Шпаргалки на гос.экзамен по экологии для студентов СФУ специальности 280201 - файл n4.docx

приобрести
Шпаргалки на гос.экзамен по экологии для студентов СФУ специальности 280201
скачать (4969 kb.)
Доступные файлы (5):
n1.docx468kb.17.02.2012 08:42скачать
n2.docx405kb.24.02.2012 00:46скачать
n3.docx127kb.24.02.2012 00:27скачать
n4.docx3944kb.24.02.2012 00:36скачать
n5.docx118kb.24.02.2012 00:48скачать

n4.docx


  1. Оценка эффективности пылеуловителей. Расчет общей степени очистки по результатам дисперсного состава пыли.














  1. Физические основы циклонного процесса. Характеристика основных типов циклонов. Расчет и выбор циклонов. Батарейные циклоны. Принцип работы, конструкция и основные типы батарейных циклонов.


































  1. Мокрые газопромыватели (скрубберы). Устройство и работа скруббера Вентури.
























4. Улавливание газообразных примесей. Основы физической абсорбции. Конструкция и принцип работы основных абсорбционных аппаратов и установок.

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем со-прикасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Обратный процесс, т.е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или де(аб)сорбцией.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не пере-ходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором про-исходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворите-лем (поглотителем или абсорбентом), вещество, которое содержится в газо-вой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый ком-понент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотите-ля – абсорбатом.

Абсорбат удерживаются в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, назы-вают физической абсорбцией. При физической абсорбции происходит физи-ческое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие. Скорость абсорбции зависит от ряда факторов, главным образом, давле-ния и температуры. С ростом давления и температуры скорость абсорбции повышается.

Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией. Если изменяются условия, например, происходит понижение давления над жидкостью или снижается температура, процесс становится обратимым и происходит выде-ление газа из жидкости. Таким образом, может быть осуществлен цикличе-ский процесс абсорбции-десорбции. Это позволяет выделить поглощенный компонент. Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использо-вать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов: абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя погло-щенный компонент в чистом виде.

Абсорбционную очистку выбросов в атмосферу применяют как для из-влечения ценного компонента из газа, так и для санитарной очистки газа. Считают, что целесообразно применять абсорбцию, если концентрация дан-ного компонента в газовом потоке составляет свыше 1 %.

Абсорбция — наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности. Аб-сорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соедине-ний, органических веществ (фенола, формальдегида и др.).

Для более полного извлечения компонента из газовой смеси при физи-ческой абсорбции необходимо использовать принцип противотока с непре-рывной подачей в абсорбер свежего раствора.

Для многократного использования поглотитель подвергают регенера-ции, при этом из него извлекают абсорбтив, который реализуют в виде сырья для других процессов или целевого товарного продукта.

Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой –– твердыми телами различной формы. В насадочной колонне (рис.2) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом –– большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам. Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.

В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки главным образом в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах –– только по высоте элемента насадки. При перетекании жидкости с одного элемента насадки на другой пленка жидкости разрушается и на нижележащем элементе образуется новая пленка. При этом часть жидкости проходит через расположенные ниже слои насадки в виде струек, капель и брызг. Часть поверхности насадки бывает смочена неподвижной (застойной) жидкостьюhttp://gendocs.ru/gendocs/docs/14/13337/conv_1/file1_html_39f2731.png

Пленочные абсорберы. Эти аппараты более эффективны и компактны, чем поверхностные абсорберы. В пленочных абсорберах поверхностью контакта фаз является поверхность текущей пленки жидкости. Различают следующие разновидности аппаратов данного типа: трубчатые абсорберы, абсорберы с плоско - параллельной или листовой насадкой, абсорберы с восходящим движением пленки жидкости.
Насадочные абсорберы. Одним из наиболее распространенных абсорберов поверхностного типа является насадочный колонный аппарат. Он отличается простотой устройства и пригодностью к работе с агрессивными средами. Его применение допустимо как в тех случаях, когда массообмен контролируется диффузионным сопротивлением жидкой фазы, так и тогда, когда решающим является сопротивление газовой фазы. Насадочные абсорберы представляют собой колонны, загруженные насадкой - твердыми телами различной формы; при наличии насадки увеличивается поверхность соприкосновения газа и жидкости. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. В насадочной колонне жидкость течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, поэтому поверхностью контакта фаз является в основном смоченная поверхность насадки, и насадочные аппараты можно рассматривать как разновидность пленочных. Однако в последних пленочное течение жидкости происходит по всей высоте аппарата, а в насадочных абсорберах - только по высоте элемента насадки.
Барботажные (тарельчатые) абсорберы. Тарельчатые абсорберы представляют собой вертикальные колонны, внутри которых размещены горизонтальные перегородки - тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. В барботажных абсорберах газ выходит из большого числа отверстий и барботируется через слой жидкости либо в виде отдельных пузырьков (при малых скоростях газа), либо в виде струй (при повышенных скоростях газа), переходящих все же в поток пузырьков на некотором расстоянии от точки истечения газа. В результате образуется газожидкостная (гетерогенная) система нижняя часть, которой состоит из слоя жидкости с распределенными в ней газовыми пузырьками, средняя - из слоя ячеистой пены, а верхняя - из зоны брызг, возникающих при разрыве оболочек уходящих газовых пузырей. Высоты этих слоев изменяются со скоростью газа; с ее возрастанием уменьшается нижний слой и увеличивается средний (в пределах зависящих от физических свойств жидкости). Структуру газожидкостного слоя можно охарактеризовать его высотой, газосодержанием и размером газовых пузырьков. При истечении газа из одиночного затопленного отверстия с определенным диаметром, скорость которого ниже известного предела образуются одиночные свободно всплывающие пузырьки, диаметр которых, в рассматриваемом режиме, не зависит от расхода газа. Заметим, однако, что при интенсивном истечении газа образуются пузырьки различных размеров, которые при подъеме обычно деформируются, приобретая эллипсоидальную и полусферическую форму. Кроме того, газовые пузырьки имеют вертикальную траекторию движения (иногда даже спиральную).
Уровень жидкости при ее движении вдоль барботажной тарелки на пути от входа до перетока понижается на некоторую величину, вследствие гидравлического сопротивления. Это приводит к неравномерному распределению газового потока по сечению абсорбера; большие количества газа будут проходить там, где высота слоя жидкости меньше. http://coolreferat.com/dopb360620.zip 1 - тарелка; 2 - патрубки; 3 - колпачки; 4 - переливные трубы
Рисунок 1 - Колонна с колпачковыми тарелками 

Поверхностные абсорберы. Эти абсорберы используют для поглощения хорошо растворимых газов. В указанных аппаратах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Так как поверхность соприкосновения в таких абсорберах мала, то устанавливают несколько последовательно соединенных аппаратов, в которых газ и жидкость движутся противотоком друг к другу. Для того, чтобы жидкость перемещалась по абсорберам самотеком, каждый последующий по ходу жидкости аппарат располагают несколько ниже предыдущего. Для отвода тепла, выделяющегося при абсорбции, в аппаратах устанавливают змеевики, охлаждаемые водой или другим охлаждающим агентом, либо помещают абсорберы в сосуды с проточной водой.

5. Физические основы процесса адсорбции. Применение в промышленности. Устройство и основы расчета адсорберов с неподвижным слоем поглотителя.

Адсорбцией называют процесс избирательного поглощения компонента газа, пара или раствора с помощью адсорбентов — пористых твердых мате-риалов с большой удельной поверхностью.

Газовая среда, из которой происходит поглощение компонента, называ-ется газом-носителем, твердое вещество, поглощающее компонент — адсор-бентом, целевой поглощаемый компонент (поглощаемое вещество), находя-щийся в очищаемом газе, называют адсорбтивом, этот же компонент в ад-сорбированном состоянии, т.е. поглощенное вещество в адсорбенте - адсор-батом.

Процессы адсорбции являются избирательными и обратимыми. Каждый поглотитель обладает способностью поглощать лишь определенные вещества и не поглощать другие. Поглощенное вещество всегда может быть выделено из поглотителя путем десорбции.

В отличие от абсорбционных методов адсорбция позволяет проводить очистку газов при повышенных температурах.

По характеру взаимодействия адсорбата с поверхностью различают физиче-скую и химическую адсорбцию.

При физической адсорбции между молекулами адсорбента и молекулами адсорбируемого вещества не происходит химического взаимодействия. Про-цесс физической адсорбции может быть обратимым, т. е. чередуются стадии адсорбции и десорбции (выделения поглощенного компонента из адсорбен-та).

Физическая адсорбция обусловливается силами межмолекулярного взаимодействия (дисперсионный, ориентационный и индукционный эффек-

ты). Межмолекулярные силы слабы, поэтому при физической адсорбции происходит лишь небольшая деформация адсорбированных частиц. Этот вид адсорбции - чисто физический процесс с энергией активации порядка 4…12 кДж/моль. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при хемосорбции - химическими си-лами. При химической адсорбции молекулы адсорбента и адсорбтива химиче-ски взаимодействуют. Десорбция практически неосуществима. При химиче-ской адсорбции выделяется значительно больше теплоты, чем при физиче-ской адсорбции.

Химическая адсорбиия (хемосорбция) осуществляется за счет ненасы-щенных валентных сил поверхностного слоя. При этом могут образовываться поверхностные химические соединения, свойства и строение которых еще мало изучены. Известно только, что они отличны от свойств объемных со-единений. При образовании поверхностных соединений необходимо преодо-леть энергетический барьер, который обычно составляет 40…100 кДж/моль. Поскольку хемосорбция требует значительной энергии активации, ее иногда называют активированной адсорбцией. При физической адсорбции взаимо-действие молекул с поверхностью адсорбента определяется сравнительно слабыми силами (дисперсными, индукционными, ориентационными). Для физической адсорбции характерна высокая скорость, малая прочность связи между поверхностью адсорбента и адсорбтивом, малая теплота адсорбции (до 60 кДж/моль). В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодей-ствие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, а высвобож-дающееся тепло совпадает с теплом химической реакции (она колеблется в пределах 20…400 кДж/моль).

Величины физической и химической адсорбции с ростом температуры уменьшаются, однако при определенной температуре физическая адсорбция может скачкообразно перейти в активированную.

При адсорбции возможны очень большие скорости поглощения и полное извлечение компонентов, выделение которых путем абсорбции было бы не-возможно из-за их малой концентрации в смеси.

Адсорбцию применяют для очистки газов с невысоким содержанием га-зообразных или парообразных загрязнений до получения их очень низких объемных концентраций. Адсорбцию применяют для улавливания из газов, вентиляционных выбросов сернистых соединений, углеводородов, хлора, окислов азота, паров органических растворителей и др.

Адсорбция продолжает оставаться основным способом очистки техно-логических газовых выбросов. В принципе, адсорбция может быть примене-на для извлечения любых загрязнителей из газового потока.











6.Термическое обезвреживание и каталитическая очистка газовых выбросов.

Методы сжигания вредных примесей, способных окисляться, находят все большее применение для очистки дренажных и вентиляционных выбросов. Эти методы выгодно отличаются от других (например, мокрой очистки в скрубберах) более высокой степенью очистки, отсутствием в большинстве случаев коррозионных сред и исключением сточных вод. Как правило, при-меси сжигают в камерных топках с использованием газообразного или жид-кого топлива. Иногда на практике представляется возможным окислять орга-нические вещества, находящиеся в газовых выбросах, на поверхности ката-лизатора, что дает возможность понизить температуру процесса. Большое распространение для уничтожения токсичных веществ в отхо-дящих газах получили установки факельного сжигания. К факельным уста-новкам предъявляются высокие требования в отношении обеспечения безо-пасной и надежной работы в условиях пожаро- и взрывоопасности химиче-ских производств.

Химические реакции между ингредиентами газовых выбросов, которые в обычных условиях практически незаметны, значительно ускоряются с повы-шением температуры. Система, содержащая токсичные вещества, может быть обезврежена посредством термообработки, если реакции, происходя-щие в ней, приведут к образованию менее токсичных компонентов.

По типу происходящих реакций методы термообезвреживания можно разделить на восстановительные и окислительные. Термовосстановительные методы специфичны и разрабатываются индивидуально для каждого кон-кретного загрязнителя. Из них к настоящему времени в технике газоочистки нашли применение способы термохимического (с использованием аммиака) и термокаталитического восстановления NOх до N2, термокаталитического восстановления SO2 до S2 некоторые другие.

Из всех термоокислительных процессов для термообезвреживания при-годны исключительно реакции с кислородом, поскольку при участии иных окислителей принципиально невозможно получить безвредные продукты окисления. Поэтому далее под термином "окисление" подразумевается про-цесс, окислителем в котором служит кислород.

Термоокисление газообразных загрязнителей может происходить в газо-вой фазе (в объеме) или на границе раздела фаз (на поверхности). Газофаз-ный процесс осуществляют непосредственной огневой обработкой (сжигани-ем в пламени) газовых выбросов при температурах, превышающих темпера-туру воспламенения горючих компонентов выбросов. Для организации про-цесса окисления на границе раздела фаз используют катализаторы - конден-сированные вещества, способные за счет активности поверхностных частиц ускорять процесс окисления того или иного загрязнителя при температурах ниже температуры воспламенения.

Термоокислительные методы менее специфичны, чем термовосстанови-тельные, однако и они не универсальны.

Возможности термоокислительного метода обезвреживания ограничи-ваются также количеством отбросных газов и содержанием в них горючих компонентов. Если концентрация горючих компонентов выбросов не дости-гает нижнего предела воспламенения ("бедные" горючим выбросы), то их ог-невая обработка требует дополнительного расхода топлива на прогрев вы-бросов до температуры самовоспламенения, которая для паров углеводоро-дов составляет около 500...750°С. Температурный уровень процесса термока-талитического окисления несколько ниже (обычно 350...500°С), что также требует соответствующих затрат топлива.

3.3.1. Каталитические методы очистки газовых выбросов

Каталитические методы очистки основаны на взаимодействии удаляе-мых веществ с вводимым в очищаемую газовую среду веществом в присут-ствии катализатора. В результате реакций находящиеся в газе примеси пре-вращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа.

Каталитическая очистка позволяет обезвреживать оксиды азота, оксид углерода, другие вредные газовые загрязнения. Благодаря применению ката-лизаторов можно достичь высокой степени счистки газа, достигающей в ряде случаев 99,9 %. Каталитическая очистка применяется в основном при не-большой концентрации удаляемого компонента в очищаемом газе.

Каталитическое термообезвреживание используют обычно тогда, когда содержание горючих органических продуктов в отходящих газах мало, и не выгодно использовать для их обезвреживания метод прямого сжигания. В этом случае процесс протекает при 200…300°С, что значительно меньше температуры, требуемой для полного обезвреживания при прямом сжигании в печах и равной 950…1100°С. При температуре 100…150°С процессы рас-сматриваются как необратимые, что позволяет получать газ с весьма низким содержанием примесей.

Щелочные материалы и их соединения, нанесенные на различные носи-тели (например, оксиды металлов), часто оказываются более эффективными и надежными, а также гораздо более дешевыми, чем катализаторы из благо-родных металлов. На таких катализаторах реакция окисления начинается при невысоких температурах (около 200°С), что значительно повышает возмож-ность их использования для каталитического сжигания газов. В качестве но-сителя катализатора рекомендуются оксид алюминия, кизельгур и силикаты.

Каталитические методы очистки газов основаны на гетерогенном ката-лизе и служат для превращения примесей в безвредные или легко удаляемые соединения. Суть каталитических процессов газоочистки заключается в реа-лизации химических взаимодействий, приводящих к конверсии обезврежи-ваемых примесей в другие продукты в присутствии специальных катализато-ров. Катализаторы не вызывают изменения энергетического уровня молекул взаимодействующих веществ и смещения равновесия простых реакций. Их роль сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Катали-тические взаимодействия в гетерогенном катализе происходят на границе раздела фаз газовой смеси и поверхности катализатора. Катализатор обеспе-чивает взаимодействие на его поверхности конвертируемых веществ с обра-зованием активированных комплексов в виде промежуточных поверхност-ных соединений катализатора и реагирующих веществ, формирующих затем продукты катализа, освобождающие и восстанавливающие поверхность ка-тализатора.

Схема этого процесса для газовой реакции АВС+? в присут-ствии катализатора K может быть представлен в виде:

(3.96)

где K[АВ]- активированное промежуточное соединение на поверхности ката-лизатора.

Изменение пути химического взаимодействия в присутствии катализа-тора приводит к понижению его энергии активации, что выражается в уско-ряющем действии катализатора. Это следует из уравнения Аррениуса:

(3.97)

где k - константа скорости реакции; k0 - предэкспоненциальный множитель; Е - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - абсолютная температура

Активность катализатора определяется совокупностью физико-химических свойств как самого катализатора, так и конвертируемого газового потока. В наибольшей степени она зависит от температуры каталитического превраще-ния, структуры катализатора, содержания в нем промоторов, давления, объ-емного расхода, концентрации и молекулярных масс исходных реагентов и продуктов конверсии в газовой смеси.

Особенность процессов каталитической очистки газов заключается в том, что они протекают при малых концентрациях удаляемых примесей. Ос-новным достоинством каталитического метода очистки газов является то, что он дает высокую степень очистки, а недостатком - образование новых ве-ществ, которые надо удалять из газа абсорбцией или адсорбцией.

Оценка активности катализатора в различных условиях проведения про-цеса каталитического превращения может быть выражена отношением коли-чества образующихся в единицу времени продуктов Gп к объему V, массе Gк, работающей поверхности S катализатора:

(3.99)

В процессе эксплуатации катализаторов они в той или иной степени подвергаются постепенной дезактивации или деструкции, которые вызыва-ются химическими отравлениями, каталитическими ядами, механическим ис-тиранием, спеканием, агрегатированием, что приводит к необходимости пе-риодической регенерации (активации) или замены катализаторов.

Катализаторы должны обладать высокой активностью и теплопроводи-мостью, развитой пористой структурой, стойкостью к ядам, механической прочностью, селективностью, термостойкостью, иметь низкие температуры «зажигания», обладать низким гидравлическим сопротивлением, иметь низ-кую стоимость.

В процессах санитарной каталитической очистки отходящих газов высо-кой активностью обладают катализаторы на основе благородных металлов (платина, палладий, серебро и др.), оксидов марганца, меди, кобальта, а так-же оксидные контактные массы, активированные благородными металлами (1,0…1,5%).

Основные недостатки: обычно установки для каталитической очистки сложны, громоздки; в качестве эффективных катализаторов приходится при-менять дорогостоящие вещества — платину, палладий, рутений; используют и более дешевые — никель, хром, медь, но они менее эффективны. В целом наблюдается тенденция расширения применения каталитической очистки. Эти методы нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

7. Физические основы электрической очистки газов. Классификация и конструкция электрофильтров.

Осаждение взвешенных в газе твердых и жидких частиц под действием элек-трического поля имеет преимущества по сравнению с другими способами осаждения. Действие электрического поля на заряженную частицу определя-ется величиной ее электрического заряда. При электроосаждении частицам небольших размеров удается сообщить значительный электрический заряд и, благодаря этому, осуществить процесс осаждения очень малых частиц, кото-рый невозможно провести под действием силы тяжести или центробежной силы.

Принцип электрической очистки воздуха (газов) от взвешенных частиц за-ключается в зарядке частиц с последующим их выделением из взвешиваю-щей среды под воздействием электрического поля.

Физическая сущность электроосаждения состоит в том, что газовый по-ток, содержащий взвешенные частицы, предварительно ионизируют, при этом содержащиеся в газе частицы приобретают электрический заряд. Заряд-ка частиц в поле коронного разряда происходит под воздействием электриче-ского поля и вследствие диффузии ионов. Максимальная величина заряда частиц размером более 0,5 мкм пропорциональна квадрату диаметра частиц, а частиц размером меньше 0,2 мкм - диаметру частиц.

При обычных условиях большая часть молекул газа нейтральна, т. е. не несет электрического заряда того или иного знака; вследствие действия раз-личных физических факторов в газе всегда имеется некоторое количество носителей электрических зарядов. К таким факторам относится сильный на-грев, радиоактивное излучение, трение, бомбардировка газа быстродвижу-щимися электронами или ионами и др.

Ионизация газа осуществляется двумя способами:

1) самостоятельно, при достаточно высокой разности потенциалов на элек-тродах;

2) несамостоятельно - в результате воздействия излучения радиоактивных веществ, рентгеновских лучей.

В промышленности электроосаждение взвешенных частиц из газа про-водится таким образом, что газовый поток направляется внутрь трубчатых (или между пластинчатыми) положительных электродов, которые заземля ются (рис. 2.11). Внутри трубчатых электродов натягиваются тонкие прово-лочные или стержневые электроды, являющиеся катодами.

Если в электрическом поле между электродами создать определенное напряжение, то носители зарядов, т. е. ионы и электроны, получают значи-тельное ускорение, и при их столкновении с молекулами происходит иониза-ция последних. Ионизация заключается в том, что с орбиты нейтральной мо-лекулы выбивается один или несколько внешних электронов. В результате происходит превращение нейтральной молекулы в положительный ион и свободные электроны. Этот процесс называется ударной ионизацией При прохождении ионизированного потока газа в электрическом поле между двумя электродами заряженные частицы под действием электрического поля перемещаются к противоположно заряженным электродам и оседают на них.

Часть межэлектродного пространства, прилегающая к коронирующему электроду, в которой происходит ударная ионизация, называется корони-рующей областью. Остальная часть межэлектродного пространства, т. е. ме-жду коронирующим и осадительным электродами - называется внешней об-ластью.

Вокруг коронирующего электрода наблюдается голубовато-фиолетовое свечение (корона). Коронный разряд сопровождается также тихим потрески-ванием. При коронном разряде происходит выделение озона и оксидов азота.

Образовавшиеся в результате ударной ионизации ионы и свободные электроны под действием поля также получают ускорение и ионизируют но-вые молекулы. Таким образом, процесс носит лавинообразный характер. Од-нако по мере удаления от коронирующего электрода напряженность элек-трического поля уже недостаточна для поддержания высоких скоростей, и процесс ударной ионизации постепенно затухает.

Носители электрических зарядов, перемещаясь под действием электри-ческого поля, а также в результате броуновского движения, сталкиваются с пылевыми частицами, взвешенными в газовом потоке, проходящем через электрофильтр, и передают им электрический заряд.. При ионизации образуются как положительные, так и отрицательные ионы: положительные ионы остаются вблизи «короны» у катода, а отрица-тельные направляются с большой скоростью к аноду, встречая и заряжая на своем пути взвешенные в газе частицы.

Большая часть взвешенных частиц, проходящих в межэлектродном про-странстве, получает заряд, противоположный знаку осадительных электро-дов, перемещается к этим электродам и осаждается на них. Некоторая часть пылевых частиц, находящихся в сфере действия короны, получает заряд, противоположный знаку коронирующего электрода, и осаждается на этом электроде.



8.Типы промышленных пористых фильтров. Их основные характеристики.




9. Условия выпуска производственных сточных

вод в природные водоемы и городскую канализацию.

На современных промышленных предприятиях образуется большое количество сточных вод, т.к. вода является неотъемлемой частью большинства технологических процессов. Анализ сточных вод, образующихся на современных предприятиях показал, что в сбрасываемых в водоемы водах содержится в основном продукты, которые не относятся к категории сильно токсичных: хлориды, сульфаты, нитраты и фосфаты натрия, калия, кальция, алюминия, магния, железа, меди, органические продкту, зола, отходы рудообогащения и т.д. Однако от ряда производств, таких как, производство хлора, минеральных удобрений, полимерных материалов, красителей, коксохимическое производство, целлюлозно-бумажные предприятия, энергетические предприятия и др., в водоемы вместе со стоками поступают соединения ртути, фтора, мышьяка, селена, хрома, никеля, меди, кадмия, а также кислоты, щелочи, фенолы, метанол и др. вещества, содержание которых в воде строго лимитировано. На каждом промышленном предприятии неизбежно присутствуют бытовые сочные воды, содержащие пищевые отходы, стоки санитарных узлов, душевых и т.д. Эти воды содержат самые разнообразные примеси органического и минерального происхождения, различные, в т.ч. болезнетворные микробы.

Условия выпуска сточных вод в водоемы. В результате сброса сточных вод в водоемах изменяются физические свойства воды: повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются привкусы и запахи, плавающие вещества на поверхности и осадки на дне. Кроме того, происходят химические процессы: увеличивается содержание органических и не органических веществ, образуются токсические компоненты, уменьшается содержание кислорода и т.д. Вследствие чего, водоемы становятся непригодными не только для питьевого, но и для технического водопользования. Принципы сброса сточных вод в водоемы основаны на том, что после попадания этих вод в реки, озера, допускается некоторое ухудшение качества воды, но не должно отражаться на жизни водоема, его экосистемах, а также невозможность его дальнейшего использования в качестве источника водопользования. Чтобы не допустить ущерба водоемам, в сточных водах устанавливают нормируемые допустимые значения загрязнения.

Качество водных объектов. В РФ принята система нормирования на основе ПДК вредных загрязнителей, установленных регламентирующими «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнений сточными водами» и «Правилами санитарной охраны прибрежных районов морей» и др. Эти правила содержат указания по предупреждению и установлению загрязнения производственными сточными водами поверхностных водоемов – рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов. Нормативы качества воды в водоемах устанавливают это качество для водоемов двух видов водопользования:

- водоемы для централизованного и хозяйственно-питьевого водопользования;

- участки водоемов, которые используются для купания, спорта, отдыха и находящиеся в черте города.

Для каждого из них установлены ПДК вредных веществ.

При расположении пром-ых предприятий в городах или вблизи них, производ-ые сточ-ые воды могут сбрасываться в городскую канализацию. Очистка смеси бытовых и производ-х сточ. вод в этом случае осущ-ся на единых очистных сооружениях. Сточ.воды пром. предпр-й содержат специфич-е загрязнения, их спуск в городскую канализацию ограничен комплексом требований. Выпускаемые в канализацию производ-е сточ.воды не должны:

1.нарушать работу сетей и сооружений;

2.содержать вещ-ва, кот. способны засорять трубы канализац-х сетей;

3.иметь тем-ру выше 40 С;

4.содержать горючие примеси и растворенные газообраз-е вещ-ва.

Производ-е сточ.воды не удовлетвор-е указанным требованиям, должны подвергаться предварит. очистке. Сточ.воды в кот. могут содержаться радиоактивные, токсичные и бактериальные загрязнения, перед выпуском в гор.каналицию д/б
обезврежены и обеззаражены. Незагрязненные сточ. воды принимаются в гор.канализ-ю, когда необходимо разбавление сильноконцентрированных загрязненных стоков. При наличии в произ-х сточ.водах только минер-ых загряз.выпуск этих вод в гор.сеть канализ-и нецелесообразен, т.к. после местной обработки эти воды могут быть использованы в произ-ве или выпущены в водоем. Общие условия выпуска сточ.вод любой категории в поверх-е водоемы опред-ся народнохоз-ой значимостью этих водоемов и хар-ром водопользования.


10. Применение отстойников в очистных сооружениях.





Отстаивание сточных вод проводят в аппаратах, называемых отстойни-ками или сгустителями. Различают горизонтальные, радиальные, вертикаль-ные, трубчатые, пластинчатые отстойники с наклонными перегородками.

Горизонтальные отстойники (рис. 5.2) представляют собой прямоуголь-ные резервуары, имеющие два или более одновременно работающих отделе-ния. Вода движется с одного конца отстойника к другому.

Глубина отстойника равна 1,5…4 м, длина 12…48 м, ширина коридора 3…6 м. Горизонтальные отстойники применяют при расходе сточной воды свыше 15000 м3/сут. Эффективность отстаивания достигает 60%.

Отстойники проектируются в расчете на осаждение самых мелких час-тиц, находящихся в сточной воде. Поэтому время пребывания обрабатывае-мой сточной воды в аппарате должно быть больше времени осаждения мел-ких частиц или в пределе равно времени, необходимому для стесненного осаждения частицы наименьшего размера на дно аппарата с заданной высо-ты.

Горизонтальный отстойник представляет собой прямоугольную емкость, оборудованную водораспределительным и водосборным устройствами, трубопроводами для подвода осветляемой воды, а также устройством для периодического удаления образовавшегося осадка. Горизонтальные отстойники применяют на станциях очистки воды хозяйственно-питьевых и промышленных водопроводов, производительность которых достигает более 30000-50000 м3/сутки при удалении из воды взвешенных вещества, обработанных коагулянтом.Вертикальный отстойник представляет собой круглый либо квадратный резервуар, оборудованный трубопроводом подачи сточной воды, камерой хлопьеобразования, желобами для сбора осветленной воды, а также трубопроводом для периодического выпуска осадка или опорожнения отстойника. Преимуществом вертикальных отстойников является простота удаления из них осадков, которое производится под гидростатическим давлением. Их конструкция позволяет удалять осадок без специальных устройств. Отстойники данного типа применяются для осаждения скоагулированной взвеси с производительностью до 20000 м3/сутки.

Вертикальные отстойники получили распространение в основном для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, на очистных сооружениях промышленных предприятиях их используют сравнительно редко вследствие того, что при одинаковой нагрузке сточных вод эффективность вертикальных отстойников, как правило ниже, чем горизонтальных, а также того, что пропускная способность одного вертикального отстойника относительно мала.Емкостные отстойники и нефтеловушки, используемые для предварительной очистки сточных вод, разделения суспензий и эмульсий являются крупногабаритными и малоэффективны. Время пребывания жидкости при очистке от тонкодисперсных взвесей и эмульгированных нефтепродуктов может достигать нескольких часов, что приводит к неоправданному увеличению площади очистных сооружений.Эффективность очистки сточных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов в отстойниках, емкостного типа составляет не более 50 %. Низкая эффективность очистки объясняется несовершенством конструкций отстойников, в которых происходит турбулентное перемешивание под влиянием конвекционных и плотностных потоков, возникающих из-за температурных перепадов или неравномерного распределения концентрации загрязняющих веществ в объеме.

Несовершенство горизонтальных отстойников, имеющих значительную глубину, в которых частицы проходят вертикальный путь, равный глубине отстойника, могут быть снижены при использовании тонкослойных отстойников. Уменьшение высоты слоя отстаивания позволяет сократить время пребывания сточных вод, уменьшить перемешивание потока, вызванное конвекционными токами.Рабочий объем тонкослойного отстойника разделен по высоте наклонными пластинами на ряд зон отстаивания. Отстаивание в тонких слоях потока жидкости протекает быстро, поскольку путь движения осаждающихся частиц в 10-50 раз меньше, чем в емкостных отстойниках. Тонкослойные отстойники являются более компактными и требуют меньшей площади очистных сооружений. Преимущество тонкослойных отстойников также в том, что наличие параллельных пластин в  сечение отстойника позволяет равномерно распределить поступающий поток воды  и сохранить это распределение по всей длине. Следовательно в многоярусных отстойниках коэффициент использования объема гораздо выше.

Тонкослойный  отстойник делится наклонными пластинами на ярусы глубиной 45-110 мм. Наклон пластин в 45-60° к горизонту обеспечивает сползание осадка из ярусов в уплотнитель осадка, а всплывающих нефтепродуктов - на поверхность воды. Устройство ярусов в отстойнике нефтеловушке одновременно с уменьшением его объема обеспечивает стабильность потока жидкости и нивилирует возникновения температурных и плотностных потоков.

Сравнительные испытания очистки сточных вод с исходной концентрацией нефтепродуктов 100 мг/л в емкостном и тонкослойном отстойниках нефтеловушках равного объема  показали, что концентрация на выходе из тонкослойного отстойника достигает 10-15 мг/л, а из нефтеловушки обычной конструкции - 45-50 мг/л. Следовательно, применение тонкослойных отстойников взамен емкостных позволяет повысить эффективность очистки сточных вод от нефтепродуктов с 55 % до 85 %.

схема отстойника

Рис.1. Схема отстойника (многоярусного)

В тонкослойных отстойниках и нефтеловушках в зависимости от конструкции возможно осуществить несколько различных схем движения потока жидкости и взвешенных веществ:

Тонкослойный отстойник, представленный на рис.1., является прямоточным по извлекаемым нефтепродуктам и противоточным по оседающим взвешенным веществам.

Конструкция тонкослойного отстойника нефтеловушки с противоточным движением выделенной нефти и потока жидкости представлена на рис.2. Это прямоугольная емкость, разделенная перегородкой 9 на две секции. Над перегородкой расположены блоки из параллельных пластин 3. Шарнирное соединение 7 блока с перегородкой позволяет изменять угол наклона блока для подбора оптимального значение, при котором не происходит зашламление ярусов. Сточная вод поступает в первую секцию отстойника нефтеловушки через заглубленный трубопровод 2 с насадками 5. При этом из потока выделяется крупнодисперсная нефть. Мелкодисперсная нефть, на задержание которой рассчитана нефтеловушка, выделяется при прохождении рабочего потока через блок с параллельными пластинами 3. Задержанная в ярусах нефть движется против основного потока, выходит из блока и всплывает в первой секции. Рабочий поток, выйдя из блока, поднимается вверх и, переливаясь через водослив в лоток 6 для приема очищенной воды, отводится из очистного сооружения.
11. Песколовки. Их основные типы и технические характеристики.








12. Гидроциклоны, их типы, области применения.













13. Физико-химическая очистка производственных сточных вод. Характеристика основных методов.

К физико-химическим методам очистки сточных вод относят коагуляцию, флотацию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, ректификацию, выпари-вание, дистилляцию, обратный осмос и ультрафильтрацию, кристаллизацию, десорбцию и др. Эти методы используют для удаления из сточных вод тон-кодисперсных взвешенных твердых и жидких частиц, растворимых газов, минеральных и органических веществ.

Использование физико-химических методов для очистки сточных вод по сравнению с биохимическим имеет ряд преимуществ:

1) возможность удаления из сточных вод токсичных, биохимически не-окисляемых органических загрязнений;

2) достижение более глубокой и стабильной степени очистки;

3) меньшие размеры сооружений;

4) меньшая чувствительность к изменениям нагрузок;

5) возможность полной автоматизации;

6) более глубокая изученность кинетики некоторых процессов, а также вопросов моделирования, математического описания и оптимизации, что важно для правильного выбора и расчета аппаратуры;

7) методы не связаны с контролем за деятельностью живых организмов;

8) возможность рекуперации различных веществ.
Выбор того или иного метода очистки (или нескольких методов) производят с учетом санитарных и технологических требований, предъявляемых к очи-щенным производственным сточным водам с целью дальнейшего их исполь-зования, а также с учетом количества сточных вод и концентрации загрязне-ний в них.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее при-меняют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т.е. частиц размером 1…100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химиче-ских и физических процессов. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагу-лянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способно-стью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коа-гулянтов – слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение. Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянта-ми. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не толь-ко при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулян-тов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить ско-рость осаждения образующихся хлопьев. Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергией поверхностных пограничных слоев, а также поверхност-ными явлениями смачивания.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых дис-персионных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а так-же для удаления растворенных веществ, например, поверхностно-активных веществ (ПАВ). Процесс очистки сточных вод от ПАВ называют пенной се-парацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очист-ки сточных вод нефтеперерабатывающих производств, искусственного во- водств. Ее используют также для выделения активного ила после биохимиче-ской очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, невысокие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, возможность получения шлама более низкой влажности, высокая степень очистки (95…98%), возможность реку-перации удаляемых веществ. Флотация сопровождается также аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов. Адсорбционные методы широко применяются для глубокой очистки сточных вод от растворенных органических веществ после биохимической очистки, а также в локальных установках, если концентрация этих веществ в воде невелика и они биологически не разлагаются или являются сильноток-сичными.

Адсорбцию используют для обезвреживания сточных вод от фенолов, гербицидов, пестицидов, ароматических нитросоединений, ПАВ, красителей. Достоинством метода является высокая эффективность, возможность очист-ки сточных вод, содержащих несколько веществ, а также рекуперации этих веществ.

Адсорбционная очистка вод может быть регенеративной, т.е. с извлече-нием вещества из адсорбента и его утилизацией, и деструктивной, при кото-рой извлеченные из сточных вод вещества уничтожаются вместе с адсорбен-том. Эффективность адсорбционной очистки достигает 80…95 % и зависит от химической природы адсорбента, величины адсорбционной поверхности, от химического строения извлекаемого вещества и его состояния в растворе. Ионообменная очистка применяется для извлечения из сточных вод тя-желых металлов (цинка, меди, хрома, никеля, свинца, ртути, кадмия, ванадия, марганца), а также соединений мышьяка, фосфора, цианистых соединений и радиоактивных веществ. Метод позволяет рекуперировать ценные вещества при высокой степени очистки воды. Ионный обмен широко распространен при обессоливании в процессе водоподготовки. Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содер-жащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов. Целесообраз-ность использования экстракции определяется концентрацией органических примесей. Для каждого вещества существует концентрационный предел рен-табельности извлечения его из сточных вод. В общем случае для большинст-ва веществ можно считать, что при концентрации выше 3…4 г/л примеси ра-циональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая стадия – смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). При этом образуются две жидкие фазы. Одна фаза – экстракт содержит из-влекаемое вещество и экстрагент, другая фаза – рафинат содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината; третья стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. При выборе рас-творителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойст-ва, стоимость и возможные способы регенерации. Обратным осмосом и ультрафильтрацией называют процессы фильт-рования растворов через полупроницаемые мембраны, избирательно пропус-кающие растворитель и полностью или частично задерживающие молекулы растворенных в них веществ, под давлением, превышающим осмотическое давление.

14. Нейтрализация кислых промышленных стоков. Общие положения.

Сточные воды, содержащие минеральные кислоты или щелочи, перед сбросом их в водоемы или перед использованием в технологических процес-сах нейтрализуют. Практически нейтральными считаются воды, имеющие pH = 6,5…8,5.

Нейтрализацию можно проводить различным путем: смешением кислых и щелочных сточных вод, добавлением реагентов, фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы, абсорбцией кислых газов щелочными водами или абсорбцией аммиака кислыми водами. В процессе нейтрализации могут образовываться осадки.

Для нейтрализации кислых вод могут быть использованы: NaOH, KOH, Na2CO3, NH4OH (аммиачная вода), CaCO3, MgCO3, доломит (CaCO3?MgCO3), цемент. Наиболее доступным реагентом является гидроксид кальция (извест-ковое молоко) с содержанием 5…10% активной извести Ca(OH)2. Иногда для нейтрализации применяют отходы производства: шлаки металлургических производств.

Реагенты выбирают в зависимости от состава и концентрации кислой сточной воды. Различают три вида кислотосодержащих сточных вод:

1) воды, содержащие слабые кислоты (H2CO3, CH3COOH);

2) воды, содержащие сильные кислоты (HCl, HNO3);

3) воды, содержащие серную и сернистую кислоты.

При нейтрализации известковым молоком сточных вод, содержащих серную кислоту, в осадок выпадает гипс CaSO4?2H2O, что вызывает отложе-ние его на стенках трубопроводов.

Для нейтрализации щелочных сточных вод используют различные ки-слоты или кислые газы, например, отходящие газы, содержащие CO2, SO2, NO2, N2O3 и др. Применение кислых газов позволяет не только нейтрализо-вать сточные воды, но и одновременно производить очистку самих газов от вредных компонентов.

Количество кислого газа, необходимого для нейтрализации, может быть определено по уравнению массоотдачи:

CFkMж????=?, (5.97)

где M – количество кислого газа, необходимого для нейтрализации; k – фак-тор ускорения хемосорбции; ?ж – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; F – поверхность контакта фаз; ?С – движущая сила процесса.

Нейтрализация щелочных вод дымовыми газами является ресурсосбере-гающей технологией, т.к. при этом ликвидируется сброс сточных вод, сокра-щается потребление свежей воды, экономится тепловая энергия на подогрев свежей воды, а также очищаются дымовые газы от кислых компонентов (CO2, SO2 и др.) и от пыли.


15. Применение коагуляции в очистке сточных вод промышленных предприятий. Характеристика основных коагулянтов.

Коагуляция – это процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. В очистке сточных вод ее при-меняют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция наиболее эффективна для удаления из воды коллоидно-дисперсных частиц, т.е. частиц размером 1…100 мкм. Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химиче-ских и физических процессов. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ – коагу-лянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидроксидов металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способно-стью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коа-гулянтов – слабый положительный заряд, то между ними возникает взаимное притяжение.

Для коллоидных частиц характерно образование на поверхности частиц двойного электрического слоя. Одна часть двойного слоя фиксирована на по-верхности раздела фаз, а другая создает облако ионов, т.е. одна часть двойно-го слоя является неподвижной, а другая подвижной (диффузный слой). Раз-ность потенциалов, возникающая между неподвижной и подвижной частями слоя (в объеме жидкости) называется дзета-потенциалом ? или электроки-нетическим потенциалом, отличным от термодинамического потенциала Е, который представляет собой разность потенциалов между поверхностью час-тиц и жидкостью. Дзета-потенциал зависит как от Е, так и от толщины двой-ного слоя. Его значение определяет величину электростатических сил оттал-кивания частиц, которые предохраняют частицы от слипания друг с другом. Малый размер коллоидных частиц загрязнений и отрицательный заряд, рас-пределенный на их поверхности, обуславливает высокую стабильность кол-лоидной системы.

Чтобы вызвать коагуляцию коллоидных частиц, необходимо снизить ве-личину их дзета-потенциала до критического значения добавлением ионов, имеющих положительный заряд. Таким образом, при коагуляции происходит дестабилизация коллоидных частиц вследствие нейтрализации их электриче-ского заряда. Эффект коагуляции зависит от валентности иона коагулянта, несущего заряд, противоположный знаку заряда частиц. Чем выше валент-ность, тем более эффективно коагулирующее действие.

Для начала коагуляции частицы должны приблизиться друг к другу на расстояние, при котором между ними действуют силы притяжения и химиче-ского сродства. Сближение частиц происходит в результате броуновского движения, а также при ламинарном или турбулентном движении потока во-ды. Коагулирующее действие солей есть результат гидролиза, который про-ходит вслед за растворением. Кроме коагулянтов к осветляемой жидкости добавляют небольшие коли-чества флокулянтов, способствующих слипанию агрегативно неустойчивых твердых частиц.

Флокуляция – это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянта-ми. В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не толь-ко при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроксидов алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулян-тов, уменьшить продолжительность процесса коагуляции и повысить ско-рость осаждения образующихся хлопьев.

Для очистки сточных вод используют природные и синтетические фло-кулянты. К природным флокулянтам относятся крахмал, декстрии, эфиры, целлюлозы и др. Активный диоксид кремния (xSiO2.yH2O) является наиболее распространенным неорганическим флокулянтом. Из синтетических органи-ческих флокулянтов наибольшее применение получил полиакриламид (ПАА). При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его мак-ромолекул и природу дисперсионных частиц. Оптимальная доза ПАА для очистки промышленных сточных вод колеблется в пределах 0,4…1 г/м3.

Механизм действия флокулянтов основан на явлении адсорбции моле-кул флокулянта на поверхности коллоидных частиц, на образовании сетчатой структуры молекул флокулянта, на слипании коллоидных частиц за счет сил Ван–дер–Ваальса. При действии флокулянтов между коллоидными частица-ми образуются трехмерные структуры, способные к более быстрому и пол-ному отделению от жидкой фазы.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты.

. Соли алюминия. Сульфат алюминия (глинозем) А12(SO4) 18H2O (плотность 1,62 т/м3, насыпная масса 1,05-1,1 т/м3, растворимость в соде при температуре 200С-362 г/л). Процесс коагуляции солями алюминия рекомендуется проводить при значениях рН=4,5ё 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 Ч 18H2O] и алюмоаммонийные [Al (NH4) (SO4)2 Ч 12Н2О] квасцы имеют меньшую стоимость и дефицитность, чем сульфат алюминия.

Соли железа. Сульфат двухвалентного железа, или железный купорос FeSO4 Ч 7H2O (плотность 3 т/м3, насыпная масса 1,9. т/м3, растворимость в воде при температуре 20 °С-265 г/л). Применение процесса коагуляции оптимально при рН>9. Гидроксид железа - плотные, тяжелые, быстро осаждающиеся хлопья, что является несомненным преимуществом его применения. Хлорид железа FeCl3 Ч 6H2O; сульфат железаFe2(SO4)3 Ч 9H2O.

 Соли магния. Хлорид магния MgCl2 Ч 6H2O; сульфат магния MgSO4-7H2O.

Известь.

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.

16. Обезвреживание промышленных стоков окислением. Характеристика основных окислителей.


























17. Теоретические основы и применение флотации в очистке сточных вод.

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергией поверхностных пограничных слоев, а также поверхност-ными явлениями смачивания.

Флотацию применяют для удаления из сточных вод нерастворимых дис-персионных примесей, которые самопроизвольно плохо отстаиваются, а так-же для удаления растворенных веществ, например, поверхностно-активных веществ (ПАВ). Процесс очистки сточных вод от ПАВ называют пенной се-парацией или пенным концентрированием. Флотацию применяют для очист-ки сточных вод нефтеперерабатывающих производств, искусственного волокна, целлюлозно-бумажного, кожевенного, пищевых, химических произ-водств. Ее используют также для выделения активного ила после биохимиче-ской очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, невысокие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, возможность получения шлама более низкой влажности, высокая степень очистки (95…98%), возможность реку-перации удаляемых веществ. Флотация сопровождается также аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефтепродукты, мас-ла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов "частицы - пузырьки", всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.

Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жид-костью.

Смачивающаяся способность жидкости зависит от ее полярности, с воз-растанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьша-ется. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60…65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуются величиной краевого угла смачивания ?. Чем больше угол ?, тем больше гидрофобия поверхности частицы, т.е. увеличивается ве-роятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воз-душных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды прорывается при некоторой критической толщине и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс “пу-зырек-частица” поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в ис-ходной сточной воде.

При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр-линия, ог-раничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз – твердой, жидкой и газообразной (рис. 5.7). Флотация с выделением воздуха из раствора. Этот способ применяют для очистки сточных вод, которые содержат очень мелкие частицы загрязне-ний. Сущность способа заключается в создании пересыщенного раствора воздуха в сточной жидкости. При уменьшении давления из раствора выделя-ются пузырьки воздуха, которые флотируют загрязнения. В зависимости от способа создания перенасыщенного раствора воздуха в воде различают, ва-куумную, напорную и эрлифтную флотацию.

При вакуумной флотации - сточную воду предварительно насыщают воздухом при атмосферном давлении в аэрационной камере, а затем направ-ляют во флотационную камеру, где вакуум-насосом поддерживается разре-жение 29,9…39,3 кПа (225…300 мм рт.ст). Выделяющиеся в камере мель-чайшие пузырьки выносят часть загрязнений. Процесс флотации длится око-ло 20 минут. Достоинствами этого способа являются: образование пузырьков газа и их слипание с частицами происходит в спокойной среде, что сводит к минимуму, вероятность разрушения агрегатов "пузырек-частица"; затрата энергии на процесс минимальна. Недостатки: незначительная степень насы-щения стоков пузырьками газа, поэтому этот способ нельзя применять при высокой концентрации взвешенных частиц (не более 250-300 мг/л); необхо-димость создавать герметически закрытые флотаторы и размещать в них скребковые механизмы.

Напорные флотационные установки имеют большее распространение, чем вакуумные. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация (рис. 5.8) позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до 4…5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляются коагулянты. Аппа-раты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5…10 раз меньше остаточное содержание загрязнений и имеют в 5…10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии:

1) насыщение воды воздухом под давлением;

2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.

Флотация с механическим диспергированием воздуха. Механическое диспергирование воздуха во флотационных машинах обеспечивается тур-бинками насосного типа – импеллерами, представляющими собой диск с ра-диальными, обращенными вверх, лопатками. Такие установки применяются для очистки сточных вод с высоким содержанием взвешенных частиц (более 2 г/л). Степень измельчения вихревых газовых потоков на пузырьки и эффек-тивность очистки зависят от скорости вращения импеллера: чем больше ско-рость, тем меньше пузырек и тем больше эффективность процесса.

Пневматические установки применяют для очистки сточных вод, со-держащих растворенные примеси, агрессивные к движущимся механизмам. Измельчение пузырьков воздуха достигается при пропускании его через спе-циальные сопла с отверстиями диаметром 1…1,2 мм, с давлением перед ни-ми 0,3…0,5 МПа. Скорость струи воздуха на выходе из сопла 100-200 м/с. Продолжительность флотации – в пределах 15…20 мин.

Флотация при помощи пористых пластин. При пропускании воздуха через керамические пористые пластины или колпачки получаются мелкие пузырьки, Этот метод имеет следующие преимущества: простая конструкция фло-тационной камеры; меньшие затраты энергии из-за отсутствия насосов, им-пеллеров. Недостатки способа: частое засорение и зарастание отверстий по-ристого материала; неоднородность размеров отверстий пористого материа-лы.

Эффект флотации этим способом зависит от величины отверстий мате-риала, давления воздуха, расхода воздуха, продолжительности флотации, уровня воды во флотаторе. Размер отверстий должен быть 4…20 мкм, давле-ние воздуха 0,1…0,2 МПа, расход воздуха 40…70 м3/(м2.ч), продолжитель-ность флотации 20…30 мин, уровень воды в камере до флотации 1,5…2м.

18. Применение экстракции в очистке сточных вод. Схемы промышленной экстракции.

Жидкостную экстракцию применяют для очистки сточных вод, содер-жащих фенолы, масла, органические кислоты, ионы металлов. Целесообраз-ность использования экстракции определяется концентрацией органических примесей. Для каждого вещества существует концентрационный предел рен-табельности извлечения его из сточных вод. В общем случае для большинст-ва веществ можно считать, что при концентрации выше 3…4 г/л примеси ра-циональнее извлекать экстракцией, чем адсорбцией. При концентрации меньше 1 г/л экстракцию следует применять только в особых случаях.

Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая стадия – смешение сточной воды с экстрагентом (органическим растворителем). При этом образуются две жидкие фазы. Одна фаза – экстракт содержит из-влекаемое вещество и экстрагент, другая фаза – рафинат содержит сточную воду и экстрагент. Вторая стадия – разделение экстракта и рафината; третья стадия – регенерация экстрагента из экстракта и рафината. При выборе рас-творителя следует учитывать его селективность, физико-химические свойст-ва, стоимость и возможные способы регенерации.

Эктрагент должен:

- растворять извлекаемое вещество значительно лучше, чем вода, т.е. обладать высоким коэффициентом распределения;

- обладать большой селективностью растворения, т.е. чем меньше экст-рагент будет растворять компоненты, которые должны остаться в сточной воде, тем более полно будут извлекаться вещества, которые необходимо уда-лить;

- иметь, по возможности, наибольшую растворяющую способность по отношению к извлекаемому компоненту, т.к. чем она выше, тем меньше по-требуется экстрагента;

- иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать устой-чивых эмульсий, т.к. затрудняется разделение экстракта и рафината;

- значительно отличаться по плотности от сточной воды, для обеспече-ния быстрого и полного разделения фаз;

- обладать большим коэффициентом диффузии; чем он больше, тем вы-ше скорость массообмена;

- регенерироваться простым и дешевым способом;

- иметь температуру кипения, отличающуюся от температуры экстраги-руемого вещества;

- иметь небольшую удельную теплоту испарения и небольшую теплоем-кость;

- не взаимодействовать с извлекаемым веществом, т.к. это может за-труднить регенерацию экстрагента;

- не быть вредным, взрыво- и огнеопасным и не вызывать коррозию ма-териала аппаратов; - иметь небольшую стоимость.

Скорость подачи экстрагента в сточную воду должна быть минималь-ной. Она зависит от степени очистки и коэффициента распределения, кото-рый выражается отношением растворенного вещества в экстрагенте и воде. Это выражение является законом равновесного распределения и характеризу-ет динамическое равновесие между концентрациями экстрагируемого веще-ства в экстрагенте и воде при данной температуре.





19. Схемы сорбционной очистки сточных вод и основы их расчета. Характеристика применяемых адсорбентов.













20. Сущность биологической очистки сточных вод. Применение биологической очистки в промышленности.

Биологический (или биохимический) метод очистки сточных вод применяется для очистки производственных и бытовых сточных вод от органических и неорганических загрязнителей. Данный процесс основан на способности некоторых микроорганизмов использовать загрязняющие сточные воды вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности.Основной процесс, протекающий при биологической очистке сточных вод, – это биологическое окисление. Данный процесс осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), состоящим из множества различных бактерий, простейших водорослей, грибов и др., связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза и антагонизма).Главенствующая роль в этом сообществе принадлежит бактериям.Очистку сточных вод рассматриваемым методом проводят в аэробных (т. е. в присутствии растворенного в воде кислорода) и в анаэробных (в отсутствие растворенного в воде кислорода) условиях. Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточ-ных вод. Аэробный метод основан на использовании аэробных групп орга-низмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток ки-слорода и температура 20…40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или биопленке. Анаэробные методы очистки протекают без доступа кислорода; их используют в основном для обезврежи-вания осадков. Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточ-ных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПКполн ? 4…5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах бро-жения. В зависимости от конечного вида продукта различают виды броже-ния: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конеч-ными продуктами брожения являются: спирты, кислоты, ацетон, газы броже-ния (СО2, Н2, СН4).



























Оценка эффективности пылеуловителей. Расчет общей степени очистки по результатам дисперсного состава пыли
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации