Электролиз, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде. Электрофлотация – см. выше или ниже. Электрофорез – см. электрофлотация. Электрокоагуляция – в процессе анодного растворения образуются коагулянты – гидроксиды металлов, которые снимают, поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля. Fe(0) – e + H(2)O à Fe(OH).. + H(+) Fe(OH) – e + H(2)O à Fe(OH)(2..) + H(+)
32. Гидросфера. Пресные и соленые воды. Источники загрязнения. Гидросфера – водная оболочка Земли. Включает в себя всю воду планеты, находящуюся в жидком, твердом (лед) и газообразном (водяной пар) состоянии. В состав гидросферы входят Мировой океан, воды суши, водяной пар атмосферы. Считается что первичная гидросфера возникла в результате выделения из мантии Земли жидких легкоподвижных растворов и газов. Общий объем воды на планете остается неизменным и составляет около 1,5 млрд. км3. Мировой океан – главная составляющая часть гидросферы. На его долю приходится более 96% объема вод. Далее следуют ледники (около 1,8%), подземные воды (1,7%), озера, реки, болота (0,01%). При концентрации солей до 1г/кг вода считается пресной, до 25 г/кг – солоноватой, более 25 г/кг – соленой. В пресных водах обычно преобладают ионы HCO3(-), Ca(2+), Mg(2+). По мере роста минерализации увеличивается концентрация SO4(-), Cl(-), Na(+), K(+). Пресная вода — 1% от общей массы. Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органических свойств, увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей. Загрязнители: химические (кислоты, щелочи, соли, нефтепродукты, пестициды, диоксины, тяжелые металлы, фенолы, аммонийный и нитритный азот), биологические (вирусы, бактерии, другие болезнетворные организмы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибы), физические (радиоактивные элементы, взвешенные твердые частицы, тепло, органолептические (цвет, запах), шлам, песок, ил, глина). Эвтрофикация — повышение уровня первичной продуктивности водоемов из-за повышения в них концентрации биогенных веществ, в основном азота и фосфора; часто приводит к цветению вод. 35. Литосфера. Строение. Почвы, значение, эрозия почв (водная, ветровая) – земная кора и верхняя мантия (200 км. вглубь). Кора : на земле 75 км. вглубь. на дне океана 5-10 км. вглубь. Состав: 50% - диоксид кремния; 25% - оксид Al; 10% - оксид Fe(3); оксиды K, Ca, Mn, P. Земельные ресурсы : 30% - суша. S= 129 млн. км2 10% - пашни. 25% - пастбища, сенокосы. 43% - пустыни. 30% - горы. Верхний слой литосферы – гумус. ГУМУС – конечный продукт разложения мертвых органических остатков, аморфное вещество, ( фенолы, сложные эфиры, карбоновые кислоты) плодородный слой почвы. Процесс образования гумуса –ГУМУФИКАЦИЯ. ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВЫ: - Эрозия – Загрязнение – Заболачивание, затопление – Опустынивание – Отчуждение. ЭРОЗИЯ– снесение верхнего слоя почвы водой или ветром. Причины потерь плодородных земель – Эрозия почвы – Затопление, заболачивание – Отведение земель для вне сельскохозяйственной деятельности. Почвообразующие факторы: - Климат – Геологическая основа – Рельеф – Время – Биота – 50 – 60 % - минеральная основа; 10% - органическая основа; 15% - воздух; 20 – 30 % - вода. Удерживать влагу могут: -глина – суглина- супесь – Переход жизненно важных элементов в неорганические ( в почве): орг.Р à фосфаты; орг.С à углекислый газ; орг.N à NO3; оргN2àNH4+(через мочевину). ПЕСТИЦИДЫ: (токсичность – 1 место; средства борьбы с насекомыми). Фунгициды - борьба с заболеваниями растений; Гербициды – борьба с сорняками; Зооциды – борьба с вредителями при хранении; Дефолианты; Дефлоранты; Инсектициды – комары. Токсичные действия – Сильно токсичные – пдк < 50 мг/кг; высоко ядовитые – пдк < 100 мг/кг; средние – пдк до 1 г/кг; мало ядовитые более 1 г/кг. Канцерогенные – вызывают аллергические заболевания. Самые вредные – хлористые. (ДДТ) 36. Загрязнение литосферы. Твердые отходы (бытовые и промышленные). Утилизация бытовых отходов. Оценка качества литосферы. Тяжелые металлы, пестициды, токсичные вещества. Загрязнение влияет на: - продукция биомассы – хоз. часть урожая – питательная ценность урожая – санитарно-гигиеническая ценность урожая. ПЕСТИЦИДЫ: (токсичность – 1 место; средства борьбы с насекомыми). Фунгициды - борьба с заболеваниями растений; Гербициды – борьба с сорняками; Зооциды – борьба с вредителями при хранении; Дефолианты; Дефлоранты; Инсектициды – комары. Токсичные действия – Сильно токсичные – пдк < 50 мг/кг; высоко ядовитые – пдк < 100 мг/кг; средние – пдк до 1 г/кг; мало ядовитые более 1 г/кг. Канцерогенные – вызывают аллергические заболевания. Самые вредные – хлористые. (ДДТ) БЫТОВЫЕ ТВЕРДЫЕ ОТХОДЫ ( ТБО). Выбросы до 250 кг. В год. Разложение – стекло: 1000 лет; полеэтелен – 200 лет. Утилизация ТБО – Захоронение – Мусоросжигание – Вторичная переработка – Компостирование, полное сбраживание. Переработка: стекло à стекловолокно, вторичное использование; резиновые отходы à бензин. Компостирование ( органические отходы). Сбраживание( бактериями ) à спирт. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ: -Добыча полезных ископаемых 7% продукции. - Топливоэнергитический комплекс ( силикаты и золы) – Нефтешламы - Шламы гальванических цехов. ОЧИСТКА: - Складирование на полигонах – Сжигание – Захоронение( токсичные отходы). ОЦЕНКА КАЧЕСТВА: ПДК млг на кг почвы или пищи. Анализ на содержание личинок мух, возбудителей заболеваний и глистов. 37. Природные ресурсы и их классификация. Природные ресурсы бывают: --- исчерпаемые – делятся на невозобновимые, относительно возобновимые (почва, леса), возобновимые (животные). --- неисчерпаемые – воздух, солнечная энергия, вода, почва. 42. Система экологического права. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО – отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы. Источники права – конституция, законы и кодексы, указы и распоряжения министерств и ведомств, нормативные акты минестерств и ведомств, нормативные акты органов местного самоуправления. Максимальное наказание до 2х лет. 54. Биологическая очистка сточных вод. Использование бактерий для очистки вод. Органические вещества + O(2) + N + P à микроорганизмы + CO(2) + H(2) биологически не окисляемые растворимые вещества. Факторы влияющие на биологическую очистку: - Концентрация водородных ионов – Кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде. 55. Нейтрализация кислых и щелочных сточных вод. Нейтрализация достигается добавлением в воды таких веществ, под влиянием которых наступает нейтрализация содержащихся в них кислот и щелочей и выделение в виде осадка других загрязнений, в основном ионов тяжелых металлов. Способы нейтрализации: - взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод – Нейтрализация реагентами – Фильтрование через нейтрализующие материалы. Кислые сточные воды травильных отделений нейтрализуются известковым молоком до pH = 8 – 9 H(2)SO(4) + CaO + H(2)O à CaSO(4) + 2H(2)O FeSO(4) + CaO + H(2)O à CaSO(4) + Fe(OH)(2) Для нейтрализации любых щелочей применимы серная, соляная, азотныя и другие кислоты. Можно использовать углекислый газ(дешево). CO(2) + OH(-) à HCO(3)(-) HCO(3)(-) + OH(-) à CO(3)(2-) + H(2)O CO(2) + OH(-) à CO(3)(2-) + H(2)O 56 .Очистка хромовых сточных вод. *Реагентная(хим) очистка заключается в том, сто сначала идет восстановление Cr(6+) до Cr(3+) который затем осаждают до Cr(OH)(3). Для восстановления Cr(6+) используют сернистый газ SO(2), бисульфат и сульфат натрия Na(2)SO(3), железный купорос FeSO(4). Осаждение производят известковым молоком, щелочью, при pH = 9 – 8. Cr(3+) + 3OH(-) à Cr(OH)(3) * Электрохимическая очистка: в процессе электрокоагуляции на аноде из железа или стали происходит анодное растворение с образованием Fe(OH)(2) --- Cr(2)O(7)(2-) +6Fe(2+) +14H(+) à 2Cr(3+) + 6Fe(3+) + 7H(2)O ---у катода: Cr(2)O(7)(2-) + 14H(+) + 6e à Cr(3+) + 7H(2)O --- 2H(+) + 2e à H(2) повышается pH и Fe(3+), Cr(3+) осаждаются в виде гидроксидов. * Гальванокоагуляционный метод: восстановление бихромата ионами двухвалентного железа --- Fe(0) à Fe(2+) + 2e ---- 6Fe(2+) + Cr(2)O(7)(2-) + 14H(+) à 6Fe(3+) + 2Cr(3+) + 7H(2)O 57. Твердые отходы металлургии, машиностроения, ТЭК и их утилизация. МЕТАЛЛУРГИЯ. Для получения металлов из руд, представляющих различные оксиды – используют восстановление. Так же при плавке добавляют флюсы CaCO(3) и SiO(2), которые превращаясь в шлак позволяют извлекать из металла серу и фосфор, шлаки предохраняют поверхность расплавленного металла от окисления. Ежегодно при производстве стали и чугуна образуется свыше 70 млн. тонн. шлаков. Шлаки – силикатные системы с различным содержанием Fe, различают: * Основные шлаки – с преобладанием оксидов кальция и магния. * Кислые – повышенное содержание оксидов кремния и алюминия. * Нейтральные – с одинаковым содержанием перечисленных оксидов (доменные шлаки).* При гранулировании шлаков их можно использовать в дорожном строительстве, при получении цемента, пемзы, щебня, минеральных и других изделий. Шлаки с большим содержанием CaO и P используют в качестве удобрений. При содержании в шлаки ценных примесей, иногда бывает выгодно извлекать их. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ. В отходы входят CO2, продукты неполного сгорания топлива, сажа, углеводороды, зола, шлаки. Объем этих выбросов примерно равен выбросам шлаков в металлургии. Состав золошлаковых отходов: оксиды Si, Al, Fe, Ca, Mg, соединения с Ti, S, U … Используют золоулавливатели и гидрозолоулавливатели. Золы ТЭС используют для получения искусственных пористых заполнителей. Золы от сжигания углей, сланцев, торфа.. используют в качестве вяжущего при производстве силикатного кирпича ( при содержании не менее 20% CaO). При содержании в шлаке 10% извести – его используют в качестве минеральной добавки в цемент. При содержании в золе CaO,K и P – ее используют в качестве удобрений( при сжигании сланцев и торфа). МАШИНОСТРОЕНИЕ. В машиностроении используются – литейная, сварочная, прокатная, кузнечно-прессовая, электрохимическая, механическая обработка металлов. Наиболее крупные источники пылегазовыделения – вагранки, электродуговые и индукционные печи в литейном производстве. Выбросы электродуговых печей: Fe(2)O(3),Mn(2)O(5),Al(2)O(3), SiO(2), CaO, MgO и хлориды, оксиды Cr и Р. Вагранки: SiO(2), CaO, Al(2)O(3), Mg, Fe(2)O(3) … Широкий спектр дисперсности пыли – 1- 150 мкм. ( основа 60% - свыше 60 мкм. ). Прокатно-кузнечное производство. Основа отходов 0 окалина, составляет 2-4% от массы материала. Большое выделение пыли, туманов кислот, масел. Сварка. Для удаления оксидной пленки с поверхности металла используют сварочные флюсы в которые входят: SiO(2), B(2)O(3), TiO(3)…Для удаления вредных веществ используют различные хим. Реакции.( удаление Р – его окисление). 58. Утилизация шлаков. Шлаки цветной металлургии. * Шлаки никелевых заводов и часть шлаков медных заводов ( отличающиеся малым содержанием цветных металлов и Fe ) – ПЕРЕРАБОТКА * Медные шлаки, с значительным содержанием железа, малым содержанием меди и наличием =< Zn и Pb. – Выгодно перерабатывать с комплексным извлечением Fe, Zn и Pb + утилизация силикатной части. * Оловянные, свинцовые и часть медных шлаков со значительным содержанием Zn, Pb, Sr – выгодно извлечение, даже без комплексной переработки. * Гидрометаллургический способ – восстановление металлов из водных растворов их соединений различными методами. Пирометрический метод – восстановление металлов из их безводных соединений в условии высокой температуры. | 40. Рациональное природопользование. Природопользование – это процесс использования природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Рациональное природопользование – изучение природных ресурсов, их бережная эксплуатация, охрана и воспроизводство с учетом настоящих и будующих потребностей общества и сохранение потребностей людей. Условия эффективного использования почв: - Борьба с эрозией – Культурная обработка земли- грамотное использование удобрений – проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ– горнотехническая ( засыпка карьеров) – Биологическая ( группы живых организмов, деятельность которых приводит к восстановлению плодородия) – Лесная ( длительное применение до нескольких 10ов. Лет). ПРИНЦИПЫ природопользования: - принцип примата природы, - принцип экологизации производства. 41. Экологический мониторинг. Функции мониторинга: (1) контроль за состоянием объектов экосферы (2) контроль за источниками нарушений (3) моделирование и прогноз экологического состояния объектов экосферы (4) управление экологическими процессами. Сложность осуществления мониторинга обусловлена, в частности законом коммутативности, по которому человек воздействует на окружающую среду в короткий промежуток времени в той же степени, которую природа создает в течении столетий и даже тысячелетий. Все контролируемые показатели различают по группам: (1) функциональные (продуктивность, скорость изменения, круговорот веществ и т.п.) (2) структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических, биологических параметров). Средства экологического контроля в свою очередь различают контактные и неконтактные. Контактные методы представлены следующими: газовая хроматография, полярография, кондуктометрия, купонометрия, потенциометрия, ионометрия, колометрия, рефрактометрия, люминесцентные измерения, термография, титрование, аккустические и механические измерения. Неконтакные методы основаны на использовании зондирующих полей – электромагнитных, акустических, гравиационных. Различают следующие виды моделирования: (1) использование фундаментальных законов (сохранения энергии, массы и т.п.) (2) установление закономерностей функционирования экосистемы (3) имитационное моделирование, когда составляется модель и в дальнейшем с ней эксперементируют. 45. Оценка качества окружающей среды. ПДК,ПДВ,ПДН Качественная оценка – показание отдельных компонентов: воздух, вода, почва. Стандарты качества окр. природной среды: единые требования и нормативы, предъявляемые к состоянию окр среды и деятельности производственно-хозяйственных объектов. В зависимости от методики установления требований качества, стандарты делятся на экологические и производственно-хозяйственные. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТАНДАРТЫ: определяют предельно-допустимые нормативы вредного антропогенного воздействия на окр среду, превышение которых создает угрозу сохранению оптимальных условий существования человека и его окружения. Предельно-допустимые нормативы: ПДК – предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере, водоемах; ПДН – предельно-допустимые нагрузки на природную среду( ПДН – носит региональный характер т.к. определяет воздействие на природно-территориальный комплекс). ПРОИЗВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ: определяют предельно-допустимые параметры производственно-хозяйственной деятельности конкретных объектов с точки зрения экологической защиты природной среды: ПДВ–нормативы предельно-допустимых выбросов вредных веществ, химических и биологических воздействий.( Нормативы ПДВ в атмосферу, водоемы устанавливается для каждого стационарного источника отдельно). 46. Основные характеристики качества вод. … -РН – электропроводность- количество растворенного О2 – окислительно-восстановительный потенциал – содержание органических веществ – количество растворенных тяжелых металлов – жесткость-. Удельная Электропроводность – ( x = i/p ) является сложной функцией концентрации ионов в водных растворах. В природных водах наблюдается прямолинейная корреляция м/у содержанием солей и электропроводностью. Измеряя удельную электропроводность можно примерно по графику определить концентрацию солей. Окислительно-восстановительный потенциал: Определяя величину этого потенциала можно по диаграмме прогнозировать степень окисления присутствующих ионов с переменной валентностью, по этому значению можно судить о количестве растворенного кислорода. Содержание растворенного О2 – Содержание О2 зависит от процессов, способных обеднять и обогащать воду О2. Обогащение может происходить в результате абсорбции кислорода из атмосферы, выделении растениями при фотосинтезе. Обеднение происходит в результате процессов связанных с его потреблением на окисление: химическое и биохимическое окисление ионов Fe(2+), Mn(2+),O(2-) Относительное содержание О2 выражается в % от нормального. Общее содержание растворенных в воде органических веществ. Зависит от характера сброса и от химических и физических свойств воды в которую производят сброс. Методы анализа. Выбор конкретного метода зависит от характера сточных вод анализируемых компонентов. Гравиметрический – основан на определении массы вещества. В ходе анализа вещество отгоняется в виде какого-либо летучего соединения или осаждается из раствора в виде малорастворимого соединения.. Осадок взвешивается в виде соединения строго определенного состава, весовая форма по составу совпадает с осаждаемой. По весу высушенного или прокаленного осадка вычисляется содержание определенного компонента в данном образце. Достоинства: высокая точность, отсутствие необходимости калибровки, простота.. Недостатки: значительный расход времени на выполнение анализа. Титреметрический и Фотометрический ( см. следующий вопрос) 59. Способы отделения твердой фазы. Флокуляция – образование хлопьев, флокул, способность частиц дисперсных систем агрегироваться вне зависимости от сил взаимодействия м/у частицами. Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий. Вещества обуславливающие коагуляцию и флокуляцию называются коагулянтами и флокулянтами соответственно. Центробежное отделение твердой фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и гидроциклоны Методы мембранного разделения условно делятся на – микро- и ультрафильтрацию, обратный осмос, испарение через мембраны. Седиментация – оседание под действием гравитационного поля. Применяют флокулянты, для увеличения скорости осаждения взвесей, флокулянты – водо-растворимые полимеры с полярными концевыми функциональными группами. Они связывают взвеси в рыхлые сетчатые агрегаты. Полиакриламид – (ПАА) –[ CH(4)-CH-C=O(“к С”-NH](n)- Процесс идет в флокуляторе при равномерном и медленном перемешивании( без дробления частиц) ПАА добавляют 0.1% от содержания твердой фазы. Применяют в основном для сгущения очищаемой среды и первичного выделения осадков. Отстойник периодического действия ( при малом количестве воды) металлический или железобетонный резервуар с коническим днищем( вода отбирается через сифон или специальные желоба). Осадок убирают вручную. Отстойник непрерывного действия (при больших количествах воды, расход не более 50000м(3)/сутки) * вертикальные отстойники - во время движения воды из нее выпадают взвеси, удельный вес которых больше удельного веса воды. * отстойники горизонтальные – прямоугольный резервуар из нескольких отделений ( высота 3 – 5 метров, отношение длины к высоте не меньше 10 )Дно – под уклоном в сторону, противоположную движению воды. * Радиальный отстойник – круглый резервуар, вода в котором движется радиально от центра к периферии. Скорость движения воды изменяется от мах значения у центра, до мin значения у периферии.( первичный отстойник, илоуловливатель ) * Тонкослойные отстойники ( для тонкодисперсных примесей ) – малая глубина обеспечивает осветление воды в течении 4- 10 мин, что позволяет уменьшить их габариты. Резервуар глубиной 0.2 – 0.3 м с полочными или трубчатыми вставками, расположенными под углом à сползание осадка к шламосборнику ( угол 30 – 40 гр. ) Фильтрование.Фильтры – устройства, в которых очистка жидкости от частиц твердой фазы происходит в процессе протекания через перегородку, имеющую поры( разность значения давления по обе стороны перегородки. * Сетчатые фильтры – для задерживания сравнительно грубых частиц. Изготовляют из одного или нескольких слоев ткани или металлической сетки. Действие основано на механической задержки больших частиц и инерционном осаждении частиц. Эффективность увеличивается по мере убирания отфильтрованного слоя. * Волокнистые фильтры – изготавливают из фильтровальной бумаги, специального картона .. Применяют только при небольших течениях раствора ( вседствии большого гидравлического сопротивления.) Действие сводится к инерциальному осаждению, прилипанию частиц к выступам, седиментации. Инерциальное осаждение и седиментация повышаются при увеличении размера и плотности частиц. * Зернистые фильтры – используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит. Бывают однослойные и многослойные. Очистку фильтра производят чистой водой или сжатым воздухом. * Фильтрование под вакуумом – для очистки маловязких жидкостей. Степень очистки не более 80%. Тонкость очистки определяется фильтрующим элементом.(- барабанные – дисковые – ленточные) Остаток высушивают до min влажности. Центрифугирование–разделение твердых и жидких фаз в поле центробежных сил. Центрифуги и гидроциклоны. Центрифуги – ускорение оседающей части по сравнению с гравитационным ускорением увеличивается на величину Kp = w(2)r/g w – угловая скорость вращения жидкости. R – радиус вращения. Уравнение движения - V = (gLdr(2)(pф – pс))/18м .. L – центробежная сила, dr – диаметр частицы, рф и рс – плотность дисперсной фазы и среды, м – вязкость среды. Улучшение в результате агрегации и фильтрации.( укрупнение частиц) Циклоны: * напорные – цилиндрическая и коническая части. Вращение жидкости вызывается ее выпуском в тангенциальный патрубок, расположенный в верхней части цилиндра. Коническая часть кончается насадкой через которую выводится осадок. Низкий КПД из-за избыточной интенсивности турбулентности. Применяют для выделения частиц со скоростью осаждения менее 0.02 м/с. * Многоярусные: по принципу выделения аналогичны напорным. Устройство в камере нескольких секций, через которое проходит очищаемый поток, позволяет более полно использовать объем гидроциклона и уменьшить время пребывания жидкости в циклоне. * Открытые – для очистки от частиц со скоростью оседания более 0.02 м/с. большая производительность и малые потери напора. Эффективность зависит от характера загрязнений. Электрофлотация . Сущность метода: удаление твердых частиц дисперсной фазы осуществляется путем флотации их пузырьками водорода и кислорода, образующихся в результате электролиза водной части осветляемой жидкости. Катод 2H(2)O + 2e à H(2) +2OH(-) OH(-) ионы движутся в аноду, где отдают свой заряд с выделением O(2). 4OH(-) – 4e à 2H(2)O + O(2). По сравнению с обычной флотацией пузырьки по размерам на 1 – 2 порядка меньше. Пузырьки – однородны и выделяются в больших количествах. Электрофорез – процесс переноса частиц в электрическом поле. Причина – наличие разноименных зарядов у разных фаз. В результате возникновения электрического поля м/у электродами, благодаря малым размерам частиц дисперсной фазы происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. Заряд на частицах обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества. | 