Билет №3
Биогеохимические циклы наиболее важных биогенных веществ и влияние на них человека.
Движущей силой всех веществ в биогеохимических циклах есть поток солнечной энергии или частично энергии геологических процессов Земли. Затраты энергии необходимы и для перемещения веществ в биогеохимических циклах, и для преодоления биогеохимических барьеров. Такими барьерами на разных уровнях выступают мембраны клеток, сами особи растений и животных и другие материальные структуры. Перемещение веществ в биогеохимических циклах одновременно обеспечивает жизнедеятельность живых организмов. Главными оценочными параметрами эффективности и направления работы биогеохимического цикла является количество биомассы, ее элементарный состав и активное функционирование живых организмов. Пространственное перемещение веществ в пределах геосфер, или, иначе говоря, их миграция делится на пять основных типов: 1. Механический перенос (идет без изменения химического состава веществ). 2. Водное (миграция осуществляется за счет растворения веществ и их последующего перемещения в форме ионов или коллоидов). Это один из важнейших видов перемещения веществ в биосферы 3. Воздушное (перенос веществ в форме газов, пыли или аэрозолей с потоками воздуха), 4. Биогенное (перенос осуществляется при активном участии живых организмов). 5. Техногенное, что проявляется как результат хозяйственной деятельности человека.
Методы улавливания газообразных примесей из технологических выбросов. Схема и принцип действия адсорбционной установки.
Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в нем поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, для улавливания водяных паров - серную кислоту, а для ароматических углеводородов из коксового газа - вязкие масла.
Установки, реализующие метод абсорбции, называются абсорберами. В них жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения большего контакта с газовой средой.
Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующееся химическое соединение разлагается с выделением исходных элементов.
Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредных примесей в отходящих газах.
Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной среды отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой - активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.
При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом - катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.).
Для осуществления каталитического процесса необходимы незначительные количества катализатора, расположенного таким образом, чтобы обеспечить максимальную поверхность контакта с газовым потоком. Катализаторы обычно выполняются в виде шаров, колец или проволоки, свитой в спираль. Катализатор может состоять из смеси неблагородных металлов с добавкой платины и палладия (сотые доли % к массе катализатора), нанесенных в виде активной пленки на нихромовую проволоку, свитую в спираль.
Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода.
Если выбрасываемые газы имеют высокую температуру, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так происходит дожигание оксида углерода в газах, удаляемых системой вентиляции от электродуговых плавительных печей, дожигание продуктов неполного сгорания (СО и СхНу) автомобильного двигателя непосредственно на выходе из цилиндров в условиях добавки избыточного воздуха.
Схема и принцип действия адсорбционной установки
Установки работают по принципу короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА). На сегодняшний день получили распространение три метода организации циклического безнагревного процесса адсорбционного разделения воздуха: напорные — Pressure Swing Adsorbrion (PSA), вакуумные — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA) и смешанные — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).
Для напорных схем — Pressure Swing Adsorbrion (PSA) — азот (кислород) извлекают при давлении выше атмосферного, а стадия регенерации адсорбента протекает при атмосферном давлении. В вакуумных схемах — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA) — азот (кислород) получают при атмосференом давлении, регенерация проводится при отрицательном давлении. Работа смешанных схем — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA) — сочетает изменение давления от положительного до отрицательного.
