Понятия БПК и ХПК. Единицы измерения, области применения

ХПК и БПК – одни из важных показателей уровня загрязнённости сточных вод предприятий органическими соединениями.

ХПК - показатель химического потребления кислорода. количество кислорода, потребленное при химическом окислении содержащихся в воде органических веществ до неорганических продуктов под действием окислителей.

БПК – показатель биохимического потребления кислорода. оличество кислорода, израсходованное за определенное время (за 5 суток - БПК5) в аэробных условиях на окисление органических веществ, содержащихся в единице объема воды. Как правило, в течение 5 суток при нормальных условиях происходит окисление до 70% легкоокисляющихся органических веществ.

ХПК и БПК измеряются в мг О2/л.Применяется для хозяйственно-питьевого водопользования.

Билет №38

1.Круговорот азота в природе
Азот — одно из самых распространенных веществ в биосфере, узкой оболочке Земли, где поддерживается жизнь. 80% воздуха состоит из этого элемента. Основная часть атмосферного азота находится в свободной форме, при которой два атома азота соединены вместе (N2). Из-за того, что связи между двумя атомами очень прочные, живые организмы не способны напрямую использовать молекулярный азот — его сначала необходимо перевести в «связанное» состояние. В процессе связывания молекулы азота расщепляются, давая возможность отдельным атомам азота участвовать в химических реакциях с другими атомами, например с кислородом, и таким образом мешая им вновь объединиться в молекулу азота. Связь между атомами азота и другими атомами достаточно слабая, что позволяет живым организмам усваивать атомы азота. Главный поставщик связанного азота в природе — бактерии. Самые известные бактерии, связывающие азот, находятся в клубеньках бобовых растений.

Азот непрерывно циркулирует в земной биосфере по сети замкнутых взаимосвязанных путей. К естественным процессам добавилось искусственное связывание азота при производстве минеральных удобрений.
Круговорот азота представляет собой ряд замкнутых взаимосвязанных путей, по которым азот циркулирует в земной биосфере. Различные микроорганизмы извлекают азот из разлагающихся материалов и переводят его в молекулы, необходимые им для обмена веществ. При этом оставшийся азот высвобождается в виде аммиака (NH3) или ионов аммония (NH4+). Затем другие микроорганизмы связывают этот азот, переводя его обычно в форму нитратов (NO3–). Поступая в растения (и в конечном счете попадая в организмы живых существ), этот азот участвует в образовании биологических молекул. После гибели организма азот возвращается в почву, и цикл начинается снова. Во время этого цикла возможны как потери азота — когда он включается в состав отложений или высвобождается в процессе жизнедеятельности некоторых бактерий (так называемых денитрифицирующих бактерий), — так и компенсация этих потерь за счет извержения вулканов и других видов геологической активности.

2. Понятие ресурса. Возобновимые и невозобновимые ресурсы. Последствия истощения невозобновимых ресурсов.
Ресурсы – это любые источники и предпосылки получения из внешней среды ( среды обитания) необходимых для жизнедеятельности организма веществ и энергии, а также их запасы.Ресурсы: 1) Неисчерпаемые: космос; водные ресурсы; энергия солнца, ветра, приливов и отливов; климатические ресурсы; гравитация; 2) Исчерпаемые : а) возобновимые: травы, животные, минеральные составляющие почвы; б) относительно возобновимые: чистый воздух, водные ресурсы в регионе, продуктивная пахотно-пригодная почва, леса со спелым древостоем, экосистемы; в)невозобновимые: ископаемые руды, ископаемое топливо, природно-биологические ресурсы, земли в естественном виде.
Последствия истощения природных ресурсов
Проблема исчерпаемости и нехватки природных ресурсов.

Глобальная энергосырьевая проблема представляет собой две близкие по характеру происхождения проблемы — энергетическую и сырьевую. При этом проблема обеспечения энергией является в значительной мере производной от проблемы сырьевой, поскольку практически большая часть используемых в настоящее время способов получения энергии, по сути, является переработкой специфического энергетического сырья. Последствия: огромный рост цен на нефть, импульс развитию энергосберегающих и материалосберегающих технологий, усилению режима экономии сырья, ускорению структурной перестройки экономики, проведение крупномасштабных геолого-разведочных работ, которые должны привести к открытию новых нефтегазовых месторождений, а также экономически рентабельных запасов других видов природного сырья.
Факторы, влияющие на решение энергосырьевой проблемы
1.Расширение масштабов добычи и потребления полезных ископаемых повлекло за собой резкие изменения в окружающей среде. Возрастание числа аварийных ситуаций в условиях расширения районов нефтедобычи на морских шельфах, роста морских перевозок нефти, увеличения протяженности нефте- и газопроводов ведет к загрязнению поверхностей Мирового океана и суши.
2.Военно-политическая нестабильность во многих регионах мира, прежде всего в развивающихся странах (например, кризис в Ираке), вносят коррективы в, казалось бы, прогнозируемые ситуации, воздействуют на движение мировых цен на сырьевые товары, в том числе на энергоносители.
Решение проблемы ресурсо- и энергообеспечения зависит, во-первых, от динамики спроса, ценовой эластичности на уже известные запасы и ресурсы; во-вторых, от изменяющихся под влиянием научно-технического прогресса потребностей в энергетических и минеральных ресурсах; в-третьих, от возможностей их замены альтернативными источниками сырья и энергии и уровня цен на заменители; в-четвертых, от возможных новых технологических подходов к решению глобальной энергосырьевой проблемы, обеспечить которые может непрерывный НТП.

3. Основные источники загрязнения атмосферы оксидами азота. Метод борьбы с загрязнениями атмосферы оксидами азота.
Оксиды азота (оксид и диоксид азота) — газообразные вещества: монооксид азота NO и диоксид азота NO₂. При всех процессах горения образуются окислы азота, причем большей частью в виде оксида. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 65 млн тонн в год. От общего количества выбрасываемых в атмосферу оксидов азота на транспорт приходится 55 %, на энергетику — 28 %, на промышленные предприятия — 14 %, на мелких потребителей и бытовой сектор — 3 %.

Влияние оксидов азота на человека. Оксиды азота, соединяющиеся при участии ультрафиолетовой солнечной радиации с углеводородами, образуют пероксилацетилнитрат (ПАН) и другие фотохимические окислители, в том числе пероксибензоилнитрат (ПБН), озон (О3), перекись водорода (Н2О2), диоксид азота. Все окислители, в первую очередь ПАН и ПБН, сильно раздражают и взывают воспаление глаз, а в комбинации с озоном раздражают носоглотку, приводят к спазмам грудной клетки, а при высокой концентрации вызывают сильный кашель и ослабляют возможность на чем либо сосредоточиться.
Выхлопные газы, котельные установки, химическое производство – основные источники загрязнения.
Методы борьбы с загрязнениями атмосферы оксидами азота:
Одним из немногих приспособлений для борьбы с выбросами оксидов азота является клапан возврата отмеренного количества выхлопных газов в цилиндры для понижения температуры горения (но как говорил выше это уменьшает КПД). Поэтому, к сожалению, одним из главных способов снижения вредных выбросов оксидов азота от автотранспорта является рациональный режим использования автотранспорта и его движения. Но кроме автотранспорта, в атмосферу выбрасываются оксиды азота от объектов топливно-энергетического комплекса, металлургии и других отраслей промышленности. Снижение этих выбросов в атмосферу обеспечивается как технологическими методами, так и методами очистки дымовых газов.
К технологическим методам относят: Сжигание топлива с малыми избытками воздуха, что позволяет снизить количество образовавшихся оксидов N на 15%;
Ступенчатое сжигание топлива (снижение оксидов азота на 30%).
Рециркуляция продуктов сгорания в топку до 25-30% (это снижает выбросы NOx на 25-40%). Использование специальных горелок (снижение на 50%)
Комплексное использование специальных горелок и усовершенствованное ступенчатое сжигание (снижение выбросов на 80%). Основные методом очистки дымовых газов от оксидов азота является пропускание продуктов сгорания через адсорбент, поглощающий 96-97% оксидов азота. В настоящее время разработаны и внедрены дешёвые адсорбенты в виде полукокса, получаемого из бурого угля.

Билет №39

1. Круговорот фосфора в природе.
Фосфор – один из самых редких макроэлементов в доступных резервуарах на поверхности Земли.

Круговорот фосфора:

Этого элемента в земной коре достаточно много, однако он крайне рассеян и малоподвижен. Самое неприятное, что круговорот фосфора практически не замкнут - если азот из биосферы выводится в атмосферу, откуда его можно извлечь, то фосфор из биосферы, пройдя, как и азот, множество локальных круговоротов, оседает на дно океанов. Это связано с тем, что в природе, он существует только в виде фосфатов, и устойчивых летучих соединений у него нет. Вновь попасть на поверхность суши этот фосфор может только в результате геологических процессов, но до этого пройдут многие миллионы лет.

2. Возобновимые ресурсы: примеры, отличия от невозобновимых ресурсов, условия устойчивого потребления возобновимого ресурса.
Ресурсы возобновимые: травы, животные, минеральные составляющие почвы.
Быстро возобновимые исчерпаемые ресурсы воссоздаются популяциями, имеющими большой биотический потенциал (видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со стороны среды) и большую скорость роста ( травяная растительность, животные).
А скорость формирования невозобновимых ресурсов в земной коре или ландшафтной сфере не сравнимо меньше скорости их потребления человеческим обществом.

Условия устойчивого потребления возобновимого ресурса : производство отходов, не превышает возможности их переработки, установление соответствия между уровнем потребления и природно-ресурсным потенциалом территории, обеспечение уровня их потребления, соответствующего природно-ресурсному потенциалу территории, обеспечение равного доступа к ресурсам будущих поколений Земли.

3.Методы очистки отходящих газов от SO2.
Основным методом очистки отходящих газов от диоксида серы является абсорбция. Для очистки отходящих газов от диоксида серы предложено большое количество абсорбционных методов, однако на практике нашли свое применение лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов велики, а концентрация в них диоксида серы мала, газы характеризуются высокой температурой и значительным содержанием пыли. Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее дешевым и доступным в промышленных условиях растворителем является вода. Процесс поглощения таких загрязнений растворителем (водой) проводится одним из следующих способов.
Загрязненный газовый поток: а) пропускается через насадочную колонну, орошаемую растворителем (водой); б) контактирует с каплями жидкости, распыляемой форсунками; в) барботируется через слой жидкости. Чистый растворитель вводится в верхнюю часть аппаратов абсорбционной очистки, а из нижней части аппаратов отбирают отработанный раствор. Очищенный газ из верхней части аппаратов выводится в атмосферу. Полученный раствор подвергают обычно регенерации, т.е. очищают от загрязнений и снова возвращают в аппарат. Микробиологические методы широкого распространения не получили, так как для проведения процесса требуется продолжительное время.
а) Известковый и известняковые методы.Основные химические реакции, протекающие при взаимодействии SО2 с пульпой гидроксида кальция или известняка. б) Магнезитовый метод.Сущность метода состоит во взаимодействии SO2 с суспензией Mg(OH)2.
Кристаллический сульфат магния подвергают сушке и обжигу, получая при этом концентрированный поток SO2 и MgO. Окись магния возвращается в цикл, а SO2 направляется на переработку. Достоинствами метода являются его цикличность, высокая эффективность (степень очистки 90-92%), возможность утилизации SO2. Основной недостаток процесса - большое количество твердофазных стадий, что приводит к сильному абразивному износу аппаратуры и загрязнению среды твердыми частицами. Весьма значительными являются и энергетические расходы на разложение сульфита и сульфата магния.
в) Аммиачные методы. В основе этих методов лежит процесс абсорбции SO2 раствором сульфита аммония:SO2+(NH4)2SO3+H2O ↔ 2NH4HSO3
В дальнейшем в результате химических превращений из образующегося гидросульфита аммония выделяют оборотный раствор (МН4)28Оз и концентрированный поток SО2 . По способу регенерации абсорбционного раствора методы выделения SО2 из дымовых газов подразделяют на кислотный, циклический и автоклавный.
г) Очистка дымовых газов с получением серы.В ряде стран разработан регенерационно-циклический способ очистки дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы с получением серы. Эффективность очистки превышает 90%, с увеличением содержания серы в угле экономичность процесса за счет получения серы возрастает.

Топочные газы предварительно очищаются от пыли в электрофильтрах и доочищаются водой, при этом происходит очистка от тяжелых металлов. Далее SО2 взаимодействует в абсорбере с раствором сульфида натрия:2SO2+Na2S → Na2SO4+2S

Билет №40