Работа 8. Использование сточных вод для получения пигментов (красящих компонентов)

Работа знакомит с реагентными методами очистки воды. Соли металлов, находящихся в сточной воде, необходимо высадить в виде нерастворимых соединений с их последующей рекуперацией в качестве пигментов.

Реактивы и оборудование: 1) сточная вода, содержащая соли железа, меди; 2) парафин; 3) масло моторное (или подсолнечное); 4) раствор щелочи; 5) колба коническая; 6) фарфоровая чашка; 7) формочка для карандаша; 8) коническая воронка; 9) фильтровальная бумага; 10) электрическая плитка.

Ход работы

1. Сточную воду обрабатывают раствором щелочи до выпадения объемного осадка.

2. Осадок отфильтровывают, выпаривают на электрической плитке и высушивают.

3. Осадок тщательно растирают в фарфоровой ступке с другими ингредиентами примерно в следующей пропорции: гидроксид металла (или оксид металла) : парафин : масло – 1 : 4 : 0,4.

4. Смесь переносят в фарфоровую чашку, расплавляют и в горячем виде заливают в формочку.

5. После затвердевания массы ее осторожно выдавливают из формочки.

Расчет необходимого для осаждения количества щелочи проводят по уравнению химической реакции.

Задание: Выполнить работу, результаты записать в рабочую тетрадь и сделать соответствующие выводы.

2. Расчетные работы

2.1. Определение степени соответствия

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (ПРОИЗВОДСТВА)

ЭКОЛОГИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ

Работа рассматривает одну из актуальнейших тем инженерной экологии по определению степени безотходности технологических процессов (производств) и их соответствия экологическим требованиям; нацеливает студентов на разработку экологической грамотной стратегии природоохранной деятельности на предприятии.

Цель работы: определить соответствие производства и технологических процессов требованиям, предъявляемым к малоотходным или безотходным технологиям, для разработки стратегии природоохранной деятельности на предприятиях.

Основные понятия

Безотходная технологическая система – это такой технологический процесс или технологическое производство, которое характеризуется полным использованием вовлекаемых в переработку материальных и энергетических ресурсов и отсутствием вредных выбросов в окружающую среду.

Безотходное производство – совокупность организационно-технологических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих комплексное использование сырья и позволяющих предотвратить отрицательное воздействие на окружающую среду.

Малоотходная технология – технология (производство или совокупность), в результате практической деятельности которой вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, установленного санитарно-гигиеническими нормами, но по технологическим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества в воде (мг/л) – концентрация загрязняющего вещества в воде, выше которой вода непригодна для одного или нескольких видов водопользования.

Предельно допустимый сброс (ПДС) вещества в водный объект – масса вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению с установленным режимом в данном пункте водного объекта в единицу времени с целью обеспечения норм качества воды в контрольном пункте.

Предельно допустимая концентрация (ПДК м/р) примеси в атмосфере (мг/м³) – максимальная концентрация примеси в атмосфере, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдаленные последствия, и на окружающую среду в целом.

Предельно допустимый выброс (ПДВ) загрязняющего вещества в атмосферу – научно-технический норматив, устанавливаемый из условия, что содержание загрязняющих веществ в приземном слое воздуха от источника или их совокупности не превышало нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира.

Предельно допустимое количество (ПДК) загрязняющего почву химического вещества – максимально массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающая прямого или косвенного влияния, включая отдаленные последствия, на окружающую среду и здоровье человека.

Предельно допустимый уровень внесения (ПДУВ) загрязняющего вещества в почву – масса вещества, максимально допустимая для внесения в почву, при которой не наблюдается нарушений самоочищающей способности почвы, а при миграции в сопредельные среды – превышения в них соответствующих ПДК.

Лимитирующий признак вредности (ЛПВ) вещества в воде – признак, характеризующийся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде.

Экологические требования – комплекс требований к качеству воздуха, воды, топлива, сырья, промышленной продукции, к технологии производства, технологическим выбросам и методам их очистки и отвода.

Загрязнение промышленное – загрязнение, вызываемое отдельно взятым предприятием или их совокупностью.

Загрязнитель – 1) объект, служащий источником загрязнения среды (предприятие и т.д.); 2) загрязняющее вещество – любой (природный и антропогенный) физический или информационный агент, химическое вещество и биологический вид (главным образом микроорганизмы), попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, выходящих за рамки обычного содержания предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Исходная информация для решения задач находится в приложении 1.

Методика расчета

1. Для определения соответствия производств и технологических процессов требованиям, предъявляемым к малоотходным или безотходным технологиям, введено понятие «коэффициент безотходности».

2. Коэффициент безотходности представляет собой обобщающий числовой показатель, характеризующий технологический процесс или производство с точки зрения его соответствия требованиям рационального природопользования.

3. Коэффициент безотходности (К) формируется из составляющих, каждая из которых характеризует полноту использования в производстве или технологическом процессе материальных и энергетических ресурсов, а также интенсивность этого производства (процесса), его отрицательного воздействия на окружающую среду:

К =  (К_М; К_Э; К_ЭА), (4)

где К_М – коэффициент полноты использования материальных ресурсов; К_Э – коэффициент полноты использования энергетических ресурсов; К_ЭА – коэффициент экологической адекватности.

4. Значение величины К варьируется в интервале от 0 до 1. Значению К = 0 соответствует случай минимального полезного использования сырья и максимального отрицательного воздействия процесса или производства на окружающую среду. Значение К = 1 отвечает случаю полного использования ресурсов и отсутствия отрицательного воздействия на окружающую среду.

5. Рассмотрим подробнее один из составляющих коэффициента безотходности – коэффициент экологической адекватности.

6. Коэффициент экологической адекватности – агрегированный показатель, являющийся функцией валовых выбросов (сбросов) загрязняющих веществ, а также предельно допустимых выбросов (сбросов) загрязняющих веществ.

6.1. Агрегирование, проводимое с целью определения коэффициента К_ЭА, производится в два этапа. На первом этапе определяются коэффициенты соответствия производства или технологического процесса экологическим требованиям по отношению к воде (гидросфере), воздуху (атмосфере) и почве (литосфере) соответственно _г, _а, _л.

6.2. Агрегирование коэффициентов _г, _а, _л в коэффициент К_ЭА проводится по формуле:

, (5)

причем_iудовлетворяет условиям .

6.3. При определении коэффициента экологической адекватности учитываются только загрязнения атмосферы и водных объектов (гидросферы), т.е. _л = 1. Такой подход обусловлен тем, что проблема загрязнения литосферы не разработана в необходимой степени.

6.4. Для расчета _г – коэффициента соответствия производства или технологического процесса экологическим требованиям по отношению к водным объектам (гидросфере) – принята следующая формула:

, (6)

где n – число загрязняющих веществ, содержащихся в потоке жидкости, отводимой в водные объекты (гидросферу); B_i – фактический сброс i-го загрязняющего вещества в водные объекты (гидросферу) в годовом исчислении, т/г; ПДС_i – предельно допустимый валовой сброс i-го загрязняющего вещества в водные объекты (гидросферу) в годовом исчислении, т/г; ПДК_i – предельно допустимая концентрация i-го загрязняющего вещества в водных объектах (гидросфере); мг/л.

Если для некоторых i выполняется условие B_iПДС_i то соответствующий член в сумме, входящей в числитель, не учитывается. Коэффициент _г с ростом B_i уменьшается от 1 (при B_iПДС_i, i = 1, 2 ,…, n).

6.5. Если данные о величинах ПДС_i отсутствуют, то _г рассчитывается по формуле:

, (7)

где С_i – концентрация i-го загрязняющего вещества, мг/л.

6.6. При сбросе в водоем нескольких загрязняющих веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности (ЛПВ) должно соблюдаться условие:

, (8)

где i = k, …, l – индексы веществ, относящихся к одному ЛПВ. Коэффициент _г в этом случае рассчитывается по формуле:

, (9)

где j = 1, 2, …, 6 – номера групп веществ с одинаковым ЛПВ. Если для некоторой группы веществ, относящихся к одному ЛПВ, условие (8) выполняется, соответствующая сумма в числителе (9) не учитывается.

6.7. Для расчета коэффициента соответствия производства или технологического процесса экологическим требованиям по отношению к атмосфере _а принята следующая формула:

, (10)

где ПДВ_i – предельно допустимый валовой сброс i-го загрязняющего вещества в атмосферу в годовом исчислении, т/г; m – число загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу; B_i – фактический сброс i-го загрязняющего вещества в атмосферу в годовом исчислении, т/г; – среднесуточная предельно допустимая концентрация i-го загрязняющего вещества в атмосфере, мг/м³.

Если для некоторых i выполняется условие , то соответствующий член в сумме, входящий в числитель, не учитывается.

6.8. В тех случаях, когда данные о величинах ПДВ отсутствуют, _а рассчитывается по формуле:

, (11)

где С_i – концентрация i-го загрязняющего вещества, мг/м³.

6.9. При поступлении в атмосферу токсичных веществ, обладающих суммацией действия, расчет _а должен производиться с учетом требования:

, (12)

где i = p, …, q – индексы веществ, относящихся к одной группе суммации действия.

Коэффициент _а в этом случае рассчитывается по формуле:

, (13)

где N – количество групп веществ, обладающих суммацией действия; p_j, q_j – начальный и конечный индексы веществ, относящихся к j-й группе по суммации действия.

Если для некоторых групп веществ с суммацией действия выполняется условие (12), то соответствующая сумма в числителе (13) не учитывается.

7. Определение степени безотходности. При значении К_ЭА = 0,8 производство (процесс) классифицируется как рядовое. При значении К_ЭА от 0,8 до 0,9 – малоотходное, при значении К_ЭА = 0,9 – безотходное.

Задания

1. Рассчитать коэффициент соответствия техпроцесса экологическим требованиям по отношению к воде (_г).

2. Рассчитать коэффициент соответствия техпроцесса экологическим требованиям по отношению к атмосфере (_а).

3. Рассчитать коэффициент экологической адекватности техпроцесса (К_ЭА) как среднеарифметическое от _г и _а.

4. Ранжировать данный техпроцесс по степени безотходности.