Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Предмет и задачи курса ТОЗОС. Общие положения и основные понятия.
В общей проблеме загрязнения окружающей среды в первую очередь выделилась задача обеспечения чистоты атмосферного воздуха, поскольку загрязнение атмосферы представляет угрозу, как здоровью человека, так и всей окружающей среде.
Из-за загрязнения воздуха в промышленных районах происходит рост числа различных заболеваний дыхательных путей. Этот рост связывают, главным образом, с содержанием в продуктах сгорания топлива, прежде всего на ТЭС и в ряде других выбросов в атмосферу, канцерогенных веществ.
Развитие цивилизации и современный научно-технический прогресс непосредственным образом связаны с природопользованием, т.е. с глобальным использованием природных ресурсов.
Природопользование - отрасль материального производства и наука, решающие и исследующие проблемы удовлетворения материальных потребностей человеческого общества, необходимых для его нормального воспроизводства, интеллектуально-духовного развития в течение неограниченно долгого времени на базе ограниченных природных ресурсов без деградации окружающей среды.
Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, их охрана и инженерная защита окружающей среды (инженерная экология).
Инженерная экология - наука о взаимодействии технических и природных комплексов (природно- технических геосистем) и комплексная научно-техническая дисциплина, изучающая области проектирования, создания и управления ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных сооружений и промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и охраны окружающей среды.
Процессы инженерной защиты окружающей среды (теоретические основы защиты ОС) - комплексная научно-техническая дисциплина, изучающая теоретические основы создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и защите окружающей среды.
С точки зрения современной науки, геофизическая оболочка Земли представляет собой ноосферу - сферу взаимодействия природы и общества, или систему «окружающая природная среда - человек - техника». Под "окружающей природной средой" или "окружающей средой" понимается совокупность естественных и измененных природных условий обитания человека и производственной деятельности общества.
В процессе бытовой и производственной деятельности человеческое общество неизбежно влияет на окружающую среду, которая немедленно или через определенный промежуток времени реагирует на это влияние и оказывает обратное положительное, а чаще отрицательное действие.
Деятельность человека все глубже проникает в биосферу - область активной жизни оболочки Земли, включающей нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые заселены живыми организмами. Толщина этой оболочки (40...50 км) ничтожно мала по сравнению с диаметром Земли, доступна для человеческой деятельности и чрезвычайно ранима. Воздействие человека на биосферу тесно связано со все возрастающими темпами научно -технического прогресса и необходимостью решения возникающих социально-экономических задач.
Геохимическое воздействие человека на природу определяется тремя обстоятельствами:
Промышленные отходы (ПО) и загрязнения, выделяющиеся в технологических циклах предприятий и при очистке производственных сточных вод, представляют наибольшую опасность, прежде всего для населения крупных промышленных центров и окружающих их регионов, создают трудности в работе городских коммунальных служб. Известны, например, случаи взрывов легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ), попавших в канализационные коллекторы. Кроме того, сбрасываемые в канализацию тысячи тонн гальванических шламов, содержащих токсичные тяжелые металлы, делают осадок городских станций аэрации в ряде случаев непригодным для использования в качестве удобрения.
Под безотходной технологией понимается идеальная модель производства, которая в большинстве случаев не может быть реализована в полной мере, но с развитием технического прогресса все больше приближается к идеальной. Более конкретно под безотходной технологической системой следует понимать такое производство, в результате деятельности которого не происходит выбросов в окружающую среду.
Безотходное производство представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья и позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие отходов на окружающую среду.
Безотходное производство можно характеризовать всемерно возможной утилизацией образовавшихся в прямых технологических процессах отходов.
Малоотходная технология представляет собой промежуточную ступень безотходной и отличается от нее тем, что обеспечивает получение готового продукта с не полностью утилизируемыми отходами.
Отходы представляют собой побочные продукты промышленного производства, выделяющиеся в процессе производства основных видов продукции и характеризующиеся определенными физико- химическими свойствами. Отходы производства и потребления, пригодные для переработки в товарную продукцию.
В основе подавляющей массы технологий лежат физические и химические превращения.
В физических процессах изменяются лишь форма, размеры, агрегатное состояние и другие физические свойства веществ. Их строение и химический состав сохраняются. Физические процессы доминируют при дроблении, измельчении полезных ископаемых, в различных способах обработки металлов давлением, при сушке и в других аналогичных случаях.
Химические процессы изменяют физические свойства исходного сырья и его химический состав. С их помощью получают металлы, спирты, удобрения, сахара и т.п., которые в чистом виде в сырье не присутствуют. Химические процессы являются основой производства в металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, целлюлозно-бумажной промышленности и во множестве других отраслей народного хозяйства.
Совокупность взаимосвязанных химических и физических процессов, происходящих в вещественной субстанции, получила название физико-химических, пограничных между физическими и химическими. Физико-химические процессы широко применяются в обогащении полезных ископаемых, металлургии, технологиях основных химических производств, органическом синтезе, энергетике, но особенно в природоохранных технологиях (пыле- и газоулавливании, очистке сточных вод и др.).
Специфическую группу составляют биохимические процессы - химические превращения, протекающие с участием субъектов живой природы. Биохимические процессы составляют основу жизнедеятельности всех живых организмов растительного и животного мира. На их использовании построена значительная часть сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, например биотехнология. Продуктом биотехнологических превращений, протекающих с участием микроорганизмов, являются вещества неживой природы.
Цель курса «Теоретические основы защиты окружающей среды» состоит в получении необходимых знаний об основных методах и закономерностях физико-химических процессов защиты окружающей среды, основах технологий очистки пылегазовых выбросов, жидких сбросов, утилизации и переработки твердых отходов, о физических принципах защиты окружающей среды от энергетических воздействий.
Общими задачами курса «Теоретические основы защиты окружающей среды» являются:
Место курса «Теоретические основы защиты окружающей среды» в профессиональной подготовке выпускника связано с созданием необходимой базы для понимания физико-химической сущности технологических процессов защиты окружающей среды.
Предметом изучения этого курса являются механические, физико-химические и физические процессы: осаждения и разделения гетерогенных систем, фильтрования, коагуляции, флокуляции, абсорбции, адсорбции, конденсации, флотации, жидкостной экстракции, ионного обмена, электрохимического окисления и восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации, пиролиза, огневого обезвреживания и др.
2. Классификация методов защиты окружающей среды.
Под методом защиты понимают комплекс технологических, технических мероприятий, направленных на снижение или полное исключение загрязнения биосферы.
Все методы делятся на:
Активные (непосредственно воздействуют на источники загрязнения).
Пассивные (носят защитный характер, эти методы не связаны с источником загрязнения, это методы борьбы с образовавшимся загрязнением). Технические методы делятся на:
Прямые методы позволяют оценить массу, объем, концентрацию и уровень загрязнений непосредственно в источниках их образования.
Косвенные методы позволяют свести к минимуму или исключить образование вредных веществ в последующих экологических ситуациях.
' КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ По закономерностям протекания процессов! Вопрос: Предмет курса. Общие положения:
Направления этих методов: Активные методы:
Пассивные методы, направленны на уменьшение концентрации и уровней загрязнения на пути их распространения в биосферу.
К пассивным методам относятся организационно-технологические мероприятия:
Технические методы:
3. Показатели качества окружающей среды. Общие положения.
Загрязнением окружающей среды называется изменение качества среды, способное вызвать отрицательные последствия.
Считается, что одинаковые агенты оказывают одинаковые отрицатегьные воздействия независимо от их происхождения, поэтому пыль, источником которой является природное явление (например, пыльные бури), должна считаться таким же загрязняющим веществом, как и пыль, выбрасываемая промышленным предприятием, хотя последняя может быть более токсичной в силу своего сложного состава.
Загрязнения классифицированы следующим образом: 1. Механическое - Засорение среды агентами, оказывающими лишь механическое воздействие без химико-физических последствий (например, мусором); 2. Химическое - Изменение химических свойств среды, оказывающих отрицательное воздействие на экосистемы и технологические устройства; 3. Физическое - Изменение физических параметров среды: темпе- ратурно-энергетических (тепловое или термальное), волновых (световое, шумовое, электромагнитное). радиационных (радиационное или радиоактивное) и т.п.; 3.1. Тепловое (термальное) - Повышение температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов и воды: может возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды; 3.2. Световое - Нарушение естественной освещенности местности в результате действия искусственных источников света: может приводить к аномалиям б жизни растений и животных; 3.3. Шумовое - Увеличение интенсивности шума сверх природного уровня: у человека приводит к повышению утомляемости, снижению умственной активности и при достижении 90-100 дБ к постепенной потере слуха; 3.4. Электромагнитное - Изменение электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных установок н др.) приводит к глобальным и местным географическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах; 4 Радиационное - Превышение естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ; 5. Биологическое - Проникание в экосистемы и технологические устройства видов животных и растений, чуждых данным сообществам и устройствам; 5.1. Биотическое - Распространение определенных, как правило, нежелательных с точки зрения людей биогенных веществ (выделений, мертвых тел н др.) на территории. где они ранее не наблюдались; 5.2. Микробиологическое - а) Появление необычайно большого количества микроорганизмов. связанное с их массовым размножением на антропогенных субстратах или в средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека;
б) Приобретение ранее безвредной формой микроорганизмов патогенных свойств или способности подавлять другие организмы в сообществах.
Все перечислзнные виды загрязнений взаимосвязаны, и каж дый из них мож ет явиться толчком для возникновения других видов загрязнения. В частности, химическое загрязнение атмосферы может способствовать повышению вирусной активности, а, следоватегьно, биологическому загрязнению.
Существуют верхняя и нижняя критические границы параметров окружающей среды, достижение которых угрожает наступлением необратимых сдвигов в биологической системе и в ее отдегъных звеньях Некоторые вещества (например, большинство тяжелых металлов) в значительных количествах являются сильными адами, а в малых дозах они необходимы, так как уменьшение их содержания в организме человека ниже критической величины вызывает тяжелые функциональные расстройства.
В соответствии с законом Российской Федерации об охране окружающей среды (2001 г.) под
нормированием качества окружающей среды подразумевается деятельность по установлению
нормативов предельно допустимых воздействий на нее.
Нормативы в области охраны окружающей среды - установленные нормативы качества окруж аюшрй среды и нормативы допустимого воздействия на нее, при соблодении которых обеспечивается устойчивое функционирование естественных экологических систем и сохраняется биологическое разнообразие.
Нормативы качества окруж ающей среды- нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблодении которых обеспечивается благоприятная окруж аюшря среда.
В научно-технической литературе для показателей качества окружающей среды испо/ъзуют термин "индекс качества средь/1 (лучшему качеству соответствует больший индекс) и термин "индекс загрязнения средь/1 (большему загрязнению соответствует больший индекс). Мож но считать, что индекс качества = 1/индекс загрязнения.
Для оценки загрязнения окружающей среды используются следующие нормативы:
4. Критерии оценки качества воздушной и водной среды.
Критериями качества окружающей среды в настоящзе время служ am предегьно допустимые концентрации (ПДК), являющееся гигиеническими нормами.
В СССР были научно обоснованы и установлены гигиенические нормативы более чем для 400 веществ и их комбинаций, причем все эти вещества отнесены к одному из четырех классов опасности загрязняющих веществ (наиболее опасным является 1-й класс, наименее опасным - 4-й).
Для бо/ъшинства загрязняющих веществ устанавливают два значения ПДК: максимально разовая и среднесуточная
Максимально разовая ПДК связана, в основном, с возможным рефлекторным действием вещества на организм. Это - ПДК примеси в воздухе, регистрируемая с 20-минутным осреднением (предельно допустимая частота появления концентрации, превышающей максимально разовую ПДК, не должна превышать 2 % общего числа измерений).
Среднесуточная ПДК направлена на предупреждение хронического резорбтивного действия (действие токсичных веществ, проявляющееся после всасывания их в кровь) вешрства при длитегьном вдыхании. Это - ПДК примеси в воздухе, усредненная за длительный интервал времени (до 1 года).
Оценка качества воздушной среды
ПДК - предегьно допустимая концентрация химического вешрства в воздухе рабочей юны, мг/мЗ. ПДК не дошна вызывать заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, в процессе работы или в отдаленные сроки ж изни настоящего и последующего поколений при еж едневной (кроме выходных дней) работе в пределах 8 часов или другой продош итегъности, но не более 40 часов в недепо, в течение всего рабочего стаж а.
ПДКсс - предегьно допустимая среднесуточная концентрация химического вешрства в воздухе населенных мест, мг/мЗ. ПДКсс не дошна оказывать на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом (годы) вдыхании. Это основной норматив оценки состояния атмосферного воздуха с санитарно-гигиенической точки зрения.
ПДКмр - предегьно допустимая максимагьная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/мЗ. ПДКмр не дошна вызывать рефлекторных (в том числе субсенсорных(неосознанных)) реакций в организме человека при вдыхании в течение 30 мин. Этот показатель устанавливается для веществ, обладающих специфическим действием (например, резким запахом) и может рассматриваться как норматив, если его значение ниже, чем ПДКсс.
К настоящему времени по Российской Федерации утверждено более 1000 нормативов ПДК для нормирования качества воздушной среды.
Одним из факторов, определяющих качество природной среды, является предепьно-допустимьй выброс в атмосферу (ПДВ) - научно-технический норматив, устанавливаемый из условия, чтобы содерж ание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или совокупности источников не превышало загрязнений, определенных нормативами качества воздуха для населения, а также для ж ивотного и раститегьного миров.
Сущность ПДВ состоит в нормировании выбросов, так как при существующих методах сокращения отходов производства практически невозможно полностью избежать проникания в атмосферу вредных веществ. Вместе с тем можно уменьшить промышленные выбросы до установленного предела или ослабить их воздействие до уровней, определяемых ПДК. Для выявления связи между ПДВ и ПДК исследуют закономерности распространения примесей от их источников до зоны воздействия, обусловленной турбулентной диффузией в атмосфере. В РФ действует ГОСТ 17.2.3.02 -78 на правила установления ПДВ вредных веществ промышленными предприятиями.
Оценка качества водной среды
Качество природных вод зависит от состава и количества растворенных и взвешенных веществ, микроорганизмов, гидробионтов (организмов, приспособленных к обитанию в водной среде), а также от температуры, кислотности и других физико-химических показателей. Таким образом, оценка качества воды может производиться по физическим, химическим, бактериологическим и гидробиологическим показателям.
Стандарты и нормативы качества воды различны для водных объектов санитарно-бьтового и рыбоховяйственноао назначения.
В СССР ПДК вредных веществ в природных водах были установлены более чем для 800 химических веществ. Эти вещества подразделяются на три группы по лимитирующему показатепо вредности (общесанитарньй, санитарно-токсикопогический, ораанопептический), особо выделяется рыбохозяйственньй показатель вредности.
5. Пылегазовые загрязнители воздуха. Основные понятия.
Качество воздуха, его воздействие на организм, а также оборудование и технологические процессы во многом обусловлены содержанием в нем взвешенных частиц, аэрозолей.
Аэрозоль (Золь на английском sol - коллоидный [коллоиды (др.-греч. ко/./.и — клей + stooc — вид; «клеевидные»)] раствор) - дисперсная система, состоящая из взвешенных в газовой среде (дисперсной среде), обычно в воздухе, мелких частиц (дисперсной фазы). Дисперсная среда - газ, в частности, воздух, а дисперсной фазой — твердые или жидкие частицы. Наиболее мелкие (тонкие) аэрозольные частицы по размерам близки к крупным молекулам, а для наиболее крупных, наибольший размер определяется их способностью более или менее длительное время находиться во взвешенном состоянии. Обычно речь идет о частицах размером до 100... 200 мкм, а по некоторым представлениям до 500 мкм.
Различают дисперсионные и конденсационные аэрозоли.
Дисперсионные аэрозоли образуются при измельчении (диспергировании) твердых и жидких веществ.
Конденсационные аэрозоли образуются при конденсации насыщенных паров, а также в результате газовых реакций.
Дисперсионные частицы обычно значительно грубее, чем конденсационные, обладают большей полидисперсностью, имеют неправильную форму.
Конденсационные аэрозоли имеют часто правильную шарообразную или кристаллическую форму и при коагуляции, сливаясь, снова получают шарообразную форму.
К аэрозолям относятся пыли, туманы и дымы.
Пылями называют дисперсионные аэрозоли с твердыми частицами, независимо от дисперсности. Пылью обычно также называют совокупность осевших частиц (гель или аэрогель).
Под туманами понимают газообразную среду с жидкими частицами как конденсационными, так и дисперсионными, независимо от их дисперсности. [Дисперсность (от лат. dispersus — рассеянный, рассыпанный). Дисперсность - физическая величина, характеризующая размер взвешенных частиц в дисперсных системах].
Дымами называют конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой или включающие частицы и твердые, и жидкие.
На практике часто приходится встречаться с аэрозолями, включающими частицы как дисперсионного, так и конденсационного происхождения, обычно ультрамикроскопического размера.
Часто бывает затруднительно провести четкую границу между различными видами аэрозолей. Объясняется это тем, что аэрозольные системы состоят из частиц различного происхождения. Происходит, к тому же, непрерывное взаимодействие этих частиц, осаждение малых частиц на более крупные и т. д. Аэрозольная система не находится в неизменном состоянии. В результате взаимодействия частиц происходит их укрупнение, разрушение конгломератов, осаждение частиц и т. д.
Аэрозоли обычно полидисперсны, т. е. содержат частицы различных размеров. Монодисперсные частицы встречаются как исключение. Их в некоторых количествах в виде порошков изготовляют для калибровки пылеизмерительных приборов.
Наибольшее негативное влияние на окружающую среду оказывает пыль. Пыль бывает естественного и технологического происхождения.
Пыль технологического происхождения характеризуется большим разнообразием по химическому составу, размеру частиц, их форме, плотности, характеру краев частиц и т. д. Соответственно разнообразно воздействие пыли на организм человека и окружающую среду. Она причиняет вред организму в результате механического воздействия (повреждение органов дыхания острыми кромками пыли), химического (отравление ядовитой пылью), бактериологического (вместе с пылью в организм проникают болезнетворные микроорганизмы).
Пыль в производственных помещениях оказывает неблагоприятное воздействие на оборудование, вызывая, например, его интенсивный износ. Осаждение пыли на поверхность нагрева и охлаждения ухудшает условия теплообмена и т. д. Осаждение пыли на электрическом оборудовании может привести к нарушению его работы, к авариям.
Органические пыли, например, мучная пыль и другие, могут быть питательной средой для развития микроорганизмов.
Пылевые частицы могут быть ядром конденсации для паров жидкостей. Вместе с пылью в помещение могут проникать вещества, вызывающие интенсивную коррозию металлов и т. д.
С воздухом многие пыли образуют взрывоопасные смеси.
Рассмотрим подробнее свойства аэрозолей.
Дисперсность - степень измельчения вещества. Под дисперсным (зерновым, гранулометрическим) составом понимают распределение частиц аэрозолей по размерам. Он показывает, из частиц какого размера состоит данный аэрозоль, и массу или количество частиц соответствующего размера.
Дисперсность в значительной мере определяет свойства аэрозолей. В результате измельчения изменяются некоторые свойства вещества и приобретаются новые. Это вызвано, в основном, тем, что при диспергировании вещества многократно увеличивается его суммарная поверхность.
Во взвешивающей газообразной среде присутствует влага, пары кислот, щелочей. В результате их поглощения свойства частиц отличаются от свойств исходного материала.
Дисперсный состав характеризует аэрозоль с различных сторон. Кроме физических и химических свойств, дисперсный состав определяет в значительной мере характер и условия распространения аэрозолей в воздушной среде. Мелкодисперсная пыль осаждается значительно медленнее, а особо мелкодисперсная пыль практически вовсе не осаждается. Таким образом, рассеивание пылевых частиц в воздухе в значительной мере определяется дисперсным составом пыли. Важнейший вопрос пылеулавливания - выбор пылеулавливающего оборудования - решается главным образом на основании дисперсного состава пыли.
Дисперсный состав пыли имеет первостепенное значение для разработки и совершенствования пылеулавливающих аппаратов и систем, а также для осуществления мероприятий по предотвращению выделения пыли и ее распространению.
Дисперсный состав аэрозолей определяют лабораторными исследованиями с использованием различных методов.
Имеется несколько способов выражения размеров пылевых частиц: по диаметру частицы; по размеру в свету наименьших размеров ячеек сита, через которые проходят данные частицы; по диаметру шарообразных частиц, имеющих такую же массу. Также, по наибольшему линейному размеру частиц не правильной формы; по диаметру условных шарообразных частиц, обладающих при одинаковой плотности скоростью витания, равной скорости витания данной пылевой частицы. Точно размер частицы может быть выражен диаметром шарообразной частицы. Однако частицы такой формы практически не встречаются. Поэтому для выражения размера частицы пользуются понятиями эквивалентный диаметр, седиментационный диаметр и др.
Эквивалентный диаметр частицы неправильной формы - диаметр шара, объем которого равен объему частицы, или диаметр круга, площадь которого одинакова с площадью проекции частицы.
Седиментационный диаметр частицы - диаметр шара, скорость оседания и плотность которого соответственно равны скорости оседания и плотности частицы неправильной формы.
Интервал дисперсности аэрозольных частиц весьма велик: от 10~7 до 1 см. Нижний предел определяется возможностью длительного самостоятельного существования весьма малых частиц; верхний предел ограничен тем, что крупные частицы весьма быстро осаждаются под действием сил тяжести и во взвешенном состоянии практически не наблюдаются.
Весь диапазон размеров частиц разбивают на фракции. Фракция объединяет частицы, находящиеся в пределах одного интервала размеров рекомендуемой шкалы.
Теоретически обосновано, что дисперсность пыли, образующейся при измельчении материала в течение достаточно длительного времени, подчиняется логарифмически нормальному закону распределения.
Дисперсность аэрозолей характеризует также медианный диаметр.
Медианным (средним) диаметром d50 называют такой размер частиц, по которому массу аэрозоля можно разделить на две равные части: масса частиц мельче с150 составляет 50 % всей массы пыли, так же как и масса частиц крупнее с150.
Плотность —масса единицы объема, кг/мЗ.
Различают истинную, кажущуюся и насыпную плотность частиц пыли.
Истинная плотность представляет собой массу единицы объема вещества, из которого образована пыль.
Кажущаяся плотность — это масса единицы объема частиц, включая объем закрытых пор. Кажущаяся плотность монолитной частицы равна истинной плотности данной частицы.
Насыпная плотность — масса единицы объема уловленной пыли, свободно насыпанной в емкость. В объем, занимаемый пылью, входят внутренние поры частиц и промежуточное пространство между ними.
Удельная поверхность аэрозоля - отношение поверхности всех частиц к их массе или объему.
Значение удельной поверхности позволяет судить о дисперсности пыли.
Слипаемость пыли. Склонность частиц к сцеплению друг с другом определяется аутогезионными (когезионными) свойствами и в технике пылеочистки получила название "слипаемость".
Взаимодействие пылевых частиц между собой называется аутогезией. Аутогенным воздействием вызывается образование конгломератов пыли. Взаимодействие пылевых частиц с поверхностями называется адгезией.
Обычно, когда речь идет о взаимодействии пылевых частиц между собой, явления аутогезии именуют слипаемостью. Она обусловлена силами электрического, молекулярного и капиллярного происхождения. Устойчивая работа пылеулавливающего оборудования во многом зависит от слипаемости пыли. В качестве показателя слипаемости принимают прочность пылевого слоя на разрыв, Па.
По степени слипаемости пыли могут быть разделены на четыре группы: неслипающиеся (Р60 Па); слабослипающиеся (Р=60-300); среднеслипающиеся (Р=300-600); сильное делающиеся (Р600).
Наличие схватывающихся пылей в составе загрязнителей указывает на возможность химических реакций между компонентами выбросов.
Считают, что для влажной пыли степень ее слипаемости должна быть увеличена на один уровень. Слипаемость возрастает с уменьшением размера частиц.
Сыпучесть пыли. Сыпучесть характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и степени уплотнения.
Характеристики сыпучести используются при определении угла наклона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.
Гигроскопичностью пыли называется ее способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пыли, как электрическая проводимость, слипаемость, сыпучесть и др.
Равновесие между относительной влажностью воздуха и влажностью материала выражает изотерма сорбции. Пользуясь изотермой сорбции, можно судить о поведении пыли в аппаратах, емкостях для пыли, пылепроводах.
Содержание влаги в пыли выражает влагосодержание или влажность.
Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли. Влажность — отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли.
Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы в сушильном шкафу.
Равновесную влажность пыли (изотерму сорбции) определяют, выдерживая ее до постоянной массы в воздушной среде с известной относительной влажностью.
Смачиваемость пыли. На смачивании пыли распыленной водой основано мокрое пылеулавливание. Смачиваемость пыли определяет возможность ее гидроудаления, применение мокрой пылеуборки производственных помещений.
Электрические свойства пыли. Электрические свойства оказывают значительное влияние на поведение пылевых частиц. Электрические силы во многом определяют процесс коагуляции, устойчивость пылевых агрегатов, взрывоопасность пыли, ее воздействие на живые организмы.
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) характеризует электрическую проводимость слоя пыли. УЭС равно сопротивлению прохождения электрического тока через куб пыли со стороной, равной 1 м (Ом*м).
Электрический заряд пыли. Пылевая, как и другая аэрозольная частица, может иметь один или несколько электрических зарядов или быть нейтральной. Аэрозольная система может иметь в своем составе частицы, заряженные положительно, отрицательно, нейтральные. Соотношение этих частиц определяет суммарный заряд системы.
Горючесть и взрываемость пыли. Способность образовывать с воздухом взрывоопасную смесь и способность к воспламенению являются важнейшими отрицательными свойствами многих видов пыли.
Коагуляция аэрозолей. Частицы аэрозолей со средней и хорошей смачиваемостью, не реагирующие со смачивающими жидкостями, могут образовывать с ними при перемешивании механические смеси, коллоидные растворы и истинные растворы.
Истинные растворы отличаются от взвесей - коллоидов и механических смесей размерами частиц, на которые распадается вещество при перемешивании. Истинные растворы содержат вещества в виде молекул, атомов, ионов и других частиц с характерными размерами 10~9 ми менее.
К жидким коллоидным растворам относят высокодисперсные и грубодисперсные смеси с размерами частиц соответственно от 10'9 до 10~7 м и от 10'7 до 10~5 м.
Грубодисперсные жидкие коллоиды с твердой дисперсной частью называют суспензиями, с жидкой - эмульсиями.
Диспергированные вещества могут образовывать взвеси и истинные растворы не только в жидкой, но и в газообразной среде. Взвеси твердых и жидких частиц в газах называют золями, в воздухе - аэрозолями. Тонкодисперсные взвеси твердых и жидких частиц называют соответственно дымами и туманами. Как правило, такие названия относятся к конденсационным аэрозолям, которые можно рассматривать как коллоидные растворы в газовой среде. При определенных условиях агрегированные частицы дымов и туманов могут распадаться до молекул и растворяться в газе-носителе. Примером истинного газового раствора может служить очищенный от твердых и жидких примесей воздух.
Общей чертой истинных растворов является их устойчивость. Коллоидные растворы, как жидкие, так и газообразные, неустойчивы, т.е. не могут сохраняться длительное время в первоначальном состоянии. Взвешенные частицы со временем коагулируются (сцепляются друг с другом) и оседают.
Аэрозоль — неустойчивая система. Он подвержен постоянным изменениям. С течением времени в аэрозоле происходит укрупнение взвешенных частиц. Этот процесс носит название коагуляции (агрегирования, агломерации); он происходит в результате взаимодействия частиц под влиянием различного рода физических факторов. Наибольшая роль в коагуляции принадлежит молекулярным силам и силам электрического притяжения.
Имеет место естественная коагуляция, когда этот процесс происходит под действием естественных сил, т. е. в основном за счет броуновского движения и гравитационных сил, и искусственная коагуляция, когда этот процесс интенсифицируют, применяя дополнительные факторы, например, турбулизацию запыленного потока, его искусственную ионизацию и акустическую обработку. Процесс коагуляции в результате ускоряется во много раз, т.к. вероятность столкновения и взаимодействия частиц во много раз увеличивается.
Тепловая (броуновская) коагуляция. В основе броуновской коагуляции лежит броуновское (.хаотическое, беспорядочное) движение весьма малых частиц - до 0,1 мкм.
Градиентная коагуляция. Градиентная коагуляция обусловлена наличием градиента скорости в потоке запыленных газов. Наиболее характерным примером является течение газов около твердой стенки канала. В соответствии с законами гидравлики, частица вблизи стенки движется с меньшей скоростью, чем частица, находящаяся ближе к продольной оси канала.
Турбулентная коагуляция. Скорость коагуляции частиц в дисперсной среде может быть искусственно повышена путем турбулизации аэрозоля.
Вихревое движение среды, возникающее вследствие турбулизации, увеличивает вероятность столкновения частиц и, следовательно, повышает скорость коагуляции.
Кинематическая коагуляция. Процесс кинематической коагуляции происходит при относительном движении частиц различного размера под действием внешних сил — силы гравитации, центробежных сил и др. Частицы различного размера движутся с различными скоростями. Вследствие этого происходит их столкновение и укрупнение. Примером кинематической коагуляции является осаждение частиц на каплях, находящихся под действием силы тяжести (этот процесс называется также гравитационной коагуляцией).
Кинематическая коагуляция происходит также при встречном движении распыленной воды и аэрозоля в мокрых пылеуловителях.
Электрическая коагуляция. Между заряженными частицами, а также между заряженными и незаряженными частицами возникают силы взаимодействия. Это в значительной мере определяет поведение частиц. Частицы сталкиваются, слипаются, образуя агрегаты.
Между частицами действуют следующие электрические силы взаимодействия: кулоновская сила притяжения или отталкивания, возникающая между двумя заряженными частицами, находящимися на определенном расстоянии друг от друга; сила индукции между заряженной частицей и соседней незаряженной; сила взаимодействия между заряженной частицей и другими частицами с тем же знаком; сила внешнего электрического поля (если оно имеется).
Акустическая коагуляция. Пылегазовый поток проходит через акустическое поле, создаваемое источником звука и ультразвука.
При определенных параметрах поля и характеристиках пылегазового потока вследствие колебания среды значительно возрастает число столкновений между пылевыми частицами, что приводит к их слипанию, т. е. к укрупнению пыли.
6. Характеристики пылегазовых загрязнителей воздуха.
Все реальные газовые выбросы содержат воду в состоянии перегретого, насыщенного или влажного пара. Молекулы и агрегированные частицы воды диффундируют в отбросные газы, испаряясь и возгоняясь с жидких и твердых поверхностей, уносятся газовым потоком при разбрызгивании и распылении жидкости, образуются в газовой фазе при протекании химических реакций (например, при горении топлива), попадают в выбросы вместе с воздухом, участвующим в технологическом процессе.
Максимально возможное содержание водяного пара в неподвижном газовом объеме однозначно связано с параметрами его состояния. Количественно содержание влаги в газах характеризуется абсолютной и относительной влажностью.
Абсолютной влажностью или влагосодержанием d называют массу водяных паров, приходящуюся на единицу объема или массы газа.
Относительная влажность показывает степень насыщения газа водяным паром и представляет собой отношение имеющегося количества водяного пара в газе к максимально возможному в данных условиях. Относительную влажность удобно выражать через отношение парциального давления водяного пара в газе к давлению (упругости) насыщенного пара при той же температуре.
Носителями загрязняющих выделений большинства производственных выбросов служат воздух или дымовые газы. Упругость насыщенных паров и другие параметры воздуха, загрязненного не более чем на несколько процентов, можно с допустимой для инженерных расчетов погрешностью определять по таблицам и диаграммам влажного воздуха. Влажность дымовых газов зависит от вида, состава, а иногда и способа сжигания потребляемого топлива, от влажности воздуха, поступающего в зону горения и газоходы топливо, использующего устройства и определяется расчетом по стехиометрическим и балансовым уравнениям.
В реальных газовых выбросах наряду с влагой всегда присутствует определенное количество твердых частиц, которые находятся в постоянном контакте с жидкой и газовой фазой. В конкретных условиях взаимодействие частиц, находящихся в различных агрегатных состояниях, может проявиться в химических реакциях, механическом смешивании или взаимном растворении.
Для правильного выбора способов обработки твердых и, в особенности, жидких загрязнителей газовых выбросов важно знать не только их дисперсный, но и химический состав. Ингредиенты загрязнителей могут быть инертны или химически активны к материалу очистного устройства и коммуникаций, к влаге, сорбентам, могут испаряться, возгоняться, разлагаться, воспламеняться при обработке. Чтобы избежать негативных последствий или непредвиденных результатов разрабатываемого способа обезвреживания, необходимо иметь информацию о химическом составе загрязнителей и свойствах ингредиентов в области параметров, соответствующей условиям их обработки.
Другие загрязнители: Оксид углерода (угарный газ СО). Цианиды: цианистая (синильная) кислота (HCN). Сероводород (H2S). Диоксид серы (сернистый газ S02). Окислы азота. Углеводороды ароматического ряда. Металлы. Свинец (РЬ). Ртуть (Hg). Марганец (Мп). Цинк (Zn). Хром (Сг). Никель (Ni).
Канцерогенные вещества: хром, мышьяк, никель, асбест, бериллий, сажа, смола, пек. Пек (от голл. рек — смола) — остаток от перегонки каменноугольного, торфяного, древесного дёгтя, а также нефтяной смолы (после пиролиза), минеральные масла и ряд других. Неприятные запахи. Радиоактивные вещества. Микроорганизмы (бактерии и вирусы).
7. Классификация промышленных отходов, образующихся в результате производственной деятельности человека.
Классификация промышленных отходов (ПО), образующихся в результате производственной деятельности человека, необходима как средство установления определенных связей между ними с целью определения оптимальных путей использования или обезвреживания отходов.
Обобщение и анализ литературных данных показывают, что классификация ПО основана на систематизации их по отраслям промышленности, возможностям переработки, агрегатному состоянию, токсичности и т.д. В каждом конкретном случае характер используемой классификации соответствует рассматриваемым аспектам: складированию, очистке, переработке, захоронению ПО, предотвращению их токсичного воздействия и пр. Каждая отрасль промышленности имеет классификацию собственных отходов.
Классификация отходов возможна по разным показателям, но самым главным из них является степень опасности для человеческого здоровья.
Вредными отходами, например, считаются инфекционные, токсичные и радиоактивные. Их сбор и ликвидация регламентируются специальными санитарными правилами.
Согласно ГОСТ 12.1.007-76 (ПЕРЕИЗДАНИЕ (сентябрь 1999 г.) с Изменениями № 1, 2 утвержденными в сентябре 1981 г., марте 1989 г.(1ГУС № 12-1981 г. и № 6-1990 г.).) "Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности ", все ПО делятся на четыре класса опасности:
Первый - чрезвычайно опасные
Второй - высоко опасные
Третий - умеренно опасные
Четвертый - малоопасные
Для примера можно привести класс опасности некоторых химических веществ, определяемый расчетным методом:
Принадлежность к классу опасности иных по химическому составу отходов можно определить расчетным методом по ПДК для данного химического вещества в почве, пользуясь математической формулой, справочной литературой (физико-химические константы, их токсичность и гигиеническими нормативами для химических веществ в почве).
8. Энергетические загрязнения окружающей среды. Основные понятия.
Промышленные предприятия, объекты энергетики, связи и транспорт являются основными источниками энергетического загрязнения промышленных регионов, городской среды, жилищ и природных
К энергетическим загрязнениям относят вибрационные и акустические воздействия, электромагнитные поля и излучения, воздействия радионуклидов и ионизирующих излучений.
Вибрации, источником которых является технологическое оборудование, рельсовый транспорт, строительные машины и тяжелый автотранспорт, распространяются по грунту. Протяженность зоны воздействия вибрации определяется величиной их затухания в грунте, которая составляет 1 дБ/м.
Шум создается транспортными средствами, промышленным оборудованием, санитарно- техническими установками. На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70...80 дБА.
Основными источниками электромагнитных полей (ЭМП) радиочастот являются радиотехнические объекты, телевизионные радиолокационные станции, термические цехи и участки. Воздействие ЭМП промышленной частоты связано с высоковольтными линиями электропередач, источниками постоянных магнитных полей, применяемыми на промышленных предприятиях. Зоны с повышенными уровнями ЭМП радиочастот имеют радиус доЮО..150 м.
В быту источниками ЭМП и излучений являются телевизоры, дисплеи, печи СВЧ и другие устройства.
Воздействие ионизирующего излучения на человека может происходить в результате внешнего и внутреннего облучения.
Внешнее облучение вызывают источники рентгеновского и у-излучения, потоки протонов и нейтронов. Внутреннее облучение вызывают а- и (3- частицы, которые попадают в организм человека через органы дыхания и пищеварительный тракт.
Доза облучения, создаваемая антропогенными источниками, невелика по сравнению с естественным фоном ионизирующего облучения, что достигается применением средств коллективной защиты промышленных источников излучения. В тех случаях, когда на объектах экономики нормативные требования и правила радиационной безопасности не соблюдаются, уровни ионизирующего воздействия резко возрастают.
9. Классификация методов защиты окружающей среды от промышленных загрязнений.
Защита окружающей среды является составной частью концепции устойчивого развития человеческого общества означающей длительное непрерывное развитие, обеспечивающее потребности ныне живущих людей без ущерба удовлетворению потребностей будущих поколений. Концепция устойчивого развития не сможет реализоваться, если не будут разработаны конкретные программы действий по предотвращению загрязнения окружающей среды.
Программы действий по предотвращению загрязнения окружающей среды включают в себя организационные, технические и технологические разработки: по развитию ресурсе-, энергосберегающих и малоотходных технологий, снижению газовых выбросов и жидкостных сбросов, переработки и утилизации хозяйственных отходов, уменьшению энергетического воздействия на окружающую среду, усовершенствованию и использованию средств защиты окружающей среды.
Организационно-технические методы охраны окружающей среды можно условно разделить на активные и пассивные методы.
Активные методы защиты окружающей среды представляют собой технологические решения по созданию ресурсосберегающих и малоотходных технологий.
Пассивные методы защиты окружающей среды делятся на две подгруппы:
Рациональное размещение предполагает территориальное рациональное размещение объектов экономики, снижающее нагрузку на окружающую среду, а локализация по существу является флегматизацией источников загрязнений и средством снижения их выбросов. Локализация достигается применением различных средозащитных технологий, технических систем и устройств.
В основе многих средозащитных технологий лежат физические и химические превращения. В физических процессах изменяются лишь форма, размеры, агрегатное состояние и другие физические свойства веществ. Их строение и химический состав сохраняются. Физические процессы доминируют при дроблении, измельчении полезных ископаемых, в различных способах обработки металлов давлением, при сушке и в других аналогичных случаях.
Химические процессы изменяют физические свойства исходного сырья и его химический состав. С их помощью получают металлы, спирты, удобрения, сахара и т.п., которые в чистом виде в сырье не присутствуют. Химические процессы являются основой производства в металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, целлюлозно-бумажной промышленности и во множестве других отраслей народного хозяйства.
Совокупность взаимосвязанных химических и физических процессов, происходящих в вещественной субстанции, называются физико-химических, пограничных между физическими и химическими. Физико- химические процессы широко применяются в обогащении полезных ископаемых, металлургии, технологиях основных химических производств, органическом синтезе, энергетике, но особенно в природоохранных технологиях (пыле- и газоулавливании, очистке сточных вод и др.).
Специфическую группу составляют биохимические процессы - химические превращения, протекающие с участием субъектов живой природы. Биохимические процессы составляют основу жизнедеятельности всех живых организмов растительного и животного мира. На их использовании построена значительная часть сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, например биотехнология. Продуктом биотехнологических превращений, протекающих с участием микроорганизмов, являются вещества неживой природы.
В теоретических основах технологии защиты окружающей среды, базирующихся на общих законах физической и коллоидной химии, термодинамики, гидро- и аэродинамики, изучается физико- химическая сущность основных процессов экобиозащитных технологий. Такой системный подход к средозащитным процессам позволяет сделать обобщения по теории таких процессов, применить к ним единый методологический подход.
В зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание средозащитных процессов, последние подразделяют на следующие группы:
В отдельную группу выделены процессы защиты от энергетических воздействий, в основном базирующиеся на принципах отражения и поглощения избыточной энергии основных технологических процессов природопользования.
К механическим процессам, основой которых является механическое воздействие на твердые и аморфные материалы, относят измельчение (дробление), сортирование (классификация), прессование и смешивание сыпучих материалов. Движущей силой этих процессов являются силы механического давления или центробежная сила.
К гидромеханическим процессам, основой которых является гидростатическое или гидромеханическое воздействие на среды и материалы, относят перемешивание, отстаивание (осаждение), фильтрование, центрифугирование. Движущей силой этих процессов является гидростатическое давление или центробежная сила.
К массообменным (диффузионным) процессам, в которых большую роль наряду с теплопередачей играет переход вещества из одной фазы в другую за счет диффузии, относят абсорбцию, адсорбцию, десорбцию, экстрагирование, ректификацию, сушку и кристаллизацию. Движущей силой этих процессов является разность концентраций переходящего вещества во взаимодействующих фазах.
Химические процессы, протекающие с изменением физических свойств и химического состава исходных веществ, характеризуются превращением одних веществ в другие, изменением их поверхностных и межфазных свойств.
К этим процессам можно отнести процессы нейтрализации, окисления и восстановления. Движущей силой химических процессов является разность химических (термодинамических) потенциалов.
Физико-химические процессы характеризуются взаимосвязанной совокупностью химических и физических процессов. К физико-химическим процессам разделения, основой которых являются физико- химические превращения веществ, можно отнести коагуляцию и флокуляцию, флотацию, ионный обмен, обратный осмос и ультрафильтрацию, дезодорацию и дегазацию, электрохимические методы, в частности, электрическую очистку газов. Движущей силой этих процессов является разность физических и термодинамических потенциалов разделяемых компонентов на границах фаз.
К тепловым процессам, основой которых является изменение теплового состояния взаимодействующих сред, относят нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсацию. Движущей силой этих процессов является разность температур (термических потенциалов) взаимодействующих сред.
Биохимические процессы, в основе которых лежат каталитические ферментативные реакции биохимического превращения веществ в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, характеризуются протеканием биохимических реакций и синтезом веществ на уровне живой клетки. Движущей силой этих процессов является энергетический уровень (потенциал) живых организмов.
Указанная классификация не является жесткой и неизменной. В реальной действительности многие процессы осложнены протеканием смежнопараллельных процессов. Например, массообменные и химические процессы часто сопровождаются тепловыми процессами. Так, ректификацию, сушку и кристаллизацию можно отнести к комбинированным тепломассообменным процессам. Процессы абсорбции, адсорбции часто сопровождаются химическими превращениями. Химические процессы нейтрализации и окисления можно одновременно рассматривать как массообменные процессы. Биохимические процессы сопровождаются одновременно тепло- и массообменом, а физико-химические процессы - массообменными процессами.
10. Основные принципы, положенные в основу очистки пылевоздушных выбросов.
Под обезвреживанием газовых выбросов понимают отделение от газа или превращение в безвредное состояние загрязняющих примесей.
Дисперсные загрязнители в отличие от газообразных фиксируются в атмосфере визуально уже при небольших концентрациях. Поэтому отсутствие шлейфа взвешенных частиц и прозрачность выброса являются простейшими критериями его чистоты. Вероятно, по той же причине представление об очистке выбросов как исключительно о пыле- или золоулавливании, бытует иногда даже в кругах специалистов, занимающихся проблемами экологии.
Полвека назад подобное решение проблемы защиты воздушного бассейна казалось вполне состоятельным. Трагический опыт катастроф последних десятилетий на химических и радионуклидных производствах показал, что в самом прозрачном выбросе может таиться смертельная угроза. Однако этот опыт пока не нашел должного отражения в технической литературе и практике проектирования.
Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества.
Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и химические процессы, для осуществления которых требуются определенные условия. Расчеты процессов и аппаратов пылегазоочистки при их проектировании должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих максимально полное обезвреживание выбросов.
11.Способы очистки газовых выбросов.
Для обезвреживания аэрозолей (пылей и туманов) используют сухие, мокрые и электрические методы.
В основе сухих методов лежат гравитационные, инерционные, центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы. При использовании мокрых методов очистка газовых выбросов осуществляется путем тесного взаимодействия между жидкостью и запыленным газом на поверхности газовых пузырей, капель или жидкой пленки.
Электрическая очистка газов основана на ионизации молекул газа электрическим разрядом и электризации взвешенных в газе частиц.
При обработке выбросов, содержащих твердые аэрозольные загрязнители, низких величин проскока (1...2% и менее) можно достичь, как правило, только двухступенчатой очисткой.
Для предварительной очистки могут быть применены жалюзийные решетки и циклонные аппараты (иногда для небольших выбросов - пылеосадительные камеры), а для окончательной - пористые фильтры, электрофильтры или мокрые пылеосадители.
Жидкие аэрозоли (туманы) могут быть скоагулированы посредством изменения параметров состояния (охлаждения и повышения давления) с целью осаждения в последующем с использованием, как правило, мокрых способов улавливания в мокрых скрубберах, пористых и электрических фильтрах, в абсорберах.
Мокрые способы очистки твердых и жидких аэрозолей имеют существенный недостаток - необходимость отделения уловленного загрязнителя от улавливающей жидкости. По этой причине мокрые способы следует применять только при отсутствии других методов очистки, отдавая предпочтение способам с минимальным расходом жидкости.
Невозможно указать точные границы применимости тех или иных физических и химических процессов к какому-либо из принципов обезвреживания выбросов или строго соотнести их с определенными агрегатными состояниями загрязнителей. Так, процессы гравитационного и инерционного осаждения дисперсной части выбросов могут быть использованы и для отделения газов с высокой плотностью, например, галогенидов тяжелых металлов. В то же время процессы охлаждения и конденсации, широко используемые для газоразделения, применяются и для укрупнения субмикронных конденсационных аэрозолей ("вымораживание" полициклических ароматических углеводородов, коагуляция туманов).
Многие из факторов взаимосвязаны, а результирующие зависимости имеют настолько сложный характер, что не всегда удается найти логическое объяснение полученным результатам. Поэтому даже в расчетах простейших очистных устройств - пылеосадительных камер и жалюзийных решеток, приходится основываться на экспериментальных данных и производственном опыте.
Наиболее сложны для очистки выбросы, загрязнители которых представляют многофазную систему. Поскольку большинство современных очистных аппаратов не приспособлено для одновременного обезвреживания дисперсных и гомогенных загрязнителей, то в общем случае подобные выбросы должны пройти последовательно 4 стадии обработки: предварительную и тонкую очистку от аэрозоля и затем предварительное и окончательное обезвреживание газообразного загрязнителя.
В частности, если газообразный загрязнитель хорошо растворяется в воде, может быть организована предварительная обработка выбросов мокрыми способами, которая позволит понизить концентрации как дисперсных, так и гомогенных загрязнителей.
Если твердые или жидкие аэрозоли по элементному составу не содержат других элементов, кроме углерода, водорода и кислорода (пыль растительного происхождения, шерстяные волокна, туманы минеральных масел и др.), то они могут быть обезврежены в одну стадию - непосредственным сжиганием
Дисперсные и газовые загрязнители нередко являются следствием одних и тех же производственных процессов, вместе перемещаются в коммуникациях, тесно взаимодействуют в очистных аппаратах и атмосфере, совместно наносят ущерб окружающей среде и человеку. Поэтому необходимо учитывать весь комплекс присутствующих в технологическом выбросе загрязнителей. Нельзя принимать за средство очистки запыленных газов пылеосадительное устройство, выбрасывающее в атмосферу вредные газообразные вещества. Недопустимы и такие средства, в которых обезвреживание исходных газовых загрязнителей сопровождается образованием и выбросом ядовитых туманов и дымов других веществ.
Судя по составам реальных отбросных газов и масштабам загрязнения окружающей среды, разрабатывать устройства пылеочистки без учета газообразных загрязнителей возможно только для вентиляционных выбросов механических цехов. Выбросы практически всех других производств требуют удаления и дисперсных и газовых загрязнителей, причем иногда это можно сделать в одном очистном устройстве.
Для обезвреживания выбросов по принципу удаления токсичных примесей наряду с физическими, удачно используются и химические процессы (первый принцип - удаление вредных примесей из инертного газа- носителя). Посредством последних можно изменять в широких пределах физические свойства примесей (например, превращая исходные газообразные загрязнители в соединения с высокой температурой кипения) с целью облегчения их дальнейшего улавливания.
Для реализации второго принципа обезвреживания - превращения загрязнителей в безвредные вещества
необходимо сочетание химических и физических процессов. С этой целью чаще всего используются процессы термической деструкции и термического окисления. Они применимы для загрязнителей всех агрегатных состояний, но ограничены составом обрабатываемого вещества. Термической обработке с целью обезвреживания могут быть подвергнуты лишь вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. В противном случае установки термообезвреживания переходят в разряд источников загрязнения атмосферы, и нередко крайне опасных.
12. Классификация средств обезвреживания газообразных загрязнителей.
Классификация средств обезвреживания газообразных загрязнителей заключается в разделении их по применяемым процессам. В основном для газоочистки используются средства химической технологии. Поэтому классификация средств обезвреживания выбросов практически совпадает с классификацией процессов и аппаратов химической промышленности, вырабатывающих вредные выбросы как отходы основного производства.
Абсорбционные методы основаны на поглощении газов или паров жидкими поглотителями.
Адсорбционные методы основаны на поглощении примесей твердыми пористыми телами.
Каталитические методы очистки основаны на химических превращениях токсичных примесей в нетоксичные на поверхности твердых катализаторов.
Термические методы основаны на сжигании горючих вредных примесей.
В основе конденсационных методов лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры.
Для очистки выбросов от газообразных загрязнителей чаще всего применяют методы конденсации, абсорбции, адсорбции и термообезвреживания.
Если температура кипения загрязнителей при атмосферном давлении невысока (ориентировочно ниже 100°С), то глубокая очистка посредством охлаждения и повышения давления потребует чрезмерно высоких расходов энергии, и конденсационную очистку можно использовать только как предварительную.
Абсорбционной обработке могут быть подвергнуты выбросы, загрязнители которых хорошо растворяются в абсорбенте. Если при этом концентрация загрязнителя в выбросах превышает (1...2) 10-3 кг/мЗ, то технически возможно достичь степени очистки более 90%.
В качестве абсорбента чаще всего используются вода или органические жидкости, кипящие при высокой температуре. В аппаратах с органическими абсорбентами можно обрабатывать выбросы, не содержащие твердых примесей, которые практически не поддаются отделению от поглотительной жидкости. Для некоторых газовых загрязнителей можно успешно применить химическую абсорбцию (хемосорбцию) - процесс, в котором подлежащий удалению загрязнитель вступает в химическую реакцию с поглотителем и образует нейтральное или легко удаляемое из процесса соединение. Такие процессы специфичны и разрабатываются конкретно для каждого вида выбросов и набора загрязнителей.
Самым универсальным средством очистки выбросов от газообразных загрязнителей на настоящее время остается адсорбция, а наиболее универсальным адсорбентом - активированный уголь. Посредством адсорбции принципиально возможно извлечь из выбросов любой загрязнитель в широком диапазоне концентраций. Однако высококонцентрированные загрязнители (ориентировочно с концентрациями более 5.103 кг/мЗ) удобнее подвергать предварительной обработке (конденсацией, абсорбцией) для снижения их концентраций. Необходима также предварительная обработка (осушка) сильно увлажненных газов.
К сожалению, часто в качестве универсального средства очистки выбросов рассматривается термообезвреживание, каковым оно на самом деле не является. В термоокислительных процессах необратимо теряется качество воздуха, использованного для горения, а продукты окисления, выбрасываемые в атмосферу, содержат некоторое количество новых токсичных веществ- оксида углерода СО и оксидов азота NOx . Вообще область применения термообезвреживания ограничена только соединениями, в молекулах которых нет других элементов, кроме углерода С, водорода Н и кислорода О. Получить нетоксичные продукты реакции любых других соединений с кислородом принципиально невозможно.
Термоокислительная обработка выбросов, загрязненных углеводородами или КПУ (кислородными производными углеводородов), ограничивается также по затратам топлива на создание требуемых температур в зоне реакции (400...550°С для термокаталитической обработки и 800...1200°С для непосредственного термоокисления, т.е. сжигания в пламени). Чтобы обеспечить максимальное окисление исходных загрязнителей до относительно нейтральных С02 и Н20, процесс термообезвреживания должен быть полностью контролируемым. Поэтому он должен осуществляться в топочных устройствах, соответствующих по параметрам расчетным условиям, обеспечивающим полное окисление загрязнителей. По этой же причине сжигание органических соединений в открытом пламени не может быть отнесено к способу термического обезвреживания. Канцерогенная копоть факелов химических предприятий, с легкостью преодолевающая санитарно-защитную зону, показывает, что это серьезный источник загрязнения окружающей среды, а не средство защиты атмосферы.
К перспективным способам обработки больших объемов выбросов с невысокими концентрациями органических газообразных загрязнителей можно отнести схему термообезвреживания с предварительным концентрированием загрязнителей посредством адсорбции. Такая схема может быть технически и экономически приемлемой при начальной концентрации загрязнителя выше 50 мг/мЗ. Теплоту, выделяющуюся при сгорании загрязнителей, можно достаточно легко утилизировать. Если концентрация горючих загрязнителей может быть доведена ориентировочно до (5...8). 10-3 кг/мЗ, то термообработку можно организовать с незначительным добавлением топлива, а при более высоких концентрациях можно ожидать и экономической эффективности работы установки.
Представляются перспективными способы обработки отбросных газов, основанные на переводе парообразных загрязнителей в конденсированное состояние и последующей фильтрации образовавшегося аэрозоля. Если загрязнители имеют невысокое давление насыщенных паров, то может быть приемлемой конденсация посредством повышения давления и понижения температуры выбросов. Пары загрязнителей легкокипящих веществ могут быть подвергнуты обработке химическими реагентами таким образом, чтобы продукты реакции имели низкие давления насыщенных паров. При этом способы химической обработки необходимо подбирать так, чтобы была возможна утилизация улавливаемого продукта. В практике газоочистки применяют три основных способа очистки выбросов в атмосферу от вредных паров и газов: абсорбция жидкостями, адсорбция твердыми поглотителями, каталитические методы очистки.
Очевидно, что возможность дальнейшей переработки отходов средствами основной технологии весьма ограничена, чем изначально предопределяется невысокое качество очистки выбросов. Такой подход к проблеме требует существенного пересмотра. Одним из действенных шагов могло бы стать включение операций обезвреживания отходов в основной технологический процесс, как лимитирующих количество и качество выпускаемой продукции.
Неограниченный рост ассортимента и объема производимой в современном мире продукции ведет к усложнению и удорожанию технологий обработки отходов. Можно предполагать, что уже в ближайшем будущем станут вполне приемлемыми по затратам методы, используемые сегодня в малотоннажных производствах - газоразделение посредством хроматографирования на молекулярных ситах, центрифугирования тяжелых компонентов, термодиффузии, обезвреживание загрязнителей плазменной деструкцией.
13.Классификация способов очистки сточных вод.
Для создания замкнутых систем водоснабжения промышленные сточные воды подвергаются очистке до необходимого качества механическими, химическими, физико-химическими, биологическими и термическими методами. Указанные методы очистки подразделяются на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. В деструктивных методах загрязняющие вещества подвергаются разрушению путем окисления или восстановления, а продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.
Основные методы очистки различной природы используются как для очистки сточной воды от суспендированных и эмульгированных примесей, так и для очистки от растворенных примесей. В свою очередь, первая группа очистки гетерогенных систем подразделяется на методы очистки от грубодисперсных примесей, куда входят способы отстаивания, процеживания и фильтрации, флотации, центробежного осаждения; и на методы очистки от мелкодисперсных примесей путем коагуляции, флокуляции и электрофлотации.
В первую группу также можно отнести методы устранения и уничтожения примесей путем закачки в скважины, захоронения и термического уничтожения.
Вторая группа включает методы очистки воды от минеральных примесей путем дистилляции, ионного обмена, обратного осмоса, электролиза; методы очистки от органических примесей, включающие регенеративные способы: экстракции, ректификации, адсорбции, обратного осмоса и ультрафильтрации, и деструктивные способы: биохимические, жидко- и парофазного окисления, радиационного и электрохимического окисления; а также методы очистки от растворенных газов, включая способы отдувки, нагрева и реагентные.
Механические методы удаления взвешенных частиц из сточных вод основаны на законах гидромеханических процессов.
Физико- химические методы очистки сточных вод используют для удаления из сточных вод тонкодисперсных твердых и жидких взвешенных частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ. Механизмы этих методов основаны на использовании законов физико- химической гидромеханики, физической и коллоидной химии, электрохимии, процессов химической технологии.
Химические методы применяют для удаления растворимых веществ в замкнутых системах водоснабжения.
Биохимические методы применяют для очистки хозяйственно- бытовых и промышленных сточных вод от растворенных органических и неорганических веществ. Процесс биохимической очистки основан на способности микроорганизмов использовать загрязняющие вещества для своего питания в процессе жизнедеятельности.
Термические методы применяют для обезвреживания сточных вод, содержащих минеральные соли.
Выбор метода очистки производится с учетом санитарных и технологических требований к качеству очищенных вод, количества сточных вод, наличия необходимых энергетических и материальных ресурсов, эффективности процесса обезвреживания.
14. Методы защиты литосферы.
Защита литосферы включает не только утилизацию отходов путем их размещения на полигонах и свалках, но и переработку жидких и твердых отходов с использованием различных методов.
Механическое обезвоживание осадков промышленных стоков может производиться экстенсивными и интенсивными методами. Экстенсивные методы осуществляются в различного рода уплотнителях, интенсивное обезвоживание и сгущение производится при помощи фильтрования, центрифугирования, гидроциклонирования и т.п.
В практике обработки осадков промышленных сточных вод чаще всего применяются химические (реагентные) методы обработки.
При использовании термоокислительного метода все органические вещества, загрязняющие сточные воды, полностью окисляются кислородом воздуха при высоких температурах до нетоксичных соединений. К этим методам относят метод жидкофазного окисления, метод парофазного каталитического окисления и пламенный или «огневой» метод.
Относительно широкое распространение в области обработки осадков городских сточных вод получила сушка (барабанные сушилки, сушка во встречных струях).
Многие процессы утилизации твердых отходов основаны на использовании методов выщелачивания (экстрагирования), растворения и кристаллизации перерабатываемых материалов.
В практике рекуперации твердых отходов промышленности используют методы обогащения перерабатываемых материалов: гравитационные, магнитные, электрические, флотационные, и специальные.
При утилизации и переработке твердых отходов используют различные методы термической обработки исходных твердых материалов и полученных продуктов: это различные приемы пиролиза, переплава, обжига и огневого обезвреживания (сжигания) многих видов твердых отходов на органической основе.
15.Общие подходы к защите окружающей среды от энергетических воздействий.
Выбор методов защиты от энергетических воздействий зависит от вида и формы проявления энергии.
При защите от механических и акустических механических колебаний основными методами снижения уровня их воздействия является уменьшение энергетических параметров в источнике, оптимальная ориентация источника колебаний относительно объекта воздействия, поглощение части генерируемой энергии колебаний, уменьшение энергии колебаний на пути их распространения от источника путем изоляции, экранирования и демпфирования, защита расстоянием и временем, проведение организационно- технических и социально-реабилитационных мероприятий.
16.Принципы интенсификации технологических процессов защиты окружающей среды.
Общие принципы интенсификации технологических процессов защиты окружающей среды сводятся к использованию кинетических и термодинамических факторов, эффективно влияющих на скорость процесса и выход продуктов взаимодействия.
Выбор факторов, воздействующих на кинетику процесса, должен зависеть от того, в какой области (кинетической, диффузионной, переходной) он протекает и в какой степени ускоряет лимитирующую стадию в данных конкретных условиях его осуществления, [кинетика (др.-греч. Kivrjoic, — движение)]
Многие процессы технологии многостадийны, т.е. распадаются на ряд стадий (этапов, путей). Как правило, одна из стадий лимитирует процесс. Если мы хотим оказать воздействие на такой процесс, то воздействие должно оказываться именно на лимитирующую стадию. То, какая именно стадия лимитирует процесс, определяется, с одной стороны, соотношением скоростей разных стадий, а с другой - их взаимным расположением. Если какой-либо процесс может параллельно осуществляться двумя или более различными способами, то, как правило, лимитирует процесс тот способ, который обеспечивает наибольшую скорость (интенсивность). II наоборот, если процесс распадается на последовательные стадии, которые он должен пройти, то лимитировать процесс будет самая медленная, длительная стадия. Таким образом, лимитирующая стадия - стадия, которая определяет общую скорость многостадийного процесса; определяется взаимным расположением стадий и соотношением их скоростей. Встречаются процессы, когда ни медленная, ни быстрая стадия не могут лимитировать процесс. Это бывает тогда, когда, казалось бы, нелимитирующая стадия влияет на протекание той стадии, которая должна была бы лимитировать.
Так, для интенсификации процессов в кинетическом режиме целесообразно изменять температуру, давление, концентрации реагирующих веществ, использовать катализаторы, увеличивать поверхность взаимодействующих веществ.
Повышение температуры приводит к значительному возрастанию константы скорости реакции и используется как мощный фактор интенсификации многих процессов.
Увеличение концентрации взаимодействующих компонентов достигается обогащением исходных продуктов процесса. Эту же роль выполняет повышение давления газообразных исходных продуктов реакции, обогащение дутья кислородом в процессах горения. Если при этом одновременно осуществляется отвод продуктов взаимодействия из зоны реакции, то тем самым снижаются их концентрация и, следовательно, скорость обратных процессов, что дополнительно увеличивает суммарную скорость процесса.
Сильным интенсифицирующим фактором гетерогенных реакций, протекающих в кинетической области, является повышение удельной поверхности (дисперсности) исходных веществ. Общая скорость реакции в этом случае пропорциональна площади поверхности, на которой протекает взаимодействие.
Такая же цель достигается при увеличении степени однородности распределения веществ, их гомогенизации, что расширяет площадь контакта взаимодействующих фаз. Гомогенности добиваются механическим перемешиванием, вибрацией, ультразвуком, высоковольтными разрядами в жидкой среде и
Ускорение реакций за. счет использования катализаторов широко применяется в химической промышленности и обусловлено снижением энергии активации.
Процессы в диффузионной области интенсифицируют перемешиванием взаимодействующих фаз, турбулизацией их потоков, что способствует ускоренному протеканию наиболее медленных в данном случае диффузионных стадий. Этого же достигают снижением вязкости и плотности среды, в которой осуществляется диффузия.
Для интенсификации процессов в переходной области необходимо использовать как кинетические, так и диффузионные факторы.
Как правило, кинетические стадии лимитируют процессы при низких температурах, а диффузионные - при высоких. В последнем случае может изменяться фазовый состав вещества (например, оно плавится или возгоняется, резко интенсифицируя скорость диффузии и процесса в целом). Таким образом, повышение температуры следует рассматривать не только как фактор, ускоряющий процесс в диффузионной области, но и как средство перевода гетерогенной системы в гомогенную, а твердых фаз в жидко- и газофазные, что должно весьма существенно увеличить скорость превращений.
Выход конечных продуктов в технологических процессах в предельном случае, т.е. в положении химического равновесия, определяется константой равновесия и активностью исходных веществ, связанной с их концентрацией.
В свою очередь, константа равновесия конкретной реакции зависит только от температуры.
В соответствии с принципом Jle Шателье выход продуктов реакции в эндотермических процессах будет увеличиваться при повышении температуры, а также при возрастании давления, если объем газообразных продуктов реакции меньше, чем объем исходных, и при повышении концентрации одного или нескольких исходных веществ. Во всех случаях время достижения равновесного состояния (максимального выхода продуктов реакции) сокращается с ростом температуры.
В промышленной практике для увеличения скорости процесса и выхода продуктов реакции используют одновременно несколько или большинство из перечисленных факторов интенсификации.
Широкое развитие получили также факторы интенсификации, основанные на использовании высокодисперсных материалов (факельная, взвешенная плавки и др.), барботажные технологии, многократно увеличивающие поверхности межфазового взаимодействия, повышение давления дутья и обогащение его кислородом, процессы вакуумирования, использование богатых рудных концентратов, методы внепечной обработки расплавов металлов, т.е. практически все известные физико-химические факторы регулирования скорости и полноты протекания технологических превращений.
17.Основы защиты окружающей среды от энергетических воздействий.
При решении задач защиты выделяют источник, приемник энергии и защитное устройство (рис.1), которое уменьшает до допустимых уровней поток энергии к приемнику.
Защитное устройство (ЗУ) обладает способностями: отражать, поглощать, быть прозрачным по отношению к потоку энергии.
Рис.1. Энергетический баланс защитного устройства
Из общего потока энергии W+, поступающего к ЗУ, часть Wa поглощается, часть W- отражается и часть W~ проходит сквозь ЗУ.
Тогда ЗУ можно охарактеризовать следующими энергетическими коэффициентами: коэффициентом поглощения а = Wa/W+, коэффициентом отражения р = W-/W+, коэффициентом передачи т = /Г- /Г .
При этом выполняется равенство
а + р + г= 1. (1)
Сумма а + г = 1- р = v (где v = Wv/W+) характеризует неотраженный поток энергии Wv, прошедший в ЗУ. Если а = 1, то ЗУ поглощает всю энергию, поступающую от источника; при р = 1 ЗУ обладает 100%-ной отражающей способностью; а равенство т = 1 означает абсолютную прозрачность ЗУ, т.е. энергия проходит через устройство без потерь.
Принципы защиты:
На практике принципы комбинируют, получая различные методы защиты. Наибольшее распространение получили методы защиты изоляцией и поглощением.
Методы изоляции используют тогда, когда источник и приемник энергии, являющийся одновременно объектом защиты, располагаются с разных сторон от ЗУ. В основе этих методов лежит уменьшение прозрачности среды между источником и приемником, т.е. выполнение условия τ→0. При этом можно выделить два основных метода изоляции. Метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет поглощения энергии ЗУ, т.е. условие τ→0 обеспечивается условием а → 1, и метод, при котором уменьшение прозрачности среды достигается за счет высокой отражательной способности ЗУ, т.е. условие τ→0, обеспечивается условием ρ →1.
В основе методов поглощения лежит принцип увеличения потока энергии, прошедшего в ЗУ, т.е. достижения условия ν →1. Различают два вида поглощения энергии ЗУ. Поглощение энергии самим ЗУ за счет ее отбора в той или иной форме от источника (в том числе в виде необратимых потерь), характеризуется коэффициентом а. И поглощение энергии в связи с большой прозрачностью ЗУ, характеризуемой коэффициентом τ.
Так как при ν → 1 коэффициент ρ → 0, то методы поглощения используют для уменьшения отраженного потока энергии; при этом источник и приемник энергии обычно находятся с одной стороны от ЗУ.
При рассмотрении распространения колебаний наряду с коэффициентом α используют коэффициент потерь η (эта), который характеризует количество энергии рассеянной ЗУ:
η = WS/ω*ε = εS/(2π*ε), (2)
где WS и εS – средние за период колебаний Т мощность потерь и рассеянная за тоже время энергия; ω = 2π/Т – круговая частота; ε – энергия, запасенная системой.
18. Качественная оценка степени реализации целей защиты окружающей среды от энергетических воздействий.
Качественная оценка степени реализации целей защиты может осуществляться двумя способами:
Кw = поток энергии при наличии ЗУ/ поток энергии при отсутствии ЗУ
Кw = поток энергии на выходе из ЗУ/поток энергии на входе в ЗУ.
Эффективность защиты (дБ) оценивают по соотношению: Е=10lg Кw
Децибел — логарифмическая единица уровней, затуханий и усилений.
Величина, выраженная в децибелах, численно равна десятичному логарифму безразмерного отношения физической величины к одноимённой физической величине, принимаемой за исходную, умноженному на десять: AdB=10lg(A/A0)
где. AdB — величина в децибелах, A — измеренная физическая величина, A0 — величина, принятая за
базис.
Децибел — это безразмерная единица, применяемая для измерения отношения некоторых величин — «энергетических» (мощности, энергии, плотности потока мощности и т. п.) или «силовых» (силы тока, напряжения и т. п.). Иными словами, децибел — это не абсолютная величина, как, например, ватт или вольт, а такая же относительная, как кратность («трёхкратное отличие») или проценты, предназначенная для измерения отношения двух других величин, причём к полученному отношению применяетсялогарифмический масштаб.
Русское обозначение единицы «децибел» — «дБ», международное — «dB» (неправильно: дб, Дб).
Децибел не является официальной единицей в системе единиц СИ. хотя по решению Генеральной конференции по мерам и весам допускается его применение без ограничений совместно с СИ, а Международное бюро мер и весов рекомендовала включить его в эту систему.
Рис. 3. Методы поглощения при расположении источника и приемника с одной стороны от ЗУ
а) энергия отбирается б) энергия пропускается
Децибелы широко применяются в любых областях техники, где требуется измерение величин, меняющихся в широком диапазоне: в радиотехнике, антенной технике, в системах передачи информации, в оптике, акустике (в децибелах измеряется уровень громкости звука) и др. Так, в децибелах принято измерять динамический диапазон (например, диапазон громкости звучания музыкального инструмента), затухание волны при распространении в поглощающей среде, коэффициент усиления и коэффициент шума усилителя.
Децибелы используются не только для измерения отношения физических величин второго порядка (энергетических: мощность, энергия) и первого порядка (напряжение, сила тока). В децибелах можно измерять отношения любых физических величин, а также использовать децибелы для представления абсолютных величин.
Любые операции с децибелами упрощаются, если руководствоваться правилом: величина в дБ — это 10 десятичных логарифмов отношения двух одноименных энергетических величин. Всё остальное — следствия этого правила. «Энергетические» — величины второго порядка (энергия, мощность). По отношению к ним напряжение и сила электрического тока («неэнергетические») — величины первого порядка (Р ~ LP). которые должны быть на каком-то этапе вычислений корректно преобразованы в энергетические.
Измерение «энергетических» величин
Изначально дБ использовался для оценки отношения мощностей, и в каноническом, привычном смысле величина, выраженная в дБ, предполагает логарифм отношения двух мощностей и вычисляется по формуле: x=10lg(P1/P0), где х - величина, измеряемая в дБ; P1/P0— отношение значений двух мощностей: измеряемой P1 к так называемой опорной Р0. то есть базовой, взятой за нулевой уровень (имеется в виду нулевой уровень в единицах дБ, поскольку в случае равенства мощностей Р1 = Р0 логарифм их отношения lg(P1/P0) = 0).
19.Защита окружающей среды от виброакустических загрязнений. Источники виброакустических воздействий.
Изменение виброакустических параметров окружающей среды связано с возникновением либо малых механических колебаний (вибраций) в упругих телах или телах, находящихся под воздействием переменного физического поля, либо упругих колебаний (звуковых, или акустических полей) в твёрдой, жидкой или газообразной среде вследствие воздействия на среду какой-либо возмущающей силы. Так, крыльчатка вентилятора передаёт энергию молекулам воздуха, которые, в свою очередь, передают энергию соседним молекулам и т.д. - в воздушной среде возникают колебания: в каждой точке окружающего воздушного пространства на постоянное атмосферное давление накладывается периодическая (апериодическая) составляющая давления, которую слуховой аппарат человека воспринимает как звук. Если последний нежелателен для человека, то это - шум.
Деятельность человека в биосфере сопряжена с невольным и всё возрастающим производством ненужных для людей, фауны, флоры звуков - шумов, а также вибраций.
Шум в окружающей среде - в жилых и общественных зданиях, на прилегающих к ним территориях, в городской среде в целом вызывается одиночными или комплексными источниками, находящимися снаружи или внутри здания. Это средства транспорта, оборудование предприятий, вентиляторы, компрессорные установки, станции для испытания двигателей и генераторов, аэрогазодинамические установки, средства аудиотехники, санитарно-техническое оборудование жилых зданий, электрические трансформаторы. Нарастание шума происходит и вне городской среды: шум наземного, водного, воздушного транспорта, сельхозмашин, ЛЭП, ветряных электростанций, мобильных средств аудиотехники. Очевиден шумовой прессинг на всё живое: растительный и животный мир (дикие виды), на человека. В городе интенсивность шума каждые 25...30 лет возрастает примерно в 10 раз, т.е. на 10 децибел (дБ)- Человек реагирует на шум в зависимости от субъективных особенностей организма, привычного шумового фона. Раздражающее действие шума зависит от его уровня, спектральных и временных характеристик.
Считается, что даже шумы с уровнем ниже 60 дБ вызывают нервное раздражение, и существует прямая связь между уровнем шума в городах и увеличением числа нервных заболеваний. Специфическим характером воздействия на организм человека отличаются инфразвуковые волны. Они могут иметь естественное (обдувание сильным ветром крупных неоднородностей ландшафта, строительных сооружений, водных поверхностей) или искусственное происхождение (механизмы с большой поверхностью с числом рабочих циклов не более 20 в секунду, реактивные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, турбины, вентиляторы, компрессоры и другие установки, создающие большие турбулентные массы потоков газов, транспорт).
Источники вибраций: оборудование ударного действия (молоты, машины для забивания свай под фундаменты зданий), рельсовый транспорт, мощные энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), инженерное оборудование зданий (лифты, насосные установки), системы отопления, канализации. Вибрации, часто сопровождаемые звуковыми колебаниями, распространяются по грунту и достигают фундаментов жилых и общественных зданий, инженерных сооружений. Это может вызвать неравномерность осадки грунта и фундамента, особенно при высокой насыщенности грунта влагой, и разрушение размещённых на них зданий и сооружений.
Во всех случаях вибрации вызывают раздражающее действие и помехи для работы в производственных, общественных и жилых зданиях. Протяжённость зоны воздействия вибрации в окружающей среде определяется интенсивностью (амплитудой) вибрации источника (фундамента машины), а также величиной затухания вибрации в грунте и может достигать 150...200м
20.Характеристики и биологическое действие акустических колебаний. Нормирование.
Акустические колебания
Акустические колебания в диапазоне 16 Гц... 20 кГц, воспринимаемые человеком, называются звуковыми, с частотой менее 16 Гц - инфразвуковыми, выше 20 кГц - ультразвуковыми. Энергетическая характеристика звуковых волн - интенсивность, или - плотность потока энергии в акустике обычно обозначается как J, Вт/м2.
В каждой точке пространства, в котором распространяются звуковые волны, давление среды изменяется во времени. Разность между его мгновенным значением и средним значением, наблюдаемым в невозмущенной среде, то есть переменная составляющая, называется звуковым давлением Р, Па. На слух действует средний квадрат звукового давления.
Величины интенсивностей звуковых волн, которые наблюдаются в практической деятельности, могут изменяться в очень широких пределах, до 101браз. Измерять интенсивность в таких пределах сложно, а главное - ощущения человека, возникающие при воздействии звуковых волн, пропорциональны логарифму количества энергии раздражителя. Поэтому пользуются логарифмическими величинами - уровнем интенсивности звука Lj и уровнем звукового давления L, измеряемыми в децибелах: Lj=10lg(J/J0), L=10lg(J/J0).
где J0, Р0 - пороги слышимости по интенсивности и давлению, (Jo=10~12 Вт/м2, Ро=2х10"5 Па); J, Р - интенсивность и среднеквадратичное давление данной звуковой волны (волн). Паскаль равен давлению (механическому напряжению), вызываемому силой, равной одному ньютону, равномерно распределённой по нормальной к ней поверхности площадью один квадратный метр: 1 Па = i Н-м"2.
Область слышимых звуков ограничена двумя порогами: порогом слышимости, (L=101gJo'Jo =0) и порогом болевого ощущения, J= 100 Вт/м2 (L=1 Olgl00 Вт/м2'/10'12 Вт/м = 140 дБ).
Шум - совокупность периодических и апериодических звуков различной интенсивности и частоты. Если апериодические волны в шуме отсутствуют или их доля мала, шум называется постоянным. Уровень постоянного шума изменяется во времени не более чем на 5 дБА при измерении на временной характеристике шумомера "медленно". При непостоянном шуме это изменение превышает 5 дБА. Индекс "А", появившийся в обозначении единицы измерения величин Lj и L, отражает то обстоятельство, что при интегральной инструментальной (с помощью шумомера) оценке общего уровня непостоянных и постоянных шумов используется частотная характеристика А чувствительности шумомера. Она имитирует характеристику чувствительности уха человека, "зарезающую" объективное энергосодержание звуковых волн на высоких и особенно низких частотах. Шкала шумомера, соответствующая этой характеристике, называется шкалой "А". Она используется для ориентировочной оценки постоянного и непостоянного шума (уровень звука). Другая шкала шумомера - шкала "С" - соответствует практически линейной частотной характеристике С (чувствительности шумомера, позволяющей измерять объективные энергосодержания звуковых волн на девяти участках (в девяти октавах) измеряемого диапазона частот).
Непостоянные шумы особенно негативно воздействуют на организм человека, они делятся на: импульсные, прерывистые, колеблющиеся, продолжительные и кратковременные.
В биологическом отношении шум - заметный стрессовый фактор, вызывающий срыв приспособительных реакций. Биологические последствия его действия: от функциональных нарушений регуляции центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически выраженных разрушительных процессов в разных органах. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности, нестационарности и продолжительности действия, состояния ЦНС, от индивидуальной чувствительности организма к шуму. Особенно чувствительны к шуму женский и детский организмы.
Шум угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, может способствовать нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.
Шум с уровнем звукового давления 40 ... 70 дБ в условиях среды обитания создаёт значительную нагрузку на нервную систему и может стать причиной неврозов. Шум выше 75 дБ может привести к потере слуха - профессиональной глухоте. При воздействии шума более 140 дБ возможно разрушение барабанных перепонок, контузия, а при шумах более 160 дБ и смерть.
Критерий профессионального снижения слуха - показатель средней арифметической величины снижения слуха, равный или больший, чем 11 дБ. Помимо патологии органа слуха при воздействии шума возникают нарушения вестибулярной функции, а также общие изменения в организме: головные боли и головокружение, боли в области желудка и желчного пузыря и т.д. В целом, шум вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма к внешним воздействиям.
Нормируемые параметры шума определены Санитарными нормами СП 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки ", а также ГОСТ 12.1.003-83*. Для нормирования постоянных шумов определены допустимые уровни звукового давления в девяти октавных полосах в зависимости от вида производственной деятельности (семнадцать видов) и назначения помещений или территорий (12 видов). Для ориентировочной оценки в качестве характеристики постоянного широкополосного шума на рабочих местах допустимо принимать уровень звука (дБА), определяемый, как отмечалось, по шкале А шумомера с коррекцией низкочастотной составляющей по закону чувствительности органов слуха. Нормируемая характеристика непостоянного шума - эквивалентный по энергии уровень звука, дБА.
С другой стороны, обеспечение допустимых уровней шума зависит от выполнения нормативов для различных источников шума. Так, шум транспорта, измеренный на расстоянии 7,5 м от осевой линии движения, должен соответствовать ГОСТ 27436-87 и ОСТ 27.004.022-86.
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что уровень шумов для жилых помещений примерно на 10 дБ меньше, чем для самых "привилегированных" (в части шума) рабочих мест. Достаточно низкий уровень шума определён для жилой зоны и площадок отдыха.
21. Особенности нормирования и воздействия на организм человека инфра- и ультразвука.
Инфразвук
В условиях производства инфразвук часто сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев - с низкочастотной вибрацией.
При инфразвуке уровня 110 ... 150 дБ наблюдается нарушения в ЦНС, сердечно сосудистой и дыхательной системах, в вестибулярном анализаторе. Особенности реакции организма: головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; возможно появление чувства страха, сонливость, затруднённость речи; специфическая для инфразвука реакция - нарушение равновесия. При 105 дБ наблюдается повышение тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости.
Установлено, что инфразвук и низкочастотные шумы близки по характеру воздействия на организм. Гигиенические нормативы для инфразвука установлены в СН-2274-80. Для условий городской застройки нормирование инфразвука обеспечивается санитарными нормами допустимых уровней инфразвука и низкочастотного шума на территории жилой застройки № 42-128-4948-89 таблица 4.
Таблица 4 - Предельно допустимые уровни звукового давления на рабочих местах и на территории жилой застройки
|
Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц |
Общий уровень звукового давления, дБ |
|||
|
2 |
4 |
8 16 |
31,5 |
|
|
на рабочих местах |
||||
|
105 |
105 |
105 105 |
102 |
110 |
|
на территории жилой застройки |
||||
|
90 |
90 |
90 90 |
90 |
- |
22.Вибрация. Основные характеристики, биологическое действие нормирование.
Вибрация представляет собой механические колебательные движения гармонического вида в механической системе. (Vibratio — колебание, дрожание) — механические колебания. Вибрация — колебание твердых тел. Причиной вибрации являются возникающие при работе машин и механизмов неуравновешенные силовые воздействия. Основными параметрами вибрации являются: частота (Гц);
амплитуда смещения (м или см); виброскорость (м/с); виброускорение (м/с'); период колебаний (с).
В практике виброакустики весь диапазон частот вибрации разбивается на октавные диапазоны. В каждом октавном диапазоне верхняя граничная частота в два раза выше нижней, а средняя частота диапазона равна квадратному корню из произведения верхней и нижней частот. Средние геометрические частоты октавных диапазонов нормированы и находятся в интервале от 1 до 2000 Гц (всего 12 среднечастотных диапазонов).
По способу передачи принято различать локальную вибрацию, передаваемую через руки, и общую вибрацию, передаваемую через опорные поверхности сидящего или стоящего человека.
Вертикальная вибрация распространяется по оси Z, перпендикулярной к опорной поверхности; горизонтальная - по оси Х, от спины к груди; горизонтальная - по оси Y, от правого плеча к левому.
Наиболее опасны для человека частоты колебаний 6...9 Гц, так как они совпадают с собственной частотой колебаний внутренних органов человека.
Вибрация называется постоянной, если за время наблюдения контролируемый параметр изменяется не более чем в 2 раза; при непостоянной вибрации контролируемый параметр изменяется более чем в 2 раза. Вибрация - фактор высокой биологической активности. Характер реакции организма определяется силой энергетического воздействия и биомеханическими свойствами человеческого тела как сложной колебательной системы.
Между вибрационным воздействием и реакцией нет прямой зависимости. Причина этого видится в резонансном эффекте.
Различают гигиеническое и техническое нормирование производственных вибраций. При гигиеническом нормировании вибрации по ГОСТ 12.1.012-90 производится ограничение параметров производственной вибрации рабочих мест и поверхностей контакта виброопасных механизмов с руками работающего, исходя из физиологических требований. А по СП 2.2.4/2.1.8.556-96 осуществляется ограничение уровня вибраций с учетом технически достижимого уровня защиты от вибраций. Нормируемые параметры локальной и общей вибраций - средние квадратичные значения виброскорости и виброускорения.
Общая вибрация нормируется с учетом свойств источников ее возникновения и делится на транспортную, транспортно-технологическую и технологическую вибрации.
Вибрационные системы состоят из элементов: массы, упругости и демпфирования. В такой системе действуют силы инерции, трения, упругости и вынуждающие. Сила инерции равна произведению массы М на ее ускорение dv/dt:
Сила FM направлена в сторону, противоположную ускорению.
Сила действия упругого элемента, т.е. восстанавливающая сила, будет направлена в противоположную сторону.
При вибрации упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в местах соединений деталей конструкции. Эти потери вызываются силами трения (диссипативными силами), на преодоление которых необратимо рассеивается энергия источника вибрации.
Если рассеяние энергии происходит в элементе демпфирования, т.е. в среде с вязким сопротивлением, то диссипативная демпфирующая сила Fs прямо пропорциональна виброскорости v.
Импеданс вибросистемы складывается из импедансов элемента демпфирования, массы и упругости. Импеданс вибросистемы имеет минимальное значение в резонансной области, где он определяется импедансом элемента демпфирования. Вне резонансной области импедансом S можно пренебречь. В диапазоне высоких частот движение определяется вибрирующей массой, М а в диапазоне низких частот - жесткостью системы G.
23.Защита от вибрации в промышленности.
Защита от вибрации в промышленности осуществляется воздействием на источник вибрации, путем снижения вибрации на пути ее распространения с использованием следующих методов:
2) Изменение частоты собственных колебаний источника (машины или установки) для исключения резонанса с частотой возмущающей силы.
3) Вибропоглощение (вибродемфирование) путем превращения энергии колебаний системы в тепловую энергию (использование материалов с большим внутренним трением: дерево, резина, пластмассы).
4) Виброгашение путем введения в колебательную систему дополнительных масс или увеличения жесткости системы путем установки агрегатов на фундамент.
5) Метод виброизоляции путем ввода в систему дополнительной упругой связи (пружинных виброизоляторов) для ослабления передачи вибрации объекту защиты (смежному элементу конструкции или рабочему месту).
К основным характеристикам виброзащитных систем относятся собственная частота системы, механический импеданс и коэффициенты, определяющие процессы затухания вибраций и рассеяния энергии. Свободная вибрация (Ft = 0) в отсутствии сил трения (Fs = 0) с течением времени не затухает. При условии FM + FG = 0 определяется собственная частота колебаний вибросистемы: ω0=(G/M).
При наличии сил трения (Fs≠ 0) свободная вибрация (Ft = 0) затухает. Амплитуда виброскорости при этом с течением времени убывает.
Отношение потока энергии на входе в защитное устройство (ЗУ) и на выходе из него W+/W- называют силовым коэффициентом защиты при виброизоляции:
kF = W+/W-.
Степень защиты также динамическим коэффициентом защиты кх, равным отношению амплитуды смещения источника к амплитуде смещения приемника.
kx =ХИ/ХП.
где Хи- амплитуда смещения источника; Хп - амплитуда смещения приемника. В общем случае энергетический коэффициент защиты можно выразить в виде
kw= kF*kx.
В общем случае эффективность виброизоляции е = 101g kw. Если потери в защитном устройстве отсутствуют (г) = 0), то эффективность е = 201g(ω2/ω0 2 -1).
24.Защита окружающей среды от ионизирующих излучений. Основные понятия, термины.
Радиоактивность - самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер. При этом изменение атомного номера приводит к превращению одного химического элемента в другой, изменение массового числа - к превращению изотопов данного элемента. Каждый акт распада сопровождается испусканием а - или р - частицы, или нейтрона, или у - кванта (фотона), или определённым их сочетанием. Данные частицы способны прямо или косвенно ионизировать среду.
Нуклид - общее название атомов, различающихся числом нуклонов в ядре или, при одинаковом числе нуклонов, содержащих разное число протонов или нейтронов.
Радионуклид - нуклид, обладающий радиоактивностью.
Радиоактивное вещество (РВ) - вещество, имеющее в своём составе радионуклиды, следовательно, РВ - источник ионизирующего излучения (IIII). Ионизировать вещество могут также частицы (фотоны), испускаемые специальными аппаратами, например, рентгеновскими аппаратами.
Активность радионуклида А в источнике - мера радиоактивности. Она равна числу спонтанных ядерных превращений в источнике за одну секунду. Единица активности - беккерелъ, Бк. 1 Бк равен одному ядерному превращению (распаду) за 1 секунду: 1 Бк = 1 расп./с. Часто используется удельная активность, Бк/кг, объёмная активность, Бк/л, поверхностная активность, Бк/м2. Внесистемными единицами активности являются: кюри (Ки, Ci); 1 Ки = 3,7-Ю10 Бк. резерфорд (Рд, Rd); 1 Рд = 10б Бк (используется редко).
Внешнее облучение - облучение тела от находящихся вне его источников ИИ, внутреннее облучение тела - от находящихся внутри него источников ИИ.
Мерой воздействия ионизирующего излучения является экспозиционная доза и измеряется она в Рентгенах (Р) и его производных (млР, мкР), а количественную сторону его характеризует мощность экспозиционной дозы, которая измеряется в Рентгенах/сек (Р/сек.) и его производных (млР/час, мкР/час, мкР/сек).
Рентген - это доза рентгеновского или гамма-излучения в воздухе, при которой на 0.001293 г (1 см3) воздуха образуются ионы с суммарным зарядом в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.
Поглощённая доза Д - отношение энергии, которую ионизирующее излучение передало веществу, к массе данного вещества. Единица измерения - грэй, Гр, 1 Гр = 1 Дж/кг.
Доза эквивалентная - поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.
Единица дозы эквивалентной - Зиверт, Зв.
Доза эффективная Е - величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности:
Если просуммировать индивидуальные эффективные эквивалентные дозы группы людей, то получится коллективная эффективная эквивалентная доза, на основе которой возможна оценка стохастического эффекта воздействия ионизирующих излучений на группы людей.
Предел дозы (ПД) - величина годовой эффективности или эквивалентной дозы техногенного облучения, которая не должна превышаться в условиях нормальной работы.
Предел годового поступления (ПГП) - допустимый уровень поступления данного радионуклида в организм в течение года, который при много факторном воздействии приводит к облучению условного человека ожидаемой дозой, равной соответствующему пределу годовой дозы.
Для фотонного (рентгеновского и гамма - излучения) существует экспозиционная доза Дх - отношение заряда одного знака, образовавшегося в данном объёме воздуха, к массе воздуха в данном объёме. Единица измерения - кулон/кг, Кл/кг. Внесистемная единица - рентген, Р
Мощность дозы излучения Р - отношение приращения дозы за некоторый интервал времени к этому интервалу времени; единицы мощности дозы: Гр/с, Зв/с, Р/с.
25.Биологическое действие ионизирующего излучения.
Механизм биологического действия ИИ можно рассматривать как совокупность первичных физико- химических процессов в молекулах клеток и окружающего их субстрата и последующего нарушения функций целого организма.
Первичные процессы во многом определяются ионизацией молекул воды (на 75 % организм состоит из воды) с образованием химически высокоактивных радикалов П* и ОН*, гидратированных электронов (СОЛЬВАТИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОН, захваченный средой в результате поляризации им окружающих молекул (если средой является вода, электрон наз. гидратированным)) и последующими цепными реакциями, в основном, окисления радикалами молекул белка. Помимо этого косвенного воздействия ПН через продукты радиолиза воды ПН воздействует и непосредственно - через расщепление молекул белка, разрыв связей, отрыв радикалов и др.
Под действием первичных, физико-химических процессов в клетках возникают функциональные, биохимические изменения. Они могут произойти как непосредственно после акта воздействия ИИ, так и через длительный период времени после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений, которые могут привести к раку.
Наиболее радиочувствительны клетки постоянно обновляющихся тканей: костного мозга, половых желёз, селезёнки и др. Изменения на клеточном уровне и гибель клеток приводят к таким нарушениям в тканях, в функциях отдельных органов и в межорганных процессах, которые вызывают самые различные последствия для организма вплоть до его гибели.
Возможные последствия: соматические эффекты; соматико-стохастические эффекты; генетические эффекты.
соматика (somatics) происходит от греч. "somaticos". "Сома" означает — живое тело
Стохастические эффекты — это вредные биологические эффекты излучения, не имеющие дозового порога возникновения, вероятность возникновения которых пропорциональна дозе и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.
Соматические (телесные) эффекты - последствия облучения для самого облучённого, а не для его потомства. Эти эффекты могут быть нестохастическими и стохастическими (вероятностными). Первые: поражения, вероятность возникновения и степень тяжести которых растут с увеличением дозы и для которых существует дозовый порог, например, острая лучевая болезнь, локальное незлокачественное поражение кожи (лучевой ожог) и т.п. Вторые (соматико-стохастические): сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования и опухоли; считается, что эффекты эти не имеют дозового порога.
Основные стохастические эффекты - генетические: хромосомные аберрации (изменение числа и структуры генов); доминантные и рецессивные мутации генов (соответственно, проявляются в первом поколении потомков и могут не проявиться на протяжении многих поколений). Типичное проявление радиационного стохастического эффекта: врождённые уродства. Эти эффекты не исключаются при малых дозах облучения и условно не имеют порога. Так, статистически надёжно установлено повышенное содержание клеток крови с хромосомными нарушениями у людей, получающих малые дозы облучения. Выход соматико-стохастических эффектов определяется суммарной накопленной дозой независимо от того, получена она за 1 сутки или за 50 лет.
Источники ионизирующих излучений в биосфере: космическое излучение; излучения естественных радионуклидов, рассеянных в воздухе, воде, почве, земной коре и других объектах окружающей среды; излучения от радионуклидов, образовавшихся при испытаниях ядерного оружия, поступающих в окружающую среду при нештатных режимах работы предприятий и учреждений, в которых обращаются радиоактивные вещества, а также при удалении, сборе, хранении, переработке и захоронении радиоактивных отходов теми же предприятиями.
Одной из составляющих радиационного загрязнения биосферы является технологически изменённый естественный радиационный фон - за счёт поступления в природную среду естественных радионуклидов, извлекаемых из глубин земли вместе с углём, газом, нефтью, минеральными удобрениями, строительными материалами и др. К нему также относят: дополнительное облучение при полётах в самолётах; радионуклиды радий-226, прометий-147, тритий, используемые для светосоставов постоянного действия, цветные телевизоры и другие устройства, содержащие радионуклиды или излучающие рентгеновское излучение; радионуклид Ро-210, используемый для снятия статического электрического заряда в некоторых производствах; некоторые пожарные дымовые детекторы; керамическую и стеклянную посуду, содержащую уран и торий и др.
26.Характеристика фонов радиационного загрязнения.
Естественный радиационный фон - мощность эквивалентной дозы ИИ, создаваемая космическим излучением и излучением природных радионуклидов, естественным образом распределённых в биосфере, в том числе в живом веществе и в организме человека. Для России он составляет 0,1...0,2 мкЗв/ч, что примерно соответствует годовой эквивалентной дозе 0,9 мЗв.
Технологически изменённый естественный радиационный фон - связан с использованием материалов с повышенным содержанием естественных радионуклидов, сжиганием ископаемого топлива, приме-нением сельскохозяйственных удобрений и т.п.
Техногенный или искусственный радиационный фон - сформировавшийся из радионуклидов, возникших при испытаниях ядерного оружия и ядерных авариях и поступающих в биосферу при работе предприятий ядерно-топливного цикла (ЯТЦ) и атомной промышленности.
Значит, люди подвергаются облучению за счёт естественного и искусственного радиационных фонов, а также за счёт медицинских процедур.
Категории облучаемых лиц включают:
Санитарно-защитная зона (СЗЗ) - территория вокруг источника ИИ, на которой уровень облучения людей в условиях нормального (штатного) режима работы источника ИИ может превысить установленный предел дозы (ИД). В СЗЗ устанавливается режим ограничений и проводится радиационный контроль дозиметрической службой предприятия.
Зона наблюдения - территория вокруг источника ИИ, где возможно влияние радиоактивных сбросов и выбросов источника ИИ, и облучение проживающего населения может достигать ИД. Радиационный контроль проводится радиологическими службами СЭС.
Уровни воздействия источников ИИ регламентируются основным документом - "Нормы радиационной безопасности (НРБ)-99". Согласно НРБ-99 (уже есть ...2010), дозовые пределы не включают в себя дозу, вызванную естественным радиационным фоном, и дозу, получаемую человеком при медицинских процедурах.
Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:
Основные пределы доз для персонала группы Б равны 1/4 значений для персонала группы А.
Порядок и правила работы с источниками ИИ регламентирует основной документ "Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ) - 99". Согласно ОСПОРБ-99 (Уже есть ...2012), к непосредственной работе с источниками ИИ допускаются лица не моложе 18 лет, без медицинских противопоказаний; женщины должны освобождаться от работы с источниками ИИ с момента установления беременности и на период вскармливания ребёнка.
Нарушение НРБ-99 и ОСПОРБ - 99 влечёт дисциплинарную, административную и уголовную ответственности.
27.Защита окружающей среды от электромагнитных загрязнений. Характеристика электромагнитных излучений.
Всё возрастающую роль в общем потоке негативных антропогенных воздействий на биосферу приобретает её физическое загрязнение. Последнее связано с изменением физических параметров внешней (окружающей) среды, то есть с их отклонением от параметров естественного фона.
В настоящее время наибольшее внимание привлекают изменения электромагнитных и виброакустических параметров (условий) окружающей среды: волновые или энергетические загрязнения.
Спектр частот известных сегодня электромагнитных колебаний чрезвычайно широк: от близких к нулю до 3-Ю22 Гц (рентгеновское излучение). В связи с этим обстоятельством и различием способов получения и регистрации, а также в связи с многообразием проявлений электромагнитных колебаний весь спектр разбит на несколько диапазонов:
Согласно международному регламенту радиосвязи длины (частоты) радиоволн делятся на 12 диапазонов, начиная с крайне низких частот (3... 30) Гц, заканчивая гипервысокими частотами (0,3... 3) ТГц:
ультрафиолетовое излучение, f = (7,9-1014... 3 -1016) Гц,
Я = (0,38-10-б...1а8)м;
Гамма-излучение, генерируется возбуждёнными ядрами атомов при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях, при распаде частиц и т.п., f >3-10 Гц , Л <10'[ м (см. рисунок).
В настоящее время наибольший вклад в энергетическое загрязнение окружающей среды вносят изменения её электромагнитных параметров в диапазонах частот, соответствующих областям радиоволн (собственно электромагнитное загрязнение), инфракрасного или теплового излучения (тепловое загрязнение), рентгеновского и гамма-излучения, которые вместе с а - и /3 - частицами (испускаются радионуклидами - нестабильными ядрами радиоактивных элементов: уран, торий, полоний, радий и др.), являются причиной радиоактивного загрязнения биосферы, а также изменения вибро-акустических параметров (виброакустическое загрязнение).
Одной из основополагающих компонент комплекса мер по защите окружающей среды от энергетических загрязнений является их нормирование, то есть установление того уровня энергетического загрязнения, превышение которого недопустимо при организации в данном месте нового производства (завод, ТЭС и т.п.) или реконструкции прежнего. При энергетическом загрязнении введён предельно допустимый уровень (ПДУ) энергетического загрязнения. Его смысл соответствует смыслу ПДК. Как и в случае ПДК, ПДУ устанавливается отдельно для техносферы (для рабочей зоны) и для окружающей среды (населённой местности). Последний всегда меньше, чем ПДУ для рабочей зоны. В большом числе случаев это различие составляет 10 раз, что можно объяснить двумя обстоятельствами. Во-первых, в рабочей зоне, то есть на производстве, заняты, выражаясь эколого-биологическим языком, оформившиеся (физически и биологически) человеческие особи. Пх устойчивость к воздействию вредных факторов (диапазон толерантности) выше, чем у другой части населения: детей, пожилых и престарелых людей, а также просто физически слабых людей. Во-вторых, в значительной мере это различие предопределено тем, что в большинстве случаев вредный фактор формируется именно в рабочей зоне, где он имеет максимальные значения. По мере распространения в окружающем пространстве он уменьшает свою интенсивность, так что вне производственной территории его интенсивность априорно меньше, чем в рабочей зоне. Получается, что в определённой степени это двойное нормирование лишь фиксирует объективное распределение интенсивности вредного фактора в пространстве (речь идёт и о химическом, и об энергетическом загрязнении).
В глубинной основе нормирования вредных экологических факторов лежат и экономические соображения. Лучше всего сделать так, чтобы и концентрация вредных веществ, и интенсивность энергетических факторов были пренебрежимо малыми. Но не всегда удаётся оформить технологию производства так, чтобы полностью исключить её вредные воздействия. Рынок, по большому счёту, в принципе антиэкологичен. Рыночному производителю надо либо вкладывать большие средства в доводку технологии до устранения вредных воздействий, и тогда его "поезд может уйти", либо он прорывается в рынок со своим товаром (услугой), неся за ним шлейф экологических издержек. Но этот шлейф экологических издержек (явно вредных, их по всем человеческим меркам надо устранять!) согласуется с надзорно-контролъными экологическими органами на основе компромиссной концепции ПДК и ПДУ.
Компромиссная концепция ПДК и ПДУ - реальный и действенный инструментарий защиты окружающей среды. И он найдёт свое место в процессе реализации концепции устойчивого развития. Но свои конструктивные приложения он найдёт лишь в развитии. Направленность его развития: уровни ПДК и ПДУ должны снижаться. Жизнь, то есть практика реализации концепции устойчивого развития, подскажет, каким должен быть темп ужесточения экологических нормативов. Разумеется, он должен быть оптимальным: ни излишне быстрым, ни слишком медленным.
В основу логики установления ПДУ энергетических загрязнений положена идея о существовании некоторого энергетического порога энергетических воздействий, при превышении которого биосистемы претерпевают необратимые изменения, ведущие к ущербу их жизнедеятельности. Это изменения на разных уровнях: организменно-надорганизменном (поведенческие изменения (реакции)), на уровне роста, развития; на клеточно-субклеточном уровне (реакции обмена, роста, развития).
28. Принципы, положенные в основу "сухих" методов очистки пылевоздушных выбросов. Применяемые аппараты
К сухим методам относятся:
- гравитационное осаждение;
- инерционное и центробежное пылеулавливание;
- фильтрация.
Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в пылеосадительных камерах.
А – простая камера, Б – камера с вертикальными перегородками
Пылеосадительные камеры являются простейшими устройствами для очистки потоков газа от взвешенных в нем твердых частиц. Осаждение частиц происходит за счет сил гравитации. Для достижения приемлемой эффективности очистки газов необходимо, чтобы частицы находились в камере возможно более продолжительное время. Поэтому пылеосадительные камеры, рассчитанные на осаждение даже относительно крупных частиц (>50 мкм), являются громоздкими сооружениями. Для обеспечения необходимого времени пребывания частиц в камере скорость движения газового потока обычно не превышает 3 м/с. Степень очистки составляет не выше 40-50%
Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока.
К простейшим инерционным пылеулавливающим средствам можно отнести небольшие по сравнению с пылеосадочными камерами емкости, в которых скорость запыленного потока, подводимого сверху или сбоку, изменяется по величине и направлению. Изменение направления скорости потока достигается, в частности, благодаря установке одной или нескольких перегородок.
Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей. Принцип действия жалюзийных пылеуловителей основан на резком (около 150°) изменении направления узких струек газового потока, проходящих через зазоры между лопастями жалюзи, и отражении ударяющихся о поверхности лопастей частиц пыли в направлении щели (отверстия), через которую удаляется часть газового потока, обогащенного пылью. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%.
Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.
Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны разных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Принцип действия циклона основан на выделении частиц пыли из газового потока под воздействием центробежных сил, возникающих вследствие вращения потока в корпусе аппарата. Наибольшее распространение в технике получили циклоны с изменением основного направления потока газа, называемые возвратно-поточными. В них воздух входит в циклон через тангенциальный патрубок 1 и, приобретая вращательное движение, опускается винтообразно вдоль внутренних стенок цилиндра 2 и конуса 3. В центральной зоне вращающийся воздушный поток, освобожденный от пыли, двигается по направлению снизу вверх и удаляется через коаксиально расположенную выхлопную трубу 7 и «улитку» 8 из циклона. Небольшая часть этого потока, в котором сконцентрирована основная масса выделяющейся пыли, поступает через пылеотводящее отверстие 4 в бункер 5, где происходит окончательное осаждение частиц.
Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы - стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60-65 °С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Рукавные фильтры представляют собой аппараты с корпусами прямоугольной или круглой формы. Внутри корпусов подвешены рукава диаметром от 100 до 300 мм, высотой от 0,5 до 10 м. Фильтрация воздуха или таза осуществляется пропусканием запыленной среды через ткань рукава. Допустимая запыленность газа в технических характеристиках приведена при нормальных условиях. В рукавных фильтрах разной конструкции газ может перемещаться в направлении изнутри рукава наружу или наоборот. После того как на фильтрующей поверхности накопится слой пыли, гидравлическое сопротивление которого составляет предельно допустимую величину, производят регенерацию рукавов (сбрасывание в бункер накопившегося слоя пыли). Для регенерации используют обратную, импульсную и струйную продувку или механическое встряхивание, которое может применяться в сочетании с обратной продувкой.
30. Принципы, положенные в основу "мокрых" методов очистки пылевоздушных выбросов. Применяемые аппараты
Процесс мокрого пылеулавливания основан на контакте запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли считается достаточно простым и в то же время весьма эффективным способом обеспыливания.
Мокрые пылеуловители имеют ряд преимуществ перед аппаратами других типов:
а) отличаются сравнительно небольшой стоимостью и более высокой эффективностью улавливания взвешенных частиц, по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;
б) могут быть применены для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм (например, скрубберы Вентури);
в) могут не только успешно конкурировать с такими высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры и электрофильтры, но и использоваться в тех случаях, когда эти аппараты обычно не применяются, например, при высокой температуре и повышенной влажности газов, при опасности возгорания и взрывов очищенных газов, в качестве теплообменников смешения.
Однако метод мокрого обеспыливания имеет и ряд недостатков:
а) улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки;
б) при охлаждении очищаемых газов до температуры, близкой к точке росы, а также при механическом уносе из газоочистного аппарата газовым потоком капель жидкости пыль может осаждаться в газопроводах, системах вентиляции, дымососах. Кроме того, брызгоунос приводит к безвозвратным потерям орошающей жидкости;
в) в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо защищать антикоррозионными материалами.
В качестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях чаще всего применяют воду.
В зависимости от способа организации поверхности контакта, фаз и принципа действия их можно подразделить на следующие группы:
1) полые газопромыватели (оросительные устройства, промывные камеры, полые и форсуночные скрубберы);
2) насадочные скрубберы;
3) тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты);
4) газопромыватели с подвижной насадкой;
5) мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны);
6) мокрые аппараты центробежного действия;
7) механические газопромыватели (механические и динамические скрубберы);
8) скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури и эжекторные скрубберы).
1. Промывные камеры имеют металлический или ж/б корпус, внутри которого в несколько рядов располагаются форсунки. Для повышения эффективности перпендикулярно движению газа в корпусе устанавливают сетки или перфорированные листы. На выходе из аппарата устанавливают брызгоуловитель.
Полые скрубберы представляют собой колонну круглого или прямоугольного сечения, в котором осуществляется контакт между очищаемыми газами и каплями жидкости, распыливаемой форсунками. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. Обычно применяются аппараты с противонаправленным движением газов и жидкости и реже — с поперечным подводом жидкости, в которых она вводится под прямым углом к направлению газового потока. В противоточном скруббере капли из форсунок падают навстречу запыленному потоку газов и должны быть достаточно крупными, чтобы не быть унесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет от 0,6 до 1,2 м/с.
2. Насадочные газопромыватели представляют собой колонны, заполненные телами различной формы 2, засыпаемыми в колонну на опорную решетку 1 в беспорядке или укладываемыми правильными рядами (регулярная насадка). Главный недостаток – быстрое забивание насадок при обработке запыленных газов.
3. В основе тарельчатых (пенных) аппаратов лежит взаимодействие газов с жидкостью на тарелках различной конструкции 3. Характер взаимодействия в значительной степени определяется скоростью газового потока. При малых скоростях (1 м/с) газы проникают через слой жидкости в виде пузырей — происходит барботаж. С ростом скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более интенсивно и сопровождается образованием высокотурбулизованной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых пузырьков. Поэтому газопромыватели данного типа часто называют пенными аппаратами.
На картинке представлен аппарат с переливной тарелкой.
4. Газопромыватели с подвижной шаровой насадкой. В корпусе аппарата между нижней опорно-распределительной тарелкой и верхней ограничительной тарелкой помещается слой шаров из полимерных материалов, стекла или пористой резины. В качестве насадок возможно использование тел и другой формы, например, колец. Для обеспечения свободного перемещения насадки в газожидкостной смеси плотность шаров не должна превышать плотности жидкости. Особенно эффективны данные аппараты для очистки газов с большим содержанием пыли, а также при совмещении процессов пылеулавливания и абсорбции, например, при очистке отходящих газов в производстве минеральных удобрений и фосфора. Аппараты с подвижной насадкой имеют большое разнообразие конструкций, отличающихся гидродинамическим режимом движения насадочных тел. На рисунке – аппарат со взвешенной насадкой.
5. К аппаратам ударно-инерционного действия относится большая группа пылеуловителей, в которых контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. В результате такого взаимодействия образуются капли диаметром 300 – 400 мкм. Особенностью аппаратов ударного действия является полное отсутствие средств перемещения жидкости, и поэтому вся энергия, необходимая для создания поверхности контакта, подводится через газовый поток. В связи с этим газопромыватели ударно-инерционного типа иногда называются аппаратами с внутренней циркуляцией жидкости.
6. Центробежные газопромыватели можно разделить по конструкционному признаку на два вида: аппараты, в которых закрутка газового потока осуществляется с помощью центрального лопастного закручивающего устройства и аппараты с боковым тангенциальным или улиточным подводом газов. Орошение аппаратов второго типа может осуществляться форсунками, устанавливаемыми в центральной части аппарата или вдоль его стенок, с кинжальным направлением факелов распыла и в виде пленки, стекающей по внутренней стенке аппарата. Циклон с водяной пленкой (ЦВП) рассчитан на очистку запыленного вентиляционного воздуха от любых видов нецементирующейся пыли. По внутренней поверхности стенки циклона непрерывно стекает пленка воды, которая тангенциально вводится в аппарат через ряд трубок, расположенных в его верхней части.
7. Динамические скрубберы имеют вращающее устройство (ротор, диск…) , которое обеспечивает разбрызгивание и перемещение жидкости или вращение газового потока. Имеют очень сложное строение и не получили широкого распространения.
8. Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури) объединяют большую группу аппаратов, общим для которых является наличие трубы-распылителя, в которой осуществляется интенсивное дробление газовым потоком, движущимся с высокой скоростью (порядка 40 – 150 м/с), орошающей его жидкости и установленного за ней каплеуловителя. Первоначально в качестве трубы-распылителя использовалась труба Вентури в ее чистом виде, откуда и появилось название газопромывателей подобного типа. Скрубберы Вентури наиболее эффективные из всех аппаратов мокрой очистки. На изображении: а – центральный подвод орошения, б – периферийное орошение.
31. Принципы, положенные в основу "электрических" методов очистки пылевоздушных выбросов. Приметаемые аппараты
Электрический способ очистки газа (воздуха) – воздействие сил неоднородного электрического поля на газовый (воздушный) поток. Метод основан на ионизации и зарядке частиц аэрозоля при прохождении газа через электрическое поле высокого напряжения, создаваемое коронирующими электродами. Осаждение частиц происходит на заземленных осадительных электродах.
Широкое применение электрофильтров для улавливания твердых и жидких частиц обусловлено их универсальностью и высокой степенью очистки газов при сравнительно низких энергозатратах. Установки электрической очистки газов работают с эффективностью до 99 %, а в ряде случаев и до 99,9 %, причем улавливают частицы любых размеров, включая и субмикронные, при концентрации частиц в газе до 50 г/м3 и выше. Промышленные электрофильтры применяются в диапазоне температур до 400 – 450°С, в некоторых случаях и при более высоких температурах, а также в условиях воздействия различных коррозионных сред. Электрофильтры могут работать как под разрежением, так и под давлением очищаемых газов. Системы пыле- и золоулавливания с применением электрофильтров могут быть полностью автоматизированы. Конструктивная схема: между двумя осадительными плоскостями натянут ряд проводов. В пространство между каждой из плоскостей и проводами подается газопылевой поток. В поле коронного разряда, возникающего при подаче тока высокого напряжения на проводе 1, частицы заряжаются и под действием поля движутся к осадительным плоскостям 2, с которых они периодически удаляются. Осаждение происходит под действием кулоновских сил. Недостатки: чувствительность к отклонениям от заданного технологического режима, к механическим дефектам оборудования, невозможность очистки взрывоопасных смесей газов. Наибольшее распространение получили электрофильтры типа УГ (универсальные горизонтальные) и УГТ (универсальные горизонтальные высокотемпературные).
32. Суть метода флотации для очистки сточных вод
Очистка практически любого вида сточных вод методом флотации довольно распространенный сегодня способ утилизации канализационных сбросов и применяется повсеместно в тех местах, где его применение является наиболее выгодным с технической точки зрения.
Флотация (в переводе с французского языка flotter- плавать) - это метод очистки воды с использованием микрочастиц разной смачиваемости. Частицы делятся на два вида:
Гидрофобные - это не смачиваемые водой частицы, а гидрофильные, наоборот, смачиваемые.
Флотационные методы лучше других справляются с удалением из стоков поверхностно активных веществ. Для целей очистки стоков применяют специальные флотационные машины, устройства напорного типа, механические, электрофлотационные и другие аппараты.
Зачастую механический флотационный способ очистки используют для стоков содержащих легкофлотируемые гидрофобные загрязнения, к которым относятся жиры, масла, нефтепродукты и другие вещества. Если следует очистить сточные воды от загрязняющих веществ, которые перед флотацией следует агрегировать, то применение таких устройств без предварительных этапов очистки является неэффективным. Турбулентные потоки внутри камеры разрушают агрегаты загрязнителей, чем усложняют процесс очистки. Поэтому флотационные аппараты очищающие стоки механическим путем зачастую применяют для очистки нефтесодержащих и жиросодержащих стоков. В таких водах загрязнители являются легко флотируемыми, что обеспечивает высокую степень очистки.
Также оправданным является использование механических флотаторных машин в тех случаях, когда напорные устройства применять нецелесообразно (например, для очистки стоков с температурой 30-60оС). Обуславливаются такие ситуации ухудшением показателей растворяемости газов в воде, что влечет за собой снижение эффективности работы напорных машин.
Использование для очищения стоков электрофлотационных машин и устройств повышает энергоемкость процедуры очистки, что ограничивает сферы применения этого метода. Известны случаи, когда используют флотационные пневматические машины, но отметим, что эффективность этого способа не высока. По сравнению с этими двумя видами флотационных аппаратов механические флотаторы имеют множество преимуществ.
Процесс флотации
Флотатором называют устройство, которое разделяет смесь воды и загрязнителей за счет использования воздушного потока. Флотационные установки включают систему смешивания с реагентами (такими как флокулянт и коагулянт), и pH-контроллер. Система смешивания с реагентами работает автоматически, в зависимости от поступаемого в устройство потока, происходит регулирование подачи реагентов. Также флотаторы имеют скребки, с помощью которых удаляют пену с поверхности стоков.
Процесс флотации – сложный физико-химический процесс, который заключается в создании комплекса «пузырек-частица». Когда этот комплекс всплывает на поверхность, он образует пенный слой, в котором содержание загрязнителей намного выше, чем в исходных стоках.
Флотационные очистки можно разделить на три вида, в зависимости от способа получения пузырьков:
- флотация с помощью пузырьков, образованных путем механического разделения воздуха. Делают это каскадным методом или с помощью механических турбин-импеллер, пористых пластин, форсунок;
- флотация с помощью пузырьков, которые образовываются от пересыщенных растворов воздуха в стоках, может быть напорной и вакуумной;
- электрофлотация.
Процесс флотации, а именно непосредственного образования комплекса из загрязнителя и пузырька, происходит в три этапа:
1. Приближение пузырька к загрязняющей частице;
2. Соприкосновения пузырька и частицы;
3. Прилипание загрязняющей частицы к поверхности пузырька.
На прочность и длительность соединения этих элементов влияют:
- размер частицы загрязнителя и пузырька;
- веса загрязнителя;
- физико-химических особенностей частицы, воздуха и сточной воды;
- гидродинамических условий и т.д.
Непосредственно процесс флотации происходит следующим образом. Зачастую и поток жидкости, и воздушный поток движутся в одном направлении. Взвешенные загрязняющие частицы распределены по всему объему стоков, и во время совместного движения с пузырьками они сталкиваются и соединяются. В том случае, если размер воздушного пузырька слишком велик, по сравнению с размерами частицы, то и скорость движения у него будет намного ниже, что делает процесс соединения этих элементов практически невозможным. А еще крупные пузырьки нередко становятся виновниками разрыва уже существующих связей между пузырьком и частицей. Поэтому во флотаторах должны находиться пузырьки не больше определенного размера.
Вакуумная флотации.
Процесс вакуумной флотации основывается на понижении давления во флотаторной камере. Этот процесс сопровождается выделением воздуха, который содержится в стоках. Вакуумная флотация происходит в спокойной среде, а значит связь между комплексом «пузырек-частица» будет прочнее и долговечнее. Иными словами эта связь разрушается уже тогда, когда частица достигла поверхности.
Напорная флотация
Напорная флотация протекает в две стадии. Первая – насыщение стоков воздухом под давлением, вторая – отделение пузырьков воздуха подходящего размера и подъем на поверхность взвешенных и эмульгированных веществ. В том случае, когда этот процесс не сопровождается добавлением реагентов, напорную флотацию считают механическим способом очистки стоков.
Импеллерная флотация
Импеллерные флотаторы зачастую используются для очистки нефтесодержащих стоков, но могут применяться и для очистки других промышленных сточных вод. Но следует сказать, что такой способ флотации является не очень распространенным.
Флотация с подачей воздуха через пористые материалы
Чтобы пузырьки воздуха имели небольшие размеры, часто используют специальные пористые материалы, которые имеют определенное расстояние между отверстиями, и не пропускают пузырьки большего размера в систему. Также на размер пузырьков влияет скорость подачи воздуха, чем выше скорость, тем больший размер будут иметь пузырьки, что является нежелательным
Электрофлотация
Стоки насыщаются воздухом за счет пузырьков, которые образовываются на катоде. Электрический ток при этом влияет на химический состав жидкости, состояние и особенности нерастворимых в воде примесей. Эти изменения могут носить как положительный, так и отрицательный характер.
Схема установки напорной флотации
1 –труба подачи СВ, 2 – приемный резервуар; 3 – всасывающая труба; 4 – труба подачи сжатого воздуха; 5 – насос; 6 – сатуратор; 7 – флотационная камера; 8 – сопла; 9 – пеносборник; 10 – труба отвода ОВ.
Резервуар-флотатор
1 – подача газонасыщеннойСВ; 2 – патрубок отвода нефти; 3 – корпус резервуара; 4 – желоб для сбора нефти; 5 – флотационная зона; 6 – отстойная зона; 7 – патрубок отвода газа; 8 – отвод ОВ; 9 – перфорированные трубы отвода осадка; 10 – патрубки отвода осадка
33. Суть метода коагуляции для очистки сточных вод
Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае - жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных - гетерокоагуляцией.
Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов:
- вида коллоидных частиц;
- концентрации и степени дисперсности коллоидных частиц;
- наличия в сточных водах электролитов и других примесей;
- величины электрокинетического потенциала.
Рис. 1. Строение мицеллы
a) >0.03; б) = 0;
А - адсорбционный слой; Б-диффузионный слой; I-ядро
Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие Коллоидные частицы размером 0,001 - 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 - 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более.
В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.
Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.
Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.
Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемещении прочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, значительно понижающие свободную поверхностную энергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В этом слое может находиться также небольшое число противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. На рис. 1 показано изменение напряженности электрического поля мицеллы. Потенциал на границе ядра - термодинамический потенциал ( -потенциал) - равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных конов. На границе адсорбционного слоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом ( -потенциал).
На частицы коллоидов действуют диффузионные силы, и частицы стремятся равномерно распределяться во всем объеме жидкой фазы. Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает их взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами имеются молекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются лишь при небольших расстояниях между частицами. При снижении электрического заряда частиц, т. е. при уменьшении -потенциала, силы отталкивания уменьшаются и становится возможным слипание частиц - процесс коагуляции коллоида. Силы взаимного притяжения между коллоидными частицами начинают преобладать над электрическими силами отталкивания при потенциале системы менее 0,03 В. При -потенциале, равном нулю, коагуляция проходит с максимальной интенсивностью, состояние коллоидной системы в этом случае носит название изоэлектрического состояния, а величина рН называется изоэлектрической точкой системы.
Одним из методов снижения -потенциала коллоидной системы является увеличение концентрации в воде электролитов. Способность электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с увеличением валентности коагулирующего иона, обладающего зарядом, который противоположен заряду коллоидных частиц. Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов приблизительно 1:30:1000.
При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.
Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция - взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.
При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок:
Аl2(SO4)3 + 6Н2O 2А1(ОН)3 + 3Н3SО4;
FeCl3 + 3Н2О Fe(ОН)3 + 3НСl;
FeS04 + 2H2O Fe(OH)2 + Н2SО4;
4Fe (ОН)2 + О2 + 2H2O 4Fe (ОН)3.
Образующиеся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты следует нейтрализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация образующихся при гидролизе коагулянтов кислот может также протекать за счет щелочного резерва сточной жидкости:
Н++ НСО-з СО2+Н2О.
В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин рН
Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты.
1. Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) А12(SO4)3 18H2O. Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5 8. В результате применения сульфата алюминия степень минерализации воды увеличивается. Алюминат натрия NaAlO2, оксихлорид алюминия Al2(OH)5Cl, полихлорид алюминия [А12(ОН)nСl6-n]m(SO4)x (где 1<=n<=5m<=10), алюмокалиевые [АlК(SO4)2 18H2O] и алюмоаммонийные [Al (NH4) (SO4)2 12Н2О] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.
2. Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный купорос FeSO4 7H2O. Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа - плотные, тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным преимуществом его применения. Хлорид железа FeCl3 6H2O; сульфат железаFe2(SO4)3 9H2O.
3. Соли магния. Хлорид магния MgCl2 6H2O; сульфат магния MgSO4-7H2O.
4. Известь.
5. Шламовые отходы и отработанные растворы отдельных производств. Хлорид алюминия (производство этилбензола), сульфат двухвалентного железа (травление металлов), известковый шлам и др.
Количество коагулянта, необходимое для осуществления процесса коагуляции, зависит от вида коагулянта, расхода, состава, требуемой степени очистки сточных вод и определяется экспериментально.
Образующиеся в результате коагуляции осадки представляют собой хлопья размером от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Рыхлая пространственная структура хлопьев осадка обусловливает их высокую влажность - до 96-99,9%. Значительный расход коагулянтов, большой объем получающегося осадка, сложность его обработки и последующего складирования, увеличение степени минерализации обрабатываемых сточных вод не позволяют в большинстве случаев рекомендовать коагуляцию как метод самостоятельной очистки. Коагуляционный метод очистки применяется в основном при небольших расходах сточных вод и при наличии дешевых коагулянтов.
Расширению оптимальных областей коагуляции (по рН и температуре) способствуют флокулянты, повышающие плотность и прочность образующихся хлопьев, снижающие расход коагулянтов, повышающие надежность работы и пропускную способность очистных сооружений.
При растворении в сточных водах флокулянты могут находиться в неионизированном и ионизированном состоянии. Последние носят название растворимых полиэлектролитов. В зависимости от состава полярных групп флокулянты бывают:
неионогенные - полимеры, содержащие неионогенные группы: - ОН, >СО (крахмал, оксиэтилцеллюлоза, поливиниловый спирт" полиакрилонитрил и др.);
анионные - полимеры, содержащие анионные группы: -СООН, -SO3H, OSO3H (активная кремниевая кислота, полиакрилат натрия, альгинат натрия, лигносульфонаты и др.);
катионные - полимеры, содержащие катнонные группы: -NH2, =NH (полиэтиленимин, сополимеры винилпиридина, ВА-2, ВА-102, ВА-212 и др.);
амфотерные - полимеры, содержащие одновременно анионные и катионные группы: полиакриламид, белки и др.
Скорость и эффективность процесса флокуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания и последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Дозы флокулянтов принимаются обычно 0,1-10 г/м3, а в среднем 0,5-1 г/м3. Так, применение добавок полиакриламида в концентрации 1 г/м3 при коагуляции сточных вод металлургического завода позволило увеличить удельную нагрузку на радиальные отстойники в 2 раза.
Процесс очистки сточных вод методом коагуляции или флокуляции включает приготовление водных растворов коагулянтов или флокулянтов, их дозирование, смешение со всем объемом сточной воды, хлопьеобразование, выделение хлопьев из нее.
В реагентное хозяйство на очистных сооружениях входят склады для хранения коагулянтов. В настоящее время широко применяется так называемое мокрое хранение коагулянтов (в виде раствора или кускового продукта в концентрированном растворе) в баках и резервуарах, располагаемых внутри или вне здания. Емкости, размещаемые вне здания, следует утеплять. Растворение коагулянтов в воде осуществляется в растворных баках с устройствами для барботажа сжатым воздухом интенсивностью 4-5 л/с на I м2 площади колосниковой решетки. Применяются также баки с лопастными и пропеллерными мешалками для растворения соответственно зернистых и кусковых материалов (размером не более 20 мм).
Из растворных баков растворы коагулянтов перекачивают в расходные баки, а оттуда дозируют в обрабатываемую воду с помощью дозаторов различных конструкций. Коагулянты вводят в обрабатываемую сточную воду обычно в виде 1-10 %-ных растворов, а флокулянты - в виде 0,1-1 %-ных растворов.
Коагулянты смешивают с обрабатываемой сточной водой в смесителях, продолжительность пребывания воды в которых составляет 1-2 мин. Применяют перегородчатые, дырчатые, шайбовые и вертикальные смесители, а также механические с пропеллерными или лопастными мешалками. Трубопроводы или лотки, отводящие воду из смесителей в камеры хлопьеобразования и осветлители со взвешенным осадком, рассчитывают на скорость движения сточной воды 0,8-1 м/с и продолжительность ее пребывания в них не более 2 мин. После смешения сточных вод с коагулянтами начинается процесс образования хлопьев, который происходит в камерах хлопьеобразования. Эти камеры могут быть водоворотные, перегородчатые, вихревые, а также с механическим перемешиванием.
Водоворотные камеры хлопьеобразования представляют собой цилиндр, в верхнюю часть которого из смесителя вводится сточная вода с вращательной скоростью на выходе из сопла 2-3 м/с. В нижней части камеры перед выходом в отстойник находятся гасители вращательного движения воды. Продолжительность пребывания воды в камере 15- 20 мин.
Перегородчатые камеры могут быть горизонтальными и вертикальными. В горизонтальной камере сточная вода протекает по нескольким последовательно соединенным коридорам. Перемешивание осуществляется за счет восьми - десяти поворотов. Вихревая камера хлопьеобразования представляет собой конический или цилиндрический расширяющийся кверху резервуар с нижним впуском сточной. В камерах хлопьеобразования с лопастными мешалками продолжительность пребывания воды 20-30 мин, а скорость движения воды 0,15-0,2м/с.
Последующее осветление сточной воды производится в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках.
Наиболее целесообразной является двухступенчатая схема отстаивания сточных вод. На I ступени осуществляется простое отстаивание в отстойнике без коагулянта, на II ступени-обработка сточных вод коагулянтами и флокулянтами с последующим отстаиванием в отстойнике.
Рис. 5. Электрокоагуляционная установка
1 - подача сточных вод; 3 - отстойник; 3 - резервуар; 1-электрокоагулятор; 4 - пакет плоских листовых стальных электродов; 5 - выпуск обработанных сточных вод в систему оборотного водоснабжения; 6 - выпрямитель электрического тока; 7 - выпуск осадка.
Коагуляция вод, содержащих мелкодисперсные и кололидные частицы, может происходить при пропуске сточных вод через электролизер с анодом, изготовленным из алюминия или железа. Металл анода под действием постоянного тока ионизируется и переходит в сточную воду, частицы загрязнений которой коагулируются образовавшимися трудно растворимыми гидроксидами алюминия или железа.
Метод электрохимическогокоагулирования может быть применен для обработки сточных вод, содержащих эмульгированные частицы масел, жиров и нефтепродуктов, хроматы, фосфаты. Компактность установок, отсутствие реагентного и складского хозяйства, простота обслуживания являются несомненным достоинством метода электрохимической коагуляции. Однако значительные расходы электроэнергии и металла, являющиеся следствием образования окисной пленки на поверхности электродов, их механического загрязнения примесями сточных вод, а также нагревания обрабатываемой сточной воды, ограничивают область применения этого метода.
34. Суть методов ионного обмена для очистки сточных вод
Гетерогенный ионный обмен, или ионообменная сорбция – процесс обмена между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы – ионита. При адсорбции электролитов преимущественно адсорбируются ионы одного знака, которые заменяются на эквивалентное количество ионов того же знака. Раствор остается при этом электронейтральным. Он взаимодействует с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, содержащиеся в растворе.
Метод ионного обмена применяется для очистки сточных вод предприятий металлургической, химической, коксохимической, машиностроительной и др. отраслей промышленности. Ионный обмен используется в кожевенной, фармацевтической, гидролизной промышленности, а также для удаления солей из сахарных сиропов молока, вин. Иониты широко используются для снижения жесткости воды и её обессоливания, для выделения и разделения разнообразных органических и неорганических ионов. С помощью ионитов улавливают ионы ценных элементов из природных растворов и отработанных сточных вод. Применение этого метода для очистки производственных сточных вод позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (соединения мышьяка, фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и др. металлы), ПАВ (поверхностно-активные вещества) и радиоактивные вещества, очищать сточную воду до предельно допустимых концентраций с последующим ее использованием в технологических процессах или системах оборотного водоснабжения. Ионный обмен делает возможным промышленное производство многих продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (антибиотиков, аминокислот).
По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катиониты и аниониты, проявляющие соответственно кислотные и основные свойства. Катиониты извлекают из растворов электролитов положительные ионы, аниониты – отрицательные. Если иониты обменивают и катионы, и анионы, их называют амфотерными. В качестве ионитов могут использоваться неорганические и органические материалы, способные к обмену ионов и практически нерастворимые в воде. Иониты подразделяются на природные и искусственные, или синтетические. Синтетические ионообменные материалы выпускаются в виде зернистых порошков, волокон и мембран. Мелкозернистые порошки имеют размер частиц 0,04-0,07 мм, крупнозернистые – 0,3-2,0 мм. Последние предназначены для работы в фильтрах со слоями значительной высоты 1-3 м, а порошкообразные мелкозернистые – со слоями высотой 3-10 мм. Размер частиц ионита влияет на перепад давления в фильтрах. С уменьшением размера частиц перепад давления в слое увеличивается. Следовательно, измельчение ионитов в процессе очистки нежелательно. Это приводит не только к росту сопротивления фильтра, но и к неравномерному распределению скоростей потока сточной воды по сечению фильтра. В результате столкновения зерен ионита друг с другом и о стенки аппаратуры происходит их истирание. Механически прочными принято считать иониты, степень истираемости которых не превышает 0,5 %.
К неорганическим природным ионитам относят цеолиты, глинистые минералы, полевые шпаты, различные слюды. Катионообменные свойства обусловлены содержанием алюмосиликатов типа Nа2-Al2O3-nSiO2-mH2O. Ионообменными свойствами обладает также фторопатит [Ca5(PO4)]F и сидопатит [Са5(РО4)]ОН. К неорганическим синтетическим ионитам относят силикагели, пермутиты, трудно растворимые оксиды и гидроксиды некоторых металлов (например, алюминия, хрома циркония). Катионообменные свойства, например, силикагеля, обусловлены обменом ионов водорода гидроксидных групп на катионы металла, проявляющиеся в щелочной среде. Катионообменные свойства присущи и пермутитам, получаемым сплавлением соединений, содержащих алюминий и кремний.
Органические природные иониты – это гуминовые кислоты почв и углей. Они проявляют слабокислотные свойства. Для усиления кислотных свойств и обменной емкости угли измельчают и сульфируют в избытке олеума. Сульфоугли являются дешевыми полиэлектролитами, содержащими сильно - и слабокислотные группы. К недостаткам таких электролитов следует отнести их малую химическую стойкость и механическую прочность зерен, а также небольшую обменную емкость, особенно в нейтральных средах. К органическим искусственным ионитам относят ионообменные смолы с развитой поверхностью. Синтетические ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения, углеводородные радикалы которых образуют пространственную сетку с фиксированными на ней ионообменными функциональными группами.
Практическое значение имеют неорганические природные, искусственные алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов; применяются также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина.
Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам – ионообменным смолам. Иониты получают методом сополимеризации и сополиконденсации с последующим сшиванием образующих цепей. Срок службы синтетических катионитов больше, чем анионитов. Это объясняется низкой стабильностью групп, которые в анионитах выполняют роль фиксированных ионов.
Различают следующие виды ионитов:
Катиониты в качестве противоионов могут содержать ионы металлов вместо ионов водорода, т.е. находиться в солевой форме. Точно так же и аниониты могут находиться в солевой форме, если в качестве противоионов содержат ионы тех или иных кислот вместо ионов гидроксида.
Реакция ионного обмена протекает следующим образом:
Ионный обмен происходит в эквивалентных соотношениях и в большинстве случаев является обратимым. Реакция ионного обмена протекает вследствие разности химических потенциалов обменивающихся ионов. В общем виде эти реакции можно записать в виде
mA+bRmB ↔ mRA + B (1.16)
Реакция идет до установления ионообменного равновесия. Скорость установления равновесия зависит от внешних и внутренних факторов:
Иониты, содержащие одинаковые активные группы, называются монофункциональными, а иониты, которые содержат функциональные группы различной химической природы – полифункциональными. Полифункциональные иониты обладают смешанными сильно - и слабоосновными свойствами.
Важнейшим свойством ионитов является их поглотительная способность, так называемая обменная емкость. Максимальное количество ионов, которое поглощается обменным путем одним граммом ионита, есть емкость поглощения, или обменная емкость. Различают полную, статическую и динамическую обменные емкости. Полная емкость ионита – количество находящихся в сточных водах грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Статическая емкость – это обменная емкость ионита при равновесии в данных рабочих условиях. Статическая обменная емкость обычно меньше полной. Динамическая обменная емкость – это емкость ионита до проскока ионов в фильтрат. Динамическая емкость меньше статической. Рабочая емкость ионита оценивается по количеству находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1м ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов. Ионообменное равновесие определяется природой ионита, гидратацией обменивающихся ионов, их концентрацией в фазе ионита и растворе. Обмен разновалентных ионов зависит также и от величины их заряда.
Величина рН сточной воды, при которой происходит обмен ионами, зависит от константы диссоциации ионообменных групп. Сильнокислотные катиониты позволяют осуществлять процесс ионного обмена при любых значениях рН, а слабокислотные – в щелочных и нейтральных, при рН > 7. Так катиониты с карбоксильными группами обмениваются ионами при рН > 7, а с фенольными – при рН > 8.
Иониты в контакте с водой не растворяются, но поглощают некоторое количество воды, являясь гелями с ограниченной набухаемостью. При соприкосновении с водой, вследствие осмотических явлений, происходит их набухание; размер пор увеличивается от 0,5-1,0 нм до 4,0 нм. Объем ионитов обычно увеличивается в 1, 2-3 раза. Степень набухания зависит от строения ионита, природы противоионов, от состава раствора. Набухание влияет на скорость и полноту обмена ионов, а также на селективность ионита. Оно прекращается после того, как разность осмотических давлений до и после обмена уравновесится упругими силами растяжения и сжатия ионита. На кинетику ионного обмена влияют также температура, концентрация ионов и др. Иониты должны обладать термической и химической стойкостью.
Характерной особенностью ионного обмена является его обратимость, т.е. возможность проведения реакции в обратном направлении, что и лежит в основе регенерации ионитов.
Регенерация отработанных катионитов осуществляется 2-8 % растворами кислот (при Н-катионите) или раствором хлористого натрия (при Na-катионите). Регенерационные растворы – элюаты – содержат катионы. После взрыхления и промывки катиониты заряжаются
Регенерация отработанных слабоосновных анионитов достигается фильтрованием через слой анионита 2-6 % водных растворов щелочей (напримерNaOH Na2CO3 или NH4OH). Аниониты при этом переходят в ОН-форму.
Элюаты содержат в сконцентрированном виде все извлеченные из сточных вод анионы. Элюаты представляющие собой отработанные растворы кислот и щелочей, нейтрализуют или обрабатывают с целью рекуперации ценных продуктов. Нейтрализацию проводят смешением кислых и щелочных элюатов, а также дополнительным введением кислоты или щелочи.
Процессы ионообменной очистки сточных вод осуществляются в установках, периодического или непрерывного действия. Установка периодического действия состоит из фильтра (или колонны) периодического действия, насоса, емкостей и контрольно-измерительных приборов. Фильтр периодического действия представляет собой закрытый цилиндрический резервуар с расположенным у днища щелевым дренажным устройством, обеспечивающим равномерное отведение воды по всему сечению фильтра, высота слоя загрузки ионита 1,5-2,5 м.
Фильтр может работать по параллельно-точной схеме (при подаче сточной воды и регенерирующего раствора сверху) и по противоточной схеме (сточная вода подается снизу, а регенерирующий раствор – сверху).
Недостатки установок периодического действия: большие объемы аппаратов; значительный расход реагента; большая единовременная загрузка ионита; сложность автоматизации процесса – ограничивают возможность их применения на практике.
Процесс ионного обмена может быть представлен в виде нескольких стадий:
В аппаратах непрерывного действия (рис. 1.41) ионит движется по замкнутому контуру, последовательно проходя стадии сорбции, регенерации и промывки.
Ионообменный аппарат должен удовлетворять следующим требованиям:
аппараты ионного обмена можно классифицировать по различным признакам.
35. Суть метода обратного осмоса для очистки сточных вод
Обратный осмос (гиперфильтрация)-непрерывный процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупронициаемые мембраны, задерживающие полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. Гиперфильтрация используется для выделения низкомолекулярных веществ (соли, кислоты, сахара).При приложении давления выше осматического осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (по сравнению с обычным осматическим переносом) от раствора к чистому растворителю через мембрану и обеспечивается достаточная селективность очистки. Селективность выражается в долях единицы (или процентах) и характеризует долю (процент) растворенного вещества, задержанного мембраной.
Суть обратного осмоса заключается в фильтровании растворов под давлением, превышающем осмотическое, через полупроницаемые мембраны, пропускающие молекулы воды, но задерживающие молекулы или ионы растворенных низкомолекулярных веществ.
Отчего обратный осмос получил такое название?
Если отделить воду от водного раствора полупроницаемой мембраной, то вода будет самопроизвольно переходить в сторону раствора. Это обычный, или, как стали говорить в последние годы, прямой осмос:
Если приложить к раствору давление, равное осмотическому, то наступает равновесие: сколько воды переходит слева направо, столько же и справа налево.
Если давление, прилагаемое к раствору, больше осмотического, то будет происходить течение воды из раствора в сторону чистой воды, т.е. в направлении, обратном направлению течения воды в прямом осмосе.
Исходя из такой слегка упрощенной схемы следует, что движущей силой обратного осмоса является разница между приложенным гидростатическим давлением и осмотическим давлением раствора.
Следует отметить и простоту конструкции установок обратного осмоса, которые включают только два основных элемента – мембранный аппарат и насос.
Исходный раствор подается насосом в напорный канал мембранного аппарата, где разделяется на два потока – прошедший через мембрану (пермеат, или фильтрат) и задержанный мембраной (ретант, или концентрат). Необходимое рабочее давление в системе поддерживается с помощью вентиля на линии концентрата и контролируется по манометру.
Обработка сточных вод.
Обратный осмос применяется при обработке сточных вод в химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, атомной и других отраслях промышленности. При этом одновременно происходит очистка воды до санитарных норм на сбрасываемую воду или пригодную для технических нужд и концентрирование ценных компонентов, часто содержащихся в сточных водах, что облегчает их утилизацию.
Принцип обратного осмоса
Мембранные методы очистки:
Рулонный мембранный элемент для установки обратного осмоса состоит из трубки с прорезями для прохода пермеата и герметично присоединенного к ней пакета мембран, расположенного между ними дренажного листа и сетки-сепаратора, образующей межмембранные каналы. В процессе скручивания пакета для герметичного разделения напорной полости и полости сбора пермеата кромки дренажного листа пропитывают специальным клеем.
Рис. 2 Мембрана обратного осмоса
Рулонные мембранные элементы для установок обратного осмоса работают по принципу тангенциальной фильтрации. В процессе обессоливания, воды, она разделяется на два потока: фильтрат (обессоленная вода) и концентрат (раствор с высоким солесодержанием). Разделяемый поток воды движется в осевом направлении по межмембранным каналам рулонного элемента, а фильтрат спиралеобразно по дренажному листу в направлении отвода фильтра. Концентрат выходит с другой стороны мембранного модуля обратного осмоса. Сегодня обратноосмотические мембранные элементы рулонного типа являются наиболее распространенными и наименее дорогостоящими.
Преимущества установок обратного осмоса с мембранными элементами рулонного типа:
· Удобство монтажа и демонтажа мембранного элемента в корпусе мембранной установки обратного осмоса;
· Низкая стоимость и простота конструкции напорного корпуса мембранной установки;
· Относительно низкие потери давления в установке;
· Использование для изготовления разделительных элементов плоской мембраны, качество которой может быть предварительно проконтролировано несложными способами.
Вода, прошедшая процесс предварительной очистки, подается на мембранную установку обратного осмоса. Обратноосмотические мембранные элементы задерживают все загрязнения диаметром более 0,1 нм. Мембрана пропускает молекулы растворителя (воды) и задерживает ионы растворимых солей: Са2+, Mg2+, Na+, К+, Fe2+, Cu2+, Zn2+, Ni2+ S042-, Cl- и полный спектр органических веществ и коллоидов с размером, значительно превышающим диаметр пор мембран, в том числе вирусы и бактерии. Установки обратного осмоса эффективно извлекают из воды гуминовые кислоты и их соединения, которые практически невозможно полностью удалить другими технологиями.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ АППАРАТЫ ОБРАТНОГО ОСМОСА РАЗЛИЧАЮТСЯ СПОСОБОМ РАЗМЕЩЕНИЯ МЕМБРАН:
36. Суть метода флокуляции для очистки сточных вод
Цель флокуляции – сформировать агрегаты или хлопья из тонко диспергированных и коллоидно устойчивых частиц.
Механизм действия флокулянтов основан на явлении адсорбции молекул флокулянта на поверхности коллоидных частиц; образование сетчатой структуры молекул флокулянта; слипании коллоидных частиц за счет сил Ван-дер-Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частицами образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и полному отделению жидкой фазы. Причиной возникновения таких структур является адсорбция макромолекул флокулянта на нескольких частицах с образованием между ними полимерных мостиков.
Таким образом, флокуляция - это процесс, при котором происходит адсорбционное взаимодействие частицы загрязнений сточных вод с высокомолекулярными веществами (флокулянтами). При этом, в процессе флокуляции происходит процесс хлопьеобразования (при взаимодействии высокомолекулярных веществ с частицами, находящимися в очищаемой сточной воде), с образованием агрегатов (хлопьев, комплексов), имеющих трехмерную структуру.
Процесс адсорбции происходит в две стадии:
Возможны различные механизмы закрепления макромолекул флокулянтов на поверхности частиц:
Неионогенные полиэлектролиты закрепляются на частицах с помощью полярных групп (чаще всего гидроксильных) благодаря образованию водородных связей между водородом гидроксила и кислородом, азотом и другими атомами, находящимися на поверхности частиц.
Анионные флокулянты способны закрепляться на поверхности частиц не только с помощью водородных связей, но и благодаря химическому взаимодействию (хемосорбции) анионов с катионами, находящимися на поверхности частиц.
Катионные полиэлектролиты, помимо образования агрегатов по механизмам, аналогичным вышеизложенным, способствуют флокуляции благодаря нейтрализации отрицательного заряда частиц.
Флокулянты представляют собой водорастворимые линейные полимеры, состоящие из большого числа групп.Для очистки сточных вод используют природные и синтетические флокулянты.К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрин, эфиры целлюлозы и др. Активный диоксид кремния (xSiO2 · уН2O) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органических флокулянтов наибольшее применение получил полиакриламид (ПАА).
Добавление флокулянта в обрабатываемые сточные воды увеличивает скорость возникновения и последующего осаждения возникающих при коагуляции хлопьев. При этом плотность осадка увеличивается, а действие веществ-коагулянтов становится эффективным в более широком диапазоне рН очищаемых сточных вод.
Если в обрабатываемых сточных водах содержится большое количество взвешенных частиц, то их осаждение может быть обеспечено только при помощи флокулянтов, без использования реагентов для коагуляции.
Скорость и эффективность процесса флокуляции зависят от состава сточных вод, их температуры, интенсивности перемешивания и последовательности введения коагулянтов и флокулянтов. Эффективность любого флокулянта рассчитывают по формуле
где wсф и w0 - скорость осаждения сфлокулированного и несфлокулированного шлама, мм/с; q - расход флокулянта на 1 т твердого вещества, г.
37. Суть метода отстаивания для очистки сточных вод
Отстаивание представляет собой один из основных приемов выделения из сточных вод нерастворенных оседающих или всплывающих механических примесей взвешенных веществ, эмульгированных масел и т. п. В одних случаях отстаивание является предварительным этапом обработки сточных вод, в других окончательным этапом их очистки.Отстаивание осуществляется в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках. Особым типом отстойников являются осветлители.Горизонтальные отстойники получили наиболее широкое распространение, особенно при обработке относительно больших (до 20 ООО м3/сутки) количеств сточных вод, содержащих как оседающие, так и всплывающие вещества.Радиальные отстойники, работающие по тому же принципу, как и горизонтальные, применяют главным образом для обработки больших (более 20 000 м3/сутки) количеств воды. Вертикальные отстойники применимы при обработке отнэсительно небольших (менее 10 000 м//сутки) количеств сточных вод.При выборе типа отстойников приходится учитывать большое количество данных: количество сточных вод; количество выпадающего осадка и его особенности (способность самоуплотняться, способность загнивать, способы удаления из отстойника и последующей обработки осадка); местные условия (рельеф строительной площадки, уровень грунтовых вод, строительный материал); техникоэкономические показатели (по капитальным затратам и эксплуатационным расходам).Для задержания в отстойниках всплывших в них веществ служат погруженные ниже уровня воды щитки (полупогруженные перегородки), устанавливаемые перед водосливами отстоен ной воды. При большом количестве всплывающих веществ предусматриваются специальные устройства для удаления их из отстойника. Конструктивно они могут объединяться с устройствами для удаления осадков.Осветлители еще не нашли широкого применения в практике очистки сточных вод, однако целесообразность их использования при обработке многих видов промышленных стоков не вызывает сомнений, особенно в случаях предварительного коагулирования воды. Горизонтальные, радиальные и вертикальные отстойники относительно мало чувствительны к некоторым колебаниям притока и температуры поступающей на них сточной жидкости. Что касается осветлителей, то даже незначительные изменения расхода и температуры воды приводят к серьезным нарушениям их работы.Основными исходными данными для гидравлического и технологического расчета отстойников всех типов обычно служат данные о количестве сточных вод и концентрации в них нерас творенных примесей, данные о плотности воды и осадка, а также кинетике осаждения или всплывания этих нерастворенных примесей. Кинетика осаждения выражается в виде графика зависимости эффекта осаждения Э от продолжительности отстаивания сточной жидкости или в виде графика, характеризующего соотношение частиц различной гидравлической крупности ы0 в выпадающем осадке.В подавляющем большинстве случаев в распоряжении проектировщиков имеются графики первого вида. Исходя из необходимой в каждом частном случае полноты выделения нерастворенных примесей Э, определяют по таким графикам объем проточной части сооружения. При этом условно принимают, что продолжительность отстаивания глубиной а длиной.
Наличие графика второго типа позволяет определить оптимальный объем отстойника для заданного значения Э, варьируя его глубину. Такая возможность следует из уравнения, связывающего продолжительность отстаивания, глубину отстойника и скорость осаждения частиц. При отстаивании сточных вод, содержащих хлопьевидные примеси, необходимо учитывать зависимость и0 от глубины отстойника, выражаемую коэффициентом агломерации; величина этого коэффициента тем больше, чем глубже отстойник.Недостаточная полнота исходных данных, характеризующих сточную жидкость и содержащиеся в ней растворенные примеси (вязкость сточной жидкости, ее плотность, размеры и удельный вес взвесей, способность их к агломерации, кинетика уплотнения осадка и т. п.), а также данных, характеризующих гидродинамические условия работы отстойника, обусловила применение целого ряда способов расчета последних. Теоретическая ценность, и практическая надежность этих способов различны.Требуемая степень очистки воды от нерастворенных веществ во всех случаях определяется местными санитарными или технологическими условиями. В соответствии с ними принимаются также расчетные нормы для отстойников.
Отстаивание – выделение из СВ взвешенных в-в под действием силы тяжести на песколовках (для выделения минеральных примесей), отстойниках (для задержания более мелких оседающих и всплывающих примесей), а также нефтеловушках, масло- и смолоуловителях. Разновидностью этого метода является центробежное отстаивание, используемое в гидроциклонах и центрифугах.
38. Суть метода фильтрации для очистки сточных вод.
Фильтрование применяется для выделения из стоков тонкодиспергированных в-в, удалить которые отстаиванием не удалось. При доочистке СВ после биологического или других способов доработки. После аэротенков фильтры предусматриваются для задержания тонкодисперсных частиц активного ила. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы: кварцевый песок, дробленый гравий, коксовая мелочь, бурый уголь, древесина, торф, пластические массы, измельченная резина и т.д. в практике применяют открытые (безнапорные) и закрытые (напорные) фильтры.
Сущность глубинного физикохимич.фильтрования сводится к задержанию частиц фазы у пов-ти фильтрующего материала под воздействием различных причин механич., физикохимич. и гидравлического происхождения. Задержание частиц взвеси у пов-ти зернистого материала носит динамический характер, т.е. осадок периодически накапливается и разрушается в отдельных порах зернистого материала, но динамический характер фильтрования в чистом виде наблюдается лишь для слабых структурированных осадков. Расширить диапазон динамич.фильтрования можно за счет укрупнения зерен фильтрующего материала. При фильтровании систем отличных по своим свойствам от обычных природных вод могут наблюдаться новые явления, такие как прирост массы активного ила (фильтрование бытовых СВ), или переход осадка из аморфного в кристаллическое состояние (ф-ние пром.СВ). При ф-нии эмульсий масляных или нефтяных на пов-ти зерен задерживаются отдельные пузырьки, которые в единую пленку сливаются очень редко. Появление пленки зависит от вязкости нефтепродуктов. Т.е. в механизме фильтрования различных систем много общего, но есть различия, которые проявляются со временем, следовательно, для управления процессом фильтрования надо четко представлять себе не только структуру и св-ва фазы в момент ф-ния, но и изменение этих св-в с течением времени. Надо учитывать что при ф-нии есть 2 стороны процесса, это собственно ф-ние и регенерация загрузки. При этом 2-я часть процесса протекает тем труднее, чем сложнее св-ва образовавшегося осадка.
39. Суть метода центробежного осаждения для очистки сточных вод
Осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы проводится в гидроциклонах и центрифугах.
Для очистки сточных вод используют напорные и открытые (низкона-
порные) гидроциклоны. Напорные гидроциклоны применяют для осаждения
твердых примесей, а открытые гидроциклоны – для удаления осаждающихся
и всплывающих примесей.
При вращении жидкости в гидроциклонах (рис) на частицы действуют центробежные силы, отбрасывающие тяжелые частицы к периферии потока, силы сопротивления движущегося потока, гравитационные силы и силы потока. Силы инерции в потоке жидкости незначительны и ими можно пренебречь. При высоких скоростях вращения центробежные силы значи- тельно больше сил тяжести.
Скорость движения частицы в жидкости под действием центробежной
силы зависит от ее диаметра dч , разности плотностей фаз Δρ , вязкости μ c и
плотности ρ c сточной воды и от ускорения центробежного поля. Кроме физических свойств жидкости на эффективность работы гидро-
циклонов влияют конструктивные параметры: диаметр аппарата, соотноше-
ние входного и сливных патрубков.
Открытые (безнапорые) гидроциклоны применяют для очистки сточных
вод от крупных примесей (гидравлическойой крупностью 5 мм/с). От напор-
ных гидроциклонов, они отличаются большей производительностью и мень-
шим гидравлическим сопротивлением.
Для удаления осадков из сточных вод используются отстойные и фильтрующие центрифуги. В отстойных центрифугах (рис. 6.4) со сплош-ными стенками ротора производят разделение суспензий и эмульсий по
принципу отстаивания. Разделение суспензий в отстойных центрифугах складывается из стадий
осаждения твердых частиц на стенках ротора и уплотнения образовавшего-
ся осадка. Первая из этих стадий протекает по законам гидродинамики, вто-
рая - по закономерностям механики грунтов (пористых сред). При малой
концентрации твердых частиц в сточной воде (не более 4% об.) наблюдается
свободное осаждение их в роторе без образования четкой поверхности разде-
ла между чистой жидкостью и еще не расслоившейся суспензией. При по-
вышенной концентрации образуется ясная граница раздела вследствие стес-
ненного осаждения твердых частиц. Вследствие неоднородности по радиусу
интенсивности поля центробежных сил и площади осаждения закономерности процессов осаждения в отстойных центрифугах отличаются от осаждения в отстойниках.
40. Суть метода адсорбции для очистки сточных вод
41. Суть метода абсорбции для очистки сточных вод
Сорбция – это процесс поглощения одного вещества из окружающей среды другим веществом, твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. В зависимости от механизма сорбции различают адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию .
Адсорбция – поглощение вещества поверхностью чаще всего твердого поглотителя.(аппараты -адсорберы)
Абсорбция – поглощение , сопровождающееся диффузией поглощенного вещества вглубь сорбента с образованием растворов. (аппараты – скрубберы (абсорберы)) Поглощение вещества всей массой жидкого сорбента называется абсорбция, а поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента − адсорбция. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, текстильной и других отраслей промышленности. Сорбционная очистка может применяться самостоятельно и совместно с биологической, как метод предварительной и глубокой очистки. Преимуществами этого метода являются возможность поглощения веществ из многокомпонентных смесей и высокая степень очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод.
Сорбционные методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Адсорбция растворенных веществ – результат перехода молекулы растворенного вещества из раствора на поверхность твердого сорбента под действием силового поля поверхности. При этом наблюдаются два вида сил межмолекулярного взаимодействия
- молекул растворенного вещества с молекулами (или атомами) поверхности
сорбента;
- молекул растворенного вещества с молекулами воды в растворе (гидратация).
Разность этих двух сил межмолекулярного взаимодействия и есть та сила, с какой удерживается извлеченное из раствора вещество на поверхности сорбента.
Чем больше энергия гидратации молекул растворенного вещества, тем большее противодействие испытывают эти молекулы при переходе на поверхность сорбента и тем слабее адсорбируется вещество из раствора.
При сорбционной очистке сточных вод в очищенную сточную жидкость вводят определенное количество сорбента с последующими перемешиванием, и отстаиванием смеси (сорбция в статических условиях) либо фильтруют очищаемую воду через слой сорбента (сорбция в динамических условиях). В соответствии с этим в практике различают два вида активности сорбентов статическую и динамическую.
Сорбционная очистка сточных вод наиболее рациональна, если в них содержатся преимущественно ароматические соединения, не электролиты или слабые электролиты, красители, непредельные соединения или гидрофобные (например, содержащие хлор или нитрогруппы) алифатические соединения. При содержании в сточных водах только неорганических соединений, а также низких одноатомных спиртов этот метод не применим.
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и пористые природные материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные гели и др. Эффективными и наиболее универсальными сорбентами являются активированные угли различных марок.
Аппараты: насыпные фильтры, аппарат с мешалкой, аппарат с псевдоожижением активированного угля (ЭТО ИЗ ЛЕКЦИЙ,ЕСЛИ НАДО-ОПИСАНИЕ ВЫШЛЮ ПОТОМ)
Сорбция
Сорбцию применяют для очистки жидкостей и газов от растворимых примесей. Процессы сорбции могут протекать:
на поверхности (адсорбция);
в объеме (абсорбция).
Адсорбция - называется процесс избирательного поглощения примесей из жидкостей или газов поверхностями твердых материалов - адсорбентов. Особенностью адсорбционных методов улавливания примесей является их относительно высокая эффективность в области малых концентраций примесей при значительных расходах перерабатываемых потоков.
Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.
Различают два вида адсорбции:
физическая адсорбция, протекает за счет сил молекулярного взаимодействия,
химическая адсорбция (хемосорбция), протекает за счет вступления в химическую реакцию молекулы поглощаемого вещества с молекулами поверхности адсорбента.
Процесс физической адсорбции обратимый, поэтому на практике после стадии адсорбции часто проводят обратный процесс – десорбции. Необходимость десорбции обусловлена либо требованием регенерации адсорбента для его последующего использования в процессе адсорбции, либо необходимостью выделить целевой компонент в чистом или концентрированном виде. В качестве адсорбентов используют любые мелкодисперсные материалы: золу; торф; цеолиты; силикагели; опилки; шлаки и глину. Наиболее эффективный сорбент — активированный уголь.
Активированный уголь
Активированный уголь получают термической обработкой дерева, углей (каменного и бурого), антрацита и других углеродосодержащих веществ. Они изготавливаются и используются в виде гранул размером 2—5 мм. Угли, предназначенные для поглощения относительно крупных молекул примесей из жидкостей, должны иметь развитую структуру переходных пор. Активные угли, как правило, имеют хорошие адсорбционные свойства по отношению к молекулам органических веществ, но имеют низкую механическую прочность.
Силикагель
Силикагель получают термообработкой аморфного кремнезема. Мелкопористые силикагели обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к молекулам влаги и более высокой по сравнению с активными углями механической прочностью. Выпускаются мелко-, средне- и крупнопористые силикагели. Другим типом неорганических адсорбентов, широко применяемых для осушки различных сред и иных процессов избирательной адсорбции, является активный оксид алюминия и алюмогели, свойства и область использования которых близки к силикагелям.
Алюмогель
Алюмогель - неорганический адсорбент, широко применяемый для осушки различных сред и иных процессов избирательной адсорбции, свойства и область использования алюмогеля близки к силикагелям.
Цеолиты
Цеолиты представляют собой алюмосиликаты и отличаются регулярной пористой структурой. Из мелких кристалликов природных или синтетических цеолитов при помощи связующего или без него формируются гранулы размером 2?4 мм. Цеолиты широко применяются для улавливания паров воды, а также в нефтеперерабатывающей промышленности для очистки и регенерации масел, повышения степени очистки и качества жидких топлив. Как и другие адсорбенты, цеолиты используются для очистки продуктов пищевой промышленности, сточных вод и промышленных газовых выбросов от органических примесей. Цеолиты обладают ионообменными свойствами, которые в настоящее время широко используются в промышленности и сельском хозяйстве. Цеолиты имеют необычайно широкую сферу использования в промышленности и сельском хозяйстве. Они применяются в нефтехимии, как осушитель газов и сред, для очистки питьевых и технических вод, для извлечения радионуклидов, в качестве катализатора, в строительстве, для улучшения почвы, в качестве удобрения, для подкормки животных и т.д.
Промышленные адсорбенты за счет пористой структуры обладают развитой внутренней поверхностью, что позволяет поглощать значительные количества адсорбируемого компонента (до 0,3 кг/кг). Для адсорбционной очистки воды применяют в основном два типа фильтров: зернистые фильтры и патронные фильтры .
Абсорбция - называется процесс извлечения компонента из одной фазы и растворение его в другой фазе—в поглотителе.
Требования, предъявляемые к поглотителю:
1. высокая поглотительная способность (высокой поглотительной способностью обладают такие поглотители, для которых давление насыщенных паров компонента над его раствором в поглотителе при температуре абсорбции мало);
2. поглотитель должен легко десорбироваться (регенерироваться);
3. иногда должен обладать селективностью (т.е. поглощать только определенные компоненты);
4. должен обладать низкой летучестью (низким давлением паров);
5. он должен сохранять свои свойства в процессе работы;
6. он должен быть дешевым и доступным;
7. не должен оказывать коррозионного действия;
8. обладать высоким коэффициентом массопередачи.
Обычно один поглотитель не обладает всеми требуемыми свойствами, поэтому следует выбирать абсорбент по основным свойствам.
Абсорберы представляют собой колонны, в которых протекает поглощающая жидкость, через которую пробулькивает очищаемый газ. Для обеспечения надежного контакта газа с жидкостью, а также увеличения времени пребывания газа в аппарате, в колонне находятся специальные тарелки и насадки. Наиболее просты по конструкции провальные тарелки, их разновидность — гофрированные провальные тарелки. Диаметр сливных отверстий равен 4 - 8 мм. Иногда применяют клапанные провальные тарелки. Их достоинством является то, что когда газ не проходит через колонну жидкость не протекает, т.е. такие тарелки более экономичные.