Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Рациональное использование земель сельскохозяйственного назначения Челябинской области. Монография
.pdf
3. Очистку сточных вод от растворимых веществ проводят
химическими методами, применение которых позволяет перевести растворимые соединения, находящиеся в стоках, в нерастворимые вещества с последующим их отделением отстаиванием
или фильтрованием. Например, применяя известковое молоко
для нейтрализации сернокислых растворов двухвалентного железа, в осадок переводят сульфаты кальция и гидроксид железа
или
применяя восстановитель, переводят растворимое соедине-
ние хрома в нерастворимое [121].
4. Для очистки сточных вод окислением применяют газообразные и жидкие вещества: сжиженный хлор, диоксид хлора,
хлорат кальция и натрия, перманганат калия, кислород воздуха, озон, пероксид водорода, бихромат калия и др. В процессе
окисления токсичные примеси, содержащиеся в сточных водах, становятся менее токсичными и затем удаляются из воды.
Очистка
сточных вод окислителями связана с большим расходом реагентов, поэтому её применяют только тогда, когда вещества, например цианиды, растворённые соединения мышьяка
и др., находящиеся в сточных водах, извлечь другими методами
невозможно.
Активность реагента как окислителя определяется величиной окислительного потенциала, который, например, для перманганата калия равен 0,59, для пероксида водорода
– 0,68, для
хлора – 0,94, а для озона – 2,07.
4. Биологическая очистки вод применяется от растворённых органических и некоторых неорганических веществ (сероводорода,
аммиака, сульфидов и др.). Эти методы основаны на
способности микроорганизмов использовать указанные вещества
для питания в процессе жизнедеятельности. Биологическая
очистка сточных вод может
ское окисление) и анаэробных (биологическое разложение)
протекать в аэробных (биохимиче-
усло-
виях [68, 167].
5. Для очистки вод от высокотоксичных органических ком-
понентов применяются термические методы (термоокислительное и жидкофазовое окисление). Эти методы применяются, когда
обезвреживание токсичных соединений другими методами невозможно или экономически неоправданно.
231
7.5.4. Особенность очистки водоемов от нефти
и нефтепродуктов
Для очистки водоемов от нефти и нефтепродуктов применяются в зависимости от их химического состава различные сорбенты. Сорбция – поглощение вещества из жидкостей и газов
твердым телом, газом или жидкостью. Сорбция является одним
из наиболее эффективных методов глубокой очистки природных
и сточных вод
от растворенных органических веществ.
Применяются следующие виды сорбции: абсорбция (физическая и химическая), адсорбция, химосорбция [37, 113].
Абсорбция применяется для очистки природных и промышленных газов и сточных вод от различных загрязняющих
веществ, а также для извлечения различных ценных продуктов.
Метод химической абсорбции (химосорбции) основан на поглощении газов и паров твёрдыми или
жидкими поглотителями с об-
разованием химических соединений.
Второй распространённый метод для выделения загрязняющих газообразных веществ из промышленных выбросов – адсорбция. Адсорбция – это диффузный процесс, в котором повышенная концентрация газообразного вещества образуется на
границе раздела фаз в результате связывания этого вещества на
поверхности твёрдого или жидкого соединения. Адсорбция может быть также физической и химической. Физическая адсорбция – это процесс, когда между молекулами адсорбированного
вещества и адсорбентом не происходит никаких химических реакций, в отличие от него, при химабсорбции происходит химическое взаимодействие адсорбента и адсорбата. При физической
адсорбции адсорбированное вещество можно полностью удалить
при обратном процессе (десорбции), например, понизив
давление или повысив температуру. Адсорбент возможно применять
повторно в циклическом процессе, а отделённое вещество подвергать дальнейшей обработке или применять непосредственно
по назначению. Физическая адсорбция применяется чаще всего
там, где в процессе производства теряются с выбросами ценные
продукты. В качестве адсорбентов применяются активированный уголь, силикагель, глинозём, бентонит, оксид
алюминия и
др., этот процесс необратим. Кроме того, в связи с тем, что этот
процесс протекает в тонком слое адсорбента, то для снижения
232
расхода ценных продуктов при изготовлении адсорбентов они
наносятся тонким слоем на поверхность инертного менее дефицитного вещества (оксида кремния, глинозема).
Преимущество сорбционных процессов:
– возможность сорбции многокомпонентных систем;
– высокая эффективность сорбционных процессов;
– возможность извлечения сорбата при низкой концентрации;
– возможность утилизации ценных растворенных веществ,
извлеченных сорбентом;
– возможность использования очищенных вод
и газов в про-
мышленных системах.
7.5.5. Состав, свойства и применение адсорбентов
для очистки воды
Адсорбционные процессы в последние годы широко применяются в различных отраслях промышленности, особенно при
извлечении нефти и нефтепродуктов из почвы и воды. Для достижения высокого качества очистки почв и стоков от указанных
продуктов необходимо применять адсорбенты
, обладающие не
только большой адсорбционной и селективной способностью, но
и способностью к быстрому восстановлению их адсорбционных
свойств, т.е. к регенерации [113].
В промышленной практике широкое применение получили
углеродные, минеральные и синтетические адсорбенты. К первым
относятся активные угли, торф, растительные отходы; к минеральным – силикагели, алюмогели, цеолиты; к синтетическим – синтезированные
полимерные сорбенты.
Из углеродных сорбентов наибольшее применение находят
активированные угли, обладающие относительно высокой поверхностью и пористостью. По форме и размеру частиц активные угли могут быть порошкообразные (с размером частиц менее 0,1 мм), дробленые ( частицы неправильной формы размером
0,5–5,0 мм) и гранулированные (с размером частиц до 5 мм).
Процесс сорбции с
применением активных углей проводят как
в газовой, так и в жидкой фазе. Порошкообразные угольные
сорбенты наиболее эффективно применять на конечной стадии очистки воды. Такие сорбенты активно поглощают из
воды фенолы, пестициды, нефтепродукты, соединения тяже-
233
лых металлов и веществ, обуславливающие неприятный привкус и запах воды.
В последние годы начал в больших объемах в качестве адсорбента применяться торф, который имеет преимущественно
объемный и специфический характер сорбции вследствие наличия в нем большого количества функциональных групп – СООН
и -ОН. Исследование ионообменных равновесий ионов торфа
различной породы
показало его высокую селективность объемного действия, зависящую от емкости торфа, от природы иона и
констант обмена Ме-Н. Для торфа характерна не только ионообменная, но физическая адсорбция.
Применение гранулированного (зернистого) сорбента на
основе торфа для очистки нефтяных эмульсий показало положительные результаты – степень очистки составила 97–98 %.
Такие сорбенты пригодны
для связывания и сорбции нефтепродуктов на поверхности территорий водоемов и акваторий.
Модифицированные цеолитами торфяные фильтрующие материалы обладают высокой поглотительной способностью (до
12 частей нефти на 1 часть собственного веса), являются гидрофобными и нефтефильными, экологически чистыми материалами, легко утилизируются путем сжигания или производства
топливных брикетов.
Эффективно применение гидрофильных буроугольных
адсорбентов, а также сорбентов на основе рисовой и гречневой шелухи для улавливания нефти не только с поверхности воды, но и с
поверхности земли. Достоинством адсорбентов на основе шелухи является возможность использования их с применением различных способов нанесения на поверхность, фильтрования через
слой сорбента. Причем применение их в
сочетании с другими материалами (асбестом, песком и др.) позволяет проводить чисто
механическое фильтрование и собирать остаточное количество
нефти и нефтепродуктов, очистив воду до требуемых норм.
Одним из преимуществ угольных адсорбентов является
возможность их многократного использования путем их регенерации. Важнейшей стадией регенерации адсорбентов является
их десорбция, которая в общей
стоимости процессов составляет
50–70 % [113]. Десорбционным агентом в промышленных условиях является обычно острый насыщенный или перегретый во-
234
дяной пар, горячий воздух, инертные газы, пары органических
веществ.
Силикагели и алюмогели – силикатные минеральные адсорбенты – находят широкое применение благодаря возможностям
регулирования их пористой структуры в зависимости от условий
получения. Кроме того, они обладают преимуществом перед активными углями – негорючестью. Природные силикогели – гидрофильные адсорбенты с высокой адсорбционной емкостью,
алюмогели (активный
оксид алюминия), как и силикагели, являются гидрофильными адсорбентами с сильно развитой пористой
структурой. Цеолиты (молекулярные сита) – алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов и отличающиеся строго регулированной структурой пор [161]. Цеолиты могут быть природные и синтетические.
Уникальные свойства природных цеолитов (клиноптилолит, морденит, эрионит,
шабозит) – высокая селективность поглощения
и ионообменная способность молекулярно-ситового разделения
смесей. В качестве модификаторов могут быть применены водорастворимые органические полимеры: с гуанидиновыми группировками – полигексаметиленгуанинхлорид (ПГМГ); полиэтиленимин (ПЭИ), а также гидрофобизированный (ПГМГ), которые
по сорбционным свойствам и коэффициенту распределения находятся наравне с активированным углем. Промышленные адсорбенты значительно
различаются как по химической природе,
так и по пористой структуре. Запасы природных цеолитов практически неограничены.
К числу такого природного сырья могут быть отнесены
углеродсодержащие шунгитовые породы Карелии, которые сочетают в себе свойства минеральных и синтетических сорбентов. Проведенные испытания по применению шунгитовых пород
на участке очистки оборотных вод
мойки автотранспорта по
сравнению с активным углем показали положительные результаты. Они не только полностью восстанавливают поглотительные
свойства после паровой активации в процессе терморегенерации
при температуре 500–600 °С в течение 10 мин, но и происходит у
них увеличение селективности поглотительных свойств.
Разработанная горным институтом КНЦ РАН технология
получения сорбента (Версола) модифицированием вермикулита
235
термообработкой в присутствии органических веществ подтвердила, что по нефтеемкости и механической прочности Версол
превосходит аналогичные показатели для активированных углей,
а по катионообменной емкости соответствует обменной емкости
природных сорбентов.
Высокой сорбционной способностью нефти и нефтепродуктов обладает также синтезированный гидроксид кальция из фосфогипса и кремнегеля с высокой разветленной поверхностью, 1 г
такого сорбента может поглотить до 0,4 г нефти, степень очистки им достигает 99,0–99,5 %. Регенерация такого сорбента путем
прокаливания позволяет использовать его до 80–100 раз.
В последние годы для очистки сточных вод и водоемов от
нефти и нефтепродуктов находят применение полимерные пенонаполненные сорбенты. Разработан новый полимерный адсорбент
для очистки водных сред от
загрязнений нефти и нефтепродуктов,
представляющий собой высокоэластичный гелеобразный полимерный материал, способный ограниченно набухать в нефти,
нефтепродуктах и других гидрофобных органических веществах.
Его сорбционная емкость равна 5–15 кг углеводородов на 1 кг сухого адсорбента, плотность адсорбента меньше плотности воды,
поэтому он не тонет и всегда находится на границе раздела фаз.
Существенно и
то, что вода не проникает внутрь адсорбента [113].
Поглощенные углеводородные субстраты легко удаляются
из адсорбента, например, экстракцией легко кипящими растворителями, после отгонки последних выделенная нефть может
быть использована как товарный продукт. Материал адсорбента
выдерживает до 50 циклов без разрушения, извлекая до 250 т нефти на 1 т сорбента. В настоящее время разработано
и применяется
несколько видов аналогичных сорбентов: вспененный полиуретан (ВПУ), торфяные брикеты, сорбент графитовый, активированный алюмосиликат (ААА). Разработан также универсальный
сорбент (СИНТАПЭКС), близок по своим свойствам к ватину и
синтепону, но значительно дешевле. Собранный нефтепродукт
легко отжимается от СИНТАПЭКСА в количестве 70–80 % от
впитавшегося продукта, что позволяет утилизировать часть разлитого
продукта, а с другой – многократно использовать сорбент.
В табл. 7.8 приведены сравнительные характеристики раз-
личных органических и неорганических сорбентов.
236
Таблица 7.8. Характеристика органических сорбентов
Наименование
сорбента
Степень отжима
13,9
7,08
Водопоглощение, г/г
82
66
Нефтепоглощение, г/г
Карбамидформальдегидная
смола: порошковая
Паролон 14,5 1,3 75
Синтепон 46,3 42,5 94
Ватин 24-27 0,5 87
Лавсан: образец А
образец Б
39,6 - 60
14,05
7,27
Неорганические сорбенты промышленного происхождения
Растительные отходы
Солома пшеничная (сечка) 4,10 4,3 36
Камышовая сечка 8,2-2,66 4,68 18-30
Древесные опилки 1,72 4,31 10-20
Отходы ватного производства 8,3 0,26 60
Шелуха гречки 3,0-3,5 2,20 44
Торф 17,71 24,28 74
Специальные сорбенты для сбора нефти
нефти
“Лесоруб” (торфяная пыль обработанная 9,1 2,5 66
“Пит Сорб” (ФРГ, фирмаКлон Инк) 6,19 0,71 0
Разработанный сорбент (СИНТАПЭКС) 24,45 0,20 83
Выбор адсорбентов производят в зависимости от условий,
количества разлитой нефти или нефтепродуктов, а также от объема водоема и т.д.
7.6. Влияние климатической мелиорации на состояние
ландшафтов
Климатические мелиорации – это целенаправленное улучшение свойств и функций ландшафтов путем изменения метеорологических процессов и факторов микро- и мезоклимата в пер-
237
вую очередь в приземном слое воздуха и почвах. Применяются
два основных направления климатических мелиораций:
1. Преобразование структуры радиационного и теплового
балансов, а также ветрового режима ландшафтов через изменение свойств подстилающей поверхности.
2. Прямое воздействие на метеорологические процессы.
Известно, что на значительное нарушение структуры ради-
ационного и теплового баланса оказывают влияние водные
мелиорации [73, 162]. Орошение вызывает изменение теплового
баланса в сторону увеличения затрат тепла на испарение и снижение затрат на турбулентный обмен в атмосфере. При осушении
происходит обратный процесс, что способствует нагреванию
приземного слоя воздуха и почв. На изменение термического режима почв оказывает влияние земельная мелиорация и преобразование ранее
изложенной мелиорацией растительного покрова.
Одним из распространенных приемов трансформации микроклимата является мульчирование, т. е. покрытие поверхности почвы рыхлыми материалами (торфом, соломой, полимерной
пленкой, вермикулитом и т.п.), применение которых приводит к
образованию воздушных прослоек на границе почва-воздух, изменению альбедо и затрат тепла на испарение.
Прямым влиянием на
метеорологические процессы является искусственный обогрев приземного слоя воздуха и почв,
воздействие на градовые облака для снижения размера льдинок,
искусственное образование атмосферных осадков, создание облаков и их рассеивание. Эти процессы осуществляются различными инженерно-техническими средствами, как, например,
борьба с градом основана на введении в облака специального
реагента-йодистого
свинца или йодистого серебра при помощи
ракетного обстрела. Реагент вызывает в облаке огромное количество мелких ледяных кристаллов, которые при попадании в атмосферу растаивают и выпадают на почвы в виде дождя.
Климатические мелиорации могут существенно изменить
температуру приземного слоя воздуха и влажность почв, что в
значительной степени ослабляет или устраняет
вредное влияние на растения экстремальных погодных условий, создавая оптимальное соотношение тепла и влаги для роста культур. Кроме
того, на окультуренных почвах повышается доля использован-
238
ных летних осадков до 80%, в то время как на неокультуренных
почвах только 40–50%.
Эффективность климатических мелиораций неодинакова в
различных природных зонах и регионах. Так, например, в лесостепной зоне снижение турбулентного обмена в результате орошения ведет к понижению температуры воздуха на 1,5–2,0 °С,
а дефицита влажности на 5 мм. В пустынях умеренного пояса
температура воздуха при орошении понижается на 4–5 °С, а дефицит влажности – на 15–20 мм. Соответственно температура
верхнего слоя почвы снижается на 5–8 °С.
Весьма эффективны климатические мелиорации, применяемые для борьбы с заморозками. В таких случаях применяются
такие меры, как задымление, укрытия, искусственный обогрев
плантаций, посадка овощей под защитой высокостебельных растений,
применение которых очень важно, особенно в северных
регионах, так как такие меры значительно ускоряют процесс вызревания культур.
7.7. Эффективность влияния снежных мелиораций на
плодородие земель
Солнечные лучи действуют на поверхность снежного покрова и через него на тепловой и водный режимы почвы в целях
улучшения производственных функций ландшафтов. Снежный
покров,
величина которого достигает около половины всей суммы годовых атмосферных осадков, защищает почвы и зимние
растения от действия сильных морозов, снег пополняет запасы
влаги в почвах, является необходимым условием обеспечения
высоких урожаев сельскохозяйственных культур.
На территории России две зоны нуждаются в снежных ме-
лиорациях [47, 73]:
1. Малоснежная и засушливая, с высотой снежного
покрова
10–30 см – степные районы Поволжья, Северного Кавказа, Урала
и центральной части Якутии.
2. Умерено снежная, с неустойчивым и недостаточным увлажнением и высотой снежного покрова 30–50 см – преимущественно и частично степные ландшафты центральных районов
Европейской части России, Среднего Урала и юга Западной
Сибири.
239
В этих регионах в зависимости от физико-географических
условий применяется два подтипа снежных мелиораций:
1. Терморегулирование почв с помощью снегонакопления
(сохранения и удержания выпавшего снега) и снегоуплотнения
(снижение высоты и увеличение плотности снега).
2. Водорегулирование режима почв путем снегонакопле-
ния и снеговодоудержания, направленных на увеличения высоты снежного покрова и запасов
влаги в почве.
Применяются следующие способы снежных мелиораций:
1. Механизированный способ, осуществляемый с помощью
специальных орудий-снегопахов на тракторной тяге.
2. Способ, осуществляемый с помощью растительности, –
лесных полос, высокостебельных растений, оставления и сохранения высокого жнивня.
3. Комбинированный способ, совмещающий первых два
способа.
Снежные мелиорации существенно увеличивают запасы про-
дуктивной влаги в
метровом слое почв (на полях со снегом на
30–55 мм больше, чем на полях без снега) во время посева яровых
культур. По сравнению с осенним периодом запасы влаги на этом
же участке со снежней мелиорацией увеличились от 50 до 90 мм,
в то время как на полях без снегонакопления и снегозадержания –
всего от
15 до 50 мм. Кроме того, разность глубин промерзания
почв между участками без снега и со снежной мелиорацией составляет от 75 до 10 см и более.
Таким образом, снежные мелиорации обеспечивают оптимальный режим температур (от –5 °С в верхнем слое почвы до –15 °С в
среднем), а также накопление оптимальных запасов продуктивной
влаги в
метровом слое почвы (от 80–100 до 150–180 мм к весне и в
первую половину лета). Все это существенно улучшает произрастание и увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур.
7.8. Особенности применения химической мелиорации
Химическая мелиорация – это комплекс приемов, направленных на улучшение физико-химических почв и поверхности
горных пород в связи с их истощением в процессе
использования путем внесения в них различных химических веществ. Потребность в химических мелиорациях возникает при нарушении
240
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]