Курс промышленной экологии

Ответы к работе № 1

1. Назовите методы очистки сточных вод от ионов металлов. Поясните сущность каждого из них.

Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+  5 - 100 мг/л	Электрофлотация
	Реагентный + отстаивание
	Электродиализ
	Электрокоагуляция
Концентрации Cu2+, Zn2+, Ni2+, Feобщ, Cd2+  0,5 - 5 мг/л	Ультрафильтрация
	Ионный обмен

Электрофлотатор - технологическая установка для очистки сточных вод промышленных предприятий от тяжелых металлов, взвешенных веществ, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и нефтепродуктов методом электрофлотации. Функционирование оборудования основано на процессе выделения пузыриков электролитических газов малого диаметра (20-70 мкм) в процессе электролиза сточной воды и эффекта флотации - всплыния нерастворимых загрязняющих веществ на поверхность сточной воды в электрофлотаторе.

Электрофлотатор МУОВ включает в себя: корпус из полипропилена - высоконадежного и химически инертного иатериала, блок нерастворимых электродов на титановой основе, автоматическое скребковое устройство для сбора шлама с поверхности очищаемой воды, стабилизированный источник питания, крышку - зонт для подвода вытяжной вентиляции.

Электрофлотатор обеспечивает работу очистных сооружений в непрерывном режиме (до 24 часов в сутки), не требует сменных элементов и расходных материалов. Оборудование предназначено для использования как на локальных очистных сооружения сточных вод, так и на общепромышленных станциях очистки и подготовки воды, и обеспечивает эффективное извлечение гидроксидов металлов Cu(OH)₂, Ni(OH)₂, Zn(OH)₂, Cd(OH)₂, Cr(OH)₃, Al(OH)₃, Pb(OH)₂, Fe(OH)₂, Fe(OH)₂ Ca(OH)₂, Mg(OH)₂, взвешенных частиц, анионных и неионогенных СПАВ, нефтепродуктов в независимости от анионного состава очищаемой воды.

Электрокоагуляция (гальванокоагуляция) - устаревшие технологически методы, которые до настоящего времени используются на машиностроительных и металлообрабатывающих предприятиях для очистки сточных вод гальванического производства (в основном для очистки хромсодержащих сточных вод от ионов хрома Cr⁶⁺). В данных методах по электрохимическому механизму растворяют железо, и образовавшиеся ионы Fe²⁺ восстанавливают шестивалентный хром Cr⁶⁺ до трёхвалентного Cr³⁺ с последующим образованием гидроксида хрома. Различие электрокоагуляции и гальванокоагуляции заключается в способе растворения железа. В электрокоагуляционном методе железо растворяется электрохимически при наложении на стальные аноды потенциала от внешнего источника питания. В гальванокоагуляционном методе железо растворяется гальванохимически за счет разности потенциалов, возникающей при контакте железа с медью или коксом. Следовательно, оба метода различаются движущей силой процесса растворения металлического железа, что и определяет их технологические различия.

Электрокоагуляция и гальванокоагуляция имеют огромное количество недостатков, основными среди которых являются следующие:

• трудность в обслуживании электрокоагуляторов за счет засорения межэлектродного пространства, которое необходимо постоянно прочищать скребками;

• трудность в обслуживании гальванокоагуляторов определяется необходимостью поддержания соотношения стальной стружки и кокса или стальной и медной стружки, неудобством засыпки загрузки, необходимостью тщательной фильтрации от мелкодисперсной фазы, состоящей из частиц кокса и оксидов железа.

• Оба метода требуют огромного количества химических реагентов (На восстановление одного хромат иона расходуется три иона двухвалентного железа и четыре молекулы серной или восемь молекул соляной кислоты. Чтобы восстановление шестивалентного хрома шло с достаточной эффективностью, расходующиеся реагенты должны присутствовать в обрабатываемых сточных водах в большом избытке. Это приводит к тому, что норму расхода и кислоты и железа приходится увеличивать еще в 1,5-2 раза)

• Оба метода создают огромное количество практически не утилизируемых твердых отходов - смесей гидроксидов железа и хрома: в пересчете на сухой вес около 10 кг на 1кг хрома Cr³⁺, содержащегося в исходном стоке.

Данная технология позволяет вести очистку воды в тяжелых рабочих условия (крайние значения pH, присутствие сильных окислителей, температура до 110 C) без снижения производительности установок и физического износа керамических элементов. Керамические мембраны серийно выпускаются в РХТУ им. Д.И. Менделеева, технология их производства разработана и запатентована на кафедре ХТУМ. Таким образом, мы предлагаем Вам качественное решение как типовых, так и нестандартных задач в сфере очистки промышленных сточных вод с использованием собственных передовых технологий и оборудования, не уступающего по качеству европейским аналогам и, в то же время, являющееся максимально рентабельным на сегодняшний день!

ионообменные фильтры для различных отраслей промышленного производства, в том числе для очистки промывных вод гальванического производства, очистки сточных вод от тяжелых металлов: медь, цинк, никель, хром. В фильтрах используют селективные ионообменные смолы высокого качества, предназначенные для улавливания ионов тяжелых металлов в процессе очистки промышленных стоков. Фильтровальные установки работают как в периодическом – Single, так и в непрерывном режиме фильтрации – Duplex и обеспечивают извлечение следовых концентраций ионов тяжелых металлов из сточных вод до региональных требований ПДК. Благодаря высокой обменной емкости ионообменных смол регенерация проводится гораздо реже, а элюаты в малых количествах поступает на вход очистных сооружений. 

Ионный обмен также является одним из методов обессоливания воды. Ионообменные смолы представляют собой высокомолекулярные соединения с функциональными ионообменными группами, способными к обмену ионов на эквивалентное количество других ионов находящихся в растворе. Преимущества ионного обмена: - Минимальные капитальные и энергозатраты - Возможность получения сверхчистой воды, максимальная степень обессоливания - Надежность - Способность работать при резко меняющихся параметрах питающей воды - Минимальный объем вторичных отходов, обеспечивающий возможность их переработки

2. Перечислите способы нейтрализации сточных вод.

. Используют нейтрализацию смешением кислых и щелочных сточных вод, реагентную нейтрализацию, фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк, доломит и др.). Для нейтрализации кислых сточных вод применяют такие реагенты, как щелочь, аммиачная вода, карбонат натрия; щелочных сточных вод – растворы кислот или газообразные оксид углерода (1У), оксид серы (1У) и др., входящие в состав дымовых газов [5]. Нейтрализация (самостоятельно или в сочетании с другими методами) применяется при решении различных технических задач, в частности простого обезвреживания сточных вод, получения осветленной воды и выделения ионов металлов в виде осадка, например гидроксидов металлов, обессоленной воды, утилизации компонентов сточных вод, создания оборотного водоснабжения.

3. Дайте понятие ПДК.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядкесанитарно-гигиенический норматив. Под ПДК понимается такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

4. Дайте определение рН.

Водоро́дный показа́тель, pH (произносится «пэ аш», английское произношение англ. pH —piː'eɪtʃ «Пи эйч») — мера активности (в очень разбавленных растворах она эквивалентнаконцентрации) ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, вычисляется как отрицательный (взятый с обратным знаком) десятичный логарифм активностиводородных ионов, выраженной в молях на литр:

5. Расскажите порядок работы на рН-метре и фотоэлектроколориметре.

pH-метр — прибор для измерения водородного показателя (показателя pH), характеризующегоконцентрацию ионов водорода в растворах, питьевойводе, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных системах непрерывного контроля технологических процессов, в том числе в агрессивных средах. В частности, pH-метр применяется для аппаратного мониторинга pH растворовразделения урана и плутония, где требования к корректности показаний аппаратуры без её калибровки чрезвычайно высоки.

Действие pH-метра основано на измерении величины ЭДС электродной системы, которая пропорциональна активности ионов водорода в растворе — pH (водородному показателю). Измерительная схема по сути представляет собой вольтметр, проградуированный непосредственно в единицах pH для конкретной электродной системы (обычно измерительный электрод — стеклянный, вспомогательный — хлоросеребряный).

[править]Области и методы применения

Прибор может использоваться во многих производствах, где необходим контроль среды, универсальным показателем состояния которой и соответствия её требуемым — является pH: при высокотехнологичном производстве всех видов горючего, в фармакологической, косметической, лако-красочной, химической, пищевой промышленности и мн. др.; pH-метры имеют широкое применение в научно-исследовательской практике химиков, микробиологов и почвоведов, агрохимиков, в лабораториях стационарных и передвижных, в том числе полевых, а также клинико-диагностических (для контроля физиологических норм и диагностики), судебно-медицинских. Последнее время pH-метры также широко используются в аквариумных хозяйствах, для контроля качества воды в бытовых условиях, в земледелии (особенно в гидропонике).

Медицинский pH-метр, применяемый для измерения кислотности непосредственно в полых органах человека, называется ацидогастрометр.

 Фотоэлектроколориметр-прибор для определения концентрации вещества в растворе по величине поглощения монохроматического света; в биологии и медицине используется, напр., для качественного и количественного анализа биологически активных веществ и лекарственных средств.

Вопросы к работе № 2

1. Расскажите механизм очистки сточных вод при обработке их активным хлором. Напишите уравнения реакций, происходящих при этом.

Этот способ применяют, например, для окисления фенолов, содержащихся в сточных водах. Процесс окисления идет через образование ди- и трихлорфенолов до карбоновых кислот (цис-бутендиовой, 2,4-гексадиендиовой, метановой). Процесс окисления фенолов может быть ускорен подогреванием сточной воды до 40^оС. При дальнейшем повышении температуры происходит переход гипохлоритов в хлораты, которые обладают меньшей окислительной способностью, что приводит к замедлению процесса окисления. Поскольку сточные воды обычно содержат вещества, реагирующие с хлором с разной скоростью, или вещества, совсем не окисляющиеся хлором, то определение окисляемости сточной воды не дает достаточных данных для выводов о том, как вода будет хлорироваться. В этом случае для получения характеристики исследуемой сточной воды применяют диаграммный метод

Cl₂+H₂O=HCl+HClO (HClO=H†+ClO‾ ) сумма соединений Cl₂+ HClO+ ClO‾ называется активным хлором 2HClO = 2HCl + O₂.

2. Чем отличается процесс очистки питьевой воды активным хлором от очистки сточных вод. Поясните ответ с помощью кривой хлорирования, характеризующей процесс очистки.