Автор: Гречко А. В.

Доктор технических наук А. В. ГРЕЧКО, ведущий научный сотрудник Института "Гинцветмет"

Человечество в процессе развития достигло поистине грандиозных успехов. Раскрыты тайны атома, построены космические станции, создан искусственный интеллект. Но существует и обратная сторона медали. В процессе функционирования различных производств образуются многочисленные вредные отходы. Одни из них достаточно хорошо изучены и с ними люди научились бороться (предотвращение образования, сокращение выбросов, утилизация или уничтожение). Другие же, прежде всего обширная группа высокотоксичных соединений типа диоксинов, фуранов и др., пока мало изучены и представляют собой очень большую опасность. Их даже окрестили "химическим СПИДом", "гормонами деградации" и врагом экологии N 1.

Первые публикации о диоксинах появились в 1956- 57 гг. Речь шла о роли высокотоксичных соединений в возникновении профессиональной болезни у работников химической промышленности - хлоракне (переизбыток в организме хлора и его соединений). Затем об этой проблеме "забыли" и вспомнили о ней лишь в 1968 г. В ходе исследований ученые ряда стран обнаружили диоксины в твердых бытовых отходах, т. е. в обычном мусоре.

Что же это за вещества и когда они "вышли из подполья"? Диоксины, так же как фураны и некоторые другие, входят в обширную группу высокотоксичных соединений и относятся к ксенобиотикам, т. е. к чужеродным для живых организмов веществам, которые поступают в круговорот природы с продукцией или отходами многочисленных технологий. С химической точки зрения диоксины представляют собой семейство гомологов ^* и изомеров ^** три- и бициклических галогенорганических соединений. Причем их количество зависит от степени насыщения атомами хлора и брома и составляет несколько тысяч, что говорит о редком по сложности структурном разнообразии диоксина.

Одним из отличительных свойств этих веществ является способность, подобно радиации, накапливаться в человеческом организме и, передаваясь по наследству, приводить к мутациям на генном уровне. Медики констатируют: безопасных доз диоксинов не существует. Даже в малых концентрациях они поражают практически все формы живой материи. Одна молекула такого вещества способна нарушить нормальную клеточную деятельность и вызвать цепь реакций, нарушающих функции организма. Диоксины влияют и на рецепторы клеток, ответственных за работу гормональных систем. При этом возникают эндокринные и гормональные расстройства, изменяется содержание половых гормонов, а также гормонов щитовидной и

^* Гомологический ряд - последовательность органических соединений с одинаковыми функциональными группами и однотипным строением, каждый член которой (гомолог) отличается от соседнего на постоянную структурную единицу, обычно метиловую группу СН ₂ (прим. ред.).

^** Изомеры - химические соединения, одинаковые по составу молекулярной массы, но различающиеся по строению или расположению атомов в пространстве и, следовательно, по свойствам (прим. ред.).

стр. 4

поджелудочной желез, что увеличивает вероятность развития сахарного диабета и т. д.

Детям такие расстройства передаются с молоком матери, в результате они отстают в развитии, их обучение затрудняется, а у молодых людей появляется синдром "преждевременного старения". Вместе с тем повышается вероятность бесплодия, выкидыша, врожденных пороков и прочих аномалий. И это еще не все. Диоксины воздействуют на иммунитет человека, в результате у него увеличивается восприимчивость к инфекциям, возрастает возможность появления аллергических реакций, онкологических и других тяжелых заболеваний.

К особым свойствам этих вредных веществ следует отнести их стойкость к химическому, биологическому и фотолитическому воздействию. Они также обладают высокой термической стабильностью и начинают разлагаться лишь при температуре 1200-1250С. А ведь диоксины содержатся не только в твердых бытовых отходах. Их находят в продукции химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленности, в предметах больничного хозяйства, в изделиях военно-промышленного комплекса и т. д.

Борьба с этими высокотоксичными соединениями ведется во многих странах мира, причем практически везде одинаково - вывоз зараженных материалов на полигоны (мусорные свалки) и термическая их переработка (сжигание). Однако ни тот, ни другой метод не отвечают современным требованиям экологии. Дело в том, что на полигонах в толщах отходов идут процессы аэробного и анаэробного разложения, отстаивания, испарения, т. е. выделения вредных веществ в окружающую среду, что особенно опасно при широко распространенной практике несанкционированных (стихийных) мусорных свалок. Кроме того, отчуждение земельных участков под эти захоронения усугубляет состояние окружающей среды.

Второй метод - сжигание - и того хуже. Ведь процесс протекает при относительно низких температурах (600-900С), скажем, в печах (котлоагрегатах) с колосниковыми решетками. Вследствие чего происходит наиболее интенсивное образование диоксинов и одновременно остаются вторичные (несгоревшие) твердые отходы (25-30% от всего объема), зараженные ядовитыми веществами. Но самое страшное - их тоже отвозят на свалки, что, как считают специалисты, может привести к непредсказуемым последствиям. Не случайно сегодня сложилась парадоксальная ситуация: в странах, где построено наибольшее количество мусоросжигающих заводов, экология не улучшилась, а значительно ухудшилась. По некоторым данным (при обследовании различных объектов в Германии и Швеции), в фильтрате складируемого на одном из полигонов мусора диоксина оказалось в 100 раз больше, чем в выбросах, проходящих обезвреживание на заводах. Иначе говоря, сжигающие установки превратились в своеобразные "поставщики" и "производители" высокотоксичных соединений, что породило новую экологическую проблему. Как быть?

Давайте рассмотрим круговорот этих вредоносных веществ в природе. Начнем со свалок и складирования отходов. Отсюда диоксины попадают в атмосферу, водоемы и почву. Затем они накапливаются в кормах, овощах и фруктах, продуктах животного мира (молоко, мясо, яйца и пр.) и возвращаются в том или ином виде опять же к человеку с соответствующими губительными последствиями. Сейчас во многих странах ищут способы рекультивации (восстановления) загрязненных земель. Однако такие наиболее эффективные приемы, как термическая и световая "атака" на диоксины непосредственно в почвах, пока еще находятся в первичной стадии разработки,

стр. 5

Схема переработки хлорсодержащих отходов в барботируемом расплаве шлака (в печи Ванюкова):

1 - ванна шлака;

2 - дутьевое устройство;

3 - подача воздуха;

4 - частицы отходов и брызги расплава;

5 - загрузочное устройство;

6 - подача твердых бытовых отходов;

7 - аптейк (газоход) печи;

8 - отходящие газы.

причем применение их - очень дорогое удовольствие.

Но ведь остановить все производства, в которых вырабатываются диоксины, невозможно. Остается лишь единственный выход - всеобъемлющая и правильная переработка промышленных и бытовых отходов. Для этого необходимо разрушить структурную решетку данных веществ до простых составляющих и одновременно гарантировать необратимость запланированных превращений.

Собственные научные изыскания и анализ многочисленных публикаций на эту тему позволили нам определить основные условия, обеспечивающие решение поставленной задачи. Прежде всего - высокая температура процесса переработки (свыше 1250 ^о С), причем он (процесс) должен длиться не менее 2 с. Во-вторых, речь идет о термической мгновенности операции, т. е. обрабатываемый материал (отходы) в этот температурный "ад" должен попадать сразу, без всякой предварительной подготовки.

Реализовать это на практике стало возможным только благодаря использованию барботажного агрегата - печи плавки в жидкой ванне, названной по имени ее создателя "печью Ванюкова" ^* . Она представляет собой высокую шахту с ванной расплава шлака, подаваемыми через отопительно-дутьевые устройства (фурмы, топки). При работе в шахте создается зона, насыщенная брызгами (каплями) расплава, куда и производится подача (загрузка) обрабатываемого материала.

Анализ результатов показывает: выполнение вышеназванных условий приводит к разрыву связей в структурной решетке обрабатываемых веществ и, в конечном счете, к ее деградации. Разрушение диоксинов, таким образом, становится необратимым. Испытания, проводимые на Рязанском опытно- экспериментальном металлургическом заводе (производительность - до 50 т твердых бытовых отходов в сутки), полностью подтвердили наши теоретические предпосылки.

^* См.: А. В. Гречко. Медеплавильный завод будущего. - Наука в России, 1998, N 3 (прим. ред.).

стр. 6

Исследование газопылевого потока изучали совместно с Академией коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, а пробы на токсичные соединения анализировали в независимой специализированной организации. Причем методика определения высокотоксичных соединений соответствовала международной классификации N 1613 ЕРА (Environmental Protection Agency, США).

Как оказалось, даже при самых неблагоприятных условиях испытании концентрация диоксинов и сопутствующих им вредных веществ на выходе была на несколько порядков ниже предельно допустимых норм, принятых в мировой практике, а иногда их не было вообще. Хроматографический анализ подтвердил, что отходный газ содержит простые составляющие (N ₂ , О ₂ , СО ₂ , Н ₂ О), а микропримеси (НСl, HF, SO ₂ и др.) находятся ниже предельно допустимого значения, причем вторичные диоксины в печи не образуются.

Все это позволяет утверждать: создана экологически чистая и практически безотходная технология переработки (утилизации) бытовых и других токсичных промышленных отходов. Кстати сказать, Государственная экологическая экспертиза была положительной, получены Государственные патенты.

Permanent link to this publication: