Предмет экологии. История развития экологии (стр. 5 )

3[] +4 ]3 + 12 KCl.

4. Нейтрализация – 2HCl + CaO +O Ca + 2O

51. Физико-химические методы очистки: флотация, коагуляция, адсорбция, ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, электрохимические методы. Сущность и особенности каждого метода.

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого

материала к поверхности раздела двух фаз, обычно газа (чаще воздуха; и жидкости, обусловленный избытком свободной энергии поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов "частицы-пузырьки", всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности

обрабатываемой жидкости Прилипание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается

несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения ее по границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет

- эффективно при поверхностном натяжении воды не более (60-65)-10-3 Н/м. Большое значение при флотации имеют размер, количество и равномерность распределения воздушных пузырьков в сточной воде. Оптимальные размеры

воздушных пузырьков 15-30 мкм, а максимальные мкм.

Адсорбционный метод - один из наиболее доступных в эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической, кстильной и других отраслей промышленности.

Сорбция - это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Преимуществами этого метода являются возможность адсорбции веществ многокомпонентных смесей и высокая Эффективность очистки, особенно слабо концентрированных сточных вод. Сорбциониые методы весьма эффективны для извлечения из сточных вод ценных растворенных веществ с их последующей утилизацией и использования очищенных сточных вод в системе оборотного водоснабжения промышленных предприятий.

В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, опилки, торф, коксовую мелочь, силикагели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок. Активность сорбента характеризуется количеством поглощаемого вещества на единицу объема или массы сорбента (кг/м3, кг/кг).

Обратный осмос (гиперфильтрация) - процесс молекулярного разделения растворов путем их фильтрования под давлением через полупроницаемые мембраны, задерживающие полностью или частично Молекулы либо ионы растворенного вещества. При приложении давления выше осмотического (равновесного) осуществляется перенос растворителя в обратном направлении (от раствора к чистому растворителю через мембрану) и обеспечивается достаточная селективность очистки. Необходимое давление, превышающее осмотическое давление растворенного вещества в растворе, составляет при концентрации солей % 0,1-1 МПа и при концентрации солей 20-3 0 г/л 5-10 МПа. Ультрафильтраця - мембранный процесс разделения растворов осмотическое давление которых мало. Этот метод используется при отделении сравнительно высокомолекулярных веществ, взвешенных - коллоидов. Ультрафильтрация по сравнению с обратным осмосом высокопроизводительный процесс, так как высокая проницаемость мембран достигается при давлении 0,2-1 МПа. ^

Коагуляция – способность дисперсных систем выделяться на растворе под влиянием внешних воздействий. Вещества, обуславливающие коагуляцию называются коагулянтами. Центробежное отделение твердой фазы под действием центробежных и центростремительных сил происходит таких аппаратах, как центрифуги и гидроциклоны.

Применяется для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоидных примесей.

Al+3 +H2O = Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)2+2 + H+

Al(OH)2+ + H2O = Al(OH)+3 + H+

Коагуляция. Для очистки стоков от мелкодисперсных и коллоид примесей используют их удаление с помощью коагулянтов и флокулянтов. Коагуляцию осуществляют непосредственно после удаления крупных взвесей.

При очистке питьевых и сточных вод в качестве коагулянтов используют соли алюминия, соли железа и их смеси в разных пропорциях. Реже применяют соли магния, цинка и титана. На станциях в специальных баках, защищенных от коррозии, готовят рабочие растворы коагулянтов определенной концентрации и дозируют их в обрабатываемую воду.

Ионообменный метод - процесс обмена ионами, находящимися в

растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твердой фазы -

ионита.

Очистка производственных сточных вод методом ионного обмена

позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси (соединения мышьяка,

(фосфора, а также хром, цинк, свинец, медь, ртуть и другие металлы), ПАВ и

радиоактивные вещества, очищать сточную воду до предельно допустимых

концентраций с последующим ее использованием в технологических

процессах или в системах оборотного водоснабжения.

По знаку заряда обменивающихся ионов иониты делят на катеониты и аниониты, проявляющие соответственно кислотные и основные свойства. Иониты подразделяются на природные и искусственные или синтетические. Практическое значение имеют неорганические природные и искусственные (алюмосиликаты, гидроокиси и соли многовалентных металлов; применяются также иониты, полученные химической обработкой угля, целлюлозы и лигнина.

Однако ведущая роль принадлежит синтетическим органическим ионитам - ионообменным слюдам.

Важнейшим свойством ионитов является их подготовительная способность, так называемая обменная емкость. (Полная емкость ионита (количество находящихся в сточной воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до полного насыщения. Рабочая емкость ионита - количество находящихся в воде грамм-эквивалентов ионов, которое может поглотить 1 м3 ионита до начала проскока в фильтрат поглощаемых ионов.

Электрохимические методы. Для очистки сточных вод применяют электрохимическое окисление или восстановление, электрофлотацию, электрофорез, электродиализ и электрокоагуляцию.

Общим для всех методов является осуществление электролиза сточных вод, при котором имеет место направленное движение ионов и заряженных дисперсных частиц и протекание реакций окисления на аноде и восстановления на катоде.

Электрохимическое окисление на индифферентном аноде (графит, титан, покрытый оксидами рутения, свинца и др.) различных органических соединений происходит путем образования окислителей С12,О2 ClO

которые способствуют разложению органических веществ

обрабатываемой сточной воды. Электрохимическим окислением можно

удалить фенолы, цианид-ионы и др. Электрохимическим вост. на катоде можно удалить из сточных металлы сполож-ым значением электродного потенциала, такие как Hg2+, Cr2+,Pb2+, Ni2+, можно восстановить непредельные

органические соединения, осуществить восстановление соединений Сr6+ до Сr3+ и др.

процесс электрохимического восстановления и окисления в

значительной степени определяется электролита и величиной рН сточных вод, условиями проведения электролиза.

При электрофлотации на катоде и аноде образуются пузырьки водорода и кислорода, которые оказывают флотационное действие Прилипая к частицам дисперсной фазы, поднимают их на поверхность.

Очистка сточных вод электрофорезом и электродиализам основана на использовании направленного движения ионов и заряженных частиц

процессе электролиза. Осуществляют такую очистку с помощью селективных ионообменных мембран (электродиализ) или фильтрующих материалов (электрофорез).

Электрокоагуляция. В процессе анодного растворения образуется коагулянты - гидроксиды металлов, которые снижают поверхностный заряд частиц под воздействием электрического поля.

В электролитах, содержащих активирующие ионы такие как С1-,Вr-, стальной электрод при наложении электрического поля ионизируется по реакции

Fe° - е + Н20 = Fe(OH)адс + Н+ ;

Fе(ОН)адс - е + Н20= Fe(OH)2адс+ Н+.

В результате анодного растворения и последующего

происходит накопление коагулирующего компонента. Гидроксид Fe(OH)2 образуется при рН > 4,5 и потенциале 0,8 В виде коллоидного раствора.

52. Биологическая очистка сточных вод. Факторы, влияющие на эффективность биологической очистки.

Биологическая очистка. Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов, включающим множество различных бактерий, простейших и ряд более высокоорганизованных организмов, связанных между собой единый комплекс сложными взаимоотношениями. Главенствующая роль в том сообществе принадлежит бактериям.

1. аэробный

2. анаэробный

При термической очистке сжигают, жидки отходы нефтепродуктов и других горючих веществ в печах и горелках.

1. огневое концентрирование

2. огневое обезвреживание

Большое влияние на биологическое окисление оказывает кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде. Токсичное действие на биологические процессы могут оказывать органические и неорганические вещества. Биологическая очистка сточных вод может осуществляться как в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), так и в специальных сооружениях (аэротенки, метантенки).

Использование бактерий для очистки вод.

Органические вещества + O2 + N + P à(микроорганизмы) + CO2 + H2 + биологически не окисляемые растворимые вещества.

Факторы влияющие на биологическую очистку:

- концентрация водородных ионов (pH)

- кислородный режим и наличие токсичных веществ в среде

53. Литосфера, её состав и строение.

Земля является частью Солнечной системы и имеет форму геоида, т. е. фигуры, ограниченной поверхностью океана, мысленно продолженной через материки таким образом, что она всюду остается перпендикулярной к направлению силы тяжести. От поверхности отсчитывается «высота над уровнем моря». Форма геоида близка к земному эллипсоиду вращения, большая полуось которого (радиус экватора,160 км, малая полуось (полярный радиус,777 км, средний радиус Земли, принимаемой за шар, -6371,032 км, длина окружности по мервдиану - 40008,55 км, площадь поверхности - 510,2 млн км2, объем - 1, км3, масса - 5кг, средняя плотность — 5518 кг/м3.

Земля состоит из центрального тяжелого ядра, мантии и земной коры Или литосферы (рис. ).

Литосфера - твердая оболочка Земли глубиной 50-100 км, состоит из осадочного слоя - 15-25 км, гранитного - 25-30 км и базальтового — 2-15 км. Земная кора, сложенная осадочными и кристаллическими породами, образует сплошную оболочку, 2/3 которой покрыто водами морей и океанов. Кора Земли глубиной от 7 км (под океаном) до 40 км (под континентом) составляет 0,42 % общей массы и 0,85 % общего объема планеты.

По физическим свойствам земная кора делится на два типа материковый и океанический. Земная кора материкового типа - равнинных и горных районов - богата кремнием и алюминием, характерными для пород группы гранита. Мощность гранитного слоя увеличивается в горах. Океанический тип земной коры представлен породами типа базальта с преобладанием кремния и магния. Здесь гранитный слой отсутствует, а мощность базальтового слоя доходит до 15 км.

У нижней границы земная кора на глубинах 40-100 км приобретает пластический характер из-за большого давления и высоких температур. Ниже расположено подкорковое вещество, которое по физическим свойствам одинаково как под океанами, так и под материками. Эту однородную оболочку называют мантией.

В центральной области Земли на глубине 2900 км расположено ядро, которое, по расчетам и предположениям, состоит из вещества, находящегося в жидком состоянии.

Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см3, причём средняя

плотность осадочных пород - 2,5-2,8, а пород, богатых железом, - 2,9-3,0

г/см3. Высокая средняя плотность Земли объясняется наличием внутри неё

тяжёлого металлического ядра, радиусом порядка 3 000 км и плотностью от 9

до 11 г/см3. На рис. 5.2 представлено распределение плотности вещества

внутри Земли.

54.Почва, состав, плодородие. Почвенный профиль, факторы почвообразования. Типы почв.

Литосфера – внешняя твердая оболочка земли, постепенно, с глубиной переходящая в сферы с меньшей плотностью вещества.

1. Верхняя мантия (200 км).

2. Земная кора: на суше 75 км вглубь, на дне океана 5-10 км вглубь. Состав: 50% - SiO2; 25% - AlO3; 10% - Fe2O3; оксиды K, Ca, Mn, P.

Земельные ресурсы: 30% - суша. S=129 млн. км2. 10% - пашни. 25% - пастбища, сенокосы. 43% - пустыни. 30% - горы. 3.

Верхний слой литосферы – гумус. Гумус – конечный продукт разложения мертвых органических остатков, аморфное вещество, (фенолы, сложные эфиры, карбоновые кислоты) плодородный слой почвы. Гумификация - процесс образования гумуса.

Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород растениями и животными, т. е. в результате почвообразовательного процесса. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой с/х всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится плодороднее. Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Почва образовывалась из выхода на поверхность земли горных пород под действием ветра, атмосферной влаги, в связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы, под действием микроорганизмов, а позднее лишайников и мхов. Микроорганизмы разлагали остатки растений, образуя гумус - основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Животные и растения окончательно разрушали горную породу, превращая верхний ее слой в почву. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и свойств горной породы, на которой формируется почва, в значительной степени зависят состав и свойства почвы. Почва состоит из твёрдой, жидкой, газообразной и животной частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворёнными элементами питания. Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше CO2 и меньше O2, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях. Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы. Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность.

Наука изучающая почву называется почвоведением.

Удерживать влагу могут: глина, суглинка, супесь. Переход жизненно важных элементов в неорганические (в почве): Р à фосфаты; С à CO2; N à NO3; N2 à NH4+ (через мочевину).

Рекультивация земель – система мероприятий, направленных на восстановление хозяйственной ценности и комплексного улучшения земель, нарушенных в процессе хозяйственной деятельности человека; один из видов мелиорации. Рекультивация земель предусматривает комплексную перестройку нарушенных земель, что дает возможность восстановить утерянную ими пригодность для непосредственного использования и создать полноценные по структуре и функционированию, экологически сбалансированные ландшафты.

Условия эффективного использования почв: борьба с эрозией; культурная обработка земли; грамотное использование удобрений; проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации.

Рекультивация: горнотехническая (засыпка карьеров); биологическая (группы живых организмов, деятельность которых приводит к восстановлению плодородия); лесная (длительное применение до нескольких десятков лет).

55.Деградация почв, причины. Контроль загрязнений. Защита почв.

Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека. При внесении удобрений почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои физические свойства. Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного покрова - к Деградация почвы: эрозия(снесение верхнего слоя почвы водой или ветром), загрязнение, заболачивание, затопление, опустынивание, отчуждение. Почвообразующие факторы: климат, геологическая основа, рельеф, время, биота. Почва: 50–60% - минеральная основа; 10%- органическая основа; 15% - воздух; 20–30% - вода.

Загрязнение литосферы. Оценка качества литосферы и пищи. Пестициды.

Пестициды (ядохимикаты) - химические препараты для защиты сель-хоз продукции, растений, для уничтожения паразитов у животных, для борьбы с переносчиками опаснх заболеваний и т. п.

Пестициды в зависимости от объекта подразделяются на: Гербициды – для уничтожения сорной растительности; Фунгициды - борьба с грибковыми заболеваниями растений; Зооциды – борьба с вредителями при хранении, борьба с грызунами; Немотоциды – внешние паразиты животных; Дефолианты – для удаления листьев; Дефлоранты - для удаления цветков; Инсектициды – против вредных насекомых.

Токсичные действия: - сильно токсичные ПДК<50мг/кг; - высоко ядовитые ПДК<100 мг/кг; - средние ПДК до 1 г/кг; - мало ядовитые ПДК > 1 г/кг.

Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая таким образом его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти примеси оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. ДДТ

Действие: - воздействуют на ЦНС; - аллергены – вызывают аллергические заболевания; - канцерогены – вызывают раковые заболевания; - мутагены - изменяют генокод.

56.Твердые отходы черной и цветной металлургии теплоэлектроэнергетики производств машиностроения: (металлургические шлаки; золошлаковые отходы; золы топлива; шламы; окалина и стружки; сварочные флюсы).

Шлаки цвет. мет. могут быть условно объединены в 3 группы:

1)шлаки никелевых заводов и часть шлаков медных заводов, отличающихся малым содержанием цвет. металлов и железа

2)медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием хелеза, малым содержанием меди и менее 5%цинка и свинца

3)оловянные, свинцовые и часть медных шлаков, отличающиеся значительным содержанием цинка, свинца и стронция

Технологическая схема переработки шлаков могут включать гидрометаллургические и пирометаллургические способы извлечения металлов.

Гидрометаллургический связан с восстановлением металлов из водных р-ров их соединений различными методами.

При пирометаллургическом способе осуществляется восстановление металлов из их безводных соединений при высоких температурах.

Шлаки черной и цвет металлургии служат сырьем для получения стройматериалов и изделий различного назначения.

Энергетические установки.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании топлива в энергоустановках являются СО2 и Н2О, продукты неполного сгорания топлива, оксид углерода, сажа, углеводороды, несгоревшие частицы тв. топлива, зола, шлаки и прочие мех. примеси.

На 80-90%хим. состав золошлаковых отходов представлены оксидами Si, Al, Fe, Ca, Mg; также в них присутствуют соединения Ti, V, Ge, Ga, S, U и несгоревшие частицы топлива.

ТЭС снабжены мокрыми золоуловителями или имеют системы гидроуловления.

Золы и шлаки от сжигания углей, сланцев и торфа могут использоваться в качестве кирпича.

Золы ТЭС используются для получения искусственных пористых заполнителей-гравия, битум. Золошлаковые отходы используют в качестве активной минеральной добавки при производстве цемента; применяют в виде гидравлической добавки к цементу; используют при приготовлении бетонов.

Золы сланца и торфа содержат CaО и использ-ся для известкования кислых почв. Золы также содержат К и Р, микроэлементы; их применяют в с/х как удобрения; некоторые виды золошлаков испльзуют в качестве элементов очистки промстоков.

Пути решения экологической проблемы черной и цвет. металлургии.

-комплексное использование руд цвет. металлов, которые перерабатываются как сырье для получения одного продукта;