- •Часть I
- •Тема 3. Химическая термодинамика и кинетика.
- •Основные понятия и определения.
- •Первый закон термодинамики
- •Изменение энтальпии в различных химических и физико-химических процессах.
- •Второй закон термодинамики.
- •Абсолютная энтропия идеального кристалла при ок равна нулю.
- •Энергия Гиббса.
- •Анализ уравнения Гиббса.
- •Основные понятия.
- •Закон действия масс
- •Зависимость скорости от температуры.
- •2.3 Обратимые и необратимые реакции. Химическое равновесие. Константа равновесия. Принцип Ле-Шателье. Фазовые равновесия. Правило фаз. Химическое равновесие.
- •Химическая кинетика. Химическое равновесие. Правило Ле Шателье-Брауна.
- •Фазовые равновесия.
- •Правило фаз.
- •Катализ Общие понятия.
- •Фотохимические реакции.
- •Тема 4. Растворы
- •Классификация дисперсных систем.
- •Общие свойства растворов.
- •Растворимость
- •Энергетика процесса растворения.
- •4.2Два вида электролитов: сильные и слабые электролиты. Электролитическая диссоциация в водных растворах. Ионное произведение воды. Водородный показатель. Электролиты и неэлектролиты.
- •Водородный показатель, или pH раствора.
- •Тема 5. Окислительно-восстановительные и электрохимические процессы.
- •5.1.Электрохимические процессы. Равновесие на границе металл-раствор. Электродный потенциал. Уравнение Нернста. Водородный электрод. Ряд напряжений. Гальванический элемент. Электродвижущая сила.
- •Электроны от перешли к ионам восстановили их в свободный металл и в растворе остались ионы железа.
- •Термодинамика гальванического элемента
- •Уравнение Нернста для определения потенциала при любых условиях
- •5.2. Электрохимические источники тока.
- •Химические цепи.
- •Свинцовый аккумулятор
- •Щелочной аккумулятор:
- •Топливные элементы.
- •Тема 2. Строение вещества
- •Валентность.
- •Тема 6. Химическая идентификация и анализ вещества.
- •6.1 Химическая идентификация вещества. Идентификация катионов и анионов. Количественный анализ: гравиметрический, титриметрический анализ.
- •Химическая идентификация вещества
- •Количественный анализ.
- •6.2 Инструментальные методы анализа.
- •Тема 7.Свойства металлов и их соединений
- •7.1. Физические и химические свойства металлов. Получение металлов. Металлические сплавы и композиты.
- •Тема 8 Полимерные материалы и их применение
- •8.1 Методы получения полимеров: полимеризация, поликонденсация. Свойства полимеров. Применение полимеров и олигомеров.
- •Тема 9. Заключительная лекция.
- •9.1. Экологические проблемы общества. Охрана воздушного и водного бассейна. Предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в биосфере. Очистка сточных вод.
- •Классификация сточных вод и примесей в них.
- •Методы и оборудование для очистки сточных вод.
- •Биологическая очистка сточных вод.
- •Проверка воды на содержание газов. Дегазация.
- •Умягчение воды.
- •Методы опреснения воды
- •Электродиализ
- •Метод обратного осмоса
- •Опреснение воды вымораживанием
- •Метод опреснения воды основанный на явлении гидратации
- •Метод солнечной дистилляции
- •Список литературы
Методы и оборудование для очистки сточных вод.
Методы очистки сточных вод можно разделить на регенерационные и деструктивные. В регенерационных методах примеси извлекаются из воды без разрушения с целью их дальнейшего использования (утилизации), захоронения или перевода в нетоксичные вещества. В деструктивных методах посредственно в СВ.
К растворённым примесям относятся примеси 3 и 4 групп. Это органические вещества (пестицилы, ПАВ (поверхностно- активные вещества), ингибиторы коррозии и др.; частично растворяются нефть и нефтепродукты – масла, смазки и т.п.). Из органических веществ наибольшую опасность представляют ионы металлов (свинец, ртуть, хром, никель, цинк и др.). Для очистки недиссоциированных примесей (органических) применяются следующие методы: сорбционный, окислительный, электрохимический и др.
Для очистки от диссоциированных веществ (электролитов) применяют ионный обмен, электродиализ, обратный осмос, химические осаждения и др.
Сорбционный метод – один из наиболее эффективных регенерационных методов извлечения из СВ в основном органических веществ. Он заключается в поглощении из растворов или газов примесей специальными веществами – сорбентами за счёт поверхностных сил. Наиболее распространёнными и эффективными являются угли различных марок. Эффективность применения сорбентов зависит от их природы, площади удельной поверхности, объёма пор, температуры, полярности и размеров поглощаемых веществ и др. Поглотительную способность сорбента можно охарактеризовать адсорбцией Гиббса (Г):
,
где и - концентрация вещества в растворе до и после очистки:
V – объем раствора;
m – масса сорбента.
В результате адсорбции происходит уменьшение свободной энергии Гиббса (< 0), сорбция является обратимым процессом и характеризуется константой адсорбцией ():
Очистка воды на высококачественных сорбентах из экономических соображений проводится только с регенерацией сорбентов (десорбцией), т.к. сорбенты являются дорогими материалами. Однако, методы регенерации сорбентов довольно сложны, либо недостаточно эффективны, чем и обусловлена такая стоимость сорбционной очистки воды. Наиболее эффективной является термическая регенерация в специальных печах, т.к. при этом происходит деструкция вредных веществ. Возможна регенерация паром или растворами реагентов.
Преимуществом сорбционных методов является возможность извлечения веществ чрезвычайно широкой природы, практически до любой остаточной концентрации. Однако вследствие высокой стоимости сорбция применяется для получения особо токсичных веществ, примесей небольших концентраций, а также веществ, не окисляющихся наиболее распространенным дешевым методом.
Кроме активных углей применяются более дешевые сорбенты – глины, оксиды и гидроксиды алюминия и железа.
Экстракция извлечения органических веществ из воды с помощью органического растворителя (экстрагента). Извлекаемое вещество распределяется между двумя несмешивающимися жидкостями (экстрагентом и водой) согласно коэффициенту распределения , где и - равновесные концентрации вещества в экстрагенте и воде соответственно. Экстрагент должен иметь высокий К и как можно меньше растворятся в воде. Метод применяется при высокой концентрации извлекаемых примесей, особенно представляющих техническую ценность.
Окислительные методы очистки от органических веществ относятся к деструктивным методам. Под действием окислителей токсичные вещества переводятся в безвредные, иногда малорастворимые, которые можно отделить фильтрацией и отстаиванием. В качестве окислителей используются озон, газообразный хлор, перманганат калия, различные хлоросодержащие соединения (хлорная известь, гипохлориты).
Одним методом сильнейших окислителей является озон . Применяется для очистки СВ и водоподготовки. Например, на судах волжского пароходства установлены озонаторы для забортной воды, предназначенной для санитарно-бытовых нужд. Преимуществом озона является его безбаластность и возможность синтеза на месте потребления. Молекула озона склонна к разложению, причем образующийся атомарный кислород является активным окислителем:
,
где М – любая частица.
.
В большинстве случаев реакции окисления с участием озона только один атом кислорода входит в состав продукта, а два выделяются в виде молекулы кислорода, например:
.
Даже инертные молекулы азота реагируют с озоном за минуту при довольно низкой температуре():
.
Озон является токсичным (ПДКсс в атмосфере равна 0,1мг/). Поэтому необходима герметизация аппаратуры, вытяжная вентиляция.
Комбинированные методы представляют собой сочетание различных методов, часто обеспечивающих очистку не только эмульгированных, но и других примесей. На судах ММФ для очистки ПСВ от нефтепродуктов в основном применяется три типа судовых сепарационных установок:
1) отстойные; 2) флотационные; 3) коалисцирующие (с предварительным и конечным отстоем).