Химическое загрязнение биосферы и меры его предотвращения Исполнитель

загрязнение биосферы и меры его предотвращен~.doc

Скачано: 56
Размер: 59 Kb

Matn

Химическое загрязнение биосферы и меры его предотвращения

План темы:

1. Общая характеристика химического

загрязнения среды

2. Способы и средства защиты атмосфе-

ры от химического загрязнения

3. Сточные воды химической промышлен-

ности и методы их очистки

4. Принципы безотходного производства

{spoiler=Продолжать Читать}

1. Общая характеристика химического загрязнения среды

На всех стадиях своего развития человек был связан с природной средой. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось и сейчас грозит стать глобальной опасностью для всего человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, т.к. на них строятся города и заводы, которые все сильнее загрязняют среду своими отходами и промышленными выбросами.

В настоящее время прослеживается тенденция усиление загрязнения биосферы несвойственными ей веществами химического происхождения. Среди химических загрязнителей преобладающим являются газообразные и аэрозольные выбросы промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на Земле, что чревато последствиями подъема уровня Мирового океана и покрытия водой земной поверхности. Вызывает тревогу и загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, уже достигшее 1/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между атмосферой и гидросферой, что чревато последствиями гибели водных организмов. Не менее тревожное состояние с химическим загрязнением почвы различными пестицидами, которое ведет к распаду агроэкосистем. В целом все рассмотренные факторы оказывают загрязняющий эффект и отрицательно влияют на процессы, происходящие в биосфере.

В народном хозяйстве существуют три основных источника загрязнения среды: промышленность, энергетика и транспорт. Наиболее значительным является загрязнение среды промышленностью. Количественный и качественный состав загрязнителей определяется ассортиментом производимой продукции, используемого при этом сырья и вида сжигаемого топлива. Металлургическая промышленность, особенно цветная металлургия, выбрасывая в атмосферу оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, ртути и мышьяка загрязняет её ядовитыми веществами. Немало вредных газов поступает в атмосферу в результате сжигания органического топлива, в первую очередь мазута и угля, для нужд промышленности, энергетических объектов и работы транспорта. Атмосферные загрязнители разделяют на две группы: первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения первичных. Так, поступающий в атмосферу сернистый ангидрид атмосферным кислородом окисляется до серного ангидрида, который взаимодействуя с атмосферной влагой, образует капельки серной кислоты (А). При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Попадаясь в атмосферу, оксид азота может образовать азотную кислоту (Б).

А. 1) 2SO₂+ O₂ → 2SO₃ Б. NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

2) SO₃ + H₂O → H₂SO₄

Образовавшиеся в атмосфере эти кислоты в виде «кислых осадков» с атмосферной влагой оседают в почву. Таким образом, в результате химических, фотохимических и физико-химических реакций между загрязняющими веществами и другими содержимыми атмосферы, образуются вторичные, третичные и других порядков химических веществ.

Наиболее серьезным источником загрязнения биосферы является химическая промышленность. Она является многоотраслевой и включает химической, нефтехимической, агрохимической и других отраслей промышленности. Многообразие продукции и применяемого сырья определяет широкий спектр загрязнителей атмосферного воздуха, водных бассейнов и почвы. Многие выбросы, сбросы и отходы производства характеризуются значительными объемами и высокой токсичностью. Из-за разнообразия технологических процессов их подавление весьма затруднительно. Особенно вредно для окружающей среды производство лакокрасочных изделий и растворителей, производство моющих средств, минеральных удобрений, кислот, пластмасс, синтетических волокон и других. В процессе производства этих продуктов выбрасываются в среду различные химические соединения – оксиды серы, азота и углерода, сероуглерод и сероводород, аммиак, а также такие высокотоксичные вещества, как олефины, амины, фенол, мышьяк, оксиды ванадия и многие другие, принадлежащие к 1-классу по степени опасности.

2. Способы и средства защиты атмосферы от химического загрязнения

Промышленные газовые выбросы представляют собой сложные дисперсные системы т.е. аэрозоли (гр. аer – воздух + soluto – раствор), в которых содержатся смеси различных газов и твердых (пылевых) частиц. В зависимости от параметров газового потока (запыленность, температура, давление, влажность) применяются три основных групп методов очистки:

1) сухая механическая газоочистка, т.е. сухой метод газоочистки – основан на разделение пылевых частиц от газов путем гравитационного осаждения и фильтрации:

гравитационное осаждение (< лат. gravitas – тяжесть ) производится в отстойных газоотходах и пылеосадочных камерах, где аэрозольные загрязнители при однонаправленном медленном движении запыленного газа осаждаются под действием силы собственной тяжести. Метод применим лишь крупных частиц диаметром 50-100 μm и действенно для грубой очистки запыленного воздуха. Степень очистки не более 50%;

фильтрация (фр. filter – войлок) шире применяется в цементном и электросталеплавительном производствах и производится в электрических и рукавных фильтрах. Электрические фильтры применяются для улавливания пылевых частиц диаметром 2 μm и представляют собой металлическую полую камеру (обычно вертикальную), где смонтированы коронирующие (из проволоки) и осадительные (из плоских пластин) электроды. На коронирующие подаётся отрицательное, а на осадительные – положительное электрическое напряжение. Под воздействием напряжения возникает коронный заряд, вызывающий в электрическом поле направленное движение электронов и ионов к осадочным электродам. Осажденная пыль с электродов удаляется встряхиванием или смывом. Эффективность очистки до 98%. Рукавные фильтры применяются для тонкой очистки запыленных газов, в т.ч. и цветной металлургии. Они представляют собой конструкцию из металлического корпуса с подвешенными внутри тканевыми рукавами диаметром 220 mm и длиной 4 m. В зависимости от марок фильтров количество в них рукав от 7 до 396. Вход газа в рукава осуществляется сверху через коллектор, пыль осаждается в рукава, которые периодически встряхиваются, а очищенный газ, проникая через рукава поступает в межрукавное пространство с последующим выбросом в атмосферу через нижние коллектора. Эффективность метода очистки составляет до 99,9%;

2) сухой-мокрый метод основан на ступенчатой очистке, выполняемый инерционным и центробежным осаждением пылевых частиц с последующим применением скруббера:

инерционное осаждение (< лат. inertia – неподвижность) основано на стремление взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения (скорость 1,0-3,0 m/s) при изменении направления газового потока. Для этого чаще применяются многожалюзные и полочные пыле-уловители. Метод применим для грубой очистки газов от пылевых частиц диаметром до 20 μm;

центробежное осаждение основано на действие центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в циклоне, или при вращении самого циклона. При этом применяют батарейные циклоны, вращающиеся циклоны (ротоциклоны) и другие. Метод применим для очистки газов от пылевых частиц диаметром, более 30 μm. Эффективность очистки порядка 90%. После прохождение первых двух ступеней недоочищенная смесь проходит через скруббер, где оставшиеся в их составе загрязнители осаждаются распыляемой на них жидкостью;

3) мокрая очистка газов применяется для газо- и парообразных выделений химического производства абсорбционным, адсорбционным, каталитическим, термическим и конденсационным методами:

абсорбционный метод (лат. absorptio – поглощение) основан на поглощении вредных газообразных примесей жидкими поглотителями (аб сорбентами);

адсорбционный метод (< лат. ad – на + sorbene – поглощать) позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества);

каталитический метод (< гр. katalysis – разрушение) основан на химическое превращение токсичных компонентов промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества. Этим методом очищаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов;

термический метод (< гр. therme – жар) применяется для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурнопахнущих примесей. Метод основан на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных горелках. По-другому называется как метод прямого сжигания;

метод конденсации (лат. condensatio – сгущение) заключается в уменьшении давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смеси паров растворителя с воздухом предварительно охлаждаются в теплообменнике, а затем конденсируются;

3. Сточные воды химической промышленности и методы их очистки

Классификация сточных вод. В технологических процессах химического производства образуются следующие виды сточных вод:

реакционные воды – воды, образующиеся в процессе реакций. Они загрязнены сырьем и продуктами реакции;
вода, содержащаяся в сырье и продуктах – вода, свободная или связанная в составе сырья и исходных продуктов. Она загрязнена различными органическими веществами – фенолами, альдегидами, кетонами и др.;
промывная вода – вода, использованная для промывки сырья и продуктов;
маточные водные растворы – воды, образованные в процессе получения или переработки продуктов в водной среде;
водные экстракты и абсорбционные жидкости – воды, образованные при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента. Особенно большое количество абсорбционных жидкостей образуется при мокрой очистке отходящих газов;
охлаждающие воды – воды, использованные для охлаждения аппаратов и продуктов. Они, если не соприкасаются с технологическими продуктами, считаются не загрязненной и используются в системах оборотного водоснабжения;
прочие сточные воды – воды, образованные от вакуум-насосов, конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации паров воды, от мойки оборудования, посуды, помещений и т.д. К прочем относятся также атмосферные осадки с территорий химических предприятий.

Сущность этой классификации состоит в том, что все примеси воды по их отношению и дисперсионной среде разделены на четыре группы:

1- группа – сточные воды содержат нерастворимые в воде примеси с величиной частиц 10 ^-5 – 10 ^-4 м и более;

2 – группа – сточные воды представляют собой коллоидные растворы;

3 – группа – сточные воды содержат растворенные газы и молекулярно-растворимые органические вещества;

4 – группа – сточные воды содержат вещества, диссоциирующие в ионы.

Фазово-дисперсная характеристика примесей сточных вод позволяет предложить для каждой группы определенный набор методов очистки вод.

Методы очистки сточных вод. Сточные воды химического производства очищаются механическими, физико-химическими и биологическими методами. Кроме того, в отдельных случаях используются термические методы. Все применяемые методы очистки могут быть подразделены на две группы: а) регенеративные – заключающиеся в извлечении примесей; б) деструктивные – заключающиеся в разложении примесей. Выбор метода очистки зависит от состава содержимых в воде загрязнителей. Сточные воды химического производства обычно содержат взвешенные грубодисперсные и мелкодисперсные примеси. Грубодисперсные примеси выделяют из сточных вод отстаиванием, флотацией и др. методами, мелкодисперсные – фильтрованием, коагуляцией, центробежным осаждением и прочими методами.

Отстаивание – основывается на закономерности движения тел в жидкости под воздействием гравитационной силы. Отстаивание выполняется в специальных сооружениях – отстойниках. В зависимости от характера сточных вод применяются вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники. Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный резервуар с коническим днищем, диаметром до 10 м; горизонтальный отстойник – это прямоугольный резервуар глубиной до 4 м, длиной до 20 м и с шириной коридора до 6 м. Продолжительность отстаивания воды 1-3 ч; радиальный отстойник – обычно круглый резервуар диаметром до 60 м, глубина проточной части до 5 м. Продолжительность отстаивания воды 1,5-2 ч.

Флотация (англ. flotation - всплывание) основывается на очистку сточных вод от загрязнителей в флотомашине, связывая их в состав пены. При флотации образуются комплекс частиц в виде пузырьков, которые всплывая в поверхность воды, образуют пенный слой и периодически удаляются.

Коагуляция (лат. coagulation – свертывание, сгущение) основана на свертывание мелкодисперсных и коллоидных загрязнителей посредством коагулянтов. В качестве минерального коагулянта часто применяют соли алюминия и железа, реже соли кальция и магния. При коагуляции образуются малорастворимые гидроксиды этих металлов, которые оседают на дно.

Флокуляция – для ускорения процесса хлопьеобразования и осаждение хлопьев в сточную воду добавляют высокомолекулярные вещества – флокулянтов. Флокулянтов обычно применяют в дополнении к минеральным коагулянтам для ускорения процесса оседания загрязнителей. Из неорганических флокулянтов применяют активную кремневую кислоту, а также содового и сульфатного жидкого стекла. В качестве природных органических флокулянтов применяют крахмал, декстрин, карбоксиметилцеллюлозы и альгинат натрия, а в качестве синтетических органических – полиакриамид, полиэтиленимин и другие.

Сточные воды от растворенных неорганических примесей очищаются реагентным, термическим, ионообменным и электрохимическим методами.