35. Методы анализа вод.

Методы анализа. Выбор конкретного метода зависит от характера сточных вод анализируемых компонентов.

Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения.. Осадок взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки, простота.. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа.

. Титреметрический .Основан на точном измерении количества реактива израсходованного на реакцию с определенными веществами. Титрированный раствор – раствор, концентрация которого известна с высокой точностью. Титрование – прибавление титрованного раствора к анализируемому для точного определения эквивалентного количества. Момент титрирования – точка эквивалентности. Титрирующий раствор – титрант. Используются реакции кислотно-основного взаимодействия, удовлетворяющие требованиям, которые предъявляются к титрометрическим реакциям. Взаимодействие должно происходить полностью и с высокой скоростью. – Методы кислотно-основного взаимодействия связанны с процессом передачи протона (Н+ + ОН- = Н2О; СН3СООН+ОН- = СН3СОО- + Н2О). Методы осаждения основаны на реакциях образования малорастворимых соединений (Ag+ + Cl- = AgCl). Методы комлексообразования используют реакции образования координационных соединений (Hg(2+) + 2Cl- = HgCl2). методы окисления-восстановления объединяют многочисленную группу окислительно-восстановительных реакций (2S2O3(2-)+I2 = S4O6(2-)+2I). Достоинства: быстрота выполнения, простота оборудования, удобство выполнения серийных анализов, большой набор химических реакций. Недостатки: необходимость предварительной стандартизации растворов титранта и калибровки мерной посуды. Фотометрический. Измеряет поглощение света раствором. Приборы: Источник света – светофильтр – кювета с раствором – детектор. Конструкция прибора зависит от области спектра применения. Излучение выбирают такое, что бы соединение имело мах светопоглощение, а примеси – min. Достоинства – широкая область применения, высокая чувствительность. Недостатки: калибровка аппаратуры, посуды.

36. Жесткость воды и способы ее устранения. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ, совокупность св-в воды, обусловленная наличием в ней преим. катионов Са2+ (кальциевая Ж. в.) и Mg2+ (магниевая Ж. в.). Сумма концентраций Са2+ и Mg2+ наз. общей Ж. в. Она складывается из карбонатной (временной,) и некарбонатной (постоянной) Ж. в. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg [при кипячении разлагаются на СаСО3 и Mg(OH)2 с выделением СО2], вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Если Ж<4 ммоль/л – мягкая вода. Если Ж>12 –очень жесткая вода. 4-8 –оптимальная жесткость. 8-12 –жесткая вода. Временная жесткость может быть устранена в бытовых условиях – достаточно прокипятить воду (устраняется кипячением например: Сa(HCO3)2 ---- CaCO3+CO2+H2O). От постоянной жесткости избавиться нельзя! На предприятиях – ионообменный метод – процесс обмена ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы ионита. И электродиализ- Разделение веществ, основанное на их электролитической диссоциации и переносе образовавшихся ионов через мембрану под действием разности потенциалов, создаваемой в растворе по обе стороны мембраны. Применяется для обессоливания воды и других жидкостей; особенно эффективен при использовании т. н. ионитовых мембран, избирательно пропускающих катионы либо анионы.

37. Виды сточных вод. Классификация производственных сточных вод. Производственные – использованные в технологическом процессе производства или полученные при добыче полезных ископаемых. Бытовые – от санитарных узлов, производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а так же от душевых установок, имеющихся на территории промышленных предприятий. Атмосферные – дождевые и от таяния снега. Производственные сточные воды делятся на 2 категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые). Загрязненные пром воды содержат различные примеси и делятся на 3 вида: 1 загрязненные преимущественно мин примесями (металлургия, машиностроение, рудо и угледоб промышл, заводы по произв мин удобрений, кислот, строит материалов и др.) 2. Загрязненные преимущ органическими примесями (мясная, рыбная, пищевая, целлюлозно – бумажная промышл, микробиологическая, заводы по производству пластмасс). Загрязненные мин и орг примесями – (нефтедоб, нефтепер,, нефтехим, текстильная,, консервы, сахар, прод орг синтеза и тд.). По концентрации делятся на 1-500, 500-5000, 5000-30000, более 30000. Производственные сточные воды могут различаться по физ свойствам загрязн веществ. По степени агрессивности: слабоагрессивные (рН=6-6,5 – слабокислотные, рН=8-9 - слабощелочные). Сильноагрессивные – рН<6- сильнокислые и рН> 9 – сильнощелочные. неагрессивные – рН 6,5-8. Незагрязненные пром воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Есть конц и разб. Первые – отработанные растворы, вторые – промышленные воды. Сточные воды авиационного завода – хромовые (Сr6+) и цианистые (CN-) и разные (кислотные и щелочные).

38. Методы очистки сточных вод. По принципу очистки – рекуперационные (извлечение из сточных вод и дальнейшая переработка ценных продуктов) и деструкционные (вещества, загрязняющие сточную воду подвергаются очистке путем окисл или восстановления. Продукты разрушения удаляют в виде газов или осадков). Механические методы отчистки сточных вод. Наиболее доступные приемы очистки от крупнодисперсных взвесей, применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Применяется для подготовки сточных вод к более глубокой очистке. Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационного отстаивания – преазрацией, биокоагуляцией, осветлением, во взвешенном слое или тонком, а также с помощью гидроциклонов. Фильтрование – пропускание воды через слой различного зернистого материала (гранитный щебень, кварцевый песок) или сетчатые, барабанные фильтры и микрофильтры. (применение без добавления хим. Реактивов). Физико –химические - Флотация - относится к физико-химическим методам очистки, процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычного газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы заключается в образовании комплексов “ частици-пузырьки “, всплывание этих комплексов, удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ. Способы флотационной обработки. – флотация с выделением воздуха раствора – с механическим дисперсированием воздуха – с подачей воздуха через пористые материалы – электрофлотация – биохимическая и химическая флотация. Электрофлотация - на катоде и аноде образуются пузырьки Н2 и О2 которые оказывают флотационное действие. Коагуляция – для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей. Al ⁺³ +H₂O =Al(OH)²⁺ + H⁺ | Al(OH)²⁺ + H₂O =Al(OH)²⁺₂ + H⁺ | Al(OH)²⁺ + H₂O = Al(OH)²⁺₃ + H^{+ .} Ионообменный метод -Процесс обмена ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита.

Me⁺ + H(K) = Me(K) + H⁺ Me⁺ - катион, находящийся в сточной воде.

Me⁺ + Na(K) = Me(K) + Na⁺ К – сложный комплекс катиона.

2Me(k) + H₂SO₄ = 2H₂(K) + MeSO₄ Осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия.

Me(K) + NaCl = Na(K) + MeCl. Электрохимическая очистка сточных вод. . Для очистки сточных вод применяется электрохимическое окисление или восстановление, электрофлотация, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляция. Общим для всех методов является осуществление электролиза сточных вод, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде. Биологическая очистка сточных вод. Использование бактерий для очистки вод. Органические вещества + O(2) + N + P  микроорганизмы + CO(2) + H(2) биологически не окисляемые растворимые вещества. Факторы влияющие на биологическую очистку: - Концентрация водородных ионов – Кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде.

39. Механические методы очистки. Наиболее доступные приемы очистки от крупнодисперсных взвесей, применяются как первая стадия в общей схеме очистки сточных вод. Механическая очистка состоит из процеживания через решетку, пескоулавливания, отстаивания и фильтрования. Применяется для подготовки сточных вод к более глубокой очистке. Механическая очистка обеспечивает выделение взвешенных веществ производственных сточных вод до 90-95% и снижение органических загрязнений до 20-25%. Высокий эффект очистки сточных вод достигается различными способами интенсификации гравитационного отстаивания – преазрацией, биокоагуляцией, осветлением, во взвешенном слое или тонком, а также с помощью гидроциклонов. Фильтрование – пропускание воды через слой различного зернистого материала (гранитный щебень, кварцевый песок) или сетчатые, барабанные фильтры и микрофильтры. (применение без добавления хим. Реактивов).

40. Химические методы очистки сточных вод. Основаны на примени химических реакций, в результате которых загрязнения превращаются в соединения, безопасные для потребителя. Используется хлорирование и озонирование.

41. Нейтрализация кислотных и щелочных сточных вод. Нейтрализация достигается добавлением в воды таких веществ, под влиянием которых наступает нейтрализация содержащихся в них кислот и щелочей и выделение в виде осадка других загрязнений, в основном ионов тяжелых металлов. Способы нейтрализации: - взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод – Нейтрализация реагентами – Фильтрование через нейтрализующие материалы. Кислые сточные воды травильных отделений нейтрализуются известковым молоком до pH = 8 – 9

H(2)SO(4) + CaO + H(2)O  CaSO(4) + 2H(2)O FeSO(4) + CaO + H(2)O  CaSO(4) + Fe(OH)(2) Для нейтрализации любых щелочей применимы серная, соляная, азотныя и другие кислоты. Можно использовать углекислый газ(дешево). CO(2) + OH(-)  HCO(3)(-)

HCO(3)(-) + OH(-)  CO(3)(2-) + H(2)O CO(2) + OH(-)  CO(3)(2-) + H(2)O . Кислотные сточные воды добавляют в хромовые, а щелочные в цианистые.

42. Очистка хромовых сточных вод. * Реагентная (хим) очистка заключается в том, сто сначала идет восстановление Cr(6+) до Cr(3+) который затем осаждают до Cr(OH)(3). Для восстановления Cr(6+) используют сернистый газ SO(2), бисульфат и сульфат натрия Na(2)SO(3), железный купорос FeSO(4). Осаждение производят известковым молоком, щелочью, при pH = 9 – 8. восстановление можно проводить также посредством других неорганических соединений: стальные стружки, опилки, сахар, патока, бумага и др. Во всех случаях выпадает большое количество осадков. Особенно при восстановлении хрома солями железа и осажденным известковым молоком. Cr(3+) + 3OH(-)  Cr(OH)(3) * Электрохимическая очистка: в процессе электрокоагуляции на аноде из железа или стали происходит анодное растворение с образованием Fe(OH)(2) . Ионы двухвалентного железа являются восстановителями, поэтому термодинамически возможно протекание реакции восстановления Cr 6+ до 3+, который не обладает токсичным действием. Восстановление протекает в кислой среде по реакции:---

Cr(2)O(7)(2-) +6Fe(2+) +14H(+)  2Cr(3+) + 6Fe(3+) + 7H(2)O ---у катода: Cr(2)O(7)(2-) + 14H(+) + 6e  Cr(3+) + 7H(2)O --- 2H(+) + 2e  H(2) повышается pH и Fe(3+), Cr(3+) осаждаются в виде гидроксидов. * Гальванокоагуляционный метод: восстановление бихромата ионами двухвалентного железа в кислотной среде. В коротко замкнутом гальванич элементе происходят след процессы: железные опилки – аноды короткозамкнутого гальванического элемента, а кокс – катод. На катоде – восстановление воды, и следовательно, - защелачивание, а на аноде образуются ионы железа по реакции --- Fe(0)  Fe(2+) + 2e ; ---- 6Fe(2+) + Cr(2)O(7)(2-) + 14H(+)  6Fe(3+) + 2Cr(3+) + 7H(2)O

43. Электрохимическая очистка сточных вод. Для очистки сточных вод применяется электрохимическое окисление или восстановление, электрофлотация, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляция. Общим для всех методов является осуществление электролиза сточных вод, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде. Электрохимическое окисление на аноде различных соединений происходит путем образования окислителей, которые также способствуют разложению органических веществ, обрабатываемой сточной водой. Можно удалить фенолы, цианид – ионы. Электрохимическое восстановление - можно удалит металлы с положительным значением электродного потенциала, можно восстановить непредельные органические соединения, осущ восст хрома от 6+ до 3+. Электрофлотация – на катоде или аноде образуются пузырьки кислорода и водорода, которые могут оказать флотационное действие. Прилипая к частицам дисперсной фазы поднимают их на поверхность. Электрофорез – очистка основана на использовании направленного движения ионов и заряженных частиц в процессе электролиза. Осуществ с помощью селективных ионообменных мембран или фильтрующих материалов. Электрокоагуляция - в процессе анодного растворения образуются коагулянты – гидроксиды металлов, которые снимают, поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля. Fe(0) – e + H(2)O  Fe(OH).. + H(+) Fe(OH) – e + H(2)O  Fe(OH)(2..) + H(+).

44. Физико – химические основы процесса коагуляции. Коагуляция -Укрупнение частиц в дисперсных системах; ведет к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию (см. гель); применяется в разнообразных технологических процессах, напр. для очистки воды от мелких частиц ила, глин и бактерий; к. играет важную роль в различных биологических, геологических и других процессах. Используется для очистки стоков от мелко дисперсных и коллоидных примесей, используют их удаление с помощью коагулянтов и флотантов. Коагуляц осуществляют непосредственно после удаления всех взвесей. При очистке питьевых и сточных вод в качестве коагулянтов используют соли аммония, соли железа и их смеси в разных пропорциях. Первый этап коагуляции – образование малорастворимых соединений: Al ⁺³ +H₂O =Al(OH)²⁺ + H⁺ | Al(OH)²⁺ + H₂O =Al(OH)²⁺₂ + H⁺ | Al(OH)²⁺ + H₂O = Al(OH)²⁺₃ + H⁺. Второй этап – объединение частиц. Постепенно образуются скопления дестабилизированных частиц – хлопья коагулированной взвеси. Они обл достаточной массой, чтобы отделиться в осадок под действием силы тяжести.

45. Флотация и электрофлотация. Флотация - относится к физико-химическим методам очистки, процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз, обычного газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки сточных вод, содержащих нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы заключается в образовании комплексов “ частици-пузырьки “, всплывание этих комплексов, удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности жидкости. Необходимо не смачивание или плохое смачивание частиц жидкостью. Способность жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе. Метод пенной флотации применяют для извлечения нерастворенных и частичного снижения концентрации некоторых растворенных веществ. Способы флотационной обработки. – флотация с выделением воздуха раствора – с механическим дисперсированием воздуха – с подачей воздуха через пористые материалы – электрофлотация – биохимическая и химическая флотация. Электрофлотация - на катоде и аноде образуются пузырьки Н2 и О2 которые оказывают флотационное действие. Прилипая к частицам дисперсной фазы поднимают их на поверхность.

46. Ионно обменный метод очистки сточных вод. Процесс обмена ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы ионита. Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси, ПАВ и радиоактивные вещества, очищать сточную воду до ПДК с послед ее использованием. По знаку заряда обменивающиеся иониты делятся на катиониты и аниониты и проявляют соответственно кислотные и основные свойства. При соприкосновении ионитов с водой происходит их набухание вследствие осмотических явлений. Объем ионитов увеличивается в 0,2-2 раза. На кинетику ионно обменного процесса влияют такие величины как температура, конц ионов и др. Если катионы находятся в Н- или Na- форме, то обмен катионов будет происходить по реакциям: Me⁺ + H(K) = Me(K) + H⁺ Me⁺ - катион, находящийся в сточной воде.

Me⁺ + Na(K) = Me(K) + Na⁺ К – сложный комплекс катиона. Характерной особенностью катионитов является их обратимость, т.е возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе регенерации:

2Me(k) + H₂SO₄ = 2H₂(K) + MeSO_4. Me(K) + NaCl = Na(K) + MeCl. Осуществляется в аппаратах периодического и непрерывного действия.

47. Биологическая очистка сточных вод. Позволяет очистить сточные воды от многих органических примесей. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество разл бактерий, простейших, водорослей, грибов, связанных в единый комплекс сложными взаимоотношениями. Если очистку проводят в анаэробных условиях, то сообщество микроорганизмов представлено только бактериями. Если же в аэробных условиях, то появляются еще и простейшие. Механизм биологического окисления в аэробных условиях: Органические вещества + O(2) + N + P  микроорганизмы + CO(2) + H(2) биологически не окисляемые растворимые вещества. Факторы, влияющие на биологическую очистку: - Концентрация водородных ионов (5-9) – Кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде. Всю совокупность сооружений биологической очистки принято разделить на 3 группы: 1) когда активная биомасса закреплена на неподвижном материале, а сточная вода тонким слоем скользит по материалу загрузки. 2) когда активн масс находится в воде в свободном взвешенном состоянии. 3) Сочетаются оба вида.

48. Твердые отходы металлургии, машиностроения, ТЭКа. МЕТАЛЛУРГИЯ. Для получения металлов из руд, представляющих различные оксиды – используют восстановление. Так же при плавке добавляют флюсы CaCO(3) и SiO(2), которые превращаясь в шлак позволяют извлекать из металла серу и фосфор, шлаки предохраняют поверхность расплавленного металла от окисления. Ежегодно при производстве стали и чугуна образуется свыше 70 млн. тонн. шлаков. Шлаки – силикатные системы с различным содержанием Fe, различают: * Основные шлаки – с преобладанием оксидов кальция и магния. * Кислые – повышенное содержание оксидов кремния и алюминия. * Нейтральные – с одинаковым содержанием перечисленных оксидов ( доменные шлаки).*

При гранулировании шлаков их можно использовать в дорожном строительстве, при получении цемента, пемзы, щебня, минеральных и других изделий. Шлаки с большим содержанием CaO и P используют в качестве удобрений. При содержании в шлаки ценных примесей, иногда бывает выгодно извлекать их.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ. В отходы входят CO2, продукты неполного сгорания топлива, сажа, углеводороды, зола, шлаки. Объем этих выбросов примерно равен выбросам шлаков в металлургии. Состав золошлаковых отходов: оксиды Si, Al, Fe, Ca, Mg, соединения с Ti, S, U … Используют золоулавливатели и гидрозолоулавливатели. Золы ТЭС используют для получения искусственных пористых заполнителей. Золы от сжигания углей, сланцев, торфа.. используют в качестве вяжущего при производстве силикатного кирпича ( при содержании не менее 20% CaO). При содержании в шлаке 10% извести – его используют в качестве минеральной добавки в цемент. При содержании в золе CaO,K и P – ее используют в качестве удобрений( при сжигании сланцев и торфа).

МАШИНОСТРОЕНИЕ. В машиностроении используются – литейная, сварочная, прокатная, кузнечно-прессовая, электрохимическая, механическая обработка металлов. Наиболее крупные источники пылегазовыделения – вагранки, электродуговые и индукционные печи в литейном производстве. Выбросы электродуговых печей: Fe(2)O(3),Mn(2)O(5),Al(2)O(3), SiO(2), CaO, MgO и хлориды, оксиды Cr и Р.

Вагранки: SiO(2), CaO, Al(2)O(3), Mg, Fe(2)O(3) … Широкий спектр дисперсности пыли – 1- 150 мкм. ( основа 60% - свыше 60 мкм. ).

Прокатно-кузнечное производство. Основа отходов 0 окалина, составляет 2-4% от массы материала. Большое выделение пыли, туманов кислот, масел.

Сварка. Для удаления оксидной пленки с поверхности металла используют сварочные флюсы в которые входят: SiO(2), B(2)O(3), TiO(3)…Для удаления вредных веществ используют различные хим. Реакции.( удаление Р – его окисление.

49. Утилизация шламов. Обычно шлам состоит из оксидов или гидроксидов металлов, нерастворимых в электролите и образующих суспензии или коллоидные растворы. Установлено, что шламы после электрохимической обработки представляют собой смесь, меняющуюся по составу, содерж гидроксиды и основные соли металлов железа, никеля, кобальта, алюминия, титана. Извлечение из шламов всех или основных дорогостоящих компонентов является желательным. Схема утилизации шламов: 1) шламосодержащий раствор__2) отделении шлама___ 3) промывка, сушка шлама___4)Утилизация ___*регенерация металлов пиро- и гидрометаллургической переработкой. ___*производство строительных материалов. ___ *производство катализаторов, флюсов, электронных обмазок, красок и пигментов.

50. Способы отделения твердой фазы. Седиментация, центрифугирование, фильтрование, электрофлотация, электрофорез.

Седиментация – оседание под действием гравитационного поля. Применяют флокулянты, для увеличения скорости осаждения взвесей, флокулянты – водо-растворимые полимеры с полярными концевыми функциональными группами. Они связывают взвеси в рыхлые сетчатые агрегаты. Полиакриламид – (ПАА) –[ CH(4)-CH-C=O(“к С”-NH](n)-

Процесс идет в флокуляторе при равномерном и медленном перемешивании( без дробления частиц) ПАА добавляют 0.1% от содержания твердой фазы. Применяют в основном для сгущения очищаемой среды и первичного выделения осадков.

Отстойник периодического действия ( при малом количестве воды) металлический или железобетонный резервуар с коническим днищем( вода отбирается через сифон или специальные желоба). Осадок убирают вручную.

Фильтрование. Фильтры – устройства, в которых очистка жидкости от частиц твердой фазы происходит в процессе протекания через перегородку, имеющую поры( разность значения давления по обе стороны перегородки. * Сетчатые фильтры – для задерживания сравнительно грубых частиц. Изготовляют из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие основано на механической задержки больших частиц и инерционном осаждении частиц. Эффективность увеличивается по мере убирания отфильтрованного слоя. * Волокнистые фильтры – изготавливают из фильтровальной бумаги, специального картона .. Применяют только при небольших течениях раствора ( вседствии большого гидравлического сопротивления.) Действие сводится к инерциальному осаждению, прилипанию частиц к выступам, седиментации. Инерциальное осаждение и седиментация повышаются при увеличении размера и плотности частиц. * Зернистые фильтры – используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит. Бывают однослойные и многослойные. Очистку фильтра производят чистой водой или сжатым воздухом. * Фильтрование под вакуумом – для очистки маловязких жидкостей. Степень очистки не более 80%. Тонкость очистки определяется фильтрующим элементом.(- барабанные – дисковые – ленточные) Остаток высушивают до min влажности.

Центрифугирование – разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил. Центрифуги и гидроциклоны. Центрифуги – ускорение оседающей части по сравнению с гравитационным ускорением увеличивается на величину Kp = w(2)r/g w – угловая скорость вращения жидкости. R – радиус вращения. Уравнение движения - V = (gLd_r(2)(pф – pс))/18м .. L – центробежная сила, d_r – диаметр частицы, рф и рс – плотность дисперсной фазы и среды, м – вязкость среды. Улучшение в результате агрегации и фильтрации.( укрупнение частиц)

Циклоны: * напорные – цилиндрическая и коническая части. Вращение жидкости вызывается ее выпуском в тангенциальный патрубок, расположенный в верхней части цилиндра. Коническая часть кончается насадкой через которую выводится осадок. Низкий КПД из-за избыточной интенсивности турбулентности. Применяют для выделения частиц со скоростью осаждения менее 0.02 м/с. * Многоярусные: по принципу выделения аналогичны напорным. Устройство в камере нескольких секций, через которое проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне. * Открытые – для очистки от частиц со скоростью оседания более 0.02 м/с. большая производительность и малые потери напора. Эффективность зависит от характера загрязнений.

Электрофлотация . Сущность метода: удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой жидкости. Катод 2H(2)O + 2e  H(2) +2OH(-) OH(-) ионы движутся в аноду, где отдают свой заряд с выделением O(2). 4OH(-) – 4e  2H(2)O + O(2).

По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах.

Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества.

51. Классификация газовых выбросов. Источники газовых выбросов. Источники загрязнения: теплоэнергетика – 27%, черная металлургия – 24,3%, цветная металлургия – 10,5%, нефтедобыча и химия – 15,5%, транспорт – 13,3%, строительство – 8,1%, химия – 1,3%. Наибольший удельный вес загрязнений атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода, сера и азота, углеводородов и промышленной пыли. Загрязнения в атмосферу могут поступать непрерывно или периодически, залпами или мгновенно. В случае залповых выбросов за короткое время выделяется большое количество вредных веществ. При мгновенных выбросах загрязн вещества выбрасываются в доли секунды. Организованный выброс – выброс, поступающий в атмосферу через специальные газоотходные трубы. Могут быть технологическими или вентиляционными. Неорганизованный выброс – выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, неудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа. ГАЗОВЫЕ ВЫБРОСЫ: по составу  Аэрозоли  твердые – пыль (5-10мкм), жидкие – дым (0,1-5мкм), туманы (0,3-5мкм);

По организации отвода и контроля  организованные, неорганизованные; По температуре  холодные, нагретые; По признакам очистки  без очистки – неорганизованные и организованные, после очистки – организованные.

52. Адсорбционные методы очистки газов (SO2, NxOy, H2S). Адсорбционные методы очистки основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой поверхностью, адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами

Ван-дер-Ваальса(физическая адсорбция) или химическими силами( хемосорбция). Стадии адсорбции: - перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела – проникновение молекул газа в поры твердого тела – собственно адсорбция. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным газом или паром. Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: “чистые” (сухие и без пыли) газы, небольшая скорость. Очистка газов от диоксида серы. В качестве адсорбентов используют активированные угли, полукоксы, активированный силикагель. Диоксид серы при высокой температуре сорбируется порошкообразным материалом. Затем дымовые газы очищают в сухих или мокрых пылеуловителях. Очистка газов от сероводорода. Для удаления сероводорода и органических сернистых соединений из газа используют аппараты с несколькими подвижными слоями гранулированного оксида или гидроксида железа при температуре 340 градусов. Гранулы оксида железа регенирируют путем отжига частично сульфидированного и восстановленного в воздушной среде. При этом получают ЭСО2, который перераб в серную кислоту. Недостатки – низкая эффективность очистки. Зарастание тех оборудования.

53. Каталитические методы очистки газов. связаны с химическим превращением токсичных компонентов в нетоксичные в присутствии катализаторов. Аппараты – реакторы различной конструкции. Используются для очистки от: оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей.

Оксид азота восстанавливается газом – восстановителем (CO,CH(4)…) в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов используют различные металлы, которыми покрывают огнеупорные материалы (носители). Часто применяют палладиевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия. Температура 400 470 гр. Реакции: --- 4NO + CH(4) = CO(2) + 2H(2)O + 2N(2) --- 2NO(2) + CH(4) = CO(2) + 2H(2)O + N(2) --- 2NO + 2H(2) = N(2) + 2H(2)O --- 2NO(2) + 4H(2) = N(2) + 4H(2)O --- 2NO + PCO  N(2) + 2CO(2) --- 2NO(2) + 4CO  N(2) + 4CO(2)--- Очистка от оксида углерода является наиболее рациональной. Процесс гидрирования оксида углерода на никелевых и железных катализаторах проводят при высоких давлениях и повышенных температурах: --- CO + 3H(2) = CH(4) + H(2)O --- C)(2) + 4H(2) = CH(4) + 2H(2)O --- 1/2O(2) + H(2) = H(2)O---

Очистка от диоксида серы – основана на принципе окисления SO(2) и SO(3) контактным методом. Используют метод очистки с получением сульфата аммония, который можно использовать как удобрение. SO(2) окисляют до SO(3) в присутствии V(2)O(5) при 450 –480 гр. Затем при температуре 220-260 гр. Вводят газообразный аммиак. Полученные кристаллы сульфата аммония отделяют в циклонах и электрофильтрах.

Каталитическая очистка газов от органических веществ. В качестве катализаторов используют Cu, Cr, Co, Mn, Ni … в отдельных случаях бокситы, цеолиты. Катализаторы условно делятся на: - цельнометаллические ( металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали из нержавеющей стали) – смешанные ( металлы платиновой группы или оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь ) – керамические ( -=-, нанесенные на керамическую основу в виде сот или решеток) – насыпные ( гранулы или таблетки из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, зерна оксидов небл. Мет.) Преимуществом обладают катализатор, нанесенные на мет носители. Они более термостабильны, прочны, с легкой регенерацией.

Очистка газов от серо-органических соединений заключается в их окислении при повышенных температурах. Каталитическое окисление производят кислородом, образованием кислородных соединений серы. В качестве катализаторов процессов гидрирования серо-органических соединений водородом используют контактные массы на основе оксидов Fe, Co, Ni, Cu, Zn. При гидрировании водяным паром используют катализаторы, содержащие в качестве компонента оксид железа

58. Экологический мониторинг. Мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза состояния окр среды. Главная цель – наблюдение за состоянием окр среды и за уровнем ее загрязнения. По территориальному охвату бывает 3 вида мониторинга 1) локальный –изменение вразличных сферах содержания загрязняющих веществ, обладающих неблагоприятными свойствами (биоэкологический, санитано - гигиенический), 2) региональный – популяционное состояние видов, их структура и нарушения, урожайность сельхоз культур, продуктивность насаждений (геосистемный ) и глобальный – радиоактивный баланс, загрязнение рек и водоемов, водные бассейны, круговорот воды на континентах, глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова, животных. Глобальные круговороты и балонс веществ (биосферный, фоновый). Функции мониторинга: (1) контроль за состоянием объектов экосферы (2) контроль за источниками нарушений (3) моделирование и прогноз экологического состояния объектов экосферы (4) управление экологическими процессами. Сложность осуществления мониторинга обусловлена, в частности законом коммутативности, по которому человек воздействует на окружающую среду в короткий промежуток времени в той же степени, которую природа создает в течении столетий и даже тысячелетий. Пункты экологических наблюдений располагаются в местах концентрации населения и районах интенсивной его деятельности. Мониторинг позволяет выявлять критические ситуации и факторы антропогенного воздействия, а так же элементы биосферы наиболее подверженные этому воздействию.

59. Экологическое моделирование. Различают следующие виды моделирования: использование фундаментальных законов, установление закономерностей функционирования экосистемы. Имитационное моделирование, когда сост модель и в дальнейшем с ней экспериментируют. Подходы к моделированию сходятся в целом либо к формализации известных процессов, либо к гипотетическим суждениям. При моделировании исходят из закона Гаузе, о том, что 2 вида могут занимать одну экологическую нишу. Для моделирования по Израэлю рассматриваются верхний и нижний пределы допустимых изменений функции состояния системы. При антропогенном воздействии различают зону экологич резерва, где изменения происходят в виде колебаний в середине расстояния между этими пределами, и нежелательную ситуацию, когда функция выходит за них.

60. Рациональное природопользование. Природопользование – это процесс использования природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Рациональное природопользование – изучение природных ресурсов, их бережная эксплуатация, охрана и воспроизводство с учетом настоящих и будующих потребностей общества и сохранение потребностей людей.

Условия эффективного использования почв: - Борьба с эрозией – Культурная обработка земли- грамотное использование удобрений – проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации.

РЕКУЛЬТИВАЦИЯ– горнотехническая ( засыпка карьеров) – Биологическая ( группы живых организмов, деятельность которых приводит к восстановлению плодородия) – Лесная ( длительное применение до нескольких 10ов. лет).

ПРИНЦИПЫ природопользования: - принцип примата природы, - принцип экологизации производства

61. Классификация природных ресурсов. Природные ресурсы – природные объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни. По источникам происхождения ресурсы подразделяют на биологические – все живые среднеобразующие компоненты биосферы: продуценты, консументы, редуценты с заключенным в них генетическим материалом. Они являются источниками получения людьми материальных благ и духовных благ. Минеральные ресурсы – все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы, используемое в хозяйстве как мин сырье и источник энергии. Может быть рудным и нерудным (в зависимости от того извлекаются или нет из него металлы). Энергетические ресурсы – совокупность энергии Солнца и космоса, ат-энерг, топл-энергет, термальных и др источников энергии. По степени истощаемости: неисчерпаемые – солнечная энергия, ветер, приливы и тд. исчерпаемые- имеют количественные ограничения. Но одни из них могут возобновляться (воздух, пресная вода, плодородная почва, растения и животные), а другие нет (ископаемое топливо, металлическое мин сырье, неметаллическое мин сырье)! Ресурсообеспеченность – соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования.

62.Экологическое право!!!! ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО – отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы. Источники права – конституция, законы и кодексы, указы и распоряжения министерств и ведомств, нормативные акты минестерств и ведомств, нормативные акты органов местного самоуправления. Максимальное наказание до 2х лет.

65. Круговорот веществ в природе. Большой и малый круговорот. Под круговоротом в биосфере понимают повторяющиеся процессы превращений и пространственных перемещений веществ, имеющие определенное поступательное движение, выражающееся в качественных и количественных различиях отдельных циклов. Выделяют 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биогеохимический). Большой (геологический) круговорот веществ протекает от нескольких тысяч до нескольких миллионов лет, включая в себя такие процессы, как круговорот воды и денудация суши. Круговорот воды – влага, испарившаяся в поверхности мирового океана переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока. Ежегодно в круговороте воды участвует > 500 тыс. м (в 3). Денудация суши складывается из общего изъятия вещества суши (52990 млн.т/год), общего приноса вещества на сушу (4043 млн.т/год) и составляет 48947 млн.т/год. Антропогенное вмешательство ведет к ускорению денудации, приводя, например, к землетрясениям в зонах водохранилищ, построенных в сейсмоактивных районах. МАЛЫЙ (биогеохимический) круговорот веществ происходит на уровне биогеоценоза или биогеохимического цикла. Этот круговорот для жизни биосферы главный. Это круговорот элементов, которые появляются в живых организмах, покидают их , затем через какое – то время снова попадают в организм.

66. круговорот биогенных элементов. C, S, N, H, P. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом. Самый интенсивный биогеохимический цикл – круговорот углерода. В природе углерод существует в двух основных формах – в карбонатах (известняках) и углекислом газе. Углерод участвует в образовании углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот. Основное звено большого круговорота углерода – взаимосвязь процессов фотосинтеза и аэробного дыхания Другое звено большого цикла круговорота углерода представляет собой анаэробное дыхание (без доступа кислорода); различные виды анаэробных бактерий преобразуют органические соединения в метан и другие вещества В малом цикле круговорота участвует углерод, содержащийся в растительных тканях и тканях животных. (уравнение фотосинтеза.)

Круговорот азота. Газообразный азот возникает в результате реакции окисления аммиака, образующегося при извержении вулканов и разложении биологических отходов: 4NH₃ + 3O₂  2N₂ + 6H₂O. в большинстве случаев он не может быть непосредственно использован растениями, т.к. они не усваивают газообразный азот. Самые активные потребители азота – бактерии на корневой системе растений семейства бобовых. Каждому виду этих растений присущи свои особые бактерии, которые превращают азот в нитраты. В процессе биологического цикла нитрат-ионы (NO₃^-) и ионы аммония (NH₄⁺), поглощаемы растениями из почвенной влаги, преобразуются в белки, нуклеиновые кислоты и т.д. Далее образуются отходы в виде погибших организмов, являющихся объектами жизнедеятельности других бактерий и грибов, преобразующих их в аммиак. Так возникает новый цикл круговорота. Происходит по реакциям: N₂+ O₂ NO; NO+ O₂NO₂ + H₂O NO₂ - + O₂NO_3. Круговорот фосфора : Фосфор – один из основных компонентов (главным образом в виде и ) живого вещества и входит в состав нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), клеточных мембран, аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозиндифосфата (АДФ), жиров, костей и зубов. Круговорот фосфора, как и других биогенных элементов, совершается по большому и малому циклам. В экосистеме океана фосфор приносится текучими водами, что способствует развитию фитопланктона и живых организмов.

В наземных системах круговорот фосфора проходит в оптимальных естественных условиях с минимумом потерь. В океане дело обстоит иначе. Это связано с постоянным оседанием (седиментацией) органических веществ. Осевший на небольшой глубине органический фосфор возвращается в круговорот. Фосфаты, отложенные на больших морских глубинах не участвуют в малом круговороте. Однако тектонические движения способствуют подъёму осадочных пород к поверхности. Рассматривая круговорот фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период, можно сделать вывод, что он полностью не замкнут. Запасы фосфора на земле малы. Круговорот Серы: Из природных источников сера попадает в атмосферу в виде сероводорода, диоксида серы и частиц сульфатных солей. В атмосфере протекают реакции, приводящие к кислотным осадкам: 2SO₂ + O₂  2SO₃ , SO₃ + H₂O  H₂SO₄ . Образуются различные осадки, туманы (Так же в реакции участвуют различные сульфаты, образ после осадков.): H₂SO₄ +NH₃(NH₄ )₂SO_4. - попадает на растения, животных, которые переносят в почву, где опять образуется Н₂S.

Круговорот водорода - Как известно, это самый распространенный во Вселенной химический элемент, составляющий в виде плазмы более половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газов межзвездной среды и газовых туманностей, встречающийся в атмосферах ряда планет и в кометах как самостоятельно, так и в виде соединений с рядом элементов: углеродом, азотом, кислородом, кремнием, фосфором и др. Водород участвует также в корпускулярном излучении Солнца и космических излучениях, в виде протонов образует внутренний радиационный пояс Земли. В земной коре этот элемент составляет 1 % по весу и 16 % по числу атомов. Круговорот водорода в природе образуется из «кругов» разных масштабов в пределах: 1) поверхности Земли и земной коры, 2) земного шара и всей Солнечной системы и 3) всей Вселенной. Круговорот водорода осуществляется посредством круговорота воды.