возвращение в цикл промытого выхлопного газа из 4 на стадию 1 и/или 2, соответственно.

Хотя ясно, что способ Eco Logic разлагает ПХБ в грунтах, он имеет следующие сложности:

1. Генерация токсического и/или коррозийного выхлопного газа (например, хлористого водорода) и отработанных растворов из скруббера.

2. Применение потенциально взрывчатого газа водорода при высокой температуре.

3. Пять или более стадий обработки.

4. Две энергетически напряженных высокотемпературных стадии обработки.

Патент США №4941134 описывает акустический генератор для трансмиссии энергии в жидкую среду, использующий «резонирующий стержень» или пробник (см. фиг.6А). Патент США №5005773 описывает способ применения данного акустического генератора в комбинации с измельчающей средой для превращения в порошок твердых веществ, содержащихся в камере мельницы, монтированной «аксиально» с резонирующим элементом (см. фиг.9а и строки 25-26 плюс 33-34 на стр.5).

Опубликованная патентная заявка США №2003/0036672 и Канадская патентная заявка №2316409 описывают деструкцию ПХБ в балласте смола/пек с применением щелочной дисперсии натрия, лития и калия. Данная технология имеет следующие серьезные недостатки:

применение дисперсий натрия, которые в 2-4 раза дороже, чем слитки металлического натрия, и опасны в применении из-за скорости реакции с паразитическими агентами, такими как вода и некоторые кислородсодержащие органические вещества (например, фенолы или карбоновые кислоты), в смеси смола/пек;

применение сорастворителей (например, изооктана, метанола и изопропанола - см. пункт 8), которые кипят или испаряются при предлагаемых температурах обработки, например, 90°С (страница 2 раздела [0018] заявки США), давая в результате отработанный растворитель и/или потерю безопасности вследствие токсичности или воспламеняемости выпускаемого пара;

отсутствие сушки смеси смола/пек для удаления захваченной влаги, паразитической для применения щелочи, такой как натрий, и в результате серьезный потенциальный риск для безопасности, например, при выводе водорода из реакционной смеси щелочного металла и воды с содержанием в воздухе выше его взрывного предела;

недостаток инертности в начале контакта щелочи с ПХБ-загрязненной средой, в результате чего возникает потенциальный риск для безопасности из-за потенциального выброса водорода в количестве, превышающем его взрывной предел.

В описании на стр.1 раздела [0012] заявки США указано, что описание совместно рассматриваемой Канадской заявки 2316409 «включено здесь во всей своей полноте». Пункт 1 Канадской заявки описывает операцию «ниже температуры возгорания указанного содержимого». Температуры возгорания метанола, изооктана и изопропанола, предложенных в пункте 8 заявки США, составляют по Merck Index 12°C, -12°C и 11,7°С, соответственно, что на 78С° ниже, чем рекомендованная температура обработки.

Существует потребность в низкотемпературном способе, в частности в способе, подходящем для мобильной обработки среды на месте загрязнения, который может быстро экстрагировать и эффективно разрушать ПХБ за минимальное количество стадий обработки, снижая размер оборудования и его стоимость.

Краткое содержание изобретения

Согласно изобретению создан способ обработки среды, загрязненной полихлорированным бифенилом, включающий следующие стадии:

объединение указанной среды с жидкостью, содержащей один или несколько жидких углеводородов, с получением смеси среда/жидкость;

акустическая обработка указанной смеси при аудиочастоте для экстракции полихлорированного бифенила из среды в жидкость;

обработка жидкости натрийсодержащим щелочным металлом.

Способ может включать дополнительные стадии нагревания указанной смеси до и во время стадии акустической обработки.

Среда может представлять собой грунт или балластный остаток, такой как смола или пек.

Жидкость может содержать смесь воды и одного или несколько жидких углеводородов.

Жидкие углеводороды могут включать керосин.

Способ может включать дополнительную стадию уменьшения размера частиц среды до стадии объединения указанной среды с жидкостью, представляющую одно или несколько просеиваний, дробление и распыление среды.

Способ может включать дополнительную стадию сушки на воздухе среды до стадии объединения указанной среды с жидкостью.

Стадия обработки жидкости натрийсодержащим щелочным металлом может осуществляться во время стадии акустической обработки указанной смеси, и стадия акустической обработки осуществляется при температуре, достаточной для плавления натрийсодержащего щелочного металла.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в закупоренном сосуде с вентиляционным отверстием для выпуска газа во время акустической обработки.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в сосуде с одним или несколькими входными и выходными отверстиями, пригодными для перемещения смеси среда/жидкость между сосудом и резервуаром, оснащенным насосом.

Стадия акустической обработки указанной смеси может включать применение инертного газа для продува верхнего пространства резервуара и сосуда для акустической обработки.

Способ может включать также стадию перемещения акустически обработанной смеси среды с жидкостью из сосуда для акустической обработки или указанного резервуара в резервуар для осаждения с целью разделения акустически обработанной жидкости и акустически обработанной среды.

Способ может включать дополнительную стадию акустической обработки отделенной акустически обработанной жидкости в присутствии натрийсодержащего щелочного металла и при температуре, достаточной для плавления натрийсодержащего щелочного металла.

Способ может включать дополнительную стадию обработки отделенной акустически обработанной среды водой во флотационной ячейке для удаления остаточной углеводородной жидкости содержащей полихлорированный бифенил и пены из акустически обработанной среды. Обработанный во флотационной ячейке грунт можно возвращать обратно в окружающую среду. Флотационную воду, отделенную от пены, среды и углеводородсодержащей жидкости, можно возвращать обратно в окружающую среду после регулировки рН. Пену можно возвращать обратно в цикл и применять как часть жидкости в данном способе. Флотационная ячейка может содержать пенообразующий агент. Флотационная ячейка может включать регулировку рН при помощи карбоната натрия.

Стадия акустической обработки может включать добавление к указанной смеси соды. Стадию акустической обработки можно повторять, применяя смесь соды, акустически обработанной указанной среды и натрийсодержащего щелочного металла при температуре, достаточной для плавления натрия. Стадии акустической обработки можно осуществлять в закупоренном сосуде, способном выпускать газ во время акустической обработки.

Обработанную отделенную акустически обработанную жидкость можно возвращать обратно в цикл для применения в качестве жидкости в данном способе.

На стадии акустической обработки указанной смеси можно применять оборудование для акустического воздействия без измельчения среды.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться при температуре в диапазоне 100-120°С или при температуре в диапазоне 80-98°С.

На стадии акустической обработки можно применять резонирующий стержень, контактирующий с жидкостью.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться в одной или нескольких камерах, расположенных аксиально с резонирующим компонентом.

Жидкие углеводороды могут содержать один или несколько углеводородных подкомпонентов, которые не являются жидкостями при температуре акустической обработки.

Стадия акустической обработки указанной смеси может осуществляться при минимальной температуре 100°С.

Натрийсодержащий щелочной металл может быть коммерчески чистым металлическим натрием.

Согласно изобретению создана также установка для обработки среды, загрязненной полихлорированным бифенилом, содержащая реакционный сосуд для содержания смеси указанной среды, жидкости, содержащей жидкий углеводород, и расплавленного натрийсодержащего щелочного металла, имеющий вентиляционные отверстия для выпуска газа во время акустической обработки указанной смеси, устройство для акустической обработки указанной смеси без измельчения среды, предназначенное для акустической обработки указанной смеси при аудиочастоте, нагреватель для регулировки температуры указанной смеси и поддержания натрийсодержащего щелочного металла в расплавленном состоянии.

Устройство для акустической обработки может быть снабжено резонирующим стержнем, контактирующим с жидкостью.

Реакционный сосуд может состоять из одной или нескольких камер, расположенных аксиально с резонирующим компонентом устройства для акустической обработки.

В вышеописанном способе можно применять приборы для акустической обработки, например, такие как раскрытые в патентах США №4941134, 5005773 с целью экстракции ПХБ из твердой среды в экстракционную жидкость. Данные приборы демонстрируют крупномасштабную производительность обработки и показывают свой потенциал более чем в дюжине коммерческих применений. Определяющей особенностью акустических генераторов является их способность прилагать очень интенсивную энергию аудиочастотной вибрации к камерам, смонтированным на каждом конце стержня, или к жидким материалам при прямом контакте со стержнем.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение более подробно описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет схему процесса экстракции ПХБ с применением экстракционной жидкости, содержащей жидкие углеводороды;

фиг.2 представляет схему процесса экстракции ПХБ с применением комбинации воды и экстракционной жидкости, содержащей жидкие углеводороды;

фиг.3 представляет схему системы экстракции с применением 5 кВ вертикального устройства для акустической обработки;

фиг.4 представляет схему системы экстракции с применением 75 кВ устройства для акустической обработки. Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение касается способа экстракции и низкотемпературной химической деструкции ПХБ из среды, включающей твердые отходы, такие как грунты, балласты и лом от демонтажа ПХБ-загрязненного электрического оборудования.

Способ обработки ПХБ-загрязненных твердых отходов включает следующие операции:

подготовка смеси ПХБ-загрязненной среды, такой как твердые вещества грунта, предпочтительно с сушкой на воздухе, просеиванием или дроблением, и жидкого экстрагента, состоящего полностью или частично из жидкого углеводородного компонента т.е. нефтяного дистиллята, такого как керосин, дизельное топливо или топочный мазут;

интенсивное перемешивание смеси грунта и жидкости (суспензия) с применением акустической обработки смеси при аудиочастоте, в предпочтительном варианте выполнения изобретения в диапазоне от 100 до 500 Гц, в результате которой происходит экстракция ПХБ в жидкий экстрагент, содержащий углеводородную жидкость; такие устройства для акустической обработки бывают двух предпочтительных типов: акустически воздействующие стержни, напрямую контактирующие с жидкостями; и устройства с акустическим воздействием на сосуды, содержащие жидкости, смонтированные аксиально с резонирующим элементом, но без измельчения среды;

низкотемпературная (например, 98°С или выше) химическая деструкция ПХБ, в особенности экстрагированных ПХБ посредством контакта/взаимодействия с расплавленным натрийсодержащим щелочным металлом, например, натрия или комбинации натрия с незначительными количествами калия, лития или кальция;

отделение жидкой фазы экстрагента, содержащей углеводородную жидкость, от твердых веществ комбинированием декантации и флотации пены (до или после деструкции ПХБ);

повторное использование натрийсодержащего щелочного металла, обработанного (низкое содержание ПХБ) углеводородсодержащей жидкой фазой экстрагента для обработки новых ПХБ-загрязненных твердых отходов, таких как твердые вещества грунта.

Технология, существенной частью которой является применение акустического генератора, включает конверсию электрической энергии посредством последовательно активируемых магнитов в резонансную вибрационную энергию в стальном стержне. Вибрационная энергия от стержня передается присоединенным «ячейкам», через которые можно прокачивать жидкие материалы и подвергать их очень интенсивному аудиочастотному перемешиванию («акустическая обработка»). Энергичную акустическую обработку применяют в данном способе для усиления экстракции ПХБ и увеличения скоростей химического взаимодействия экстрагированных ПХБ с расплавленным натрийсодержащим щелочным металлом. Приборы акустические генераторы представляют собой большие (выше лабораторного стола и лабораторных весов) низкочастотные акустические генераторы, которые имеют достаточную для коммерческих применений эффективность воздействия. Акустические генераторы легко транспортировать и не нужно закреплять на месте.

Проверка генерации тепла показывает для 20 кВ генератора специфическую входную энергию свыше 90 кВ/м³ объема реактора (450 л.с./1000 галлонов США). Данный диапазон входной мощности, по меньшей мере, на порядок (в 10 раз) выше величин, достигаемых при использовании энергетически интенсивных промышленных систем перемешивания, таких как флотационные ячейки. Если входная мощность так же эффективна, как при обычном перемешивании, то преимущество данного генератора пропорционально интенсивности энергии. Высокая энергетическая интенсивность полезна для химических операций способа, где очень интенсивное перемешивание посредством акустической обработки улучшает селективность или эффективность необходимого химического взаимодействия.

Акустические генераторы демонстрируют способность акустического воздействия на жидкости и/или смеси жидкость-твердое вещество (суспензии) при коммерчески приемлемых скоростях потока. Имеющиеся прототипы приборов генерируют в низкочастотном диапазоне от 100 до 500 Гц при номинальном значении мощности 75 и 20 кВ (горизонтальный тип, который показан на фиг.4) и 5 кВ для генератора с вертикальным стержнем и одним приводным блоком (показан на фиг.3).

Со ссылкой на фиг.1 типичная последовательность операций для обработки ПХБ-загрязненной среды, такой как твердые вещества, включая грунт и балласт, является следующей.

Загрязненные твердые вещества 10 из источника или отвала грунта классифицируют по размеру на стадии 12, применяя сита или другие обычные методики. Цель данной стадии - убедиться, что твердые вещества можно закачивать при смешивании с жидким экстрагентом, включающим углеводородную жидкость, и что частицы данных твердых веществ являются достаточно мелкими, чтобы быть экстрагированными за необходимое время. Материал 14 с большим размером частиц, например крупные камни в грунте, в некоторых случаях может быть достаточно чистым для утилизации на стадии 16, или его можно измельчить (раздробить) на стадии 18 и вернуть в классификатор по размеру.

Загружаемые твердые вещества смешивают на стадии 20 с жидким экстрагентом, содержащим углеводородную жидкость, таким как керосин, который имеет температуру кипения при атмосферном давлении выше 120°С, получая закачиваемую смесь твердые вещества-жидкость (суспензия) при типичном содержании твердых веществ 35-70 мас.%.

Полученную суспензию подают при помощи насоса или гравитационным потоком в нагреваемый резервуар/циркуляционный резервуар 22, где ее температура поднимается выше 100°С. Нагревание служит двум целям: удалению свободной влаги, которая иначе взаимодействовала бы с натрийсодержащей щелочью (ключевой реагент процесса), и установлению температуры процесса выше температуры плавления (98°С) натрийсодержащего щелочного металла таким образом, чтобы щелочной металл был расплавлен при интенсивном акустическом воздействии. Это облегчает мелкое диспергирование натрийсодержащей щелочи и ускоряет взаимодействие с ПХБ, которые растворены в рабочей жидкости.

Если суспензию правильно нагревают и сушат, то металлический натрий 24 добавляют в жидком виде или в виде кусков, которые плавятся. Полученную трехфазную смесь (жидкость - расплавленный металл - твердые вещества) прокачивают через реакционную камеру (камеры) акустического генератора 26, где интенсивное перемешивание облегчает экстракцию ПХБ и конкурентную деструкцию при взаимодействии хлорорганического соединения с натрием с получением хлорида натрия (Ароматика-Cl+Na→NaCl+Ароматика; титрование растворимого в воде NaCl является стандартным способом анализа ПХБ после восстановления натрием).

По завершении экстракции ПХБ и реакций деструкции ПХБ суспензию обрабатывают для отделения жидкого экстрагента, содержащего углеводородную жидкость, от очищенного грунта. Этого достигают, комбинируя стадии 28, 30 декантации и стадии 32 флотации пены. Флотация пены является широко практикуемой методикой обработки минералов (например, Taggart, Arthur F., «Handbook of Mineral Dressing», John Wiley and Sons Inc. (New York), 1945 или Gaudin, A.M., «Flotation», McGraw-Hill Book Co. Inc. (New York) 1957), где олеофильные материалы (масло или материалы, смачиваемые углеводородами, и жидкости, содержащие масло или углеводород) экстрагируют, барботируя воздух через жидкую смесь (суспензию). Процесс флотации обычно оптимизируют для конкретного подаваемого материала, регулируя условия раствора (рН, температура) и добавляя небольшие количества химических веществ, таких как пенообразователи, которые генерируют стабильный слой пены для удаления олеофильных материалов.

В данном способе можно по выбору (также показано на фиг.1) разделить операции экстракции ПХБ и деструкции. Данные, представленные в примерах, показывают, что данный подход может быть предпочтительным, если ПХБ-твердые вещества содержат другие материалы, которые взаимодействуют с натрием («паразитическое потребление натрия»), например, карбоксилаты или фенолы. В той степени, в которой паразитические потребители нерастворимы в жидком экстрагенте, содержащем углеводороды, избыточное потребление натрийсодержащего щелочного металла можно снизить посредством отделения на стадии 34 экстрагента от (экстрагированных) твердых веществ до обработки натрийсодержащим щелочным металлом.

Дополнительным правом выбора (не показано на фиг.1) является пропуск стадии флотации. Данный выбор обычно не является полезным для грунтов, если для твердых веществ, смоченных экстрагирующим маслом, не доступен местный рынок (например, асфальтовый тротуар). Однако для таких отходов как электрические балласты и конденсаторы, которые имеют высокое содержание углеводородов (смола), в результате простого удаления рабочей жидкости декантацией и/или фильтрованием можно получить удобно и безопасно утилизируемые твердые вещества.

Аналогичный альтернативный способ показан на фиг.2. В данном случае жидкий экстрагент представляет собой смесь воды и углеводородсодержащей жидкости, такой как керосин. Содержание воды в жидкости должно быть достаточным, чтобы обеспечить возможность перекачки суспензии при смешивании с твердым веществом, например, 35-70% твердых веществ / 30-65% воды, при добавлении углеводородсодержащей жидкости в количестве 10-30% от массы грунта.

Ключевое различие между данным подходом и вариантом фиг.1 состоит в следующем:

экстракцию ПХБ проводят при температуре ниже 100°С, предпочтительно в диапазоне 80-98°С;

углеводородсодержащую жидкость, содержащую экстрагированный ПХБ, отделяют от воды и твердых веществ декантацией на стадиях 28, 34, затем нагревают на стадии 36 до температуры выше 100°С для сушки и последующей акустической обработки с натрийсодержащей щелочью 24.

Обычно стадия 32 флотации требуется для извлечения углеводородсодержащей жидкости из экстрагированных твердых веществ.

Применение экстракции жидкостью, содержащей воду/углеводород, может быть преимущественным, когда загрязненные твердые вещества включают существенную долю мелкозернистых материалов, таких как ил или глина, которые может быть трудно отделить от масляной фазы при смачивании маслом. Применение жидкой смеси, содержащей воду/углеводород, для экстракции ПХБ в значительной степени избегает смачивания гидрофобных по природе твердых веществ углеводородсодержащей частью жидкости. Это можно оптимизировать, регулируя рН водной фазы.

Следующие не ограничительные примеры иллюстрируют эффективность данного изобретения.

Пример 1

Одностадийная обработка партии грунта в одном сосуде с аксиальным акустическим воздействием

Образец ПХБ-загрязненного грунта получают из места безопасного захоронения в Greater Vancouver, B.C., Canada. Данное хранилище сконструировано с единственной целью, содержать грунт с высоким уровнем (>50 млн.д.) ПХБ-загрязнения и лом после демонтажа и очистки места расположения завода по производству электрического оборудования. Отбирают образцы изъятого материала для анализа и весь материал, содержащий >50 мг/кг (млн.д.) ПХБ, помещают в двухрядное закрытое хранилище. Образец массой примерно 20 кг сначала просеивают через виброгрохот 6 меш, отделяя просеянный грунт от крупных булыжников, бетона, стали и лома.

Грунт (6 меш) сушат на воздухе и затем делят, применяя делитель с перегородками (устройство для получения типичных образцов твердых материалов, см. Taggart) и получая типичные образцы для тестирования и анализа.

Затем подобразец грунта массой 2 кг смешивают с 0,8 л керосина и помещают в камеру стального цилиндрического реактора. В камеру до ее закрытия добавляют металлический натрий в виде 10 г бруска и затем монтируют камеру на 20 кВ акустическом генераторе. Камера соединяется с нагревающим кожухом, который частично заполнен этиленгликолевым антифризом, что способствует теплопередаче. Затем монтированную камеру нагревают при помощи пропановой горелки до тех пор, пока температура загрузки (измеренная термопарой) не достигнет 100°С.

Затем закрывают вентиляционный клапан на камере и включают генератор на 60% мощности, при резонансной частоте 430 Гц в течение двух пятиминутных периодов. После каждого интервала открывают вентиляционный клапан, спуская аккумулированное давление. Температуру поддерживают>102°С. Через 10 мин акустического перемешивания камеру отсоединяют, открывают и исследуют содержимое на остаточный натрий. Если его не обнаруживают, то добавляют еще 10 г натрия и повторяют последовательность тестирования. Затем отбирают образцы продукта для анализа следующим образом:

для твердых веществ - исчерпывающая экстракция по Сокслету смесью гексан/ацетон (50/50), с последующей газовой хроматографией, с применением детектора захвата электронов (ГХ-ДЗЭ);

для углеводородсодержащей жидкости - разбавление гексаном с последующей ГХ-ДЗЭ;

для содержания масла в твердых веществах - сушка на воздухе в течение ночи при 80°С в вентилируемой печи.

Результаты анализов ПХБ приведены далее:

ОбразецСодержание ПХБ мг/кг (тв.) или мг/л углеводородсодержащей жидкости)Необработанный грунт470Грунт, первый 10 минутный тест98Грунт, второй тест (общее время 20 мин)<2Углеводород содержащая жидкость (второй тест)<2

Обработанный грунт включает 15,5 мас.% углеводородсодержащей жидкости.

Результаты показывают выполнимость деструкции ПХБ, содержащегося в грунте, до содержания <2 млн.д. посредством обработки натрием в углеводородсодержащей жидкой суспензии при акустическом воздействии.

Для аналитического метода ГХ-ДЗЭ на гетерогенных образцах, таких как грунт, практический предел детектирования составляет 2 мг/кг (млн.д.). Для количественного определения степени удаления ПХБ в данном начальном, успешном тесте конечный обработанный грунт повторно анализируют, применяя следующее:

экстракцию по Сокслету (гексан/ацетон);

чистку экстракта посредством обработки на абсорбционной колонке с флорисилом для селективного удаления полярных и асфальтовых компонентов;

анализ очищенного экстракта методом газовой хроматографии/масс-спектрометрии (ГХ-МС) в режиме выбранного иона (РВИ). Система ГХ-МС-РВИ различает целевой и основной отклик, допуская предел детектирования 0,4 млн.д. ПХБ. По данным этого способа образец, обработанный в течение 30 мин, содержит <0,4 млн.д. ПХБ.

Пример 2

Обработка партии грунта в одном сосуде с аксиальным акустическим воздействием

ПХБ-загрязненный грунт сушат на воздухе и просеивают до 6 меш. 2 кг грунта объединяют с 0,6 л керосина и 45 г твердого металлического натрия в сосуде на 3,2 л для акустической обработки, смонтированном на 20-киловатном (кВ) акустическом устройстве. Закупоренную камеру для акустической обработки нагревают до 115°С, используя тепло от пропановой горелки для плавления металлического натрия. Нагревающий кожух камеры для акустической обработки наполовину заполняют этиленгликолевым антифризом, что способствует передаче тепла ингредиентам камеры для акустической обработки. Камеру для акустической обработки открывают, чтобы отобрать образец грунта, через интервалы 1, 2 и 5 мин акустического перемешивания. Наличие натрия определяют, добавляя к аналитическому образцу несколько капель воды и наблюдая выделение газа в виде пузырьков водорода в результате взаимодействия воды с остаточным натрием. Следующая таблица иллюстрирует деструкцию ПХБ как функцию времени применения описанного выше подхода к грунту при начальном содержании ПХБ 424 млн.д. (мкг/г).

 Время обработки (мин)Содержание ПХБ% деструкции ПХБОбразецИнтервалВсего(мг/кг) Необработанный грунт004240Образец 11112,797,0Образец 2238,498,0Образец 3582,299,5

Данные результаты показывают, что начальная скорость деструкции ПХБ предельно высока, но для достижения низких величин остаточного ПХБ в грунте требуется продолжительное время при температуре и избытке натрия.

Пример 3

Одностадийная проточная обработка грунта в двух сосудах с акустическим воздействием через стержень

Для исследования увеличения масштаба данной технологии сконструирована тестовая система (показана на фиг.3), содержащая следующие элементы:

резервуар для суспензии/рециркуляционный резервуар 46 диаметром 24 дюйма (61 см) и высотой 6 футов (1,8 м) сконструирован из стального (ГОСТ 80, schedule 80) трубопровода и пластины и смонтирован на опорах, допускающих нагревание пластины дна резервуара при помощи газовой горелки;

в рециркуляционном резервуаре установлен вертикальный зумпф-насос 48 на 10 л.с.;

реакционная камера 44 диаметром 18 дюймов (46 см) и высотой 3 фута (0,9 м) с дном, расположенным под углом 45°, изготовлена с 2 боковыми сливными трубчатыми отростками (45) (нормальный и высокий уровень);

реакционная камера 44 смонтирована на угловой железной раме, примыкающей к циркуляционному резервуару 46, и сливные отверстия 45 соединены 4-дюймовыми (10 см) шлангами из нитрильного каучука с соответствующими трубчатыми отростками на циркуляционном резервуаре 46;

5 кВ вертикальный акустический генератор 40 смонтирован в верхней части реакционного резервуара 44 таким образом, чтобы вибрирующий стержень 42 погружался бы на 50% при сливе через нижнюю сливную трубку и на 75% при сливе через верхнее сливное отверстие.

Данная система, показанная на фиг.3, допускает циркуляцию суспензии 50 через акустически перемешиваемый реакционный резервуар 44 из относительно большого резервуара с рабочей суспензией 46.

Новую валовую пробу из хранилища, описанного в примере 1, получают и обрабатывают аналогичным образом, готовя 33 кг грунта для тестирования.

Тестирование заключается в следующем:

при помощи насоса загружают в резервуар 200 л (бочка на 55 галлонов) керосина;

включают зумпф-насос и регулируют его скорость таким образом, чтобы жидкость циркулировала со скоростью 500 л/мин (+/-10%);

загружают в рециркуляционный резервуар 33 кг грунта;

суспензию нагревают непрямым нагреванием (посредством циркуляции) пропановыми горелками, направленными на дно и боковые поверхности резервуара;

когда температура циркулирующей суспензии достигает 105°С, отбирают образец для определения степени экстракции ПХБ из твердого вещества до начала деструкции ПХБ (момент времени = 0);

в циркуляционный резервуар добавляют 1,5 кг металлического натрия в виде брусков и включают 5 кВ генератор;

затем отбирают образцы циркулирующей суспензии в течение периода 105 мин экстракции/взаимодействия. Образцы отбирают через сливной клапан на резервуаре насоса в стальной ковш; сливаемую углеводородсодержащую жидкость (то есть керосин плюс ПХБ-загрязненный экстракт) возвращают в резервуар декантацией, а образцы твердого грунта (с содержанием керосина 15-17%) переносят в закупориваемые стеклянные контейнеры для образцов для транспортировки в аналитическую лабораторию.

Далее приведены результаты анализа грунта:

 Время акустической обработки (мин)Содержание ПХБ в грунте,ОбразецИнтервалВсегомг/кгЗагрузка грунтанетнет1043Суспензия t=00*0217Суспензия t=555104Суспензия t=38333885Суспензия t=60226023Суспензия t=10545105<2* примерно 90 мин циркуляции при нагревании

В конце 105-минутного теста в суспензии остается избыток натрия. Новый объем необработанного грунта с содержанием ПХБ 1043 млн.д. иллюстрирует гетерогенную природу захоронения (сравните с предыдущим образцом, содержащим 430-470 млн.д.) и желательность перемешивания подаваемого сырья для коммерческой операции.

Конечное содержание ПХБ в грунте <2 млн.д. подтверждает практичность обработки в большом масштабе.

Пример 4

Одностадийная проточная обработка грунта в двух сосудах с аксиальным акустическим воздействием

Проводя удачный проточный тест с использованием 5 кВ генератора, определяют, что преимущественной была бы коммерческая осуществимость при использовании самого большого и самого мощного акустического генератора, производимого на сегодняшний день, горизонтального на 75 кВ. Данный прибор обладает также преимуществом доказанной надежности, работая в течение 6 месяцев в условиях рудника с минимальными эксплуатационными расходами.

Со ссылкой на фиг.4 пилотную систему тестирования изменяют следующим образом.

Изменение конфигурации насос/трубопровод для загрузки (см. ниже) новой реакционной камеры 62, смонтированной на 75 кВ генераторе 60. Линии 64, 66 подачи и разгрузки данной реакционной камеры представляют собой аксиальный вход/выход.

Стальные (ГОСТ 40, schedule 40) линии 64, 66 разгрузки и возврата насоса изолированы от вибрации генератора нитрильными шлангами 67 длиной 4 дюйма (10,2 см) с вторичным ограничением (в случае усталостного разрушения) светлой градуированной трубкой из нитрильного каучука.

Конструкция и производство новой реакционной камеры 62 с целью минимизации короткой циркуляции и максимального увеличения интенсивности перемешивания.

Новую валовую пробу массой 0,8 т также получают из места, описанного в примере 1, и обрабатывают аналогичным образом, получая однородное сырье для тестов по исследованию разнообразия операционных параметров. После начальных исследований с целью подтверждения механической операбильности проводят начальный тест на 75 кВ генераторе следующим образом:

загружают 200 л керосина в резервуар насоса;

при включенном циркуляционном насосе загружают в резервуар насоса 44 кг грунта;

нагревают циркулирующую смесь до 105°С, применяя газовые горелки, со стороны дна и боковых сторон циркуляционного резервуара;

исследуют образец масляной фазы на содержание ПХБ (образец №1);

включают генератор, устанавливая частоту 105 Гц/мощность 10 кВ (номинальное время = 0 мин);

выключают установку для возмещения образца, вытекшего из камеры (время перемешивания примерно 2 мин) через сливной клапан резервуара (образец №2);

повторно нагревают суспензию при циркуляции и акустическом воздействии с частотой 105 Гц, мощностью 10-11 кВ (45 мин нагревания от 4 до 110°С);

образец №3 при 110°С;

добавляют 125 г металлического натрия (1 брусок) в резервуар насоса;

образец №4 через 30 мин;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

проводят акустическую обработку в течение 15 мин;

добавляют 250 г натрия (2 бруска);

образец №5, через 30 мин после добавления натрия;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

образец №6, через 30 мин после добавления натрия;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

образец №7, через 30 мин после добавления натрия;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

образец №8, через 30 мин после добавления натрия;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

образец №9, через 30 мин после добавления натрия;

добавляют 125 г натрия (1 брусок);

образец №10, через 30 мин после добавления натрия. (Данный образец углеводородсодержащей жидкой фазы плюс примерно 4 кг/2 л твердых веществ грунта, исследуют на разделение углеводородсодержащей жидкости-грунта).

Далее приведены результаты анализа углеводородсодержащей жидкой фазы:

Образец №Содержание ПХБ в твердой фазеПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазеПримечания мг/кгмг/л Загружаемые тв. вещества525-1,36% влаги1 180экстракция ПХБ во время цикла нагревания до 105°С2 191примерно 2 мин акустического воздействия до закрытия из-за механических проблем   после повторного нагревания3 247до 110°С примерно 45 мин с   акустическим воздействием4 215после добавления 125 г натрия, 30 мин акустического воздействия при 110-112°С, нет избытка натрия   после добавления 250 г натрия,5 12730 мин акустического воздействия   при 110-112°С, нет избытка натрия6 114после добавления 125 г натрия, 30 мин акустического воздействия7 90после добавления 125 г натрия, 30 мин акустического воздействия8 61после добавления 125 г   натрия, 30 мин акустического воздействия9 44после добавления 125 г натрия, 30 мин акустического воздействия10 39после добавления 125 г натрия, 30 мин акустического воздействия (видно небольшое кол-во остаточного натрия)

Данные результаты показывают осуществимость восстановления ПХБ при добавлении к суспензии натрия, применяя 75 кВ генератор. Результаты также показывают, что химическая эффективность деструкции ПХБ натрием снижается, если концентрация ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе уменьшается ниже (примерно) 125 мг/л.

Пример 5

Разделение углеводородсодержащей жидкости-грунта при акустическом воздействии

Как отмечалось ранее, чистый грунт, выделенный декантацией углеводородсодержащей жидкости после экстракции и деструкции ПХБ содержит 15-17 мас.% углеводородсодержащей жидкой фазы. Выделение данной углеводородсодержащей жидкости является важным в отношении экономики процесса (стоимость углеводородсодержащего экстрагента) и конечной утилизации чистого грунта.

Для исследования выделения углеводородсодержащей жидкости из обработанного грунта (пример 4, образец №10) проводят начальный тест флотации пены следующим образом.

Переносят 500 г грунта, насыщенного углеводородсодержащей жидкостью (образец №10, декантированный), в лабораторную флотационную ячейку на 2 л.

Добавляют 1,6 л горячей (60°С) воды и перемешивают (условие) суспензию грунт-углеводородсодержащая жидкость-вода в течение 2 мин при 1500 об./мин, применяя лабораторную флотационную установку Denver D4 (Denver Equipment Co.).

Прекращают перемешивание и через 2 мин стабилизации покоя декантируют отделившуюся свободно флотирующую жидкую фазу, содержащую углеводород.

Перемешивают (условие) еще 2 мин.

Добавляют еще горячей воды (примерно 0,1 л), доводя уровень пульпы (суспензии жидкость-твердое вещество) примерно на 1 см выше уровня слива из ячейки.

При аэрации, регулируемой посредством воздушного вентиляционного клапана данной установки, удаляют вручную пену в течение 35 мин, периодически регулируя объем пульпы горячей водой, компенсируя объем удаляемой пены до тех пор, пока зрительно пена не будет содержать твердых веществ.

Прекращают перемешивание, 1 мин стабилизации.

Декантируют воду.

Регистрируют влажную массу чистого грунта.

Отбирают образец влажного грунта на анализ.

Анализ чистого грунта показывает:

ОбразецВлажность, %Содержание ПХБ (получено), мг/кгМасло и жир (получено), мг/кгВыделение тв. в-в (мас.% сухого сырья)Выделение углеводородсодержащей жидкостиЧистый грунт (после флотации)14,61,7180096>98

Данные результаты показывают, что флотация пены, обычно применяемый промышленный способ, эффективна для извлечения углеводородсодержащей жидкости из очищенного грунта. Интересно отметить, что остаточное содержание ПХБ в очищенном грунте, хотя и является достаточно низким, чтобы удовлетворять строгим критериям утилизации, выше, чем можно объяснить остаточным содержанием в нем масла и жира, если их суммировать, чтобы остаточная углеводородсодержащая жидкость содержала такое же (39 мг/л) количество ПХБ, как углеводородсодержащая жидкость, отделенная от твердых веществ в конце исследования экстракции/деструкции (пример 4, образец 10).

Эти данные также демонстрируют, что полная деструкция ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе не является необходимой для получения приемлемо низкого содержания ПХБ в очищенном грунте для утилизации. Это важный фактор для экономики способа, так как результаты примера 4 показывают, что химическая эффективность деструкции ПХБ натрием уменьшается, когда остаточная концентрация ПХБ снижается, и становится мешающе неэффективной ниже (примерно) 60 млн.д. ПХБ.

Пример 6

Разделение углеводородсодержащей жидкости-грунта при акустическом воздействии с добавками

Повторяют процедуру примера 5 со следующими модификациями:

добавляемую воду предварительно нагревают примерно до 90°С;

добавляют коммерческий пенообразующий агент (Dowfroth 250, полигликоль, средняя молекулярная масса = 250), постепенно увеличивая количество до общей дозы 20 г/тонну загружаемых твердых веществ, для образования и поддержания лучшей пены, чем получают в начальных тестах без добавления химических реагентов;

регулируют рН пульпы (суспензии жидкость - твердые вещества) до 11,5 при помощи карбоната натрия (0,5 кг/тонну загрузки).

Анализ чистого грунта из данного теста показывает:

ОбразецСодержание ПХБ, мг/кгМасло и жир, мг/кгВыделение тв. в-в (мас.% от сухого сырья)Выделение углеводородсодержащей жидкостиЧистый грунт (после флотации)<142195>99

Эти данные подтверждают применимость флотации пены для разделения углеводородсодержащей жидкости-грунта и показывают, что манипуляцию условиями, такими как рН и дозировка пенообразователя, можно использовать для оптимизации процесса.

Пример 7

Двухстадийная проточная обработка грунта в двух сосудах углеводородсодержащим жидким экстрагентом

Грунты содержат разные количества органических веществ и других материалов, которые могут конкурировать с ПХБ за взаимодействие с натрийсодержащей щелочью. Для исследования влияния разделения операций экстракции и деструкции ПХБ осуществляют следующую последовательность тестов.

150 л используемой углеводородсодержащей жидкости из теста примера 4 возвращают в циркуляционный резервуар с 45,7 кг валовой пробой ПХБ-грунта.

Данную смесь нагревают до 110-115°С и обрабатывают в камере акустического 75 кВ генератора в течение 3 ч при частоте 105 Гц, мощности 10-12 кВ. (Отметим: применение установок меньшей мощности относительно максимальных 75 кВ генератора основано на обеспечении интенсивности перемешивания, аналогичной достигаемой на следующей стадии увеличения масштаба. Применяя камеры на каждом конце генератора (например, см. также фиг.9А в патенте США 5005773) и увеличивая мощность до 75 кВ, обеспечивают такую же потребляемую мощность (кВ/т) примерно для 15-кратного количества материала, то есть партии размером 0,6-1 т. Большие загрузки можно обрабатывать при эквивалентном потреблении мощности, увеличивая время обработки или количество генераторов.

Образцы углеводородсодержащей жидкой фазы из данного теста анализируют, показывая:

Образец №Время акустического воздействия (мин)ПХБ, мг/лПримечания0044Возвращенная в цикл углеводородсодержащая жидкость115190Экстракция за 45 мин нагревания плюс 15 мин акустического воздействия245215 3135213 4195219 

Так как точность ПХБ-аналитических результатов обычно составляет +/-10%, эти данные показывают по существу полное взаимодействие за 45 мин и >90% экстракции за время нагревания+15 мин акустического воздействия.

Взаимодействующую суспензию сливают из циркуляционного резервуара и проводят первичное разделение углеводородсодержащей жидкости-грунта декантацией вручную. Отделенную углеводородсодержащую жидкость, 140 л, возвращают в циркуляционный резервуар вместе с 60 л использованной углеводородсодержащей жидкости, собранной из других тестов. Затем объединенный образец углеводородсодержащей жидкости нагревают до 110°С в токе продуваемого газообразного азота и закачивают через камеру генератора (10-11 кВ, 105 Гц), добавляя инкременты металлического натрия.

Далее приведены аналитические результаты данного теста:

Образец №ПХБ, мг/лДобавка натрия (г)Примечанияинтервалкумулятивно127100Перемешанная углеводородсодержащая жидкость2177200200 390200400 445200600 

Эти данные показывают такую же тенденцию, как и результаты из примера 4, то есть химическая эффективность восстановления ПХБ натрием снижается со снижением остаточного ПХБ, в особенности ниже 100 млн.д. Однако общая эффективность натрия для данного теста примерно на 28% выше результатов примера 4.

Так как по оценкам цена металлического натрия (в Канадских долларах $3/фунт, навалом) составляет самый большой компонент стоимости операций обработки, следовательно, деление углеводородсодержащей жидкости-грунта перед обработкой натрием может быть предпочтительным выбором для операций способа на грунтах с высоким паразитическим потреблением натрия.

Пример 8

Двухстадийная проточная обработка грунта в двух сосудах экстрагентом: углеводородсодержащая жидкость/вода

Так как эффективность натрийсодержащей щелочи выше при больших концентрациях ПХБ в жидком экстрагенте, содержащем углеводород, рассматривается соображение проводить акустическую экстракцию жидкой смесью воды и углеводородсодержащей жидкости для достижения большей концентрации ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе. Предполагается также, что водорастворимые и гидрофильные компоненты почвы (возможные участники паразитического потребления натрия) могут удерживаться в водной фазе.

Лабораторный тест по определению масштабов дает обнадеживающие результаты (1700 мг/л ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе), так пилотный тест проводят следующим образом:

загружают 110 л воды и 20 л керосина в циркуляционный резервуар;

нагревают смесь до 92°С с циркуляцией при помощи насоса;

загружают 46,3 кг валовую пробу грунта;

отбирают образец (углеводородсодержащая жидкость, то есть фаза, обогащенная керосином);

включают генератор на 10-11 кВ для интенсивного перемешивания циркулирующей суспензии;

через 120 мин отбирают образец циркулирующей суспензии для анализа углеводородсодержащей жидкой фазы и исследования очистки грунта (см. ниже).

Далее приведены результаты анализа углеводородсодержащей жидкой фазы:

Образец №Время акустической экстракции (мин)Содержание ПХБ, мг/лПримечания101616циркуляция в горячем виде при помощи насоса21201747акустическое воздействие

Данные результаты подтверждают целесообразность получения высокого содержания ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе посредством экстракции грунта жидкой смесью вода-углеводородсодержащая жидкость.

Для оценки конечной очистки грунта образец 120 мин -суспензии обрабатывают следующим образом:

декантируют фазы углеводородсодержащей жидкости и воды с осадившихся твердых веществ;

нагревают смесь жидких фаз до 90°С;

переносят на сепараторную воронку и декантируют водную фазу (слив);

переносят 500 г твердых веществ грунта (насыщенных) в установку для исследования флотации, описанную в примере 5;

добавляют в ячейку водную фазу из операции деления воды-

углеводородсодержащей жидкости (примерно 1,75 л), допуская слив

пены;

выдерживают (перемешивание) в течение 2 мин, затем флотируют в течение 30 мин (рН раствора во время исследования составляет 11,7; начальное качество пены плохое, но в течение исследования оно улучшается);

прекращают флотацию и декантируют оставшуюся воду;

регистрируют влажную массу грунта;

сушат грунт на воздухе в течение ночи, регистрируют сухую массу;

образец грунта анализируют на ПХБ.

Очищенный грунт имеет следующие параметры:

  влажная масса (из 500 г влажной загрузки)395 г
(˜80% извлечение)сухая масса335 гсодержание ПХБ от сухой массы48 г

Данные результаты демонстрируют целесообразность извлечения >90% содержащегося в грунте ПХБ посредством одностадийной экстракции смесью вода-углеводородсодержащая жидкость с получением содержания ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе в пределах 1750 мг. Содержание ПХБ в очищенном грунте находится на границе применимых критериев утилизации (максимум 50 млн.д. ПХБ для безопасного захоронения против сжигания или другой методики деструкции ПХБ, требующей >50 млн.д. ПХБ в отходах). Таким образом, требуется вторая противоточная стадия экстракции при низком ПХБ-содержании в углеводородсодержащей жидкости с акустической обработкой смеси вода-углеводородсодержащая жидкость.

Жидкую фазу, содержащую углеводород, со стадии декантации смеси вода-углеводородсодержащая жидкость переносят в лабораторную (низкой интенсивности) систему перемешивания, нагревают до 110-115°С и обрабатывают постепенно накапливающимися дозами гранулированного (3×0,1 мм) натрия с целью исследования эффективности взаимодействия натрия и ПХБ, применяя углеводородсодержащий жидкий экстракт с высоким содержанием ПХБ и получая следующие результаты:

Образец
№ПХБ,
(мг/л)Доза натрия (г/л)Примечания1183200Увеличение концентрации от 1747 вследствие выпаривания21262,62,6Явная высокая эффективность натрия3342,65,2Потеря эффективности при низкой конц. ПХБ

Эти данные показывают существенное улучшение эффективности натрия по сравнению с результатами примера 7. Для снижения количества ПХБ от 1832 до 126 мг/л (93% деструкция) потребление натрия только в 5 раз выше стехиометрически необходимого по сравнению с 30-кратным количеством для достижения 45 мг/кг в примере 7. Для снижения количества ПХБ от 126 до 34 мг/л требование избытка натрия над стехиометрическим количеством возрастает примерно в 87 раз, что явно показывает нежелательность (в смысле эффективности натрия) углеводородсодержащего жидкофазного экстракта с высоким содержанием ПХБ. Однако общая эффективность в данном примере (от 1832 до 34 мг/л) составляет примерно 10-кратное стехиометрическое количество, что является очень существенным улучшением по сравнению с требованием 30-кратного стехиометрического количества в примере 7.

Пример 9

Экстракция и деструкция ПХБ из электрических балластов

Образец концентрированной балластной смолы получают от Contech Ltd. Richmond, ВС.Contech является фирмой, которая использует собственную технологию (низкотемпературную очистку истиранием) для выделения металлических компонентов из ПХБ-балластного лома. Металлическую фракцию, обычно содержащую <40 мг/кг ПХБ, продают предприятию по повторному использованию меди. Отделенную фракцию смолы (высокое содержание ПХБ) с остатками металлов, бумаги и мусора перевозят лицензированным операторам по сжиганию опасных отходов в Alberta для деструкции.

Имеющийся образец балластной смолы (11,1 кг объемом примерно 18 л, то есть с низкой объемной плотностью) сначала обрабатывают в пилотной системе следующим образом:

переносят 100 л свежего керосина и 11, 1 кг балластной смолы в циркуляционный резервуар и нагревают до 105°С с циркуляцией при помощи насоса (время контакта 2 ч при Т>60°С);

подают поток инертного газа и включают акустический генератор при 10 кВ;

через 15 мин акустической экстракции отбирают базовый образец на анализ ПХБ в углеводородсодержащей жидкой фазе и начинают постепенное добавление натрия.

Начальную фазу теста прекращают через 165 мин акустической обработки по двум причинам: высокая потребность в натрии и визуальное наблюдение относительно больших недиспергированных частиц смолы. Был выполнен обзор литературы по компонентам балластов, который показал, что выдуваемые воздухом асфальтовые компоненты содержат высокую долю фенольных (эффективно кислотных) материалов.

Затем снова включают исследовательскую систему и добавляют по 150 г грубой и мелкой негашеной извести (оксид кальция) для нейтрализации кислотных (потребляющих натрий) компонентов смеси. Затем в течение еще 270 мин проводят акустическую обработку образца и постепенно добавляют натрий.

Далее суммированы данные исследования:

Образец №ПХБДобавка натрияПримечаниятв. в-ва (мг/кг)углеводородсодержащая жидкость, мг/линтервалкумулятивноБалластная смола1200   ±20% вследствие гетерогенности образца1 11200 2 112125125 3 1050125 46097150275 543920275 Выключение через 270 мин. Повторное включение с добавлением извести 30 кг/т1А 1060275не увеличенная экстракция при нагревании2А 9125400явное важное улучшение эффективности натрия3А 6125525 4А 80525 5А470525 

Эти данные подтверждают целесообразность акустической обработки балластной смолы в керосине и восстановления ПХБ натрием, а также показывают благоприятное действие добавления негашеной извести в отношении эффективности натрия.

Время (270 мин) акустической обработки горячей смеси, необходимое для достижения концентрации остаточного ПХБ 43 млн.д., показывает сложное (относительно грунта) экстракционное поведение балластной смолы. Однако его можно смягчить дроблением загружаемого материала, который является относительно грубым (˜10% +1/4 дюйма (0,6 см)).

Пример 10

Подтверждающий тест - эффективность натрия, повышенная добавлением соды

В соответствии с методикой примера 9 проводят дополнительное исследование со следующими корректировками:

используют новую пробу балласта и повышают содержание смолы в загрузке до 29 кг/100 л керосина;

время акустического перемешивания до добавления натрия повышают до 9 ч;

соду (50 г/кг смолы) добавляют к суспензии смола-керосин через 8 ч перемешивания (то есть за 1 ч до первого добавления натрия);

натрий добавляют, постепенно увеличивая его количество, двумя дозами по 1,0 г/л (100 г/100 л углеводородсодержащей жидкой фазы), оставляя 2 ч на перемешивание между добавками натрия и затем отбирая образец, чтобы убедиться в завершении взаимодействия.

Далее суммированы аналитические результаты:

Образец №ПХБДоза натрия (г/100 л)Примечаниятв.в-ва (мг/кг)жидк. (мг/л)интервалкумулятивноБалластная смола1760---±20% вследствие гетерогенности образца1) жидкий экстракт-51000 2) первое восстановление-180100100Большое увеличение начальной эфф-ти натрия3) второе восстановление-57100200Эквивалент примера 9, образцы 1А и 2А

Начальное содержание ПХБ в углеводородном экстракте в данном тесте выше, чем в примере 9 из-за более высокой доли (29 кг/100 л относительно 11,1 кг в примере 9), а также более высокого содержания ПХБ в новом образце (1760 мг/кг).

Эффект добавления соды на начальную эффективность натрия в данном тесте показан путем сравнения изменения содержания ПХБ от образца №1 к №5 примера 9 (концентрация ПХБ уменьшается от 112 до 92 мг/л после добавления 275 г натрия/100 л экстракта) при снижении концентрации ПХБ от 510 до 180 мг/л после добавления 100 г натрия/100 л в текущем тесте с добавкой соды перед любой добавкой натрия. Начальная эффективность натрия в данном тесте примерно в 60 раз выше, чем в примере 9 (до добавки соды).

Для второй обработки натрием в текущем примере уменьшение содержания ПХБ (образцы 2-3: 180-57=123 мг/л для добавки натрия 100 г/100 л) является благоприятным по сравнению со второй фазой примера 9 (образцы 1А-2А: 106-9=97 мг/л для добавки натрия 125 г/100 л). Однако соотношение эффективности натрия для данного примера (образцы 2 и 3) и примера 9 (образцы 1А и 2А) составляет только 1,6. Принимая во внимание отмеченную ранее тенденцию снижения эффективности натрия при низких концентрациях ПХБ, считают, что данные результаты являются эквивалентными.

В целом, результаты данного примера подтверждают благоприятный эффект добавки соды на эффективность натрия при обработке балластной смолы способом экстракции ПХБ углеводородом/деструкции ПХБ натрием.

Таким образом, притом, что данное исследование описано со ссылкой на иллюстративные примеры, это описание не предназначено для ограничения. При обращении к данному описанию специалистам в данной области будут ясны различные модификации иллюстративных вариантов, а также другие варианты данного изобретения. Следовательно, предполагается, что приложенная формула изобретения охватывает любые такие модификации или варианты, которые попадают в область данного изобретения.

Изобретение касается обработки сред, загрязненных полихлорированным бифенилом посредством объединения данной среды с жидкостью, содержащей один или несколько жидких углеводородов, с получением смеси среда/жидкость, акустической обработки данной смеси при аудиочастоте с целью экстракции полихлорированного бифенила из среды в жидкость, и обработки полученной жидкости натрийсодержащим щелочным металлом. Данный способ может включать дополнительные стадии для уменьшения размера частиц среды. После акустической обработки данную жидкость можно декантировать со среды и обработать отдельно натрийсодержащим щелочным металлом. Технический эффект - возможность мобильной обработки среды на месте загрязнения, эффективное разрушение загрязнений за минимальное количество стадий обработки 2 н. и 33 з.п. ф-лы, 4 ил., 13 табл.

1. Способ обработки среды, загрязненной полихлорированным бифенилом, включающий следующие стадии:

объединение указанной среды с жидкостью, содержащей один или несколько жидких углеводородов, с получением смеси среда/жидкость;

акустическая обработка указанной смеси при аудиочастоте для экстракции полихлорированного бифенила из среды в жидкость; и

обработка полученной жидкости натрийсодержащим щелочным металлом.