Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уральский государственный лесотехнический университет
Кафедра: физико-химической технологии защиты биосферы
Реферат на тему:
«Теоретические основы защиты окружающей среды»
Выполнила:
Бакирова Э. Н.
Курс: 3 Специальность: 241000
Преподаватель:
Мельник Т.А.
Екатеринбург 2014
Введение
Глава 1. Теоретические основы защиты водного бассейна
1.1 Основные теоретические закономерности очистки сточных вод от всплывающих примесей
1.2 Основные требования, предъявляемые к экстрагенту
Глава 2. Защита воздуха от пыли
2.1 Понятие и определение удельной поверхности пыли и сыпучести пыли
2.2 Очистка аэрозолей под действием инерционных и центробежных сил
2.3 Статика процесса абсорбции
Список литературы
Введение
Развитие цивилизации и современный научно-технический прогресс непосредственным образом связаны с природопользованием, т.е. с глобальным использованием природных ресурсов.
Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их, и защита окружающей среды в целом, которая осуществляется на основе инженерной экологии - науки о взаимодействии технических и природных систем.
Теоретические основы защиты окружающей среды - комплексная научно-техническая дисциплина инженерной экологии, изучающая основы создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и охране окружающей среды.
Процесс защиты окружающей среды - это процесс, в результате реализации которого вредные для окружающей среды и человека загрязнения претерпевают определённые превращения в безвредные, сопровождающиеся перемещением загрязнений в пространстве, изменением их агрегатного состояния, внутренней структуры и состава, уровня их воздействия на окружающую среду.
В современных условиях защита окружающей среды стала важнейшей проблемой, решение которой связано с охраной здоровья нынешних и будущих поколений людей и всех других живых организмов.
Забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательства об охране Земли, ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, растительного и животного мира, но и в познании причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями природной среды.
Изменения в окружающей среде пока опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния.
Научные исследования в области инженерной защиты окружающей среды должны быть направлены на поиск и разработку эффективных методов и средств снижения отрицательных последствий различных видов производственной деятельности человека (антропогенного действия) на окружающую среду.
1. Тео ретические основы защиты водного бассейна
1.1 Основные теоретические закономерности очистки сточных вод от всплывающих примесей
Выделение всплывающих примесей: процесс отстаивания используют и для очистки производственных сточных вод от нефти, масел, жиров. Очистка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие заключается в том, что плотность всплывающих частиц меньше чем плотность воды.
Отстаивание-- разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности.
Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации.
Отстаивание -- распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей. Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии.
Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. Отстаивание применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.
Отстаивание, медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести.
В процессе отстаивания частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. (Если отстаивание сочетается с декантацией, то имеет место отмучивание.) Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при отстаивании, называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок.
Накопление осадка или сливок определяется закономерностями седиментации (оседания). Отстаивание высокодисперсных систем часто сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.
Структура осадка зависит от физических характеристик дисперсной системы и условий отстаивания. Он бывает плотным при отстаивании грубодисперсных систем. Полидисперсные суспензии тонко измельченных лиофильных продуктов дают рыхлые гелеобразные осадки.
Накопление осадка (сливок) при отстаивании обусловлено скоростью оседания (всплывания) частиц. В простейшем случае свободного движения сферических частиц она определяется законом Стокса. В полидисперсных суспензиях сначала в осадок выпадают крупные частицы, а мелкие образуют медленно оседающую "муть".
Разница в скорости оседания частиц, различающихся по размеру и плотности, лежит в основе разделения измельчённых материалов (пород) на фракции (классы крупности) путём гидравлической классификации или отмучивания. В концентрированных суспензиях наблюдается не свободное, а т.н. солидарное, или коллективное, оседание, при котором быстро оседающие крупные частицы увлекают за собой мелкие, осветляя верхние слои жидкости. При наличии в системе коллоидно-дисперсной фракции отстаивание обычно сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.
Структура осадка зависит от свойств дисперсной системы и условий отстаивания. Грубодисперсные суспензии, частицы которых не слишком сильно различаются по величине и составу, образуют плотный чётко отграниченный от жидкой фазы осадок. Полидисперсные и многокомпонентные суспензии тонкоизмельчённых материалов, особенно с анизометричными (например, пластинчатыми, игольчатыми, нитевидными) частицами, наоборот, дают рыхлые гелеобразные осадки. При этом между осветлённой жидкостью и осадком может быть не резкая граница, а постепенный переход от менее концентрированных слоёв к более концентрированным.
В кристаллических осадках возможны процессы рекристаллизации. При отстаивании агрегативно неустойчивых эмульсий скопившиеся у поверхности в виде сливок или у дна капли коалесцируют (сливаются), образуя сплошной жидкий слой. В промышленных условиях отстаивание проводят в отстойных бассейнах (резервуарах, чанах) и специальных аппаратах-отстойниках (сгустителях) различных конструкций.
Отстаивание широко используют при очистке воды в системах гидротехнических сооружений, водоснабжения, канализации; при обезвоживании и обессоливании сырой нефти; во многих процессах химической технологии.
Отстаивание применяют также при амбарной очистке буровых промывочных жидкостей; очистке жидких нефтепродуктов (масел, топлив) в различных машинах и технологических установках. В естественных условиях отстаивание играет важную роль при самоочищении природных и искусственных водоёмов, а также в геологических процессах формирования осадочных пород.
Осаждение - выделение в виде твердого осадка из газа (пара), раствора или расплава одного, или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение из пара (десублимация) достигается понижением температуры (например, при охлаждении паров йода возникают кристаллы йода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих -дикетонатов металлов в присутствии О2 осаждаются пленки твердых оксидов металлов.
Осаждения твердой фазы из растворов можно добиться различными способами: понижением температуры насыщенного раствора, удалением растворителя выпариванием (часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава растворителя, например, добавлением к полярному растворителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называют высаливанием.
Широко применяют для осаждения различные химические реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Например, при добавлении раствора ВаСl2 к раствору, содержащему серу в виде SO2-4, образуется осадок BaSO4. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.
Работа образования зародышей кристаллов в гомогенной системе довольно велика, и формирование твердой фазы облегчается на готовой поверхности твердых частиц.
Поэтому для ускорения осаждения в пересыщенные пар и раствор или в переохлажденный расплав часто вводят затравку - высокодисперсные твердые частицы осаждаемого или другого вещества. Особенно эффективно использование затравок в вязких растворах. Образование осадка может сопровождаться соосаждением - частичным захватом к.-л. компонента раствора.
После осаждения из водных растворов образующемуся высокодисперсному осадку перед отделением часто дают возможность "созреть", т.е. выдерживают осадок в том же (маточном) растворе, иногда при нагревании. При этом в результате так называемого оствальдова созревания, обусловленного различием в растворимости мелких и крупных частиц, агрегации и других процессов, происходит укрупнение частиц осадка, удаляются соосажденные примеси, улучшается фильтруемость. Свойства образующихся осадков удается изменять в широких пределах благодаря введению в раствор различных добавок (ПАВ и др.), изменению температуры или скорости перемешивания и др. факторам. Так, варьированием условий осаждения BaSO4 из водных растворов удается увеличить удельную поверхность осадка от ~0,1 до ~ 10 м2/г и более, изменить морфологию частиц осадка, модифицировать поверхностные свойства последнего. Образовавшийся осадок, как правило, оседает на дно сосуда под действием силы тяжести. Если осадок мелкодисперсный, для облегчения его отделения от маточного раствора применяют центрифугирование.
Различные виды осаждения находят широкое применение в химии при обнаружении химических элементов по характерному осадку и при количественном определении веществ, для удаления мешающих определению компонентов и для выделения примесей со-осаждением, при очистке солей перекристаллизацией, для получения пленок, а также в хим. промышленности для разделения фаз.
В последнем случае под осаждением понимают механическое отделение взвешенных частиц от жидкости в суспензии под действием силы тяжести. Эти процессы называют также седиментацией. оседанием, отстаиванием, сгущением (если осаждение проводят с целью получения плотного осадка) или осветлением (если получают чистые жидкости). При сгущении и осветлении часто дополнительно применяют фильтрование.
Необходимым условием осаждения является существование разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, т.е. седиментационная неустойчивость (для грубодисперсных систем). Для высокодисперсных систем разработан критерий седиментации, который определяется главным образом энтропией, а также температурой и др. факторами. Установлено, что энтропия выше при протекании осаждения в потоке, а не в неподвижной жидкости. Если критерий седиментации меньше критической величины, осаждение не происходит и устанавливается седиментационное равновесие, при котором дисперсные частицы распределяются по высоте слоя по определенному закону. При осаждении концентрированных суспензий крупные частицы при падении увлекают за собой более мелкие, что ведет к укрупнению частиц осадка (ортокинетическая коагуляция).
Скорость осаждения зависит от физ. свойств дисперсной и дисперсионной фаз, концентрации дисперсной фазы, температуры. Скорость Осаждение отдельной сферической частицы описывается уравнением Стокса:
где d-диаметр частицы, ?g -разность плотностей твердой (с s) и жидкой (с f) фаз, µ - динамическая вязкость жидкой фазы, g - ускорение свободного падения. Уравнение Стокса применимо лишь к строго ламинарному режиму движения частицы, когда число Рейнольдса Re <1,6, и не учитывает ортокинетическую коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.
Осаждение монодисперсных систем характеризуют гидравлической крупностью частиц, численно равной экспериментально установленной скорости их оседания. В случае полидисперсных систем пользуются среднеквадратичным радиусом частиц или их средним гидравлическим размером, которые также определяют опытным путем.
При осаждении под действием силы тяжести в камере различают три зоны с различными скоростями осаждения: в зоне свободного падения частиц она постоянна, затем в переходной зоне уменьшается и, наконец, в зоне уплотнения резко падает до нуля.
В случае полидисперсных суспензий при невысоких концентрациях осадки образуются в виде слоев-в нижнем слое самые крупные, а затем более мелкие частицы. Это явление используют в процессах отмучивания, т. е. классификации (разделения) твердых дисперсных частиц по их плотности или размеру, для чего осадок несколько раз перемешивают с дисперсионной средой и отстаивают в течение различных промежутков времени.
Вид образующегося осадка определяется физическими характеристиками дисперсной системы и условиями осаждения. В случае грубодисперсных систем осадок получается плотным. Рыхлые гелеобразные осадки образуются при осаждении полидисперсных суспензий тонко измельченных лиофильных веществ. "Консолидация" осадков в ряде случаев связана с прекращением броуновского движения частиц дисперсной фазы, что сопровождается образованием пространственной структуры осадка с участием дисперсионной среды и изменением энтропии. При этом большую роль играет форма частиц. Иногда для ускорения Осаждение в суспензию добавляют флокулянты - специальные вещества (обычно высокомолекулярные), вызывающие образование хлопьевидных частиц-флокул.
1.2 Основные требования, предъявляемые к экстрагенту
Экстракционные способы очистки. Для выделения из производственных сточных вод растворенных в них органических веществ, например, фенолов и жирных кислот, можно использовать способность этих веществ растворяться в какой-либо иной жидкости, не растворимой в очищаемой воде. Если такую жидкость прибавлять к очищаемой сточной воде и перемешивать, то эти вещества будут растворяться в прибавленной жидкости, а концентрация их в сточной воде будет уменьшаться. Этот физико-химический процесс основан на том, что при тщательном перемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей всякое вещество, находящееся в растворе, распределяется между ними в соответствии со своей растворимостью согласно закону распределения. Если же после этого прибавленную жидкость выделить из сточных вод, то последние оказываются частично очищенными от растворенных веществ.
Этот способ удаления растворенных веществ из сточных вод называют жидкостной экстракцией; удаляемые при этом растворенные вещества -- экстрагируемыми веществами, а добавляемую, не смешивающуюся со сточными водами жидкость -- экстрагентом. В качестве экстрагентов применяются бутилацетат, изобутилацетат, диизопропиловый эфир, бензол и др.
К экстрагенту предъявляется еще ряд требований:
· Он не должен образовывать эмульсии с водой, так как это ведет к снижению производительности установки и к увеличению потерь растворителя;
· должен легко регенерироваться;
· быть нетоксичным;
· растворять извлекаемое вещество значительно лучше, чем вода, т.е. обладать высоким коэффициентом распределения;
· обладать большой селективностью растворения, т.е. чем меньше экстрагент будет растворять компоненты, которые должны остаться в сточной воде, тем более полно будут извлекаться вещества, которые необходимо удалить;
· иметь по возможности наибольшую растворяющую способность по отношению к извлекаемому компоненту, так как чем она выше, тем меньше потребуется экстрагента;
· иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать устойчивых эмульсий, так как затрудняется разделение экстракта и рафината;
· значительно отличаться по плотности от сточной воды для обеспечения быстрого и полного разделения фаз;
Экстрагенты по их растворяющей способности могут быть разделены на две группы. Одни из них могут извлекать преимущественно только одну какую-нибудь примесь или примеси только одного класса, другие же -- большую часть примесей данных сточных вод (в предельном случае -- все). Экстрагенты первого типа называют селективными (избирательными).
Экстрагирующие свойства растворителя можно усилить путем использования синергического эффекта, обнаруженного при экстракции смешанными растворителями. Например, при извлечении фенола из сточных вод отмечается улучшение экстракции бутилацетатом в смеси с бутиловым спиртом.
Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на растворении находящегося в сточной воде загрязнителя органическими растворителями - экстрагентами, т.е. на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабо смешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения:
k p = C Э +С СТ?const
где С э, С ст - концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м 3 .
Это выражение является законом равновесного распределения и характеризует динамическое равновесие между концентрациями экстрагируемого вещества в экстрагенте и воде при данной температуре.
Коэффициент распределения k р зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте.
После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем веточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки.
2. Защита воздуха от пыли
2.1 Понятие и определение удельной поверхности пыли и сыпучести пыли
Удельная поверхность- это отношение поверхности всех частиц к занимаемой массе или объему.
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.
Сыпучесть пыли определяется по углу откоса естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии.
б= arctg(2H/Д)
2.2 Очистка аэрозолей под действием инерционных и центробежных сил
Аппараты, в которых выделение частиц из газового потока происходит в результате закручивания газа в спираль называются циклонами. Циклоны улавливают частицы до 5 мкм. Скорость подачи газа не менее 15 м/с.
Р ц =m*? 2 /R ср;
R ср =R 2 +R 1 /2;
Параметром, определяющим эффективность работы аппарата, является фактор разделения, показывающий во сколько раз центробежная сила больше F m .
Ф ц = Р ц /F m = m*? 2 / R ср *m*g= ? 2 / R ср *g
Инерционные пылеуловители : Действие инерционного пылеуловителя основано на том, что при изменении направления движения потока запыленного воздуха (газа) частицы пыли под действием сил инерции отклоняются от линии тока и сепарируются из потока. К инерционным пылеуловителям относится ряд известных аппаратов: пылеотделитель ИП, жалюзийный пылеуловитель ВТИ и др., а также простейшие инерционные пылеуловители (пылевой мешок, пылеуловитель на прямом участке газохода, экранный пылеуловитель и др.).
Инерционные пылеуловители улавливают крупную пыль - размером 20 - 30 мкм и более, их эффективность обычно находится в пределах 60 - 95 %. Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. По этой причине инерционные аппараты применяют обычно на первой ступени очистки с последующим обеспыливанием газа (воздуха) в более совершенных аппаратах. Преимуществом всех инерционных пылеуловителей является простота устройства и невысокая стоимость аппарата. Этим и объясняется их распространенность.
F инер =m*g+g/3
2.3 Статика процесса абсорбции
Абсорбция газов (лат. Absorptio, от absorbeo-поглощаю), объемное поглощение газов и паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. Применение абсорбции в технике для разделения и очистки газов, выделения паров из парогазовых смесей основано на различие растворимости газов и паров в жидкостях.
При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, от общего давления, температуры и парциального давления распределяемого компонента.
Статика абсорбции, т. е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления.
Для случая бинарной газовой смеси, состоящей из распределяемого компонента А и газа-носителя В, взаимодействуют две фазы и три компонента. Поэтому по правилу фаз число степеней свободы будет равно
С=К-Ф+2=3-2+2=3
Это значит, что для данной системы газ-жидкость переменными являются температура, давление и концентрации в обеих фазах.
Следовательно, при постоянных температуре и общем давлении зависимость между концентрациями в жидкой и газовой фазах будет однозначной. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление газа над раствором пропорционально мольной доле этого газа в растворе.
Числовые значения коэффициента Генри для данного газа зависят от природы газа и поглотителя и от температуры, но не зависят от общего давления. Важным условием, определяющим выбор абсорбента, является благоприятное распределение газообразных компонентов между газовой и жидкой фазами при равновесии.
Межфазное распределение компонентов зависит от физико-химических свойств фаз и компонентов, а также от температуры, давления и исходной концентрации компонентов. Все компоненты, присутствующие в газовой фазе, образуют газовый раствор, в котором имеет место лишь слабое взаимодействие между молекулами компонента. Для газового раствора характерно хаотическое движение молекул и отсутствие определенной структуры.
Поэтому при обычных давлениях газовый раствор следует рассматривать как физическую смесь, в которой каждый компонент проявляет присутствующие ему индивидуальные физические и химические свойства. Общее давление, оказываемое газовой смесью, представляет собой сумму давлений компонентов смеси, называемых парциальными давлениями.
Содержание компонентов в газообразной смеси часто выражают через парциальные давления. Под парциальным давлением понимают давление, под которым находился бы данный компонент, если бы в отсутствии других компонентов он занимал весь объем смеси при ее температуре. Согласно закону Дальтона, парциальное давление компонента пропорционально мольной доле компонента в газовой смеси:
где у i - мольная доля компонента в газовой смеси; Р - общее давление газовой смеси. В двухфазной системе газ-жидкость парциальное давление каждого компонента является функцией его растворимости в жидкости.
Согласно закону Рауля для идеальной системы парциальное давление компонента (pi) в парогазовой смеси над жидкостью в условиях равновесия, при низкой концентрации и нелетучести растворенных в нем других компонентов, пропорционально давлению паров чистой жидкости:
p i =P 0 i *x i ,
где P 0 i - давление насыщенного пара чистого компонента; x i - мольная доля компонента в жидкости. Для неидеальных систем наблюдается положительное (pi / P 0 i > xi) или отрицательное (p i / P 0 i < x i) отклонение от закона Рауля.
Данные отклонения объясняются, с одной стороны, энергетическим взаимодействием между молекулами растворителя и растворенного вещества (изменение энтальпии системы - ?Н), а с другой стороны тем, что энтропия (?S) смешения не равна энтропии смешения для идеальной системы, так как при образовании раствора молекулы одного компонента приобрели возможность располагаться среди молекул другого компонента большим числом способов, чем среди подобных (возросла энтропия, наблюдается отрицательное отклонение).
Закон Рауля применим к растворам газов, критическая температура которых выше температуры раствора и которые способны конденсироваться при температуре раствора. При температурах ниже критических действует закону Генри, согласно которому равновесное парциальное давление (или равновесная концентрация) растворенного над жидким поглотителем вещества при определенной температуре и в диапазоне его низкой концентрации, для неидеальных систем, пропорционально концентрации компонента в жидкости x i:
где m - коэффициент распределения i-ого компонента при фазовом равновесии, зависящий от свойств компонента, поглотителя и темпера- туры (изотермическая константа Генри).
Для большинства систем вода - газообразный компонент коэффициент m можно найти в справочной литературе.
Для большинства газов закон Генри применим при общем давлении в системе не более 105Па. Если парциальное давление больше 105 Па, величина m может быть использована только в узком диапазоне парциальных давлений.
Когда общее давление в системе не превышает 105 Па, растворимость газов не зависит от общего давления в системе и определяется константой Генри и температурой. Влияние температуры на растворимость газов определяется из выражения:
очистка абсорбция экстракция осаждение
где Ц - дифференциальная теплота растворения одного моля газа в бесконечно большом количестве раствора, определяется как величина теплового эффекта (H i - H i 0) перехода i-ого компонента из газа в раствор.
Помимо отмеченных случаев в инженерной практике встречается значительное количество систем, для которых равновесное межфазное распределение компонента описывается с помощью специальных эмпирических зависимостей. Это относится, в частности, к системам, содержащим два и более компонента.
Основные условия процесса абсорбции. Каждый из компонентов системы создает давление, величина которого определяется концентрацией компонента и его летучестью.
При длительном пребывании системы в неизменных условиях устанавливается равновесное распределение компонентов между фазами. Процесс абсорбции может происходить при условии, что концентрация (парциальное давление компонента) в газовой фазе, вступившей в контакт с жидкостью, будет выше равновесного давления над поглотительным раствором.
Список литературы
1. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГАСА, 2002. 290 c.
2. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: учеб. пособие Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин [и др]. М.: Высшая школа, 2003. 344 c.
4. Основы химической технологии: учебник для студентов хим.-технол.спец.вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина [Под ред. И.П. Мухленова]. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1991. 463 c.
5. Дикарь В.Л., Дейнека А.Г., Михайлив И.Д. Основы экологии и природопользования. Харьков: ООО Олант, 2002. 384 с
6. Рамм В. М./ Абсорбция газов, 2 изд., М.: Химия, 1976.656 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности хлопковой пыли. Очистка запыленного воздуха. Методы очистки газов от механических примесей. Экологические аспекты очистки вод. Характеристика сточных вод хлопчатобумажного комбината. Определение концентраций загрязнений смешанного стока.
реферат , добавлен 24.07.2009
Применение физико-химического и механического метода для очистки промышленных сточных вод, подготовки нерастворенных минеральных и органических примесей. Удаление тонкодисперсных неорганических примесей методом коагуляции, окисления, сорбции и экстракции.
курсовая работа , добавлен 03.10.2011
Состав сточных вод и основные методы их очистки. Выпуск сточных вод в водоемы. Основные методы очистки сточных вод. Повышение эффективности мер по охране окружающей среды. Внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов.
реферат , добавлен 18.10.2006
Принципы интенсификации технологических процессов защиты окружающей среды. Гетерогенный катализ обезвреживания отходящих газов. Очистка газов дожиганием в пламени. Биологическая очистка сточных вод. Защита окружающей среды от энергетических воздействий.
реферат , добавлен 03.12.2012
Характеристика современной очистки сточных вод для удаления загрязнений, примесей и вредных веществ. Методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические и биологические. Анализ процессов флотации, сорбции. Знакомство с цеолитами.
реферат , добавлен 21.11.2011
Промышленные и биологические катализаторы (ферменты), их роль в регуляции технологических и биохимических процессов: Применение адсорбционно-каталитических методов для обезвреживания токсичных выбросов промышленных производств, очистки сточных вод.
курсовая работа , добавлен 23.02.2011
Виды и источники загрязнения атмосферного воздуха, основные методы и способы его очистки. Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования, работа циклонов. Сущность абсорбции и адсорбции, системы очистки воздуха от пыли, туманов и примесей.
курсовая работа , добавлен 09.12.2011
Общая характеристика проблем защиты окружающей среды. Знакомство с этапами разработки технологической схемы очистки и деминерализации сточных пластовых вод на месторождении "Дыш". Рассмотрение методов очистки сточных вод нефтедобывающих предприятий.
дипломная работа , добавлен 21.04.2016
Учет и управление экологическими рисками населения от загрязнений окружающей среды. Методы очистки и обезвреживания отходящих газов ОАО "Новоросцемент". Аппараты и устройства, используемые для очистки аспирационного воздуха и отходящих газов от пыли.
дипломная работа , добавлен 24.02.2010
Основные понятия и классификация методов жидкостной хроматографии. Сущность высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), ее достоинства. Состав хроматографических комплексов, виды детекторов. Применение ВЭЖХ в анализе объектов окружающей среды.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Доктор физ-мат. наук, профессор
М.Ю.ХУДОШИНА
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
МОСКВА
Введение.
Методы защиты окружающей среды. Экологизация промышленного производства
Методы и средства защиты окружающей среды.
Стратегия защиты окружающей среды базируется на объективных знаниях о законах функционирования, связях и динамики развития составляющих элементов окружающей среды. Они могут быть получены путем научных исследований в рамках различных областей знаний - естественно-научных, математических, экономических, социальных, общественных. На основе полученных закономерностей разрабатываются методы защиты окружающей среды. Их можно условно подразделить на несколько групп:
Пропагандистские методы
Эти методы посвящены пропаганде охраны природы и ее отдельных элементов. Цель их применения состоит в формировании экологического мировоззрения. Формы: устные, печатные, наглядные, радио и телевидение. Для достижения эффективности применения этих методов используются научные разработки в области социологии, психологии, педагогики и др.
Законодательные методы
Основополагающие законы - конституция, в ней закреплены основные задачи и обязанности гражданина в отношении окружающей среды, а также Закон об… Правовая охрана земли обеспечивается земельным законодательством (Основы… Правовая охрана недр (законодательство о недрах, Кодекс о недрах) закрепляет собственность государства на недра,…Организационные методы
К таким методам относятся государственные и местные организационные мероприятия, направленные на целесообразное с точки зрения охраны среды размещение на территории предприятий, производственных и населенных пунктов, а также на решение единичных и комплексных экологических проблем и вопросов. Организационные методы обеспечивают проведение массовых, государственных или международных хозяйственных и других мероприятий, направленных на создание эффективных условий окружающей среды. Например, перенесение лесозаготовки из Европейской части в Сибирь, замена древесины железобетоном и экономия природных ресурсов.
Эти методы базируются на системном анализе, теории управления, имитационном моделировании и др.
Технические методы
Они определяют степень и виды воздействия на объект охраны или окружающие его условия с целью стабилизации состояния объекта, в том числе:
- Прекращение воздействия на охраняемые объекты (заказ, заповедание, запрет использования).
· Уменьшение и сокращение воздействия (регламентация), объема использования, вредного воздействия путем очищения вредных выбросов, экологического нормирования и т. д.
· Воспроизводство биологических ресурсов.
· Восстановление обедненных или разрушенных объектов охраны (памятники природы, популяции растений и животных, биоценозы, ландшафты).
· Усиление использования (применение при охране быстроразмножающихся промысловых популяций), разрежение популяций для уменьшения смертности от инфекционных заболеваний.
· Изменение форм использования при охране лесов и почв.
· Одомашнивание (Лошадь Пржевальского, гага, зубр).
· Заграждение заборами и сетками.
· Различные методы охраны почв от эрозии.
В основу разработки методов положены фундаментальные и научно-прикладные разработки в области естественно-научных дисциплин, в том числе химии, физики, биологии и т.д.
Технико-экономические методы
- Разработка и совершенствование очистных сооружений.
- Внедрение безотходных и малоотходных производств и технологий.
- Экономические методы: обязательные платежи за загрязнение окружающей среды; плата за природные ресурсы; штрафы за нарушение экологического законодательства; бюджетное финансирование государственных экологических программ; системы государственных экологических фондов; экологическое страхование; комплекс мер по экономическому стимулированию охраны окружающей природнойсреды.
Такие методы разрабатываются на базе прикладных дисциплин, с учетом технических, технологических и экономических аспектов.
Раздел 1. Физические основы очистки промышленных газов.
Тема 1. Направления защиты воздушного бассейна. Сложности очистки газов. Особенности загрязнения атмосферы
Направления защиты воздушного бассейна.
Санитарно - технические мероприятия.
Установка газопылеочистного оборудования,
Установка сверхвысоких труб.
Критерием качества среды является предельно допустимая концентрация (ПДК).
2. Технологическое направление.
Создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство,
Создание новых технологий, основанных на частично или полностью
замкнутых циклах,
Замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми,
Автоматизация производственных процессов.
Планировочные методы.
Установка санитарно - защитных зон, которые регламентируются ГОСТом и строительными нормами,
Оптимальное расположение предприятий с учетом розы ветров,
- вынос за черту города токсичных производств,
Рациональное планирование городской застройки,
Озеленение.
Контрольно-запретительные меры.
Предельно допустимая концентрация,
Предельно допустимые выбросы,
Автоматизация контроля над выбросами,
Запрет отдельных токсичных продуктов.
Сложности очистки газов
Проблема очистки промышленных газов обусловлена прежде всего следующими причинами:
· Газы разнообразны по своему составу.
· Газы имеют высокую температуру и большой объем пыли.
· Концентрация вентиляционных и технологических выбросов переменна и низка.
· Применение газоочистных установок требует их непрерывного совершенствования
Особенности загрязнения атмосферы
В первую очередь к ним относятся концентрация и дисперсный состав пыли. Обычно 33-77 % от объема загрязнений составляют частицы крупностью до 1,5… Инверсии атмосферы Нормальная температурная стратификация определяется условиями, когда увеличению высоты соответствует уменьшение…Тема 2. Требования к очистным сооружениям. Структура промышленных газов
Требования к очистным сооружениям. Процесс очистки характеризуется несколькими параметрами. 1. Общая эффективность очистки (n):Структура промышленных газов.
Промышленные газы и воздух, содержащие твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы, состоящие из непрерывной (сплошной) среды - газы и дисперсной фазы (твердые частицы и капельки жидкости), такие системы называются аэродисперсными или аэрозолями.Аэрозоли подразделяются на три класса: пыли, дымы, туманы.
Пыль.
Состоит из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде. Образуется в результате механического измельчения твердых тел в порошки. К ним относятся: аспирационный воздух от дробильных, размольных, бурильных агрегатов, транспортных устройств, пескоструйных аппаратов, станков для механической обработки изделий, отделений упаковки порошкообразных материалов. Это полидисперсные и малоустойчивые системы с размерами частиц 5-50 мкм.
Дымы.
Это аэродисперсные системы, состоящие из частиц с малым давлением пара и с малой скоростью седиментации, Образуются при возгонке и конденсации паров, в результате химических и фотохимических реакций. Размер частиц в них составляет от 0,1 до 5 мкм и меньше.
Туманы.
Состоят из капелек жидкости, диспергированных в газообразной среде, в которых могут содержаться растворенные вещества или суспендированные твердые частицы. Образуются в результате конденсации паров и при распылении жидкости в газообразной среде.
Тема 3. Основные направления гидродинамики газового потока. Уравнение неразрывности и уравнение Навье-Стокса
Основные положения гидродинамики газового потока.
Рассмотрим действие основных сил на элементарный объем газа (рис. 1).
Рис. 1. Действие сил на элементарный объем газа.
Теория движения газового потока базируется на двух основных уравнениях гидродинамики: уравнение неразрывности (сплошности) и уравнение Навье-Стокса.
Уравнение неразрывности
∂ρ/∂τ + ∂(ρ x V x)/∂x + ∂(ρ y V y)/∂y + ∂(ρ z V z)/∂z = 0 (1)
где ρ – плотность среды (газов) [кг/м 3 ]; V - скорость газа (среды) [м/с]; V x , V y , V z – составляющие векторы скорости по осям координат X, Y, Z.
Это уравнение представляет собой Закон сохранения энергии, согласно которому изменение массы определенного элементарного объема газа компенсируется изменением плотности (∂ρ/∂τ).
Если ∂ρ/∂τ = 0 - установившееся движение.
Уравнение Навье-Стокса.
– ∂px/∂x + μ(∂2Vx/∂x2 + ∂2Vx/∂y2 + ∂2Vx/∂z2) = ρ (∂Vx/∂τ +… – ∂py/ ∂y + μ(∂2Vy/∂x2 + ∂2Vy/∂y2 + ∂2Vy/∂z2) =…Граничные условия
. Рис.2 Обтекание цилиндра газовым потоком.Начальные условия
Для характеристики состояния системы в начальный момент времени задают начальные условия.
Краевые условия
Граничные и начальные условия составляют краевые условия. Они выделяют пространственно-временную область и обеспечивают единство решения.
Тема 4. Критериальное уравнение. Турбулентное течение жидкости (газа). Пограничный слой
Уравнения (1) и (2) образуют систему с двумя неизвестными – V r (скорость газа) и Р (давление). Решить эту систему очень сложно, поэтому вводят упрощения. Одним из таких упрощений является использование теории подобия. Это позволяет заменить систему (2) одним критериальным уравнением.
Критериальное уравнение.
f(Fr, Eu, Re r) = 0
Эти критерии Fr, Eu, Re r находятся на основе опытов. Вид функциональной связи устанавливается опытным путем.
Критерий Фруда
Он характеризует отношение силы инерции к силе тяжести:
Fr = Vг 2 /(gℓ)
где Vг 2 - сила инерции; gℓ- сила тяжести; ℓ - определяющий линейный параметр, определяет масштабы движения газа [м].
Критерий Фруда имеет важную роль, когда на систему движущегося потока существенно влияют гравитационные силы. При решении многих практических задач критерий Фруда вырождается, так как сила тяжести учитывается.
Критерий Эйлера (второстепенный):
Eu = Δp/(ρ г V г 2)
где Δр - перепад давления [Па]
Критерий Эйлера характеризует отношения силы давления к силе инерции. Он не является определяющим и расценивается как второстепенный. Его вид находится при решении уравнения (3).
Критерий Рейнольдса
Он является основным ихарактеризует отношение сил инерции к силе трения, турбулентное и прямолинейное движение.
Re r = V г ρ г ℓ / μ г
где μ – динамическая вязкость газа [Па с]
Критерий Рейнольдса является важнейшей характеристикой движения газового потока:
- при малых значениях критерия Рейнольдса Re преобладают силы трения, наблюдается устойчивое прямолинейное (ламинарное) течение газа. Газ движется вдоль стенок, определяющих направление потока.
- с ростом критерия Рейнольдса ламинарный поток теряет устойчивость и при некотором критическом значении критерия переходит в турбулентный режим. В нем турбулентные массы газа перемещаются в любом направлении, в том числе в направлении стенки и обтекаемого потоком тела.
Турбулентное течение жидкости.
Автомодельный режим.
Турбулентные пульсации - определяются скоростью и масштабом движения. Масштабы движения: 1. Наибольший масштаб имеют самые быстрые пульсации 2. При движении в трубе масштаб наибольших пульсаций совпадает с диаметром трубы. Величины пульсации определяются…Скорость пульсации
Vλ = (εnλ / ρг)1/3 2. Уменьшению скорости и масштаба пульсации соответствует уменьшение числа… Reλ = Vλλ / νг = Reг(λ/ℓ)1/3Автомодельный режим
ξ = А Reг-n где А, n – константы. С увеличением инерционных сил происходит уменьшение показателя степениn. Чем интенсивнее турбулентность, тем меньше n.…Пограничный слой.
1. Согласно гипотезе Прандтля – Тейлора в пограничном слое движение ламинарно. Из-за отсутствия турбулентного движения перенос вещества… 2. В пограничном слое турбулентные пульсации постепенно затухают, приближаясь… В диффузном подслое z<δ0, у стенки молекулярная диффузия полностью преобладает над турбулентной.Тема 5. Свойства частиц.
Основные свойства взвешенных частиц.
I. Плотность частиц.
Плотность частиц бывает истинная, насыпная, кажущаяся. Насыпная плотность учитывает воздушную прослойку между частицами пыли. При слёживании она возрастает в 1,2-1,5 раза. Кажущаяся плотность - это отношение массы частицы к занимаемому объему, в том числе поры, пустоты и неровности. Снижение кажущейся плотности по отношению к истинной наблюдается у пыли, склонной к коагуляции или спеканию первичных частиц (сажи, оксидов цветных металлов). У гладких монолитных или первичных частиц кажущаяся плотность совпадает с истинной.
II. Дисперсность частиц.
Размер частиц определяется несколькими способами: 1. Размер в свету - наименьший размер отверстий сита, через которое еще… 2. Диаметр сферических частиц или наибольший линейный размер частиц неправильной формы. Он применяется при…Виды распределений
В различных цехах различный состав выделяемых газов, различный состав загрязнений. Газ необходимо исследовать на предмет содержания пыли, состоящей из частиц различного размера. Для характеристики дисперсного состава используют распределение частиц в процентном отношении в единице объема по числу f(r) и по массе g(r) -соответственно счетное и массовое распределения. Графически их характеризуют две группы кривых – дифференциальные и интегральные кривые.
1. Дифференциальные кривые распределения
А) Счетное распределение
Доли частиц, радиусы которых находятся в интервале (r, r+dr) и подчиняются функции f(r) можно представить в виде:
f(r)dr=1
Кривая распределений, которой можно описать данную функцию f(r), называется дифференциальной кривой распределения частиц по их размерам по числу частиц (рис. 4).
Рис. 4. Дифференциальная кривая распределения частиц аэрозоля по размерам по их числу.
Б) Массовое распределение.
Аналогично можно представить функцию распределения частиц по массе g(r):g(r)dr=1
Оно более удобно и популярно на практике. Вид кривой распределения представлен на графике (рис.5).
0 2 50 80 мкм
Рис. 5. Дифференциальная кривая распределения частиц аэрозоля по размерам по их массе.
Интегральные кривые распределения.
D(%) 0 10 100 мкм Рис 6. Интегральная кривая проходовВлияние дисперсности на свойства частиц
Дисперсность частиц оказывает влияние на формирование свободной энергии поверхности и на степень устойчивости аэрозолей.
Свободная энергия поверхности.
средаПоверхностное натяжение.
Аэрозольные частицы вследствие большой поверхности отличаются от исходного материала некоторыми свойствами, важными для практики обеспыливания.
Поверхностное натяжение для жидкостей на границе с воздухом в настоящее время точно известно для различных жидкостей. Оно составляет, например, для:
Воды -72,5 Н см. 10 -5 .
Твердых тел оно значительно и численно равно максимальной работе, затрачиваемой на образование пыли.
Газов оно ничтожно мало.
Если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее, чем между собой, жидкость растекается по поверхности твердого тела, смачивая его. Иначе жидкость собирается в каплю, которая имела бы круглую форму, если бы не действовала сила тяжести.
Схема смачиваемости частиц прямоугольной формы.
На схеме (рис.11) показано:
а) погружение в воду смачиваемой частицы:
б) погружение в воду не смачиваемой частицы:
Рис.11. Схема смачивания
Периметр смачивания частиц, является границей взаимодействия трех сред: воды (1), воздуха (2), твердого тела(3).
Эти три среды имеют разграничивающие поверхности:
Поверхность «жидкость-воздух» с поверхностным натяжением δ 1,2
Поверхность «воздух - твердое тело» с поверхностным натяжением δ 2,3
Поверхность «жидкость - твердое тело» с поверхностным натяжением δ 1,3
Силы δ 1,3 и δ 2,3 действуют в плоскости твердого тела на единице длины периметра смачивания. Они направленны касательно к поверхности раздела и перпендикулярно к периметру смачивания. Сила δ 1,2 направлена под углом Ө, называемым краевым углом (углом смачивания). Если пренебречь силой тяжести и подъемной силой воды, то при образовании равновесного угла Ө все три силы уравновешиваются.
Условие равновесия определяется Формулой Юнга :
δ 2,3 = δ 1,3 + δ 1,2 · cos Ө
Угол Ө изменяется от 0 до 180°, a Cos Ө изменяется от 1 до –1.
При Ө >90 0 частицы смачиваются плохо. Полного не смачивания (Ө = 180°) не наблюдается.
Смачиваемые (Ө >0°) частицы - это кварц, тальк (Ө =70°) стекло, кальцит (Ө =0°). Не смачиваемые частицы (Ө = 105°) - это парафин.
Смачиваемые (гидрофильные) частицы втягиваются в воду силой поверхностного натяжения, действующего на границе «вода - воздух». Если плотность частицы меньше плотности воды, к этой силе прибавляется сила тяжести, и частицы тонут. Если плотность частицы меньше плотности воды, то вертикальная составляющая сил поверхностного натяжения уменьшается на подъемную силу воды.
Не смачиваемые (гидрофобные) частицы поддерживаются на поверхности силами поверхностного натяжения, вертикальная составляющая которых прибавляется к подъемной силе. Если сумма этих сил превышает силу тяжести, то частица остается на поверхности воды.
Смачиваемость водой влияет на эффективность работы мокрых пылеуловителей, особенно при работе с рециркуляцией - гладкие частицы смачиваются лучше, чем частицы с неровной поверхностью, так как они в большей степени покрыты абсорбированной газовой оболочкой, затрудняющей смачивание.
По характеру смачивания различают три группы твердых тел:
1. гидрофильные материалы, которые хорошо смачиваются водой - это кальций,
большинство силикатов, кварц, окисливаемые минералы, галогениды щелочных
металлов.
2. гидрофобные материалы, плохо смачиваемые водой - графит, уголь сера.
3. абсолютно гидрофобные тела - это парафин, тефлон, битумы.(Ө~180 о)
IV. Адгезионные свойства частиц.
Fад = 2δd где δ - поверхностное натяжение на границе твердого тела и воздуха. Сила адгезии прямо пропорциональна первой степени диаметра, а сила, разрывающая агрегат, например, сила тяжести или…V. Абразивность
Абразивность – интенсивность износа металла, при одинаковых скоростях газа и концентрациях пыли.
Абразивность свойств частиц зависит от:
1. твердости частиц пыли
2. формы частиц пыли
3. размера частиц пыли
4. плотности частиц пыли
Абразивность свойств частиц учитывается при выборе:
1. скорости запыленных газов
2. толщины стенок аппаратов и газоотходов
3. облицовочных материалов
VI. Гигроскопичность и растворимость частиц.
Зависит от:
1. химического состава пыли
2. камера частиц пыли
3. формы частиц пыли
4. степени шероховатости поверхности частиц пыли
Эти свойства используются для улавливания пыли в аппаратах мокрого типа.
VII. Электрические свойства пыли.
Электрическая зараженность частиц.
Поведение в газоотходах Эффективность улавливания в газоочистных аппаратах (электрический фильтр) … ВзрывоопасностьIX. Способность пыли к самовозоранию и образованию врывоопаных смесей с воздухом.
Различают три группы веществ, по причинам возгорания: 1. Вещества, самовозгорающиеся при воздействии воздуха. Причина возгорания - окисление под воздействием кислорода воздуха (происходит выделение тепла при низких…Механизм самовозгорания.
Горючая пыль из-за сильно развитой поверхности контакта частиц с кислородом способна к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом. Интенсивность взрыва пыли зависит от:
Термических и химических свойств пыли
Размера и формы частиц пыли
Концентрации частиц пыли
Состава газов
Размеров и температуры источников воспламенения
Относительного содержания инертной пыли.
При повышении температуры воспламенение может произойти самопроизвольно. Продуктивность, интенсивность горения могут быть различны.
Интенсивность и продолжительность горения.
Плотные массы пыли горят медленнее, так как доступ кислорода к ним затруднен. Рыхлые и мелкие массы пыли возгораются во всем объеме. При концентрации кислорода в воздухе менее 16% пылевое облако не взрывается. Чем больше кислорода, тем вероятнее взрыв и больше его сила (на предприятии при сварке, при резке металла). Минимальные взрывоопасные концентрации взвешенной в воздухе пыли – 20-500г/м 3 , максимальные – 700-800 г/м 3
Тема 6. Основные механизмы осаждения частиц
Работа любого пылеулавливающего аппарата основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения взвешенных в газах частиц. 1. Гравитационное осаждение (седиментация) происходит в результате… 2. Осаждение под действием центробежной силы. Наблюдается при криволинейном движении аэродисперсного потока (потока…Гравитационное осаждение (седиментация)
F= Sч, где - коэффициент лобового сопротивления частицы; S ч– площадь сечения частицы, перпендикулярно движению; Vч –…Центробежное осаждение частиц
F=mч, V= t m – масса частицы; V – скорость; r – радиус вращения; t- время релаксации Время осаждения взвешенных частиц в центробежных пылеулавливателях прямо пропорционально квадрату диаметра частицы.…Влияние критерия Рейнольдса на инерционное осаждение.
2. С увеличением критерия Рейнольдса при переходе к турбулентному движению на поверхности обтекаемого тела образуется пограничный слой. По мере… 3. При значениях критерия больше критического (500) линии тока сильнее… 4. При развитой турбулентности с приближением к автомодельному режиму критерий Рейнольдса можно не учитывать. В…Зацепление.
Таким образом эффективность осаждения этого механизма выше 0 и тогда, когда инерционное осаждение отсутствует, эффект зацепления характеризуется… R=dч/dДиффузионное осаждение.
где D – коэффициент диффузии, характеризует эффективность броуновского… Отношение сил внутреннего трения к диффузионным силам характеризуется критерием Шмидта:Осаждение под действием элементарных зарядов
Элементарная зарядка частиц может быть проведена тремя путями: 1. При генерации аэрозолей 2. За счет диффузии свободных ионовТермофорез
Это отталкивание частиц нагретыми телами. Вызывается силами, действующими со стороны газообразной фазы на находящиеся в ней неравномерно нагретые… Если размер частиц больше 1 мкм, отношение конечной скорости процесса к… Замечание: побочно отрицательный эффект возникает, когда твердые частицы, оседающие из горячих газов на холодных…Диффузиофорез.
Это движение частиц вызывается градиентом концентрации компонентов газовой смеси. Проявляется в процессах испарения и конденсации. При испарении с…Осаждение частиц в турбулентном потоке.
Скорости турбулентной пульсации возрастают, диаметры вихрей убывают, а перпендикулярные к стенке мелкомасштабные пульсации уже возникают на…Использование электромагнитного поля для осаждения взвешенных частиц.
При движении газов в магнитном поле на частицу действует сила, направленная под прямым углом и в направлении поля. В результате такого воздействия… Суммарная эффективность улавливания частиц под воздействием различных механизмов осаждения.Тема 7. Коагуляция взвешенных частиц
Сближение частиц может происходить за счет броуновского движения (тепловая коагуляция), гидродинамический, электрических, гравитационных и других… Скорость убывания счетной концентрации частицРаздел 3. Механизмы распространения загрязнений в окружающей среде
Тема 8. Массоперенос
Распространение загрязнений в окружающей среде (рис. 13) происходит в основном за счет естественных процессов и зависит от физико - химических свойств веществ, физических процессов, связанных с их переносом, биологических процессов, принимающих участие в глобальных процессах круговорота веществ, циклических процессов в отдельных экосистемах. Тенденция веществ к распространению является причиной неконтролируемого регионального накопления веществ.
А - атмосфера
Г - гидросфера
Л - литосфера
Ж - животные
Ч - человек
Р - растения
Рис. 13. Схема массопереноса в биосфере.
В экосфере в процессе переноса в первую очередь играют роль физико-химические свойства молекул, давление пара, растворимость в воде.
Механизмы массопереноса
Диффузия характеризуется коэффициентом диффузии [м2/с] и зависит от молекулярных свойств растворенного вещества (относительная диффузия) и… Конвекция - это принудительное перемещение растворенных веществ потоком воды.… Дисперсия- это перераспределение растворенных веществ, вызванное неоднородностью поля скоростей потока.Почва - вода
Распространение загрязнений в почве происходит в основном за счет естественных процессов. Зависят от физико-химических свойств веществ, физических… Граница раздела Почва - вода играет важную роль в процессе переноса. Основной…Уравнение Ленгмюра
x/m – это отношение массы адсорбированного вещества к массе адсорбента; и - константы, характеризующие рассматриваемую систему; - равновесная концентрация вещества в растворе.
Уравнение изотермической адсорбции Фрейндлиха
K – коэффициент адсорбции; 1/n - характеристика степени адсорбции Второе уравнение используется в основном для описания распространения…Тема 9. Поступление и накопление веществ в живых организмах. Другие виды переноса
Любое вещество поглощается и усваивается живыми организмами. Установившаяся концентрация является концентрацией насыщения. Если она выше, чем в… Процессы накопления веществ в организме: 1.Биоконцентрирование – обогащение химическими соединениями организма в результате прямого восполнения из окружающей…Тема 10. Модели распространения примесей в средах
Модели распространения примесей в водной среде
Распространение загрязнений в атмосфере.
Расчет рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах… Критерии оценки загрязнения атмосферы.Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнении.
Выделяют следующие основные методы:
1. Абсорбция - промывка выбросов растворителями примесей.
2. Хемосорбция
- промывка выбросов растворами реагентов, связывающих при
меси химически.
3. Адсорбция - поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами.
Термическая нейтрализация отходящих газов.
Биохимические методы.
В технике очистки газа процессы адсорбции называются скрубберными. Метод заключается в разрушении газо-воздушных смесей на составные части путем… Организация контакта газового потока с жидким растворителем осуществляется: … · Пропусканием газа через насадочную колонну.Физическая адсорбция.
Ее механизм состоит в следующем:
Молекулы газа прилипают к поверхности твердых тел под действием межмолекулярных сил взаимного притяжения. Высвобождающаяся при этом теплота зависит от силы притяжения и совпадает с теплотой конденсации пара (достигает до 20 кДж/м 3). При этом газ называется адсорбат, а поверхность адсорбент.
Преимущества этого метода состоят в обратимости: при увеличении температуры поглощенный газ легко десорбируется без изменения химического состава (это также происходит при уменьшении давления).
Химическая адсорбция (хемосорбция).
Недостаток хемосорбции заключается в том, что в данном случае она необратима, изменяется химический состав адсорбата. В качестве адсорбата выбирают… Адсорбентами могут быть и простые, и комплексные оксиды (активированный…Раздел 4. Теоретические основы защиты гидросферы и почвы
Тема 11. Теоретические основы защиты гидросферы
Промышленные сточные воды
Промышленные сточные воды по характеру загрязнения подразделяются на кислотно-щелочные, с содержанием ионов тяжелых металлов, хром-, фтор-, и цианосодержащие. Кислотно-щелочные сточные воды образуются от процессов обезжиривания, химического травления, нанесения различных покрытий.
Реагентный метод
На стадии предварительной обработки стоков используются различные окислители, восстановители, кислоты и щелочные реагенты, как свежие, так и… Доочистку сточных вод можно производить на механических и угольных фильтрах. …Электродиализ.
При этом методе сточные воды обрабатываются электрохимическим способом с использованием химических реагентов. Качество очищенной воды после электродиализа может быть близко к дистиллированной. Возможна очистка вод с разнообразными химическими загрязнениями: фторидом, хромом, цианидами и др. Электродиализ можно использовать перед ионным обменом для поддержания постоянного солесодержания воды, при регенерации отработанных растворов и электролитов. Недостаток - значительный расход электроэнергии. Используются серийно выпускающиеся электродиализные установки типа ЭДУ, ЭХО, АЭ и т.д. (производительностью от 1 до 25м 3 /ч).
Очистка воды от нефтепродуктов
Международная конвенция 1954 года (с поправками 1962,1969, 1971 г.) по предотвращению загрязнения моря нефтью установила запрет на слив за борт трюмно-балластных вод, содержащих нефтепродукты, в пределах прибрежной зоны (до 100-150 миль) о концентрацией их более 100 мг/л). В России установлены следующие предельно допустимые концентрации (ПДК) нефтепродуктов в воде: многосернистые нефтепродукты - 0,1 мг/л, несернистые нефтепродукты - 0,3 мг/л. В связи с этим большое значение для охраны окружающей среды имеет разработка и усовершенствование способов и средств очистки воды от содержащихся в ней нефтепродуктов.
Методы очистки нефтесодержащих вод.
_Коалесценция. Это процесс укрупнения частиц за счет их слияния. Укрупнение частиц нефтепродуктов может проходить самопроизвольно при их… Некоторые увеличения скорости коалесценции можно получить при подогреве… Коагуляция. В этом процессе происходит укрупнение частиц нефтепродуктов при добавлении к эмульсии различных…Тема 12. Теоретические основы защиты почвы
Теоретические основы защиты почвы включают в том числе · вопросы перемещения загрязнений в почве для регионов с различными… · модель распространения загрязнений в почвеРис. 14. Виды захоронений отходов
а - отвальный тип захоронения; б - захоронение на склонах; в - захоронение в котлованах; г - захоронение в подземном бункере; 1 - отходы; 2 - гидроизоляция; 3 - бетон
Недостатки захоронений отвального типа: сложность оценки устойчивости откосов; высокие сдвиговые напряжения на основании откосов; необходимость использования специальных строительных конструкций для повышения устойчивости захоронения; эстетическая нагрузка на ландшафт. Захоронения на склонах
в отличие от рассмотренных захоронений отвального типа требуют дополнительной защиты тела захоронения от сползания и от смыва водой, стекающей по склону.
Захоронение в котлованах
в меньшей степени влияет на ландшафт и не создает опасности, связанной с устойчивостью. Однако оно требует отвода вод с помощью насосов, так как основание расположено ниже поверхности земли. Такое захоронение создает дополнительные трудности для гидроизоляции боковых склонов и основания захоронения отходов, а также требует постоянного контроля за дренажными системами.
Захоронения в подземных бункерах
по всем параметрам более удобны и экологически чисты, однако из-за больших капитальных затрат на их сооружение они могут использоваться только для удаления небольших количеств отходов. Подземное захоронение широко используется для изоляции радиоактивных отходов, так как позволяет при определенных условиях обеспечить радиоэкологическую безопасность на весь требуемый период и является наиболее экономически эффективным способом обращения с ними. Укладка отходов на полигоне должна осуществляться слоями толщиной не более 2 м при обязательном уплотнении, обеспечивающем наибольшую компактность и отсутствие пустот, что особенно важно при захоронении крупногабаритных отходов.
Уплотнение отходов при захоронении необходимо не только для максимального использования свободного пространства, но и для уменьшения последующего оседания тела захоронения. Кроме того, рыхлое тело захоронения, имеющее плотность ниже 0,6 т/м усложняет контроль за фильтратом, так как в теле неизбежно возникает множество каналов, затрудняющих его сбор и удаление.
Однако иногда, прежде всего по экономическим соображениям, заполнение хранилища производят посекционно. Основными причинами секционного заполнения являются необходимость разделения различных типов отходов в пределах одного полигона, а также стремление к уменьшению площадей, на которых образуется фильтрат.
При оценке устойчивости тела захоронения следует различать внешнюю и внутреннюю устойчивость. Под внутренней устойчивостью понимают состояние самого тела захоронения (устойчивость бортов, устойчивость к вспучиванию); под внешней устойчивостью понимают устойчивость основания захоронения (оседание, раздавливание). Недостаточная устойчивость может повредить дренажную систему. Объектами контроля на полигонах являются воздух и биогаз, грунтовые воды и фильтрат, почва и тело захоронения. Объем мониторинга зависит от вида отходов и устройства полигона.
Требования к полигонам: предотвращение воздействия на качество грунтовых и поверхностных вод, на качество воздушной среды; предотвращения негативного влияния, связанного с миграцией загрязнителей в подземное пространство. В соответствии с этими требованиями необходимо обеспечить: непроницаемые покрытия грунта и отходов, системы контроля за утечками, обеспечение обслуживания и контроля свалки после закрытия, и другие целесообразные меры.
Основные элементы безопасной свалки : слой поверхностного грунта с растительностью; система дренажа по краям свалки; легко проницаемый слой песка или гравия; изолирующий слой из глины или пластика; отходы в отсеках; мелкий грунт как основа для изолирующего слова; вентиляционная система для удаления метана и двуокиси углерода; дренажный слой для отвода жидкости; нижний изолирующий слой для предотвращения просачивания загрязнителей в грунтовые воды.
Список литературы .
1. Еремкин А.И., Квашнин И.М., Юнкеров Ю.И. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.: учебное пособие – М., изд АСВ, 2000 – 176 с.
2. Гигиенические нормативы «Предельно-допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест»(ГН2.1.6.1338-03), с Дополнениями №1 (ГН 2с.1.6.1765-03), Дополнениями и изменениями №2(ГН 2.1.6.1983-05). Введены в действие Постановлениями Главного санитарного врача Российской Федерации от 30.05.2003 г. №116, от 17.10.2003 №151, от 03.11.2005 г. №24 (зарегистрированы Минюстом России 09.06.2003 г. рег. №4663; 21.10.2003 г. рег. №5187; 02.12.2005 г. рег. №7225)
3. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишков В.Н.. Инженерная экология, общий курс в 2-х томах. Под общей ред. М.И. Мазура. - М.: Высшая школа, 1996. – т.2, 678 с.
4. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86). Постановление Госкомгидромета СССР от 04.08.1986 г. №192.
5. СН 245-71. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.
6. Ужов В.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., Решидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли. –М.: Химия, 1981 – 302 с.
7. Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» (с изм. На 31.12.2005) от 04.05.1999 г. №96-ФЗ
8. Федеральный закон «Об охране окружающей природной среды» от 10.01.2002г. №7 –ФЗ (с изменениями на 18 декабря 2006 г.)
9. Худошина М.Ю. Экология. Лабораторный практикум УМУ ГОУ МГТУ «СТАНКИН», 2005. Электронная версия.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
1. Общие принципы рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.
2. Механизм расчета рассеивания вредных выбросов промышленных предприятий.
3. Теория образования NO х при сжигании органического топлива.
4. Теория образования сажистых частиц при сжигании органического топлива.
5. Теория образования газообразованного недожога в топках котлов.
6. Теория образования SO х при сжигании органического топлива.
7. Снижение эмиссии NO х.
8. Снижение эмиссии SO х.
9. Снижение эмиссии аэрозолей.
10. Основные принципы переноса загрязнений в атмосфере.
11. Влияние теплофизических и аэродинамических факторов на процессы тепломассообмена в атмосфере.
12. Основные положения теории турбулентности из классической гидродинамики.
13. Приложение теории турбулентности к атмосферным процессам.
14. Общие принципы рассеяния загрязняющих веществ в атмосфере.
15. Распространение загрязняющих веществ от трубы.
16. Основные теоретические подходы, используемые для описания процессов рассеивания примесей в атмосфере.
17. Расчетная методика рассеивания вредных веществ в атмосфере, разработанная в ГГО им. А.И. Воейкова.
18. Общие закономерности разбавления сточных вод.
19. Методы расчета разбавления сточных вод для водотоков.
20. Методы расчета разбавления сточных вод для водоемов.
21. Расчет предельно допустимого сброса для проточных водоемов.
22. Расчет предельно допустимого сброса для водохранилищ и озер.
23. Движение аэрозольных загрязнителей в потоке.
24. Теоретические основы улавливания твердых частиц из отходящих газов.
25. Теоретические основы защиты окружающей среды от энергетических воздействий.
Литература
1. Кулагина Т.А. Теоретические основы защиты окружающей среды: Учебн. пособие / Т.А. Кулагина. 2-е изд., перераб. И доп. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. – 332 с.
Составил:
Т.А. Кулагина
Раздел 4. ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И Экологическая экспертиза
1. Система экологической оценки, предмет, цели и основные задачи курса и понятия курса, виды экологических оценок. Различия между экологической экспертизой (ЭЭ) и оценкой воздействия на окружающую среду (ОВОС).
2. Развитие системы экологического сопровождения проекта, жизненный цикл проекта, ЭСХД.
3. Экологическое сопровождение хозяйственной деятельности инвестиционных проектов (различия в подходах, категории).
4. Правовая и нормативно – методическая база экологической экспертизы и ОВОС в России.
5. Классификация объектов ЭЭ и ОВОС по видам природопользования, по типу обмена веществом и энергией со средой, по степени экологической опасности для природы и человека, по токсичности веществ.
6. Теоретические основы экологической экспертизы (цели, задачи, принципы, виды и типы государственной экологической экспертизы, матрица взаимодействия).
7. Субъекты и объекты государственной экологической экспертизы.
8. Методологические положения и принципы экологического проектирования..
9. Порядок организации и проведение экологических процедур (основания, случай, условия, аспекты, процедура Государственной экологической экспертизы и ее регламент проведения).
10. Список документации, представляемой на государственную экологическую экспертизу (на примере Красноярского края).
11. Порядок предварительного рассмотрения документации, поступившей на ГЭЭ. Оформление заключения государственной экологической экспертизы (состав основных частей).
13. Общественная экологическая экспертиза и ее этапы.
14. Принципы экологической оценки. Предмет экологической оценки.
15. Нормативно-правовая база экологической оценки и специально-уполномоченные органы (их функции). Участники процесса экологической оценки, их основные задачи.
16. Стадии процесса экологической оценки. Методы и системы отбора проектов.
17. Методы выявления значимых воздействий, матрицы по выявлению воздействий (схемы).
18. Структура ОВОС и метод организации материала, основные стадии и аспекты.
19. Экологические требования к разработке нормативов, экологические критерии и стандарты.
20. Нормативы качества среды и допустимого воздействия, использования природных ресурсов.
21. Нормирование санитарных и защитных зон.
22. Информационная база экологического проектирования.
23. Участие общественности в процессе ОВОС.
24. Оценка воздействия исследуемого хозяйственного объекта на атмосферу, прямые и косвенные критерии оценки загрязнения атмосферы.
25. Порядок проведения ОВОС (этапы и процедуры ОВОС).
Литература
1. Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» от 10.01.02 № 7-ФЗ.
2. Закон РФ «Об экологической экспертизе» от 23.11.95 № 174-ФЗ.
3. Положение “Об оценке воздействия на окружающую среду в РФ”. /Утв. приказом Минприроды РФ от 2000 г.
4. Руководство по экологической экспертизе предпроектной и проектной документации. / Утв. начальником Главгосэкоэкспертизы от 10.12.93. М.: Минприрода. 1993, 64 с.
5. Фомин С.А. "Государственная экологическая экспертиза". / В кн. Экологическое право РФ. // Под ред. Ю.Е. Винокурова. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 388 с.
6. Фомин С.А. "Экологическая экспертиза и ОВОС". / В кн. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. // Под общей ред. В.И. Данилова-Данильяна. - М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. - 744 с.
Составил:
к.т.н., доцент кафедры «Инженерная экология
и безопасность жизнедеятельности»
