Шпаргкалка по "Экологии"

18. Методы очистки газов от выбросов. Очистка газов от пыли.  Пылеулавливающие аппараты.

Очистка газа – отделение от газа и превращение в безвредное загрязняющего вещества, поступающего из промышленного источника.

Классификация методов очистки:

1. по типу процесса: абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные, каталитические

2. по характеру процесса: регенерационные, нерегенерационные

3. по типу получаемого продукта

4. по виду загрязнений (пыль, аэрозоли, туманы, газы). И т.д.

Пыль, образующаяся в результате различных технологических процессов, вредны для здоровья и наносит материальн ущерб нар хоз-ву.

Улавливание пыли возможно сухим и мокрым способом с пом различных пылеулавливающих аппаратов. В зависимости от дисперсного состава загрязнений исп-ют следующие аппараты для очистки газов (пылеулавливающие аппараты):

-     механические: циклоны, вихревые, ротационные, радиальные

-     гидравлические: центробежные, механические, турбулентные, скрубберы, барботажные и пенные

-     фильтрационные: тканевые фильтры, зернистые, волокнистые

-     электрические

1.    Сухие методы очистки.

a.          пылеосадительные камеры

b.          пылеуловители: инерционные, динамические, вихревые.

c.          циклоны

d.          фильтры: волокнистые, тканевые, зернистые, керамические.

2.    Мокрые методы очистки.

a.          газопромыватели: полые, насадочные, тарельчатые, ударно-инерционного действия, центробежные, механические, скоростные.

3.    Электрические методы очистки.

a.    сухие электрофильтры

b.    мокрые электрофильтры

К механическим очистным устр-вам относятся гравитационные и инерционные пылеуловители. Частицы в циклонных аппаратах выделяются под действием центробежной силы в процессе вращения газового (воздушного) потока в корпусе уловителя. Эффективность работы циклона зависит от размеров частиц пыли (при 4-5 мкм – 60%; при 10мкм – 80%; при 30-40 мкм – до 95%).

Гидравлические очистные устр-ва основаны на процессе мокрого пылеулавливания за счет контакта запыленного газового потока с жидкостью. По принципу работы гидравлич аппараты: полые и насадочные (скрубберы), барбатажные и пенные, динамические и турбулентные и др.

Фильтрационные очистные устр-ва основаны на прохождении газа через пористую перегородку (фильтр), в ходе которого взвешенные частицы задерживаются фильтром, а газ проходит через него. «+» фильтрационного метода: высокая степень очистки, относительная простота конструкции. «-«: громоздкость оборудования. Фильтры для пылеулавливания: тканевы, зернистые, волокнистые.

Электрофильтр – устр-во, в котором улавливание взвешенных частиц происходит под воздействием электростатических сил. +: универсальность, -: высокая стоимость, невозможность проводить очистку взрывоопасных газов.

((Метод конденсации: применяют для улавливания паров и летучих растворителей. В основе метода лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Достоинства: простота аппаратурного оформления и эксплуатации установки.  Недостатки:  взрывоопасность процесса, высокие расходы холодильного реагента и электроэнергии, низкий вывод растворителей.

Метод компримирования базируется на том же явлении, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящихся под высоким давлением. Недостатки: сложность аппаратурного выполнения, невозможность работы с парами с низкой концентрацией.))

19. Абсорбционные методы очистки газов (SO2, NO2, H2S).

Суть абсорбции заключается в поглощении удаляемых компонентов жидкостью. В зависимости от особенностей взаимодействия поглотителей и извлекаемого из газовой смеси компонента абсорбционные методы делятся на физическую и химическую абсорбцию (хемосорбцию). Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции выделяемые из газов компоненты вступают в химические реакции с хемосорбентами, в качестве которых используют  растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

Абсорбционные методы исп-ют для очистки газов от CO, NxOy, SO2, H2S, HCl, CO2.

Очистка от SO2.

Для абсорбции могут быть использованы вода, водные р-ры и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов.

Известняковые и известковые методы. +: доступность и дешевизна абсорбентов, простая технологическая схема процесса и др. -: невысока эффективность очистки. Процесс абсорбции диоксида серы происх в виде стадий: химические реакции при абсорбции известковым молоком:

SO2 + H2O = H2SO3; SO2 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O;

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4.

Абсорбция SO2  сульфитом натрия: метод двустадийный: 1) Na2SO3 + SO2 + H2O  2NaHSO3; 2NaHSO3  SO2 + H2O + Na2SO3; 2) регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130º С, при этом выделяются газообразный SO2. Охлажденный раствор сульфита натрия снова возвращается на абсорбцию, а SO2  направляется на переработку в серную кислоту.

Аммиачный способ улавливания SO2: SO2 + NH4OH = NH4HSO3; (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3; при нагревании бисульфит аммония разлагается: 2NH4HSO3  (NH4)2SO3 + SO2 + H2O; +: высокая степень улавливания SO2.

Другие методы: магнезиальные методы, фосфатный, кислотно-каталитический, озоно-каталитический, радиационно-каталитический, с исп-ем органических сорбентов.

Очистка газов от NO2.

На практике с отходящими газами выбрасываются в осн NO и NO2 одновременно. Основная сложность абсорбционной очистки связана с низкой химич активность и растворимостью оксида азота. Пути решения этой проблемы: полное или частичное окисление NO в NO2, исп-е селективных абсорбентов и катализаторов абсорбции.

При абсорбции оксидов азота исп-ют воду, р-ры щелочей и селективные сорбенты, кислоты и окислители. Абсорбция диоксида азота водой:

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO + Q.

Для очистки газов применяют различные р-ры щелочей и солей (NaOH, KOH, MgCO3 и др.). для очистки газов при отсутствии кислорода исп-ют р-ры FeSO4, FeCl2, Na2S2O3 и др. применение растворов-восстановителей (NaHSO3, Na2S2O3 и др.) приводит к получению азота.

Очистка газов от сероводорода (H2S): в основном хемосорбционные методы, мышьячно-щелочной метод, абсорбция этанолами, фосфатный метод.

Задачи

1) разбавление ст в. CA, моль/л. ПДКА, мг/л. n = CA’/ПДКА = (CA * MA * 1000) / ПДКА = [(мг/л) / (мг/л)] = … раз.

2) эффект суммации: если Σ(от 1 до n) (Ci/ПДКi) ≤ 1, то нет вредного воздействия.

3) жесткость воды – содержание миллимолей эквивалента ионов Ca2+ или Mg2+ или солей в 1л воды.

жесткость: карбонатная = временная, некарбонатная = постоянная. Общая = их сумме.

Ж = νэ *1000, νэ=m/Mэ

Ж = (m(соли)/(Mэ(соли) * V(H2O))*1000 (ммоль/л). Мэ=M/2 (г/моль) (берется прям по табл менд).

Жпост – растворимые соли Ca и Mg (например CaCO3 - дикарбонат кальция и Na2CO3). MgSO4 – сульфат магния.

Жврем – гидрокарбонаты Ca и Mg ( Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2 ).

допустимая жесткость питьевой воды – не более 7 ммоль/л.

По титрованию: C1*V1=C2*V2. Ж = ((С1*V1) / V(H2O)) * 1000 [мг-экв/л], V – точечный объем, С – концентрация (измеряется в каких-то н). Например: Ж = ((н*мл)/мл))*1000.

[[Задача. Жесткость некоторого образца воды обусловливается только дикарбонатом магния. При кипячении 0,5 л воды в осадок выпало 14 мг Mg(OH)2. Чему равна жесткость воды?

Решение 2.

В 1 л воды содержится 0,014/0,5 = 0,028 г Mg(OH)2,

что составляет 0,028/0,029=0,00096 г-экв
или 0,96 мг-экв (29 – эквивалент Mg(OH)2)

Следовательно, жесткость воды 0,96 мг-экв ]]

Зная, что молярные массы эквивалентов ионов Са2+ и Mg2+ соответственно равны 20,04 и 12,16 мг/дм3, можно рассчитать общую жесткость воды (в ммоль/дм3): Ж = ([Ca2+]/20,04) + ([Mg2+]/12.16)

4) [H+]*[OH-]=10^(-14) – ионное произведение воды. pH = - lg[H+] = - lg (10^(-14)/[OH-]). Если pH=7 – вода нейтральная, >7 – щелочная, <7 – кислая.

5) Задача. Сколько л 20 % соляной кислоты, плотностью 1,098 г/см3, потребуется для нейтрализации 700л 5 М щелочной сточной воды?

Решение: 1 л раствора имеет массу 1098 г и содержит 1098*0,20=219,60 г HCl, что составляет

C1V1 = C2V2

700л*5М=Хл*6М

6) Задача. Для очистки ст в от токсичного шестивалентного хрома (K2Cr2O7) в кач-ве восстановителя исп Na2SO3. напишите уравнение реакции и рассчитайте кол-во сульфита натрия, необходимого для полного восстановления 750г шестивалентного хрома.

Решение. Дано: m(K2Cr2O7) = 750 г. Реакция:

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O.

(или если др условие:

K2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.

K2Cr2O7 + 3SO2 + H2SO4 -> Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O.)

M(K2Cr2O7)=294 г/моль, М(Na2SO3)= 126 г/моль

(над K2Cr2O7 написать 750 г, под ним «294г/моль, 1 моль»; над Na2SO3 – «x», под: «3 моль, 126 г/моль).

Na2SO3            K2Cr2O7

X                    750/294=2,55 моль

3 моль                  1 моль

X=2,55*3/1=7,65 моль = ν(Na2SO3). m=M*ν=963,9 г.

7) CO2+2NH3 = CO(NH2)2 + H20

8) Задача. Чему равна жесткость (в ммоль/л) 0,003 М раствора MgCl2?

Решение: 0,003 М MgCl2

0,003 М = 0,003 моль/л = 3ммоль/л

Задача. Рассчитайте минимальный объем (в литрах) 15 % раствора соды (плотность 1,158 г/мл), необходимый для устранения жесткости 100 л природной воды с содержанием гидрокарбонат-ионов, равным 0,61 г/л.

Решение: 1 л раствора имеет массу 1158 г и содержит 1158*0,15=173,7 г Na2CO3

C1V1 = C2V2

100*0,61=Х*173,7

Задача. Диоксид углерода поглощают раствором гидроксида кальция. Решение: Вначале образуется осадок, затем он исчезает. Определите общий объем газа (в литрах, н.у.), израсходованный при образовании 74 г осадка.

(правая часть неправильная. Верно: CaCO3+H2O).

Задача. Смесь бромидов натрия и калия применяют в медицине как успокоительное средство. Найдте число бромид-ионов, поступивших в организм после приема 10 мл раствора, содержащего по 30 г бромида натрия и бромида калия в 1 л.

ν=30/103=0,29 моль NaBr

ν=30/119=0,25 моль KBr

[Br]-общ=0,29+0,25=0,54 моль/л

0,54 моль – 1000 мл

Х – 10 мл

число Br-=5.4*10-3=32.5*1020

9) Задача. Цинковый купорос: ZnSO4*7H2O. Сколько кг купороса нужно взять для приготовления 0,05% раствора из расчета применения 400 л/га для обработки 10 га земли?

Всего р-ра надо 4000 л = Vр-ра. => V(ZnSO4*7H2O)=Vр-ра*0.0005=2л.

ν=V/Vm=2(л)/22,4(л/моль)=0.089 моль. m= ν*M.

Задача. Дисбаланс азота 30 кг/га в год. Какое кол-во удобрения в виде натриевой селитры NaNO3 необходимо ввести в почву для сбалансирования этих компонентов?

Решение. В NaNO3 содержится 16,5% N (M(N)/M(NaNO3)*100%). M(N)=14 г/моль. ν необх(N)= 30000/14=21423 моль – 16.5%

                                                                     X моль        -  100%

X=2143/16.5*100=129879 моль. m(NaNO3)=M(NaNO3)*x=11039 кг.

Термины.

Абиотические факторы - совокупность условий окр. среды, влияющих на организм.

Автотрофы – организмы, берущие нужные им для жизни хим. элементы из окр. среды и не требующие готовых орг. соединений другого организма. Осн. источник энергии – Солнце.

Агрессия – форма связей, характеризующаяся истреблением особей своего вида.

Адаптация – приспособление организма к среде.

Аменсализм – тип межвидовых отношений, при котором один вид подавляет существование другого, не испытывая противодействия.

Ареал – часть земной пов-ти, в пределах которой распространен тот или иной вид.

Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси  газов, паров и пыли.

Аутэкология-раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов с окр. средой.

Аэробиосфера – область атмосферы, населенная аэробионтами.

Аэропланктон – организмы, пассивно переносимые потоками воздуха.

Бенталь – дно океана как среда обитания донных организмов.

Бентос – совокупность растений(фитобентос) и животных(зообентос), ведущих донный образ жизни.

Биогенное вещество – создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых орг-мов, например, нефть, кам. уголь и др.

Биогеохимический круговорот – обмен хим. элементов между живыми орг-ми и неорг. средой, различный стадии которого проходят внутри экосистемы.

Биокосное вещество – создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других.

Биом – совокупность экосистем какой-либо крупной территории.

Биосфера – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. (Зюсс, 1875).

Биота – совокупность видов организмов какой-либо крупной территории.

Биотический круговорот – циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами.

Биотичекие факторы – совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие.

Биотоп – однородный в экологическом отношении участок земной пов-ти, занятый одним биоценозом.

Биоценоз – совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих опред. геогр. территорию, отличающуюся от других соседних территорий по хим. составу почв, вод, а также по ряду физ. показателей.

Валовая Первичная Продуктивность(ВПП) – скорость, с которой растения накапливают хим. энергию.

Гелиофиты – световые виды растений, обитающих на открытых местах с хорошей освещенностью.

Геобионты – животные, постоянно обитающие в почве.

Геобиосфера – верхняя часть земной коры, населенная геобионтами.

Гетеротипические реакции – взаимодействия между особями разных видов.

Гетеротрофы – организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другимим организмами.

Гидробиосфера – водная оболочка Земли, населенная гидробионтами.

Гидросфера – совокупность всех вод Земли.

Гидрофиты – водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними своими частями.

Гомеостаз – динамическое равновесия процессов, протекающих в организме, популяции, биоценозе, экосистеме.

Гомотипические реакции – взаимодействия между особями одно вида.

Гумус – органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных.

Демэкология – раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяции, вида с окр. средой.

Детрит – мелкие частицы остатков организмов и их выделений.

Детритные пищевые цепи – пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов животных.

Детритофаги – организмы, питающиеся детритом.