Настоящее и будущее в области химико-бактериологического обеззараживания

Техник из объединенного отряда штурмовых истребителей обрызгивает самолет F-16 перед окончательным тестом качества обеззараживания. Целью теста является быстрая обработка всего самолета и возвращение его в строй

Обеззараживание – это процесс удаления, снижения или нейтрализации опасных уровней загрязнения. Присущая обеззараживанию непростая задача – это найти решения, которые не причинят вреда личному составу, использующему дезактивирующее средство, и не ухудшат свойств материала, на котором оно применяется. Военные действия с применением химических веществ широко не велись до Первой мировой войны, но с тех пор обеззараживание на поле боя стало высоким приоритетом для всех родов войск по всему миру. Способность быстро восстанавливать силы после химической, биологической, радиологической или ядерной атаки (ХБРЯ) всегда рассматривалось как важное средство сдерживания для тех, кто попытался бы применить ХБРЯ. Либо выполняя обычную боевую задачу, либо смягчая последствия террористической атаки, необходимо чтобы химическое обеззараживание могло справиться с широким кругом угроз. Две статьи «Настоящее и будущее в области химико-бактериологического обеззараживания» и «Химико-биологическое обеззараживание нового поколения» раскрывают различные аспекты ориентированных на будущее тенденций обеззараживания.

Химические задачи химико-бактериологического обеззараживания на основе растворов

Первоначальные решения по обеззараживанию включали методы, в которых использовалось физическое удаление наряду с нейтрализацией. Сегодня удаление и нейтрализация все еще рассматриваются в качестве допустимых решений; впрочем, оба этих метода представляют собой некоторую проблему.

Удаление и/или нейтрализация

Одним из эффективных методов удаления при обеззараживании личного состава, транспортных средств и оборудования является горячая мыльная вода. Это простой низкотехнологичный метод, экономичный и требующий небольшого объема обучения. Свойства горячей мыльной воды основываются на способности мыла (поверхностно-активного вещества) повышать растворимость загрязняющего вещества, после чего его легко можно удалить. Мыло не вступает в химическую реакцию с загрязнителем; оно просто помогает сделать загрязнитель более растворимым в воде.

Хотя горячий мыльный раствор показал хорошую способность удалять большую часть химико-биологического отравляющего вещества, известно, что остаточное количество этого вещества все равно остается на обеззараживаемом объекте. Даже малое количество загрязнителя снижает безопасность бойца и его способность выполнять боевую задачу. Следовательно, горячая мыльная вода не нейтрализует отравляющее вещество, она также не способна полностью удалить загрязнитель с целью полного снятия угрозы заражения.

Могут быть разработаны водные (на основе воды) дезактивирующие агенты, в составе которых будут активные химические вещества, вступающие в химическую реакцию с загрязнителями, таким образом, нейтрализуя и делая их безвредными. Военное дезактивирующее вещество DF200, например, содержит реактивное химическое соединение пероксид водорода - активный окислитель, нейтрализующий загрязнители. Водные растворы имеют недостаток, они в целом не совместимы с чувствительным оборудованием, например компьютерами, очками ночного видения, интерьерами самолетов и т.д., что часто делает их бесполезными.

Другим решением в области обеззараживающих растворов является применение органических растворителей. Органическими растворителями, в общем называемые просто «растворителями», являются безводные, содержащие углерод жидкости. Существует много различных органических растворителей, например газолин, четыреххлористый углерод (жидкость для сухой чистки), ацетон (растворитель лака для ногтей), скипидар и гексан. Растворители имеют свойство не вступать в активную реакцию с вредными веществами и подобно горячей мыльной воде применяются скорее из-за своей способности растворять и физически удалять органические загрязнители, а не нейтрализовывать их. Растворители, как правило, гораздо менее вредны для чувствительного оборудования; впрочем, растворители могут наносить серьезный вред некоторым пластикам, резинам и другим новым материалам.

При добавлении сильных химических веществ, например гидроксида натрия, некоторые растворители могут стать химически активными при нейтрализации опасных веществ. Этот подход используется для получения военного обеззараживающего раствора DS2 (Decontaminating Solution 2). В отличие от водных растворов, растворители представляют собой набор различных вредных веществ. Растворители опасны для пользователя (канцерогенные, мутагенные свойства), несовместимы с материалами (коррозионные свойства) и неэкологичны (вдобавок к присущей им воспламеняемости).

Для того, чтобы получить преимущество активной нейтрализации (за счет окисления и/или гидролиза) и повышенную растворяющую способность некоторые сложные составы для химико-бактериологического обеззараживания будут иметь органический «сорастворитель» в водном обеззараживающем составе. Преимущества и недостатки различных обеззараживающих составов обсуждаются ниже; впрочем, стоит заметить, что все обеззараживающие растворы имеют единые основные требования. Они включают:

- Действенность – Способ воздействия, который делает очищающее вещество эффективным, как быстро обеззараживающее вещество начинает эффективно действовать, кроме того, должны быть понятны любые условия, которые с точки зрения очищающего вещества неэффективны;

- Требования к хранению – Либо готовые к применению, либо требующие смешения перед применением, военные обеззараживающие вещества должны иметь приемлемые сроки хранения для того, чтобы не нагружать логистическую систему;

- Долговечность – При готовности к применению обеззараживающие вещества должны оставаться активными достаточно продолжительное время для того, чтобы дать возможность личному составу завершить процесс обеззараживания. Влияние химической стабильности, химической активности, температуры, водородного показателя pH и высоты над уровнем моря должно быть осмыслено касательно того, как все эти факторы влияют на эффективность готовых обеззараживающих веществ остаются с течением времени;

- Совместимость/коррозионная активность материала – Необходимо понять какое влияние обеззараживающее вещество будет иметь на поверхность, работу и внешний вид обрабатываемого объекта;

- Безопасность - (Включает безопасность для пользователя и окружающей среды). Личный состав будет, по всей видимости, носить средства защиты для защиты себя от загрязнителя, но если загрязняющее вещество требует специального снаряжения, материалов и/или процедур обработки, то это представляет собой дополнительную нагрузку.

Корейские солдаты химического батальона демонстрируют методы обеззараживания своего вооружения во время совместных учений с американским корпусом химической службы в лагере Casey

Во время учений морской пехоты по химическому обеззараживанию

Разработка составов

В общем и целом, создание составов очищающих средств на основе растворов является трудной задачей. Растворы должны обеспечивать широкий спектр характеристик также как иметь химическую активность в широком спектре эксплуатационных и окружающих условий. Растворы должны поддерживать концепцию семейства систем по обеззараживанию (DFoS) [см. статью "Химико-биологическое обеззараживание нового поколения"] и удовлетворять объединенные программные требования. Составы могут содержать мощные окислители, которые главным образом полезны либо в кислотных, либо щелочных приложениях. Применение органических «сорастворителей» может привести к вопросам совместимости растворов с металлическими поверхностями, пластиками, резиной и другими новыми современными материалами.

Общий подход к подбору состава состоял в применении так называемой «Зеленой химии» как части процесса создания состава; это позволяет избежать токсичности, вносимой органическими растворителями. Основными категориями компонентов составов являются:

- Поверхностно-активные вещества – для содействия растворению загрязнителей и других ингредиентов составов;

- Окислители – для вступления в реакцию с химико-биологическими агентами;

- Буферные растворы – для сохранения оптимального pH для наилучшей химической активности;

- Катализаторы – для содействия активности в отношении к химико-биологическим агентам;

- Стабилизаторы – для предотвращения слишком быстрого распада (разложения) активных ингредиентов (что ведет к коротким срокам хранения и срокам действия).

Изменение любого компонента часто влияет на эффективность агентов и не создает кожно-нарывного действия (положительная характеристика), однако, высокоактивные соединения часто имеют короткие сроки хранения и могут потребовать стабилизатора, который в свою очередь может потенциально привести к меньшей активности окислителя. Кроме того, разумно заметить, что хотя органические растворители могут быть исключены, сохранения эффективности вещества, повышающего растворимость либо в растворе, либо на материалах, тем не менее, необходимо добиться.

Личный состав химического подразделения морской пехоты обрызгивает защитные комбинезоны друг друга хлорно-водной смесью, чтобы избавиться от всех токсичных веществ, которые могли остаться на снаряжении во время процесса обеззараживания

Командование израильской армии демонстрирует специальную машину зонного обеззараживания во время национальных учений по гражданской обороне «Turning Point 2»

Окислители

Окислители в обеззараживающих веществах общего применения применялись с шестого века нашей эры. Одним из первых боевых окислителей была известь (оксид кальция), использовавшаяся в средние века для обеззараживания разлагающихся трупов. Сегодня окислители все еще используются в растворных очищающих средствах для борьбы с химико-биологическими химагентами. Хотя сложность составов с окислителями повысилась, они имеют преимущества и недостатки обеззараживания на основе растворов.

Суперхлорированные отбеливатели, как например High-Test Hypochlorite (HTH) и Super Tropical Bleach (STB), применялись со Второй мировой войны в качестве обеззараживающих веществ общего применения. Недостатки использования отбеливателя в качестве очищающего средства были описаны Янгом и другими: (a) содержание активного хлора непрерывно уменьшается со временем при хранении (то есть короткое время хранения), (b) большое количество отбеливателя необходимо для окисления химагентов и (c) отбеливатель несовместим с большинством военных материалов.

Пероксиды (перекись водорода) являются желательными реагентами для обеззараживания в связи с тем что они нетоксичны, не вызывают коррозию материалов и экологически приемлемы. Обычно пероксиды это жидкости и в связи с этим возникают вопросы транспортировки и обработки, а хранить их лучше всего при температуре ниже 0°C; впрочем, возможно хранение ограниченный период времени в широком диапазоне температур в проветриваемых контейнерах. Правила транспортировки ограничивают концентрацию пероксида до менее чем 8%. К сожалению, при 8% пероксид представляет собой кожно-нарывное средство с неприемлемо низкой окисляющей способностью. Еще одним недостатком является то, что пероксиды и обеззараживающие средства на базе пероксидов показали плохую эффективность против биологических отравляющих веществ.

Перкислоты представляют собой достойный вариант, когда они могут смешиваться с растворными составами либо прямо как свободная перкислота (немедленно пригодна для реакции), либо могут быть выработаны «на месте» посредством пергидролиза (см. ниже). Свободные перкислоты являются подходящими очищающими средствами в связи с тем, что они не токсичны, не вызывают коррозию, экологически приемлемы и относительно быстро действуют.

Обеззараживающие вещества на основе перкислот также показали высокую эффективность против биологических химагентов. Жидкие перкислоты имеют ограниченные сроки хранения, ставят вопросы транспортировки и обработки, а хранить их лучше всего при температуре ниже 0°C.

Одно основное преимущество над пероксидами заключается в том, что перкислоты можно хранить и использовать в твердом виде в широком спектре окружающих условий. Было замечено, что перкислоты в твердом состоянии имеют большие сроки хранения при ограниченной потере кислорода при повышенных температурах. Существуют также правила транспортировки для органических пероксидов.

Пероксидные активаторы и катализаторы

Простые растворы перекиси водорода, пероксидные активаторы и органические «сорастворители» могут обеспечить быстрое обеззараживание широкого спектра химико-биологических веществ. Исследования показали, что эти химические составы работают даже при низких температурах (-30°C).

Дополнительный способ производства перкислот - это производство «на месте» за счет пергидролиза с применением имеющихся в продаже активаторов. С применением активаторов могут возникнуть вопросы их растворимости в воде, активности в зависимости от температуры, скорости преобразования, способности к биологическому разложению, стабильности и стоимости.

Эмульсии и микроэмульсии

Существуют два основных пути разработки формул водных или так называемых химико-биологических обеззараживающих веществ. Первый – это эмульсии, которые представляют собой смесь двух жидкостей, которые не растворяются друг в друге (то есть не смешиваемые). Второй – это микроэмульсии, представляющие собой бесцветные, стабильные, жидкие смеси масла, воды и поверхностно-активного вещества, часто в сочетании с «сорастворителем». Водная фаза может содержать соль(и) и/или другие ингредиенты а «масло» фактически может быть сложной смесью различных углеводородов и олефинов (этиленовых углеводородов). В противоположность обычным эмульсиям, микроэмульсии просто смешиваются и не требуют высокого давления, необходимого для образования обычных эмульсий. Два основных типа микроэмульсий: прямые (масло, растворенное в воде, м/в) и обратные (вода, растворенная в масле, в/м).

Твердые составы

Еще одним путем, исследуемым в настоящее время, является концепция получения твердого окислителя или гидролизного источника в сочетании с дополнительными твердыми ингредиентами для химико-биологических обеззараживающих веществ. Цель – добиться сухого концентрированного вещества, которое получить за счет растворения в любом источнике воды. Задача состоит в том, чтобы создать совершенное обеззараживающее вещество с высокой действенностью, большим сроком годности, сроком хранения, обладающее совместимостью с материалами, хорошей транспортируемостью и низкой стоимостью.

Выводы

Обеззараживание на базе растворов сталкивается с большими проблемами и над этой проблемой продолжают работать. Новые концепции и подходы растворных обеззараживающих веществ постоянно проверяются с целью получения наилучшего баланса между эффективностью и стабильностью в условиях конкретной боевой задачи (например, окружающая среда, отравляющее вещество, материал-основа, доступное время). Растворные обеззараживающие вещества будут и дальше соответствовать концепции DFoS с той целью, чтобы позволить бойцу лучше сосредоточиться на боевой задаче и снизить время, трудозатраты и материально-техническое обеспечение процесса обеззараживания.

Использованы материалы:
www.monch.com
www.marines.com
www.army-technology.com
www.jsf.mil
www.goarmy.com

Источник: topwar.ru