Контрольная работа по "Экологии"

Очистка окислением связана с большим  расходом реагентов и поэтому  применяется в тех случаях, когда  невозможно или нецелесообразно  использовать другие методы, например, при очистке соединений мышьяка  и циановых соединений.

Восстановление.

Применяется, когда в растворе содержатся легко  восстанавливающиеся вещества. Прежде всего, ионы тяжёлых металлов, таких как хром, ртуть и другие. Так, например, соединения ртути восстанавливаются до металлической ртути, которая затем отстаивается или отфильтровывается.

Физико-химические методы очистки сточных вод.

Электрохимическая очистка – один из видов физико-химической очистки воды. Прохождение постоянного электрического тока через слой воды сопровождается процессами, в результате которых происходит деструкция (разрушение) водных загрязнений, коагуляция коллоидов, флокуляция грубодисперсных примесей и их флотация. Установки электрохимической очистки (электрофлотаторы, электрокоагуляторы, аппараты для электрохимической деструкции и др.) компактны, безотказны, просты в эксплуатации, легко автоматизируются. Их применение наиболее целесообразно для локальной очистки природных, а также бытовых и производственных сточных вод.

Электролизёры могут быть проточные и непроточные. На аноде ионы отдают электроны, т.е. происходит реакция электрохимического восстановления.

Коагуляция – это слипание частиц калоидной системы при их столкновения в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле.

В результате коагуляции образуются агрегаты, т.е. более крупные вторичные частицы, состоящие из более мелких первичных  частиц. Первичные частицы соединены  в таких агрегатах силами межмолекулярного взаимодействия или через прослойку  растворителя. Коагуляция сопровождается прогрессирующим уменьшением размера  частиц и уменьшением их общего числа  в объёме раствора.

Существует  несколько видов коагуляции:

1. Термокоагуляция – когда за счёт повышения температуры увеличивается скорость движения молекул и, следовательно, количество их столкновений, и мелкие частицы быстро слипаются
2. Электрокоагуляция во внешнем электрическом поле
3. Реагентная коагуляция при добавлении реагентов

Флотация.

Это процесс молекулярного прилипания загрязняющего вещества к поверхности  раздела двух фаз – газ-жидкость. Этот процесс обусловлен избытком свободной  энергии поверхностных слоёв, а  также поверхностными явления ми смачивания.

С помощью этих методов сточные  воды очищаются от нефти, нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, масла  и волокнистых материалов. Процесс  флотации заключается в образовании  комплекса частица-пузырёк газа, во всплывании этого комплекса на поверхность и удаления образующейся пены различными способами.

Существуют  следующие конструктивные схемы  флотации:

1. С выделением газа из раствора механическими методами
2. С механическим добавлением газа
3. Электрохимическая флотация, когда газ выделяется на одном или обоих электродах электролизера
4. Химическая флотация, когда газ выделяется в результате химических реакций
5. Биохимическая флотация, когда газ выделяется в результате деятельности микроорганизмов

Сорбция.

Сорбция делится на адсорбцию и абсорбцию.

Всё, что сказано для газов, справедливо  и для жидкостей.

Ионный  обмен.

Для ионообменной очистки сточных вод используют синтетические ионообменные смолы. Применяется для извлечения из сточных вод ионов металла, а также соединений мышьяка, фосфора, цианосоединений, а также радиоактивных веществ. Метод позволяет извлекать ценные вещества при высокой степени очистки. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твёрдой фазой, причём эта твёрдая фаза обладает свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твёрдую фазу практически нерастворимы в воде, и называются ионитами. Если они поглощают положительно заряженные ионы – это катиониты, а если отрицательно заряженные ионы – это аниониты.

Мембранные  технологии.

Мембранные  технологии являются как бы противоположностью механическому методу фильтрования. Если при фильтровании примеси задерживаются  перед пористой перегородкой, то при  мембранных методах, они под действием  некоторых сил переходят через  перегородку в другую часть аппарата.

Мембранные  методы подразделяют в зависимости  от вида этих сил:

1. Экстракция: примеси переходят через мембрану под воздействием разности химических потенциалов, т.е. под воздействием химических сил. Экстракция может проводиться без мембраны в том случае, если жидкости в обеих частях аппарата не смешиваются
2. Обратный осмос: примеси переходят через мембрану под воздействием разности давлений
3. Электродиализ: в аппарат опускаются два электрода, и переход через мембрану осуществляется под действием электрического поля

Выпаривание.

Используется  для повышения концентрации примесей.

Кристаллизация.

Основан на различные растворимости содержащихся в растворе примесей, которые завися как от вида примеси, так и от температуры. При понижении температуры сначала образуются пересыщенные растворы, а затем выпадают кристаллы.

Дистилляция.

Этот  метод основан на различных температурах, испарениях разных веществ.

Биохимические методы очистки сточных вод.

Применяются для очистки сточных вод от органических соединений, а также  соединений азота и серы. В процессе образования своего органического  вещества микроорганизмы разрушают  загрязнителей, превращая воду, углекислый газ в сульфат и нитрат иона.

Биохимические методы подразделяются на две группы:

1. Аэробные (присутствие кислорода воздуха), которые могут проводиться в естественных условиях, например, на биологических прудах или в искусственных условиях, например, в биоскрупперах и биофильтрах
2. Анаэробные (без кислорода воздуха), которые используются для очистки высококонцентрированных осадков и стоков

Если  сточные воды не могут быть очищены  вышеперечисленными методами, то они  подвергаются термической нейтрализации, сжиганию или закачиваются в глубинные  скважины.

 

Задача 2.

Определить  величину предельно допустимого  выброса (ПДВ) несгоревших мелких частиц топлива (сажи), выбрасываемых из трубы  котельной. Рассчитать максимально  допустимую концентрацию сажи около  устья трубы.  

Фоновая концентрация сажи в приземном  воздухе Сф, мг/м3	0,004
Масса сажи, выбрасываемой в атмосферу , М, г/с	2,6
Объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы , Q, м3/с	5,8
Высота трубы Н, м	17
Разность между температурой выбрасываемой  смеси и температурой окружающего  воздуха Т, 0С	58
Диаметр устья трубы D,  м	1,1
Максимальная разовая предельно  допустимая концентрация сажи в воздухе, ПДК, мг/м3	0,15
Коэффициент, зависящий от температурной  стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального  рассеивания вредных веществ  в атмосферном воздухе, А	160
Коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном  воздухе , F	2,5
Безразмерный коэффициент, учитывающий  влияние рельефа местности, h	1

 

Решение:

Предельно допустимый выброс ПДВ, г/с, нагретого  вредного вещества из трубы в атмосферу, при котором содержание его в  приземном слое не превышает предельно  допустимую концентрацию (ПДК), определяется по формуле:

;

Для определения ПДВ  необходимо:

1) рассчитать  среднюю скорость w₀, м/с:

;

 (м/с).

2) определить  параметр f, м/с и v_м, м/с:

,                                             

(м/с).

,

(м/с).

3) коэффициент n определить в зависимости от величины v_м:

при 0,5≤ ν_m <2

тогда n = 0,532ν_м²  - 2,13 ν_м + 3,13 = 1,03.

4) коэффициент  m определить в зависимости от f по формуле:

 

 

 

Итак,

(г/с).

2. Для  возможности сравнения с фактической  (измеряемой приборами) рассчитаем  величину максимально допустимой  концентрации сажи в выбросах около устья трубы, г/м³:

 

,                                                              

(г/м³).

 

3. Сравним  ПДВ с заданным выбросом пыли M:

 

5,161 > 2,6 (ПДВ > М).

 

Значения  выбросов пыли не превышают установленные  нормативы, то есть существенного влияния  на загрязнение окружающей среды  выброс сажи не производит.

 

Задача 6.

 Определить основные размеры нефтеловушки, используемой в качестве первой ступени очистки воды в оборотной системе водоснабжения промывочно-пропарочной станции, и эффективность ее работы.

Количество обрабатываемых цистерн  в сутки N, шт.	200
Расход воды на промывку одной цистерны Рц, м3	16
Скорость движения воды в отстойной  зоне нефтеловушки, vв, м/с	0,008
Глубина проточной части отстойной  зоны нефтеловушки H, м	3,0
Наименьший размер улавливаемых частиц нефтепродуктов в сточной воде rч, 10-6 м	80
Начальная концентрация нефтепродуктов в очищаемой воде Cн, г/м3	640
Коэффициент часовой неравномерности  поступления очищаемой воды kн	1,5
Число секций в нефтеловушке n	3
Допустимая концентрация нефтепродуктов на выходе нефтеловушки Cк, г/м3	150
Температура оборотной воды, подаваемой в нефтеловушку, °С	20
Кинематическая вязкость воды, зависящая  от температуры (для 20 °С) g, м2/с	10-6

 

Решение:

1. Рассчитаем  основные размеры нефтеловушки:

1) Определим  максимальный секундный расход  воды, м³/с через одну секцию нефтеловушки по формуле:

 

,

(м³/с)

 

2) Определим  требуемую ширину В, м, каждой секции нефтеловушки из условия пропуска Q_max по формуле:

 

,

(м) 

 

3) для  предварительного расчета размеров  нефтеловушки допустим ламинарный характер потока воды в отстойной зоне при постоянных скоростях движения воды v_в и всплытия частиц нефтепродуктов v_ч.

Скорость  всплытия частиц нефтепродуктов v_ч, м/с, найдем из условия равенства выталкивающей архимедовой силы и силы вязкого сопротивления воды по формуле:

 

,

 

где g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²;

r_ч, rв - соответственно плотности частиц нефтепродуктов и воды, кг/м³;

 

(м/с).

 

4) длина  отстойной зоны нефтеловушки L, м, определяется из условия равенства времени всплытия нефтечастиц на поверхность и времени прохождения потока воды в отстойной зоне:

 

,

(м).

 

5) с учетом  реальных турбулентных процессов,  происходящих в нефтеловушке, действительная скорость всплытия нефтечастиц будет равна:

v_ч¢ = v_ч - w ,

где w - вертикальная турбулентная составляющая скорости, м/с;

w = 0,04v_в,

w = 0,04 · 0,008 = 0,00032(м/с).

Тогда v_ч¢ = 0,01 - 0,0003= 0,00968 (м/с).

6) уточним  длину отстойной зоны нефтеловушки по формуле:

 

 

(м).

 

2. Эффективность  работы нефтеловушки по уменьшению концентрации нефтепродуктов в очищаемой воде определим по формуле

,

где е - число Эйлера, е = 2,7,

 

 

 

3. Вычислим  фактическую концентрацию нефтепродуктов  на выходе нефтеловушки, г/м³:

C_ф = С_н(1-h),

C_ф = 640 · (1 – 0,699) = 192,68 (г/м³).

 

Сравним C_ф с допустимой по условиям задачи С_к:

193 > 150 в 1,5 раза, т.е. нефтеловушка не справляется с очисткой воды в оборотной системе водоснабжения промывочно-пропарочной станции на первой ступени.

Необходимо  очищать нефтеловушку и отстойники регулярно не реже одного раза в 5-7 дней. В фильтро-нейтрализаторах систематически должен заменяться фильтрующий материал, периодичность должна устанавливаться на основании анализов проб профильтрованной воды и моечных растворов.