Состояние и пути решения проблемы утилизации пестицидов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Состояние и пути решения проблемы утилизации пестицидов

Н.Н. Киселев,

В.Ф. Филатов

Украинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт горной геологии, геомеханики и маркшейдерского дела НАН Украины, Донецк

Annotation

N.N. Кiselyov, V.F. Filatov

STATUS AND WAYS OF THE DECISION OF

A PROBLEM OF PESTICIDES RECYCLING

The Ukrainian research and design institute of mining geology, geomechanics and mine-surveyor business, National Academy of Sciences of Ukraine, Donetsk

The situation folded in the field of handling pesticides is analysed in the article. Information on the terms of storage of useless for application and forbidden pesticides is resulted. The known methods of utilization of pesticides are considered. A new conception of utilization is certain.

Общие потери урожая в мире от вредителей, болезней растений и сорняков составляют около 34 % от потенциально возможного урожая [1], причем наибольшие потери отмечаются в развивающихся странах и существенно меньшие в экономически развитых странах, где широко используют различные средства и способы защиты растений.

Из многочисленных современных средств и методов защиты наибольшее значение имеет химический метод, основанный на применении пестицидов. Технология их производства непрерывно развивается. К настоящему времени разработаны и используются в мировой практике около 300 пестицидов различных наименований.

В последние годы особую значимость и актуальность приобретают токсикологические аспекты воздействия пестицидов на экосистему, связанные с накоплением больших количеств непригодных к применению и запрещенных пестицидов. Только по Донецкой области, по данным Донецкой государственной станции защиты растений, насчитывается 288 складов, на которых размещена 821 т пестицидов, из них 128 т - препараты, запрещенные к применению. По химическому составу: хлорсодержащие - 40,3 %, азот - 19 %, сера - 12,9 %, фосфор - 8,9 %, мышьяк - 2,69 %, ртуть - 2 % и фтор - 0,5 %. По Днепропетровской области по результатам инвентаризации на начало 2005 года на 185 складах хранится более 1000 т подобных ядохимикатов. А в целом по Украине, по данным Межведомственного экологического центра Национальной академии наук и Минэкобезопасности Украины [2], только на складах агропромышленного комплекса находится 15 тыс. тонн непригодных пестицидов, которые хранятся на 4000 необорудованных складах, с грубыми нарушениями экологической и санитарной безопасности.

Практически все складские помещения построены в 60-70-х годах прошлого века, из них 22% - разрушены, 70% - не отвечают требованиям санитарных норм. В некоторых хозяйствах пестициды хранятся в неприспособленных помещениях, а иногда и под открытым небом. Значительная часть складов расположена в водоохранных зонах и в местах с высоким уровнем грунтовых вод. Под воздействием ветра, солнца, дождя и снега пестициды разлагаются. Продукты разложения загрязняют воздух, почву и попадают в подземные воды. Шлейф загрязнения, как правило, распространяется на значительные расстояния от источника. При этом в естественных условиях могут образовываться новые высокотоксичные соединения. Все это может привести к непредсказуемым последствиям, экологическим катастрофам.

Серьезность этой проблемы в международном масштабе подтверждается тем фактом, что по решению Стокгольмской конвенции 2001 г., определившей список стойких органических загрязнителей, из двенадцати наиболее опасных для окружающей среды и здоровья людей хлорсодержащих веществ, девять относятся к пестицидам: ДДТ, амдрин, диэльдрин, эндрин, хлордан, гептахлор, мирекс, токсафен, гексахлорбензол. В Украине запрещены к применению пестициды 36 наименований, ранее выпускавшиеся в промышленных объемах.

Вопрос утилизации пестицидов возник практически одновременно с их созданием, однако именно сейчас, когда их накопление достигло количества, угрожающего безопасности экосистемы, он встал наиболее остро.

К настоящему времени известны и практически в той или иной мере применяют следующие основные способы утилизации пестицидов: химический; микробиологический; сжигание; термохимический; иммобилизация.

Химический - заключается в том, что пестициды очищают с использованием сложных реагентов на специальном стационарном оборудовании по схеме: озонирование, коагуляция, ионный обмен [3]. При этом имеет место значительная эмиссия загрязняющих веществ по всей технологической цепочке.

Микробиологическая утилизация основана на способности различных штаммов микроорганизмов в процессе жизнедеятельности разлагать или усваивать в своей биомассе некоторые органические загрязнители, в результате чего пестициды преобразуются в стабильный продукт, подобный гумусу, который можно использовать для улучшения состава почвы [4]. Этот метод разработан для утилизации фосфорорганических пестицидов. Требует отвода земельных участков под компостные ямы и штабеля, а также санитарно-защитные зоны. Характеризуется большой длительностью технологического процесса: 3-4 года для стойких пестицидов типа амидофос, карбофос, фосфамид и др. При этом в процессе биообезвреживания происходит вторичное загрязнение атмосферного воздуха продуктами гниения клеток микроорганизмов - сероводородом и аммиаком.

Сжигание заключается в том, что органические вещества подвергаются высокотемпературному окислению атмосферным кислородом до простейших термодинамически устойчивых газообразных продуктов - углекислого газа, воды, оксидов фосфора и серы, хлористого водорода и азота. Перед выбросом в атмосферу содержание этих веществ в отходящих газах снижают до приемлемых уровней с помощью специальных очистных систем. Совершенствованию этого способа в настоящее время уделяется много внимания. Известен опыт сжигания пестицидов в камерах сгорания ракетных двигателей [5]. При горении ракетного топлива развиваются температуры 2000-3500 ⁰С, при которых любые химические соединения переходят в плазменное состояние и способны к полному окислению. Один из вариантов - использование плазменных реакторов [6], в которых создаются температуры до 30000 ⁰С и в результате любые химические соединения разлагаются на атомы и ионы.

Термохимический способ представляет комбинированный метод, разработанный ТОО «Элга» (г. Шостка, Украина) [7]. Подлежащий утилизации хлор-, серо- или фосфорорганический пестицид смешивают с гидролизующим веществом и загружают в реактор емкостью до 60 кг. После герметизации реактора поднимают температуру в нем до 200-250 ⁰С и давление до 0,4-0,6 МПа, и выдерживают в течение 1-2 ч. При этом начинается процесс выделения пиролизных газов. Далее температуру в реакторе повышают до 5000 ⁰С и ведут пиролиз до полного окончания выделения газов, которые подаются на очистку и высокотемпературное 1300-1500 ⁰С каталитическое дожигание.

Иммобилизация предполагает введение пестицидов в различные материалы - бетон, асфальт и т.п. [8]. Не нашел широкого применения из-за того, что не исследовано в достаточной мере, как проявят себя пестициды в условиях длительной интенсивной эксплуатации пестицидсодержащих иммобилизантов.

Анализ известных способов утилизации пестицидов показывает, что всем им присуща стадия подготовки, содержащая специальные работы по сбору пестицидов на местах их хранения, погрузке в вагоны или автотранспорт, транспортировке к месту утилизации и разгрузке на заводе-переработчике, и требующая значительных денежных затрат и организационных усилий. К тому же следует учесть, что эта технологическая цепочка несет в себе потенциальную экологическую угрозу на каждом из этапов ее реализации.

Что касается непосредственной утилизации, то следует отметить, что практически все способы небезопасны, требуют стационарного оборудования, технологически сложны и энергоемки, и это определяет их высокую стоимость. В результате ежегодное накопление подлежащих утилизации пестицидов на Украине значительно превышает количество утилизируемых.

В целом, проблемы утилизации пестицидов, хранящихся на складах регионов известны. Многие производственные и научно-исследовательские организации занимаются решением этих задач. Однако до настоящего времени нет достаточно эффективного технического решения.

По нашему мнению, необходим новый подход к развязыванию этой проблемы.

Прежде всего, с целью снижения степени риска возникновения экологической катастрофы и уменьшения затрат следует отказаться от операций по сбору и транспортировке пестицидов к месту их переработки. Утилизацию пестицидов необходимо производить непосредственно на местах их хранения, в том числе и в полевых условиях. Для этого должна быть разработана простая технология с использованием недорогих, доступных реагентов и несложного мобильного стандартного оборудования, учитывающая химико-физические особенности каждого пестицида. Задача сложная и требует проведения специальных фундаментальных и прикладных исследований на базе единой общенациональной Программы.

Институтом УкрНИМИ НАН Украины в рамках внутриинститутской поисковой работы были выполнены определенные исследования, в результате которых определена новая концепция утилизации пестицидов, суть которой заключается в том, что весь процесс утилизации осуществляется в два этапа. На первом этапе с помощью специальных реагентов нейтрализуется активная часть пестицида. На втором этапе непрореагировавшие остатки пестицида блокируются связующим веществом, уплотняются и формируются в виде брикетов. Полученные брикеты можно использовать как крупный заполнитель в железобетонных технических сооружениях.

Предложенная концепция апробирована на пестицидах - представителях двух классов: галогенпроизводных (хлорсодержащие) - ДДТ и нитрофенолов - ДНОК.

ДНОК - инсектицид с ярко выраженной токсичностью при поступлении через дыхательные пути. Обладает кожно-резорбтивным действием. Кумулятивные свойства его ярко выражены. Рекомендуемый способ утилизации [9] - захоронение в траншеях с гидроизоляцией, обособлено от других препаратов, в плотно закрытой таре.

ДДТ - инсектицид, высокотоксичен при поступлении через дыхательные пути и кожу, с резко выраженной кумуляцией. Из-за большого периода полураспада - от 6 лет-до 21 года, с 1970 года запрещен к применению в сельском хозяйстве.

Рекомендуемый способ утилизации [9] - захоронение в траншеях с гидроизоляцией. На 23 образцах нами были отработаны два варианта предполагаемых составов нейтрализующих композиций для ДНОК и ДДТ (таблицах 1 и 2).

Таблица 1 - Композиция I (массовая доля пестицида - 10 %)

Таблица 2 - Композиция II -(массовая доля пестицида - 25 %)

Работы по нейтрализации осуществлялись в следующем порядке.

По композиции I - в заранее подготовленную шихту, содержащую лигнин, золошлак и цемент вводится с тщательным перемешиванием пестицид. Затем вводится раствор аммиака и перемешивается в течение 5-7 минут. После этого добавляется жидкое стекло и вода в количестве, обеспечивающем перевод смеси в пластичное состояние. Готовая масса раскладывается в формы и тщательно виброуплотняется. Через 1 сутки после твердения в естественных условиях полученные брикеты извлекают из форм. А спустя 7 суток после набора предварительной прочности получаем экологически безопасные брикеты, надежно блокирующие нейтрализованный пестицид.

По композиции II - пестицид вводится в шихту: лигнин, цемент ГИР и тщательно перемешивается. После этого вводится раствор аммиака и перемешивается в течение 5-7 минут. Затем добавляется вода в количестве, необходимом для перевода массы в пластичное состояние. Далее выполняются те же операции, что и в композиции I.

Полученные пестицидсодержащие брикеты были исследованы методом тонкослойной хроматографии на остаток действующего вещества.

Результаты анализов показали, что утилизация препарата ДНОК по принятой технологии с использованием композиции I обеспечила снижение его токсичности в 200 раз. Содержание динитроортокреозола снизилось с 40% до 0,2 %. Для пестицида ДДТ композиция I оказалась недостаточно эффективной. Остаток действующего активного вещества существенно понизился, но при этом еще значительно превышал допустимые концентрации. Наиболее результативна для ДДТ композиция II. Анализ брикетов показал, что содержание суммы изомеров в них снизилось с 27,85 % до 0,3 %.

Таким образом, результаты исследований подтверждают правильность выбранного направления. Развитие этой концепции является сложной научно- технической задачей, поскольку для каждого вида пестицидов, с учетом его индивидуальных химико-физических особенностей необходимо создать корректную нейтрализующую композицию из недорогих доступных реагентов, а также разработать технологию, позволяющую выполнять утилизацию ядохимикатов непосредственно на местах их хранения, в том числе и в полевых условиях.

Необходима постановка и проведение спеиальных фундаментальных и прикладных исследований в данной области.

утилизация токсичный пестицид ядохимикат

Перечень ссылок

1. Мельников Н.Н. Пестициды. - М.: Химия, 1987. - 712 с.

2. Крайнов И.П., Скоробогатов В.М. Компостирование непригодных пестицидов//Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2003. - № 2. - С. 43-46.

3. Вайсман Я.И. Утилизация хлорорганических пестицидов//Экология и промышленность России. - 2002. - Декабрь. - С.34-35.

4. Інструкція по знешкодженню непридатних фосфорорганічних пестицидів і похідних хлорфеноксиоцтової та карбамінової кислот методом компостування: Затв. Республ. ВНО Укрсільгоспхімія, 12.02.91 р. - К., 1991. - 35 с.

5. Федоров Ю.Ф. Утилизация пестицидов, запрещенных к применению//Химия в сельском хозяйстве. - 1994. - №3. - С.26.

6. Вайсман Я.И. Плазмохимическая утилизация токсичных органических отходов//Экология и промышленность России. - 1998. - Октябрь. - С.24-25.

7. Мальований М.С. Шляхи утилізації твердих відходів//Екологічний вісник. - 2004. - Січень-лютий. - с.10-11.

8. Крайнов И.П., Боровой И.А. и др. Ликвидация непригодных пестицидов// Экотехнологии и ресурсосбережение. - 1999. - №2. - С. 47-52.

9. Экология и безопасность: Справочник /Под. ред. Рыбальского Н.Г. - М.: ВНИПИ, 1992. - Т. 1 и 2. - 305 с.

Размещено на Allbest.ru