лекции экология. Лекция 1 Проблемы защиты природы
 Скачать 121.31 Kb.
|
Физико-химические методы очисткиФизико-химические методы играют значительную роль при очистке производственных сточных вод и применяются как самостоятельно, так и в сочетании с механическими, химическими и биологическими методами. Физико-химические методы очистки сточных вод можно разделить на три группы: 1. методы, основанные на переводе загрязнение в осадок (путем сорбции на хлопьях гидроксидов металлов) или флотошлам. Это коагуляция, флокуляция, флотация и др.; 2. сепаративные методы, такие как сорбция на активных углях и ионитах, обратный осмос, ультрафильтрация через мембраны и др.; 3. деструктивные методы, основанные на глубоких превращениях органических молекул в результате окислительно-восстановительных процессов. При использовании их, например, происходит нарушение хромофорно-ауксохромного строения красителей с последующим расщеплением их до более простых молекул. Деструкция поверхностно-активных веществ с потерей их свойств. Наиболее широкое применение находит очистка сточных вод окислителями, окислительно-восстановительная, электрохимическая, электрокаталитическая деструк- ция. Флотационный метод очистки Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела двух фаз (чаще воздуха) и жидкости, обу-словленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания. Процесс очистки СВ, содержащих ПАВ, нефтепродукты, красители, отделочные препараты, волокнистые материалы и другие примеси, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы–пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Оптимальные размеры воздушных пузырьков 15–30 мкм, максимальные – 100–200 мкм. Флотацию рекомендуется применять при концентрации загрязне- ний не больше 400–560 мг/л. Очистку СВ можно осуществлять различными методами флотации, связанными с насыщением жидкости пузырьками воздуха определенной крупности. По этому принципу можно выделить следующие способы флотационной обработки СВ: 1) флотация с механическим диспергированием воздуха (например, им- пеллерная); 2) флотация с подачей воздуха через пористые материалы (керамические трубы или пластины) – пенная; 3) флотация с выделением воздуха из раствора (вакуумные, напорные, эр-лифтные установки); 4) электрофлотация. Поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в СВ, обладая вы- сокой пенообразующей способностью, могут вступать во взаимодействие с дисперсными частицами загрязнений, коллоидами, молекулами и ионами, концентрируясь на границе раздела фаз. Если в растворе содержатся АПАВ и основные красители, то флотацией достигается глубокое обесцвечивание (до 85 %). При применении импеллернойфлотацииэффективность очистки невелика: 30–40 %. Методом пеннойфлотацииможно достигнуть снижения ПАВ на 80 %, взвешенных веществ – на 45 %, ХПК и БПК5 – на 65 и 50 % соответственно, эфирорастворимых веществ – на 25 %. Используя для удаления пены центро- бежный вентилятор, можно повысить концентрацию флотошлама и уменьшить его объем до 0,3 % от количества воды. Достигнутый уровень эффективности очистки пенной флотацией не удовлетворяет условиям приема СВ в городскую канализацию или станцию аэрации. Напорная флотация имеет более широкий диапазон применения, так как позволяет регулировать степень пересыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки СВ при начальной концентрации загрязнений до 4–5 г/л и более. Сущность метода – насыщение СВ воздухом при повышенном давлении с последующим его выделением в виде мельчайших пузырьков при снижении давления до атмосферного. Чтобы флотатор работал эффективно, необходимо обеспечить следующие условия: высокие показатели насыщения воздухом для сточной и напорной воды; выпуск пузырьков в оптимальном размерном диапазоне; захват пузырьками твердых частиц. Смесь воды и хлопьев поступает в приточную камеру флотационной установки, откуда по всей ширине флотационного отсека через отверстие достаточного размера направляется в зону контакта и перемешивания, где производится ввод напорной воды. Для подготовки последней часть потока очищенной воды с помощью насоса подается через инжектор в резервуар напорной воды. При этом напорная вода насыщается воздухом при избыточном давлении около 4–5 бар. Вода из резервуара напорной воды направляется во флотатор и подается снизу в зону контакта и перемешивания, где практически сразу при вводе через специальные насадки происходит разрежение до давления окружающей среды. В результате такого внезапного понижения давления находившийся в растворенном состоянии воздух высвобождается, и напорная вода из-за мелких пузырьков приобретает «молочную» мутность. Турбулентность, создаваемая введением смеси воды и хлопьев, а также восходящим потоком пузырьков, приводит к внутреннему перемешиванию. При этом пузырьки воздуха захватывают частицы хлопьев. Смесь воды и хлопьев поднимается в зоне контакта и перемешивания и через отверстие в переливной стенке поступает во флотационный объем, в котором и происходит разделение хлопьев и воды. Сконцентрированный на поверхности флотошлам с содержанием твердой фазы 3–5 % снимается с помощью скребкового устройства. Очищенная от нерастворимых частиц вода под погружной перегородкой переливается в камеру очищенной воды, а оттуда через настраиваемый по высоте перелив поступает в лоток очищенной воды. Давление воздуха при насыщении им воды 0,3–0,5 МПа, продолжительность насыщения обычно 1–5 мин, количество растворяющегося воздуха должно составлять 3–5 % объема обрабатываемой сточной воды. Продолжительность флотации 15–20 мин, пропускная способность одного флотатора – около 1000 м3/ч. Электрофлотация. Сущность метода заключается в переносе загрязняющих веществ из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе СВ. При этом на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Основную роль играют пузырьки, выделяющиеся на катоде. При замене пластинчатого катода на проволочный уменьшается размер пузырьков, что приводит к повышению эффективности работы электрофлотатора. При использовании растворимых электродов в раствор переходят ионы металлов, образующие гидроксиды. Одновременное образование хлопьев коагулянта и пузырьков газа в стесненных условиях межэлектродного пространства создает предпосылки для закрепления газовых пузырьков на хлопьях и интенсивной коагуляции загрязнений, что обеспечивает эффективность флотации. Такие установки называют электрокоагуляционно-флотационными. Пропускная способность однокамерной установки – 10–15 м3/ч. В очищаемую воду можно ввести флокулянт 0,5–1,0 мг/л. При этом ПАВ удаляются на 85–90 %, взвешенные вещества – на 98 %, ХПК снижается на 75–86 %. Расход электроэнергии составляет 0,2–3 кВт∙ч/м3 очищаемой воды. Адсорбционная очистка сточных вод Сорбция – процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Различают поглощение вещества всей массой жидкого адсорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом – хемосорбция. Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ. Адсорбция растворенного вещества является результатом перехода его молекул из объема раствора на поверхность или в объем адсорбента под действием силового поля поверхности. Способность к адсорбции возрастает с увеличением молекулярной массы вещества, поэтому красители, синтетические ПАВ и препараты с длинными углеводородными радикалами или с ароматической основой сорбируются из водных растворов со значительно большей энергией, чем одиночные молекулы. Сорбционная очистка СВ эффективна для извлечения ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных СВ в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Этот способ наиболее рационален, если в СВ содержатся преимущественно ароматические соединения, красители, непредельные соединения или гидрофобные алифатические соединения. В качестве сорбентов применяют различные природные или искусственные пористые материалы: различные виды активированных углей, золу, торф, силикагель, цеолиты, активные глины, бентонит, шлаки, ионообменные смолы и волокна и др. Наиболее распространены в качестве сорбента активированные угли. Они слабо взаимодействуют с молекулами воды и хорошо с органическими веществами, имеют высокую адсорбционную емкость и малую удерживающую способность при регенерации. Они должны иметь высокоразвитую удельную поверхность, поры с заданными размерами и ионные группы на поверхности. В зависимости от преобладающего размера пор активные угли условно разделяют на крупнопористые (макропоры) – радиус > 2·10-4 мм, мелкопори- стые (микропоры) – радиус < 1,6∙10-7 мм, смешанные (переходные) 1,6∙10-7– 2·10-4 мм. Развитие удельной поверхности и эффективность адсорбции определяются микропорами, так как молекулы растворенных адсорбируемых веществ имеют размер менее 10 А°. Полное заполнение микропор соответствует погло- тительной способности углей – их важнейшей технологической характеристике. Переходные же и макропоры выполняют роль транспортных каналов. Суммарный объем микропор активного угля является его основной ха- рактеристикой, активированные угли в первую очередь адсорбируют органические вещества неприродного происхождения, а именно: фенолы, спирты, эфиры, кетоны, нефтепродукты, амины, «жесткие» поверхностно-активные вещества, органические красители, различные хлорамины. Этот метод позволяет на стадии глубокой очистки сточных вод снизить концентрацию органических со- единений на 90–99 %. При сорбции на уголь не должна поступать вода, содержащая взвешенные и коллоидные вещества, экранирующие поры активного угля. Уголь, исчерпавший свою сорбционную способность (емкость), регенерируется или полностью заменяется. В последние годы за рубежом проводятся работы по использованию в качестве сорбентов доступных дешевых материалов, являющихся отходами сельскохозяйственного и других производств, что значительно удешевляет технологию очистки сточных вод, одновременно утилизируя отходы. Так, были изучены отходы растительного происхождения: стебель подсолнуха, кора эвкалипта, стержень кукурузного початка, апельсиновая кожура, торфяной мох, рисовая шелуха, выжатый сахарный тростник. Отходы животного происхождения: яичная скорлупа, хитин, хитозан. Адсорбционная очистка может быть регенеративной (с извлечением поглощаемого вещества из адсорбента и его утилизацией) и деструктивной (термическим или окислительным методом), при которой и адсорбент, и загрязнения, извлеченные из СВ, уничтожаются. Экологическая экспертиза Экологическая экспертиза – установление соответствия намечаемой хозяйственной и иной деятельности экологическим требованиям и определение допустимости реализации объекта экологической экспертизы в целях предупреждения возможных неблагоприятных воздействий этой деятельности на окружающую природную среду и связанных с ними социальных, экономических и иных последствий реализации объекта экологической экспертизы. Принципы экологической экспертизы Презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности. Обязательность проведения ГЭЭ до принятия решений о реализации объекта экологической экспертизы. Комплексность оценки воздействия на окружающую природную среду и его последствий. Обязательность учета требований экологической безопасности при проведении ЭЭ. Достоверность и полнота информации, представляемой на ЭЭ. Независимость экспертов ЭЭ при осуществлении ими своих полномо- чий в области ЭЭ. Научная обоснованность, объективность и законность заключений ЭЭ. Гласность, участие общественных организаций (объединений), учет общественного мнения. Ответственность участников ЭЭ и заинтересованных лиц за организацию, проведение, качество ЭЭ. Виды экологической экспертизы Государственная ЭЭ. Общественная ЭЭ. Уровни проведения ЭЭ Федеральный уровень – для проектов, оказывающих воздействие на два и более субъекта РФ. Региональный уровень – большинство проектов, реализуемых в субъектах РФ. Результат проведения ГЭЭ Заключение ГЭЭ (положительное или отрицательное). 1. Оценка воздействия на окружающую среду. 2. Положение об оценке воздействия намечаемой хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду в РФ (к приказу Госкомэкологии России от 16.05.2000 г. No 372). Оценка воздействия намечаемой хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду – процесс, способствующий принятию экологически ориентированного управленческого решения о реализации намечаемой хозяйственной и иной деятельности посредством определения возможных неблагоприятных воздействий, оценки экологических последствий, учета общественного мнения, разработки мер по уменьшению и предотвращению воздействий. Стороны, участвующие в ГЭЭ Штатные сотрудники ГЭЭ. Внештатные сотрудники ГЭЭ. Органы гос. власти (федеральные и субъекта РФ). Муниципальные органы власти. Общественные организации (наблюдатели, общественная экспертиза). Общественность (граждане РФ). Эколого-экономический паспорт предприятий Введение рыночного механизма хозяйствования должно изменить отношение предприятия к расходованию сырьевых, топливных и энергетических ресурсов. Экономичное их использование приведет к уменьшению загрязнения окружающей среды. Характеристикой используемых технологий и рационального природопользования являются удельные показатели как расхода сырья, топлива и энергии, так и выбросов (сбросов) в окружающую среду загрязняющих веществ на единицу продукции. Очень выгодно комплексное использование сырья, повышающее экономичность производства и внедрение безотходных технологий, чтобы затраты на охрану окружающей среды не ложились бременем на себестоимость продукции, а расходовались на производство дополнительной продукции. Для решения этих задач необходимо введение экологических паспортов предприятий. На основе такого документа возможен переход от изучения окружающей среды к анализу причин загрязнения. Экологический паспорт природопользователя – это документ, содержащий характеристику взаимоотношений природопользователя с окружающей средой. Паспортизация в Российской Федерации проводится в соответствии с ГОСТ Р 17.0.0.06–2000. Одной из важнейших задач в области охраны окружающей среды является создание экономического механизма рационального природопользования, основой которого служат платежи за используемые природные ресурсы (земля, вода, газ и др.) и загрязнение окружающей среды. Цель эколого-экономической паспортизации предприятия – повышение экологичности предприятий за счет внедрения природоохранной техники, рационального использования природных ресурсов, сырья, материалов, широкого внедрения малоотходных и безотходных технологий, повышения уровня соответствия выпускаемой продукции экологическим требованиям. Паспорт эколого-экономических показателей предприятия содержит 10 разделов. Раздел 1 включает данные по организации природоохранной службы на предприятии в целом. В разделе 2 приводятся данные по номенклатуре выпускаемой продукции и ее соответствии экологическим требованиям. В раздел 3 входят основные фонды и природоохранительные средства, в том числе водо- и воздухоохранные. Раздел 4 касается материальных ресурсов и их рационального использования. В разделе 5 рассматриваются вопросы охраны атмосферного воздуха. В разделе 6 рассматриваются вопросы охраны и рационального использование водных ресурсов. В раздел 7 входит образование, наличие, удаление и использование промышленных отходов по цехам. Раздел 8 описывает состояние санитарно-защитной зоны предприятия – размер зоны и площадь, занятая зелеными насаждениями. Раздел 9 включает текущие затраты на охрану природы. В разделе 10 приводятся санкции за нарушение качества окружающей среды. Раздел включает классификацию нарушений, их количество, сумму штрафов. Общее руководство по составлению эколого-экономического паспорта осуществляет главный инженер производства. Кроме затраты собственных средств на природоохранную деятельность, предприятие получает кредиты банка. В случае необходимости осуществления крупных природоохранных мероприятий финансирование может осуществляться за счет государственных централизованных капиталовложений. Лекция №4 Ионообменная очистка Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод ионов металлов (Zn, Cu, Cr и др.), а также соединений мышьяка, фосфора, радиоактивных веществ, ионов красителей и др. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки. Можно выделить следующие основные области применения ионитов: – процессы опреснения, обессоливания воды и подготовки ее для технических целей; – очистка промышленных сточных вод в целях извлечения и концентрирования ценных или вредных (токсичных) компонентов, а также обезвреживание этих вод; – гидрометаллургия цветных, редких, рассеянных и радиоактивных элементов (очистка, разделение, концентрирование); – химический анализ, препаративная химия; – радиохимия, органический синтез, химия комплексных соединений, медицина, пищевая промышленность и другие области применения. Вещества твердой фазы носят название ионитов, в зависимости от способности поглощать из растворов ионы они могут быть катионитами, анионитами, амфолитами. Иониты могут быть в виде смол или волокон и представляют собой высокомолекулярные вещества, углеводородные радикалы которых имеют ионообменные функциональные группы. Ионообменные волокна обладают высокоразвитой поверхностью и лучшими кинетическими характеристиками по сравнению с зернистыми ионитами (высокая скорость обмена, большая доступность ионогенных групп для обмениваемых ионов, в том числе крупных органических ионов). Их обменная емкость достаточно высока для практического применения и не снижается при многократных циклах регенерации кислотами и щелочами. Важным преимуществом волокнистых ионитов является возможность изготовления из них ионообменных изделий любой формы: нитей, пористых пластин, тканей, нетканых полотен. Синтетические ионообменные волокна обладают высокой обменной емкостью, термостойкостью и химической устойчивостью. Для синтеза волокнистых ионитов применяются две группы методов: 1) химическая модификация готовых волокон путем полимераналогич- ных превращений и привитой сополимеризации (или сополиконденсации); 2) формование волокон из смесей неволокнообразующих полимеров с ионогенными группами и волокнообразующих полимеров без функциональных групп. Полимераналогичные превращения применяются для модификации поливинилспиртовых (ПВС), полиакрилонитрильных (ПАН), полиолефиновых и других волокон. При этом можно получать волокнистые иониты с любой тре- буемой ионогенной группой. Например, волокнистые сульфокатиониты получают по реакции диеновой конденсации дегидратированных ПВС-волокон с малеиновым ангидридом с последующим присоединением бисульфита натрия или дегидратацией полиеновых волокон с присоединением бисульфита натрия по двойной связи. Этерификацией ПВС-волокон получают карбоксильные и фосфорнокислые катиониты. Волокнистые аниониты получают ацеталированием (малеиновым диальдегидом) и этерификацией ПВС-волокон. |