Источники химического загрязнения биосферы
Основные темы дисциплины
1. Общая характеристика загрязнений биосферы. Основные источники загрязнений.
2. Очистка и обезвреживание технологических и вентиляционных выбросов предприятий.
2.1. Очистка и обезвреживание технологических и вентиляционных выбросов абсорбционными методами.
Физико-химические основы абсорбционных методов очистки. Физическая абсорбция: зависимость растворимости газа от температуры и давления, выбор абсорбента для очистки. Химическая абсорбция. Десорбционные процессы. Основы расчета термодинамических и кинетических параметров абсорбционных процессов. Применение абсорбционных методов для очистки газов от оксидов азота (NOx), оксидов серы (IV), CO, H2S, галогенов, углеводородов и др.
2.2. Основы адсорбционных методов очистки газов.
Природа адсорбционных сил. Основные промышленные адсорбенты и их свойства. Характеристика пористой структуры адсорбента и основные методы ее определения. Методы получения пористых тел. Изотермы адсорбции. Влияние параметров пористой структуры адсорбента на эффективность процесса очистки.
Кинетика и динамика адсорбции. Расчет длины зоны массопередачи и времени защитного действия слоя сорбента. Примеры применения метода для очистки газов, рекуперации летучих растворителей.
2.3. Каталитические и термические методы очистки газовых выбросов.
Основные закономерности реакций гетерогенного катализа. Каталитическая очистка газов от оксидов азота (NOx), оксидов серы (IV), оксидов углерода (II). Высокотемпературное обезвреживание газов.
3. Биологическое, химическое и физическое загрязнение вод. Основные показатели качества воды водоисточников. Сточные воды. Санитарные условия спуска сточных вод в водные объекты. Классификация методов очистки сточных вод.
3.1. Очистка сточных вод от мелкодисперсных и коллоидных примесей.
Физико-химические основы процесса коагуляции взвешенных и коллоидных соединений сточных и природных вод. Основные факторы, влияющие на агрегативную устойчивость коллоидных систем. Характеристика промышленных коагулянтов. Расчет основных параметров процесса коагуляции: оптимальной дозы коагулянта, величины рН, дозы щелочного реагента. Коагуляционная кривая. Флокуляция. Основы применения метода. Характеристика промышленных флокулянтов.
Электро- и гальванокоагуляция. Теоретические основы метода. Технологические оборудование и технологические схемы очистки сточных вод методом коагуляции.
3.2. Окислительные методы очистки и обеззараживания сточных вод.
Закономерности процессов хлорирования, озонирования воды. Примеры применения метода для очистки сточных вод от окрашенных, высокомолекулярных органических примесей, нефтепродуктов, ПАВ, очистки циансодержащих сточных вод. Технологические схемы очистки.
3.3.Адсорбционные методы очистки воды.
Особенности адсорбции органических веществ из растворов. Обоснование выбора сорбента для очистки. Основные параметры процесса сорбции в статических и динамических условиях.
Сочетание сорбционных процессов с биохимическими (биосорбция) и окислительными методами очистки сточных вод (озонирование и сорбция на АУ). Примеры применения метода.
3.4. Очистка сточных вод от ионных примесей, ионов тяжелых металлов методом ионного обмена.
Физико-химические основы ионного обмена. Основные характеристики ионообменных материалов. Применение ионитов для очистки сточных вод.
3.5. Мембранные методы очистки сточных вод.
Физико-химические основы применения мембранных методов очистки воды. Микрофильтрация. Ультрафильтрация. Обратный осмос. Основные характеристики мембранных материалов. Требования к мембранам. Применение органических и неорганических мембранных материалов для очистки воды от высокомолекулярных соединений, ионных примесей. Примеры применения метода.
4. Физико-химические методы защиты почв, недр, подземных вод от загрязнений.
Последствия загрязнения почв химическими, физическими и биологическими отходами.
Охрана почв от загрязнений при складировании жидких, полужидких и твердых отходов. Экранирующие свойства почв. Экранирование мест захоронения отходов. Типы экранирующих материалов, их физико-химические характеристики.
Источники химического загрязнения биосферы
Под биосферой, в соответствии с представлением академика Вернадского В. Н., предложившего этот термин в 1926 г., понимают часть Земного шара, в пределах которого существует жизнь. Биосфера включает верхнюю часть литосферы – кору выветривания (на 2-3 км вглубь Земли), гидросферу, часть атмосферы – тропосферу и нижнюю часть стратосферы (в том числе озоновый слой).
Под загрязнением понимают поступление в биосферу твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии (теплоты, звука, радиоактивности и т.п.) в количествах, оказывающих негативное влияние на растительный и животный мир, человека. По мере развития промышленности, энергетики, средств транспорта растет антропогенная нагрузка на биосферу. Природа – целостная система с множеством сбалансированных связей, нарушение которых приводит к необратимым изменениям в установившихся биогеохимических циклах веществ, разрушению экосистем и экологических ниш.
Основными источниками загрязнения биосферы являются выбросы промышленных предприятий, ТЭЦ, автотранспорта, сбросы неочищенных сточных вод в реки, моря, океаны, загрязнение подземных вод при складировании промышленных и бытовых отходов и др. Высокое содержание в сточных водах ксенобиотиков приводит к снижению самоочищающей способности водоемов, почв. Основные загрязняющие вещества и их промышленные источники представлены в табл.1.
Таблица 1-Основные загрязняющие вещества и их источники
| № | Загрязняющее вещество | Источник |
| Оксиды углерода (II,IV) | Энергетика, отопление, металлургия, нефтеперерабатываю-щая промышленность, транспорт | |
| Оксиды серы (IV) | Энергетические и промышленные предприятия, производ-ство серной кислоты | |
| Оксиды азота (II,IV) | Двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, котельные установки, домны, химическая промышленность | |
| Фосфаты, ПАВ | Химические моющие средства, производство удобрений, сельское хозяйство | |
| Ртуть | Лакокрасочная промышленность, обогащение руд, целлюлозно-бумажная промышленность | |
| Свинец | Химическая и горнодобывающая промышленность, двигатели внутреннего сгорания, пестициды | |
| Нефтепродукты | Нефтеперерабатывающая промышленность, аварии при перевозке нефти | |
| Пестициды | сельское хозяйство | |
| Органические соединения | Нефтеперерабатывающая промышленность, органический синтез, лакокрасочная и целлюлозно-бумажная промышлен-ность, производство полимеров и синтетических волокон, |
Для предотвращения загрязнения биосферы промышленными выбросами необходима разработка эффективных физико-химических и биохимических методов очистки газовых выбросов, сточных вод, утилизации отходов.