методичка пром экология

О.Д. Арефьева, В.В. Короченцев, А.В. Ковехова, А.А. Ковшун






Лабораторные работы по промышленной экологии
Учебное пособие



















Владивосток
2010 О.Д. Арефьева, В.В. Короченцев, А.В. Ковехова, А.А. Ковшун






Лабораторные работы по промышленной экологии
Учебное пособие



















Владивосток
Издательство Дальневосточного университета
2010
УДК 37.047:574 Рекомендовано научно-методическим советом
ББК 24.4+28.088 Института химии и прикладной экологии
А Дальневосточного государственного университета



Рецензенты:




Арефьева, О.Д.
А Лабораторные работы по промышленной экологии : учебное пособие / О.Д. Арефьева, В.В. Короченцев, А.В. Ковехова, А.А. Ковшун. – Владивосток : Изд-во Дальневост. ун-та, 2010. – 48 с.

ISBN

Лабораторные работы по промышленной экологии предназначены для бакалавров, обучающихся по направлению 280200.62 – Защита окружающей среды. Приведены лабораторные работы по методам очистки сточных вод. Рассмотрены методы нейтрализации сточных вод, очистки гальванических стоков, обессоливания морской воды и устранения карбонатных отложений. Описаны методики определения контролируемых показателей.
Может быть полезно студентам высших учебных заведений, изучающих дисциплины природоохранного профиля.












УДК 37.047:574
А13EMBED Equation.DSMT4141513EMBED Equation.DSMT41415 ББК 24.4+28.08

ISBN © Арефьева О.Д.,
Короченцев В.В., А.В. Ковехова, Ковшун А.А., 2010
© Издательство Дальневосточного университета, 2010
Оглавление

13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc276240849" 14Предисловие 13 PAGEREF _Toc276240849 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc276240850" 141 Нейтрализация сточных вод 13 PAGEREF _Toc276240850 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc276240851" 142 Очистка промышленных стоков гальванопроизводств 13 PAGEREF _Toc276240851 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc276240852" 142.1 Роданидный метод определения железа 13 PAGEREF _Toc276240852 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc276240853" 142.2 Определение содержания хрома с применением дифенилкарбазида 13 PAGEREF _Toc276240853 \h 14171515
13 LINK \l "_Toc276240854" 143 Обессоливание воды ионитами 13 PAGEREF _Toc276240854 \h 14201515
13 LINK \l "_Toc276240855" 144 Предотвращение карбонатных отложений 13 PAGEREF _Toc276240855 \h 14251515
13 LINK \l "_Toc276240856" 144.1 Определение общей щелочности 13 PAGEREF _Toc276240856 \h 14291515
13 LINK \l "_Toc276240857" 144.2 Определение содержания ионов кальция 13 PAGEREF _Toc276240857 \h 14311515
13 LINK \l "_Toc276240858" 144.3 Определение сухого и прокаленного остатка 13 PAGEREF _Toc276240858 \h 14331515
13 LINK \l "_Toc276240859" 14Список литературы 13 PAGEREF _Toc276240859 \h 14361515
13 LINK \l "_Toc276240860" 14Приложение А Температурные поправки а при нагреве охлаждающей воды 13 PAGEREF _Toc276240860 \h 14371515
13 LINK \l "_Toc276240861" 14Приложение Б График для определения рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция 13 PAGEREF _Toc276240861 \h 14381515
13 LINK \l "_Toc276240862" 14Приложение В Рабочая программа дисциплины «Промышленная экология» 13 PAGEREF _Toc276240862 \h 14391515
15



Предисловие

С середины XX века в связи с участившимся воздействием на природу проблемы экологии приобретают особую важность. Экология как общебиологическая дисциплина становится научной основой рационального природопользования. Происходит экологизация различных отраслей наук – процесс последовательного внедрения решений, повышающих эффективность использования природных ресурсов.
В высшем профессиональном образовании помимо естественнонаучных направления и специальностей («Экология», «Биоэкология», «Природопользование», «Геоэкология», «Экологическая геология») были введены направления и специальности в области техники и технологии, направленные на отдельные аспекты безопасности жизнедеятельности, природоустройства и защиты окружающей среды.
Для комплексного решения проблемы защиты окружающей среды Министерство образования включило в перечень направлений подготовки высшего профессионального образования направление «Защита окружающей среды». Основными областями деятельности выпускников данного направления являются снижение риска антропогенного воздействия на окружающую среду, организация и управление природоохранной работой на предприятии.
Отличительной особенностью подготовки инженерно-экологических кадров на сегодняшний день является то, что образование не сводится к анализу негативных последствий хозяйственной деятельности человека. Специалисту необходимо понимать взаимоотношения в системе «общество – хозяйство – природа».
Умения и навыки природоохранной деятельности будущие инженеры-экологи получают не только при изучении теоретических основ дисциплин, но и на лабораторных занятиях. Полученные умения и навыки направляются на разработку и практическую реализацию природоохранных мероприятий производственно-технического, экономического и административно-правового характера.
«Промышленная экология» как ведущая и основополагающая дисциплина подготовки инженеров-экологов показывает взаимосвязь промышленного производства со средой обитания. Целью промышленной экологии является охрана окружающей среды путем рационального и комплексного использования сырьевых ресурсов в цикле первичные сырьевые ресурсы – производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы. Достигается цель химическими, экологическими и технологическими методами.
Теоретический материал дисциплины «Промышленная экология» разбит на 3 модуля (Приложение В). Теоретические знания закрепляются на лабораторных занятиях и расчетно-практических занятиях. В настоящем учебном пособии приведены лабораторные работы, которые выполняются студентами при изучении дисциплины «Промышленная экология». В каждой работе даны рекомендации для выполнения, цель работы и краткое теоретическое обоснование.
Нейтрализация сточных вод

Кислые и щелочные воды перед выпуском в водоем или подачей на биологические очистные сооружения должны быть нейтрализованы. Кроме того, нейтрализация сточных вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов, канализационных сооружений.
Применяют следующие способы нейтрализации:
взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод (если они имеются на данном предприятии);
нейтрализация реагентами;
фильтрование через нейтрализующие материалы: известняк (CaCO3), доломит (CaCO3·MgCO3), магнезит (MgCO3), обожженный магнезит (MgO).
Метод взаимной нейтрализации кислых и щелочных сточных вод широко используется на предприятиях химической промышленности. Вследствие различного режима образования и сброса этих вод применяют регулирующие и усредняющие устройства, с помощью которых сточные воды равномерно выпускаются в канализацию, и обеспечивается максимальное использование кислых или щелочных агентов, содержащихся в сточных водах.
Способ нейтрализации путем фильтрования сточных вод через нейтрализующие материалы не получил широкого распространения в отечественной промышленности из-за возникающих эксплуатационных трудностей, обусловленных слеживаемостью и цементированием загрузки, выносом частиц с нейтрализованной водой и т.д.
При наличии на предприятии только кислых или щелочных сточных вод их нейтрализацию проводят реагентами.
Цель работы – рассчитать объем 0,1 N раствора соляной кислоты, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды.

Реактивы и оборудование
рН-метр;
пипетка Мора, 10 мл;
химический стакан, 50 мл;
бюретка;
соляная кислота, 0,1 N.

Порядок выполнения работы
Изучить технику работы с pН-метром;
Включить рН-метр;
Взять пипеткой Мора 10 мл пробы воды и перенести ее в стакан для титрования;
Заполнить бюретку для титрования 0,1 N раствором соляной кислоты;
Прилить из бюретки в стакан с пробой воды 1 мл раствора соляной кислоты и перемешать;
Измерить значение рН раствора и занести в таблицу;
Повторить операцию 15-20 раз до достижения рН раствора 1-2;
Построить таблицу по образцу таблицы 1.
Таблица 1 – Результаты рН-метрического титрования сточной воды 0,1 N раствором соляной кислоты
№ опыта
VHCl, мл

·HCl=V1(HCl)-V2(HCl)


·рН=рН1–рН2

·рН/
·VHCl

1
0
-

-
-


При построении таблицы 1 необходимо учитывать, что VHC1 нужно считать с учетом предыдущих порций добавленной кислоты.
Построить дифференциальную кривую титрования в координатах 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 по образцу рисунка 1.

Рисунок 1 – Дифференциальная кривая титрования сточной воды 0,1 N раствором соляной кислоты

По дифференциальной кривой титрования найти объем HCl в точке эквивалентности;
Рассчитать объем 0,1 N раствора НС1, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды по формуле
V=100·Vтэ.
(1)

где V – объем 0,1 N раствора НС1, необходимый для нейтрализации 1 л сточной воды, мл;
Vтэ – объем 0,1 N раствора НС1 в точке эквивалентности, мл.


Очистка промышленных стоков гальванопроизводств

Гальваническое производство является неотъемлемой частью практически каждого машиностроительного предприятия, типографии и другой металлообработки. Только при использовании гальванического процесса можно придать изделиям товарный вид и наделить их особыми свойствами.
Сточные воды гальванических производств являются опасными с точки зрения токсичности, так как в своем составе содержат высокотоксичные ингредиенты в виде тяжелых металлов. Для очистки сточных вод гальванических производств разработано множество технологических схем очистки, базирующихся на различных методах.
Сточные воды гальванических производств подразделяются на следующие основные категории:
чистые, от охлаждения технологического оборудования (50-80 % общего количества);
загрязненные механическими примесями и маслами (10-15 %);
загрязненные кислотами, щелочами, солями, соединениями хрома, цинка, меди, никеля, циана и другими химическими веществами (50-80 %);
отработанные смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) или эмульсии (1-2 %);
загрязненные пылью вентиляционных систем и горелой землей литейных цехов (10-20 %);
поверхностные (дождевые, талые, поливочно-моечные).
Соединения тяжелых металлов могут находиться в сточных водах практически всех категорий, но наибольшее их количество наблюдается в водах третьей и четвертой категорий. Тяжелые металлы могут попадать в сточные воды из технологических растворов, как продукты деструкции обрабатываемых деталей и инструмента, при промывке оборудования и изделий.
Сточные воды третьей категории образуются в процессе химической и электрохимической обработки изделий. Они содержат тяжелые металлы преимущественно в виде химических соединений, как правило, растворимых.
Сточные воды четвертой категории образуются при механической обработке изделий. Основная масса тяжелых металлов находится в них в виде мелкодисперсных взвесей, но часть может находиться в виде растворимых соединений.
По объему, составу загрязнений третья категория сточных вод является преобладающей. По существующей классификации, сточные воды этой категории делят на следующие группы:
кисло-щелочные;
хромсодержащие;
циансодержащие;
фторсодержащие.
Химические и электрохимические процессы обработки изделий являются основными источниками загрязнений сточных вод гальванических производств. Вода загрязняется в процессе охлаждения и мойки оборудования и тары на основных и вспомогательных технологических операциях. Расход сточных вод достигает 500 м3/сут. с 1000 м2 производственных площадей. Сточные воды, как правило, разделяются на промывные воды и отработанные концентрированные растворы. Самую сложную проблему при очистке этих вод представляет собой очистка от солей шестивалентного хрома, ионов тяжелых металлов и органических соединений.
Для очистки промышленных стоков гальвонопроизводств используется установка очистки гальванических стоков, которая предназначена для демонстрации технологии очистки хромсодержащих и других стоков, содержащих Сu, Ni, Zn, Fе, образующихся в процессе промывки деталей от ванн покрытия электрохимическим способом. Производительность установки составляет до 5 л в час промывных вод.

Краткое обоснование применяемой технологии
В технологической схеме используются следующие методы очистки:
ферритизация;
реагентная обработка;
отстаивание;
осветлительно-сорбционное фильтрование.
Удаление ионов металлов Сr6+,Сu2+, Zn2+, Ni2+, Fе3+ идет за счет следующих процессов. При растворении железного скрапа в сбросной воде железо (II) переходит в раствор, отдавая свои электроны на восстановление некоторых ионов металлов. При этом происходит образование магнитных форм оксидных соединений железа, большую часть которых составляют магнетит, гетит, лапидокрокит. При вращении корпуса барабана ферритизатора происходит постоянное изменение состояния короткозамкнутых микроэлементов и перемешивание всей массы загрузки, что обеспечивает высокую реакционную способность и эффективность процесса. Хром (VI) восстанавливается до хрома (III) при растворении железных стружек. Медь подвергается восстановлению до металлического состояния и в присутствии кислорода воздуха окисляется до Сu2О. При этом цинк, хром (III), никель образуют с магнетитом соединения типа ферритов ZnFe2O4·Cr2(Fe2O4)·NiFe2O4.
После обработки в ферритизаторе сбросные воды обрабатываются 5 %-ным известковым молоком. Именно известковое молоко способствует образованию смешанных труднорастворимых соединений с основой СаSО4, Са3(РО4)2. Образующийся осадок обладает высокими сорбционными свойствами и способствует более полному соосаждению тяжелых металлов Осаждение предпочтительно вести до значений рН 9-9,5. После осветления проводится осветлительно-сорбционная фильтрация, которая является контрольной и требуется для удаления тонких взвешенных частиц гидроксидов металлов.
Фильтры могут заполняться любой инертной загрузкой. Степень очистки сбросных вод от металлов составляет 98,0-99,5 %.
Использование данной установки приводит к следующим результатам:
ферритизация обеспечивает восстановление хрома;
посредством реагентной коагуляции, фильтрации и сорбции происходит выведение остальных ионов металлов и органических соединении из воды.

Состав, устройство и принцип работы демонстрационной установки для очистки гальванических сточных вод
Установка состоит из сборочных единиц, представленных на рисунке 2:
приемная емкость исходных гальванических сточных вод емкостью 5 л из нержавеющей стали (1);
ферритизатор (2) – аппарат для восстановления ионов тяжелых металлов из нержавеющей стали с электроприводом (21) и пультом управления (20). Загрузка ферритизатора – железные опилки. Ферритизатор (2) устанавливается на раме с уклоном 5-7 єпо отношению к горизонту;
мерник для реагента корректировки рН среды из нержавеющей стали емкостью 1,5 л (3);
приемная воронка (4) из нержавеющей стали для приема обработанных стоков из ферритизатора (2) и реагентного раствора из мерника (3);
лабиринтный смеситель (5), из нержавеющей стали, служащий для перемешивания и усреднения обработанных стоков с реагентным раствором;
трехсекционный отстойник из нержавеющей стали (6) с рабочей емкостью 7,5 л, служащий для осветления обработанных стоков после корректировки рН;
фильтр из нержавеющей стали (7) с зернистой загрузкой, служащий для тонкой очистки стоков от взвесей, удаляемых в осадок соединений металлов;
емкость для сбора очищенных, стоков (8) из нержавеющей стали емкостью 1,5 литра.
Все вышеописанные единицы устанавливаются последовательно на раме согласно рисунку 2 и соединяются между собой полимерными трубопроводами (шлангами) с запорно-регулирующей арматурой (винтовыми зажимами).
Очищаемые гальванические сточные воды подаются по собранной замкнутой технологической схеме установки самотеком. Шламы периодически выпускаются из конусного днища трех секций отстойника, фильтр снимается и промывается обратным током, чистой воды. Очищенная вода из емкости (8) направляется на сброс в канализацию. Процесс очистки происходит в непрерывном режиме.

Рисунок 2 – Демонстрационная установка для очистки гальванических сточных вод
Порядок работы на установке
Перекрыть все зажимы: (10), (15), (13), (16), (14), (17), (18), (19);
Залить в бачок исходной воды (1) металлосодержащие сточные воды. Величина рН исходной воды должна быть от 3 до 7;
Залить 5 %-ное известковое молоко в мерник для реагента (3);
Открыть полностью зажимы (10), (13) и (14);
Запустить в работу ферритизатор (2). Для этого подключить пульт управления (20) в сеть переменного тока, затем включить тумблер на пульте управления (20), тем самым осуществить вращение ферритизатора (2) через электропривод (21). Очищаемый раствор непрерывно подается в ферритизатор (2) по шлангу через специальное отверстие в торце ферритизатора. Ферритизатор вращается со скоростью 8 об/мин.;
Открыть зажим (15) и им отрегулировать подачу исходного раствора в ферритизатор со скоростью 1-2 л/ч;
Открыть зажим (16) и им отрегулировать подачу щелочного агента в таком количестве, чтобы в первой камере отстойника (6) величина рН достигала 9-9,5. Величина рН определяется по универсальной индикаторной бумаге. Количество подаваемого щелочного агента определяется по мерному устройству (12);
Первоначальное смешивание потоков исходной воды и щелочного агента происходит в воронке (4), затем в лабиринтном смесителе (5). Полученная суспензия поступает в первую секцию отстойника (6) и постепенно заполняет весь его объем. По мере продвижения суспензии к последней камере отстойника происходит осветление воды, которая проходя снизу вверх через фильтр (7) собирается в емкости для сбора очищенной воды. В конических днищах отстойника (6) накапливается шлам (гидроксиды металлов), который по мере его накапливания выводится из процесса. Для вывода шлама необходимо открыть зажимы (17), (18), (19).


Задание на выполнение работы
Определить концентрацию соединений Fe (III) и Cr (VI) в гальванической сточной воде;
Очистить сточные воды на установке для очистки гальванических сточных вод;
Определить концентрацию соединений Fe (III) и Cr (VI) в сточной воде после очистки на установке;
Рассчитать эффективность данного метода по формуле (2)
13 EMBED Equation.3 1415
(2)

где c1 – концентрация соединений Fe (III) или Cr (VI) до очистки, мг/л;
с2 – концентрация соединений Fe (III) или Cr (VI) после очистки, мг/л.


При высокой концентрации соединений Fe (III) или Cr (VI) в гальванических сточных водах, они разбавляются в соответствующее количество раз. Кратность разбавления учитывается при расчетах.
Ниже приведены методики определения общего железа и хрома в сточных водах.


Роданидный метод определения железа
Метод основан на определении винно-красной окраски, свойственной комплексам, образуемым ионами трехвалентного железа и роданид-ионами. Эти комплексы малоустойчивы, поэтому необходим большой избыток роданид-ионов, подавляющих диссоциацию комплекса. Процесс взаимодействия ионов трехвалентного железа с роданид-ионами протекает согласно уравнению (1):
Fe3+ + 6 NH4CNS = 6NH4+ + [Fe(CNS)6]3-
(1)

Необходимо учитывать, что помимо [Fe(CNS)6]3-, могут образовываться другие, менее интенсивно окрашенные комплексы, поэтому концентрация роданида аммония должна быть одинаковой в анализируемом и стандартных растворах. Определению мешают сильные окислители (перманганат калия, персульфат аммония, пероксид водорода и т.д.), окисляющие роданид-анион, а также вещества, восстанавливающие железо (III) до железа (II). Наилучшей средой является азотнокислая, при этом достаточна уже малая кислотность раствора, препятствующая гидролизу соли железа (1-2 мл концентрированной азотной кислоты на 50 мл раствора).

Реактивы
Роданид аммония (NH4CNS), 10 %-ный раствор;
Азотная кислота, концентрированная;
Основной стандартный раствор. Для приготовления основного стандартного раствора в небольшом объеме дистиллированной воды растворяют 0,8634 г железоаммонийных квасцов. Если раствор получается непрозрачным, то добавляют несколько капель концентрированной азотной кислоты и доводят объем до 1 л. Раствор содержит 0,1 мг железа в 1 мл;
Рабочий стандартный раствор. Рабочий стандартный раствор готовится разбавлением основного стандартного раствора в 10 раз. Раствор содержит 0,01 мг железа в 1 мл.

Ход работы
В мерные колбы на 100 мл вносят 1 и 5 мл рабочего стандартного раствора, а также 1; 2,5 и 5 мл основного стандартного раствора железа и доводят объем до метки дистиллированной водой, получая растворы с концентрацией 0,1; 0,5; 1,0; 2,5; и 5,0 мкг/л соответственно. Приготовленные растворы и 100 мл исследуемой пробы переливают в конические колбы на 150 мл, в каждую добавляют по 5 мл концентрированной HNO3 и по 10 мл 10 %-ного раствора NH4CNS. Растворы тщательно перемешивают и через 3 минуты фотометрируют при длине волны
·=450 нм, используя кюветы с толщиной оптического слоя 5 мм, по отношению дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы. Массовую концентрацию железа находят по калиброванному графику. Строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию железа в мкг/дм3 а по оси ординат – соответствующие значение оптической плотности.


Определение содержания хрома с применением дифенилкарбазида
Принцип метода
Метод основан на взаимодействии хроматов и бихроматов в кислой среде с дифенилкарбазидом с образованием окрашенного в красно-фиолетовый цвет соединения, в котором хром содержится в восстановленной форме Сr(III), а дифенилкарбазид окислен до дифенилкарбазона. Предел обнаружения составляет 0,02 мг/л. Диапазон измеряемых количеств хрома в пробе находится от 1 мкг до 50 мкг.
При анализе воды в одной пробе определяют только Сr(vi) , а в другой – суммарное содержание Сr(iii) и Cr(vi), в которой Сr(III) окислен до Сr(VI). В качестве окислителя используют персульфат аммония. Процесс окисления протекает согласно уравнению (2):
2Сr3+ + 3S2O82- + 7H2O ( Сr2O72- + 6SO42- + 14Н+
(2)

По разности результатов определяют содержание Cr3+.

Реактивы
Бидистиллированная вода (используется для приготовления всех реактивов);
Серная кислота ,1:1;
Фосфорная кислота концентрированная;
Дифенилкарбазид (С13Н14ОN4), 0,5 %-ный раствор в ацетоне (применяют свежеприготовленным);
Раствор гидроксида натрия, 10 %-ный и 25 %-ный;
Основной стандартный раствор бихромата калия K2Cr2O7. Основной стандартный раствор готовят растворением 2,8285 г реактива, высушенного при 150 (С, в бидистиллированой воде и доводят объем до 1 л (1 мл раствора содержит 1 мг Cr(VI);
Рабочий стандартный раствор 1. Готовят разбавлением 5 мл основного стандартного раствора бидистиллированой водой до 100 мл (1 мл полученного раствора содержит 50 мкг Cr(VI));
Рабочий стандартный раствор 2. Готовят разбавлением 4 мл рабочего стандартного раствора 1 до 100 мл бидистиллированой водой (1 мл полученного раствора содержит 2 мкг Cr(VI)).

Построение калибровочного графика
В мерные колбы емкостью 100 мл отбирают 0; 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 5,0; 8,0; 10,0 мл рабочего стандартного раствора 2, доводят объем растворов до 50-60 мл, доводят рН до 8 раствором щелочи, контролируя по универсальной индикаторной бумаге. Приливают 1 мл Н2SO4 (1:1) и 0,3 мл Н3РО4, доводят объем до 100 мл. Полученные растворы имеют концентрацию Cr(VI) 0; 10; 20; 40; 60; 100; 160; 200 мкг/л. В каждую колбу добавляют 2 мл 0,5 %-ного раствора дифенилкарбазида и хорошо перемешивают. Полученные растворы через 10-15 мин. фотометрируют при длине волны
·=540 нм, используя кюветы с толщиной оптического слоя 30 мм, по отношению дистиллированной воде, в которую добавлены те же реактивы.

Определение содержания Cr(VI)
В мерную колбу объемом 100 мл помещают такой объем пробы, чтобы в нем содержалось от 0,005 до 0,1 мг хрома, доводят рН до 8 раствором кислоты или щелочи, контролируя по универсальной индикаторной бумаге. Приливают 1 мл Н2SO4 (1:1) и 0,3 мл Н3РО4, доводят объем до 100 мл и перемешивают. В каждую колбу добавляют 2 мл 0,5 %-ного раствора дифенилкарбазида и снова перемешивают. Полученные растворы через 10-15 мин. фотометрируют как указано выше.
Содержание Сr(VI) находят по соответствующему калибровочному графику. Строят калибровочный график, откладывая по оси абсцисс массовую концентрацию Сr(VI) в мкг/дм3 а по оси ординат – соответствующие значение оптической плотности.

Обессоливание воды ионитами

Ионообменный метод опреснения или обессоливания воды основан на последовательной фильтрации ее через Н+- катионитовый и ОН-, СО32- или НСО3-- анионитовый фильтр. В Н+- катионитовом фильтре содержащиеся в воде катионы, главным образом Сa2+, Mg2+, Na+, Fe3+ и другие, обмениваются на катионы Н+ согласно уравнениям (3)-(5):
H[Kat] + NaCl Na[Kat] + HCl
(3)

2H[Kat] + Na2SO4 2Na[Kat] + H2SO4
(4)

2H[Kat] + Ca(HCO3)2 Ca[Kat]2 + 2CO2 + H2O
(5)

После пропускании воды через Н+- катионовые фильтры, анионы образовавшихся кислот обмениваются на гидроксид-, карбонат- либо гидрокарбонат-ионы на ОН--анионовых (или других) фильтрах по уравнениям (6)-(8):
[An]2CO3 + H2SO4 [An]2SO4 + CO2 + H2O
(6)

[An]OH + HCl [An]Cl + H2O
(7)

[An]HCO3 + HCl [An]Cl + CO2 + H2O
(8)

Образующийся в процессе разложения гидрокарбонатов углекислый газ удаляется в дегазаторе или разбрызгиванием в градирнях. На ионообменные установки подается вода, содержащая более 3 г/л соли, при этом содержание сульфатов и хлоридов не должно превышать 0,5 г/л, взвешенных веществ должно быть до 8 мг/л, цветность – до 30
·, перманганатная окисляемость – до 7 мг О/л. При большей окисляемости и цветности следует предусмотреть предварительное фильтрование через фильтр с активированным углем.
Изучение процесса обессоливания в лабораторных работах проводится на двух ионообменных колонках, заполненных специально подготовленными катионитом и анионитом. В исследуемой воде предварительно определяют солесодержание, мутность и величину перманганатной окисляемости. При превышении величины мутности проводят предварительное осветления коагулированием и снижение окисляемости углеванием. Контроль за эффективностью обессоливания проводят либо по величине общего солесодержания, либо по величине удельной электропроводности.
Цель работы – провести обессоливание морской воды ионообменным методом и оценить эффективность процесса обессоливания по изменению электропроводности раствора морской воды.

Ход работы
Проба воды, подготовленная соответствующим образом (по мутности и окисляемости), в объеме 200-300 мл последовательно фильтруется через катионит в Н+ - форме и анионит в ОН- или HCO3- - форме. Скорость фильтрования устанавливается на уровне одна капля в секунду. Первые порции фильтрата (20-30) мл отбрасываются. После окончания фильтрования через анионит проводят определение солесодержания либо удельной электропроводности. Остаточное солесодержание при ступенчатом (одноступенчатом в данном случае) ионировании должно составить около 20 мг/л, что соответствует удельной электропроводности 35-45 мкОм-1·см-1. После окончания фильтрования проводят регенерацию ионообменников растворами соляной кислоты (5 %-ный раствор), щелочи или соды. Расход воды на промывку ионита принимают 10 м3/м3 ионита.

Удельная электропроводность растворов электролитов
Растворы кислот солей и оснований обладают способностью проводить электрический ток. Переносчиками тока в растворах электролитов являются катионы и анионы, которые образуются в результате их электролитической диссоциации. Подобно проводникам первого рода (металлам) растворы электролитов подчиняются закону Ома (уравнение 3):
13 EMBED Equation.3 1415
(3)

где
· – удельное сопротивление, Ом·см;
l – расстояние между электродами, см;
s – площадь электрода, см2;
R – сопротивление проводника, Ом.


Удельная электропроводность рассчитывается по уравнению (4):
ж 13 EMBED Equation.3 1415,
(4)

где ж – удельная электропроводность, Ом-1·см-1;

· – удельное сопротивление, Ом·см.


Удельная электропроводность электролита является величиной обратной сопротивлению столба раствора длиной 1 см с площадью поперечного сечения в 1 см2. Измеряется удельная электропроводность в См/м или ом-1 см-1.
Специфическая особенность растворов электролитов состоит в том, что проводящая способность зависит от индивидуальных свойств ионов, от концентрации их общего числа в единице объема раствора, поэтому электропроводность определяется концентрацией растворов.
В связи с тем, что величина удельной электропроводности сильно зависит от концентрации, пользуются величиной удельной электропроводности, отнесенной к молярной концентрации эквивалента, обозначаемой
·v. Отношение ж/с называют эквивалентной электропроводностью. Уравнения (5)-(7) связывают удельную и эквивалентную электропроводности:

·v = V·ж;
(5)

13 EMBED Equation.3 1415;
(6)


·v = 13 EMBED Equation.3 1415,
(7)

где С – молярная концентрация эквивалента, моль/л;
V – объем, cм3;

·v – эквивалентная электропроводность, см2 ом-1 ·моль-1.


Измерению электропроводности раствора предшествует определение константы ячейки (С
·), в которой проводятся измерения. Если бы расстояние между электродами в сосуде точно равнялось 1 см, а площадь каждого электрода равна 1 см2 и в проведении тока участвовал только объем раствора, заключенного между электродами, то измеренная в таких условиях электропроводность представляла бы истинную удельную электропроводность раствора.
В действительности электропроводность раствора зависит не только от размеров электродов и расстояния между ними, но и от их формы и взаимного расположения и объема раствора, поэтому удельная электропроводность не равна измеренной, а ей пропорциональна согласно уравнению (8):
жист. = С*·жэ,
(8)

где жист. – истинная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1;
жэ – экспериментальная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1;
С* - константа ячейки.



Порядок определения удельной электропроводности растворов и эффективности процесса обессоливания
Приготовить растворы хлорида калия из раствора хлорида калия с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л по таблице 2. Для разбавления растворов используются мерные колбы объемом 50 мл, за исключением концентраций 0,0005 моль/л, 0,001моль/л, – для них используются мерные колбы на 100 мл;
Таблица 2 – Эквивалентная электропроводность водных растворов KCl различных концентраций
С, моль/л
0,0005
0,001
0,005
0,01
0,02
0,03
0,10

мл раствора KCl, 0,1 моль/л
0,5
1
2,5
5
10
15
50


·, ом-1·моль-1·см2
147,8
146,4
143,5
141,3
138,3
133,4
129,0

·

Для каждого приготовленного раствора измерить удельную электропроводность (жэ) на кондуктометре ОК – 102/1;
Вычислить истинную удельную электропроводность (жист.) для каждого раствора таблицы 2 по формуле (7);
Вычислить константу ячейки (C*) для каждой концентрации таблицы 2 по формуле (8);
Вычислить среднее арифметическое полученных значений констант ячейки (13 EMBED Equation.DSMT4 1415);
Измерить на кондуктометре удельную электропроводность (жэ) морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите;
Вычислить истинную удельную электропроводность (жист.) морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите по формуле (9):
жист. = жэ·13 EMBED Equation.DSMT4 1415,
(9)

где жист. – истинная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1;
жэ – экспериментальная удельная электропроводность раствора, Ом-1·см-1;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - константа ячейки.


Вычислить относительную электропроводность морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите по формуле (10):
R20 = жист/ж35,
(10)

где ж35 – электропроводность нормальной морской воды (49,895·10-3·ом-1·см-1).


По значению относительной электропроводности R20, используя океанографические таблицы, определить соленость морской воды до и после фильтрования на катионите и анионите (S, );
Рассчитать эффективность ионообменного метода обессоливания морской воды по формуле (11):
13 EMBED Equation.3 1415
(11)

где S1 – соленость морской воды до фильтрования на ионитах, ;
S2 – соленость морской воды после фильтрования на ионитах, .



Предотвращение карбонатных отложений

Указания по предотвращению карбонатных отложений необходимо учитывать при проектировании систем прямоточного и оборотного водоснабжения с градирнями, брызгальными бассейнами и прудами охладителями, если нагрев воды не превышает 60 °С с использованием пресных вод поверхностных и подземных источников.

Системы оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами
Необходимость обработки воды следует определять расчетом. При этом принимается, что образование карбонатных отложений происходит при соотношении:
рНф>рНs
(12)

где pHs – рН равновесного насыщения;
рНф – фактическая величина рН при нагреве воды в теплообменных аппаратах, машинах и агрегатах до расчетной температуры в °С.


Величину рНф следует определять по формуле:
рНф = рН0 - а
(13)

где а – температурная поправка, взятая из Приложения А;
рН0 – величина рН охлаждающей воды, измеренная при температуре 18-20 єС.


pHs рассчитывают на основе следующих данных:
Температуры воды в момент отбора воды или после ее нагревания до заданной температуры;
Содержания кальция;
Щелочности;
Общего солесодержание по сухому прокаленному остатку.
На основе полученных данных вычисляют величину рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция по формуле (14):
13EMBED Equation.DSMT41415
(14)

где pHs – величина рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция;
f2 (t°), f2 (Ca2+), f3 (Alk), f4, (P) – величины, зависящие соответственно от температуры воды, содержания кальция, щелочности и общего содержания солей. Определяют эти величины по графику, приведенному в Приложении Б.



Системы оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами
Обработку воды для предотвращения карбонатных отложений следует предусматривать при условии:
Щдоп.
·Kу
· 3
(15)

где Щдоп. – щелочность добавочной воды, мэкв/л;
Ку – коэффициент упаривания (концентрирования на выпадающих в осадок солях).


Коэффициент упаривания рассчитывается по формуле (16):
13 EMBED Equation.DSMT4 1415
(16)

где Ку– коэффициент упаривания (концентрирования на выпадающих в осадок солях);
Р1 – потери воды на испарение в % расхода оборотной воды;
Р2 -потери воды на капельный унос из охладителей в % расхода оборотной воды (таблица 3);
Р3 – расход воды на продувку и отбор на технологические нужды в % расхода оборотной воды.


Потери воды на испарение (Р1) вычисляются по формуле (17):
Р1 = Qисп. = K
·
·t
·Qохл.
(17)

где Qисп. – потери воды на испарение при охлаждении, м3/ч;

·t = t1 - t2 – перепад температур воды в градусах, вычисляемый как разность температур отработавшей воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн или градирню), t1, и охлажденной воды t2;
Qохл – расход охлаждаемой оборотной воды, м3/ч;
К – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха по таблице 4, а для прудов-охладителей и прудов-осветлителей оборотной воды – в зависимости от естественной температуры воды в водоеме по таблице 5.



Таблица 3 – Потери охлаждаемой воды вследствие уноса ветром (Р2)
Тип охладителя
Потери воды Р2 вследствие уноса ветром в процентах к расходу охлаждаемой воды

Брызгальные бассейны производительностью до 500 м3/ч
2-3

Брызгальные бассейны производительностью свыше 500 м3/ч
1,5-2

Открытые и брызгальные градирни с жалюзи
1-1,5

Открытые градирни, брызгальные градирни с решетками вместо жалюзи, башенные градирни и оросительные теплообменные аппараты
0,5-1

Вентиляторные градирни (при наличии водоуловителей)
0,2-0,5


Таблица 4 – Коэффициент доли теплоотдачи при испарении для брызгальных бассейнов и градирен (К)
Температура воздуха, °С
0
10
20
30
40

Значения коэффициента К для градирен и брызгальных бассейнов
0,0010
0,0012
0,0014
0,0015
0,0016


Таблица 5 – Коэффициент доли теплоотдачи при испарении для прудов-охладителей (К)
Температура воды в реке или канале, впадающих в пруд, °С
0
10
20
30
40

Значения К для прудов-охладителей
0,0007
0,0009
0,001
0,0013
0,0015


Для предотвращения карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения используют следующие методы обработки воды:
подкисление;
рекарбонизация;
фосфатирование;
комбинированная фосфатно-кислотная обработка.
В случаях, когда предъявляются высокие требования к охлаждающей воде, при наличии нагрева воды более 60 єС и местного кипения ее у поверхностей теплообмена, применяют умягчение добавочной воды на ионообменных фильтрах.
При осветлении добавочной воды в отстойниках или осветлителях со взвешенным слоем осадка допускается использовать известкование для умягчения (декарбонизации) добавочной воды с последующим подкислением или фосфатированием для предотвращения карбонатных отложений.
Метод обработки воды для предотвращения карбонатных отложений в системах оборотного водоснабжения выбирают с учетом нескольких условий.
Метод подкисления применим во всем диапазоне встречающихся величин щелочности, общей жесткости природных вод и коэффициента упаривания воды. При подкислении предотвращение карбонатных отложений достигается при значительно меньших, чем при рекарбонизации и фосфатировании, размерах продувки или даже при отсутствии продувки и выводе воды из системы только за счет уноса ее в охладителях.
Метод фосфатирования применим при щелочности добавочной воды (Щдоп.) до 5,0-5,5 мэкв/л. При этом методе необходима продувка системы, причем величина ее возрастает с увеличением щелочности, общей жесткости добавочной воды и температуры оборотной воды.
Комбинированная фосфатно-кислотная обработка воды применяется в случаях, когда одним фосфатированием не удается добиться предотвращения карбонатных отложений или величина продувки при фосфатировании достигает больших размеров, неприемлемых по технико-экономическим соображениям.
Метод рекарбонизации дымовыми газами или газообразной углекислотой применим при щелочности добавочной воды до 3,0-3,5 мэкв/л и коэффициентах упаривания, не превышающих 1,5, т.к. при более высоких значениях этих параметров значительно возрастают эксплуатационные затраты на растворение газов в воде.
Цель работы – оценить необходимость обработки воды для предотвращения карбонатных отложений для систем оборотного водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами.
Ниже приведены методики определения показателей для расчета рН равновесного насыщения.


Определение общей щелочности
Принцип метода
Метод основан на взаимодействии гидрокарбонатов и карбонатов с соляной кислотой (ацидиметрический метод). При наличии карбонат-ионов в исследуемой пробе реакция протекает в 2 этапа:
CO32- + H+ HCO3-
(9)

HCO3- + H+ H2O + CO2
(10)

При отсутствии карбонат-ионов реакция протекает в один этап согласно уравнению (10). О величине щелочности судят по количеству израсходованной соляной кислоты. Выделяемая при реакции углекислота удаляется продуванием через раствор воздуха, свободного от углекислого газа. В качестве поглотителя углекислого газа используется натронная известь или аскарит (волокнистый асбест, пропитанный раствором NaOH). Для установления точки эквивалентности используются индикаторы метилоранж (при определении гидрокарботов) и фенолфталеин (при определении карбонатов).

Реактивы
Соляная кислота, 0,02 N раствор;
Тетраборат натрия (Na2B4O7), 0,02 N раствор;
Индикатор метилоранж, 0,1 %-ный раствор;
Индикатор фенолфталеин, 1 %-ный раствор.

Определение нормальности соляной кислоты
Для определения поправочного коэффициента к нормальности НС1 пользуются точным 0,02 N раствором тетрабората натрия (бурой).
В коническую колбу на 250 мл отмеряют пипеткой 15 мл 0,02 N раствора буры, добавляют 85 мл дистиллированной воды и 2-3 капли метилоранжа. Титруют раствором соляной кислотой до перехода окраски от желтой до слабо-оранжевой с розовым оттенком. Окраска должна быть устойчива в течение 2-3 мин. Поправочный коэффициент к нормальности HCl рассчитывают по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415,
(18)

где V(бура) – объем раствора буры, мл;
V(HCl) – объем раствора соляной кислоты, пошедший на титрование 15 мл раствора буры, мл.



Определение общей щелочности в пробе
Пипеткой отмеряют 100 мл испытуемой пробы в коническую колбу, добавляют 5 капель 1%-ного раствора фенолфталеина. Если в пробе присутствует карбонат-ион то проба должна окраситься в розовый цвет. Осторожно, по каплям, пробу титруют раствором HCl до обесцвечивания. Записывают количество НСl, израсходованное на титрование пробы в присутствии фенолфталеина (n1). Если проба не содержит карбонатных ионов, то после добавления фенолфталеина она остается бесцветной. И в первом случае, когда проба уже оттитрована раствором HCl до бесцветной, и во втором случае, когда проба остается бесцветной, в исследуемую пробу добавляют 2-3 капли индикатора метилоранжа и титруют до слабо-оранжевой окраски с розовым оттенком. Следует обратить внимание на то, что в первом случае титрование продолжают, не доливая раствор НСl в бюретку. Записывают суммарный объем НСl, пошедший на титрование (n). Общую щелочность вычисляют по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415,
(19)

где Alk – общая щелочность, мэкв/л;
1000 – пересчет миллилитров в литры;
n – объем HCI, израсходованный на титрование, мл;
N – нормальность раствора НСl (0,02 N);
K – поправочный коэффициент к нормальности НСl;
V – объTм пробы, мл.




Определение содержания ионов кальция
Принцип метода
Для определения общей жесткости пользуются объемным трилонометрическим методом. Основным рабочим раствором является трилон Б – двунатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты. Определение суммарного содержания ионов кальция и магния основано на способности трилона Б образовывать прочные комплексные соединения в щелочной среде с этими ионами, замещая ионы водорода на двухвалентные катионы кальция и магния:

(11)

В качестве индикатора используется хромоген, дающий с магнием соединения винно-красного цвета, при исчезновении ионов магния он приобретает голубую окраску. Реакция идет при рН = 10, что достигается добавлением в пробу аммиачного буферного раствора.
При титровании пробы воды, содержащей ионы кальция и магния, трилоном Б в первую очередь связываются ионы кальция, а затем магния. При исчезновении ионов магния окраска раствора меняется на голубую, что свидетельствует об окончании титрования и достижении точки эквивалентности.

Реактивы
Трилон Б, 0,02 N раствор;
Сульфат магния, 0,02 N раствор;
Аммиачный буферный раствор. 20 г NH4Cl растворяют в 500 мл дистиллированной воды, прибавляют 100 мл 25 % NH3·H2О и доводят до 1 л дистиллированной водой;
Гидроксид натрия, 2 N раствор;
Индикатор хромоген;
Индикатор мурексид.

Установление нормальности трилона Б
Определение нормальности производят по точному 0,02 N раствору сульфата магния. В коническую колбу отмеривают 10 мл 0,02 N раствора MgSO4, 50 мл дистиллированной воды (отмеривают мерным цилиндром), добавляют 5 мл аммиачного буфера, 5 капель хромогена. Титруют раствором трилона Б до перехода винно-красной окраски через фиолетовую к голубой. Поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б вычисляют по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415,
(20)

где V(MgSO4) – объем раствора сульфата магния, мл;
V(трилон Б) – объем раствора трилона Б, пошедшего на титрование 10 мл раствора сульфата магния, мл.



Определение концентрации ионов кальция
В коническую колбу отмеривают 100 мл исследуемой воды, добавляют 2 мл 2 N раствора NaOH, 5 мл аммиачного буфера и 5 капель мурексида. Титруют до перехода окраски из винной в лиловую. Рассчитывают концентрацию ионов кальция (мг/л) по формуле:
13EMBED Equation.DSMT41415
(21)

где N – нормальность раствора трилона Б, моль/л;
1000 – пересчет миллилитров в литры;
V – объем трилона Б, израсходованный на титрование пробы, мл;
K – поправочный коэффициент к нормальности трилона Б;
Vпробы – объем пробы воды, мл;
М(Ca2+) – молярная масса эквивалента кальция, г/моль.




Определение сухого и прокаленного остатка
Сухой остаток – это масса осадка, полученного при выпаривании пробы воды и высушивании до постоянного веса.
Прокаленный остаток – это масса осадка, полученного при выпаривании пробы воды, высушивания осадка и дальнейшего его прокаливания.
Различают полный и фильтрованный остаток.
Полный сухой (и прокаленный) остаток получают выпариванием и последующей обработкой пробы воды без фильтрования. Он включает в себя сумму взвешенных и растворенных веществ (сухой), либо сумму нерастворимых и растворимых неорганических веществ (прокаленный).
Прокаливание проводится при температуре 550-600 °С в муфельной печи. В этих условиях все органические примеси сгорают, и остаток представляет собой смесь минеральных веществ.

Ход работы
Для определения полного остатка в высушенную до постоянного веса фарфоровую чашку помещают пробу исследуемой воды и осторожно выпаривают досуха, не допуская закипания и разбрызгивания. Чашку с получившимся остатком помещают в сушильный шкаф и высушивают при 105 °С до постоянного веса. После взвешивания определяют массу сухого остатка, включающего в себя сумму взвешенных и растворимых веществ. Для расчета пользуются формулой:
13EMBED Equation.DSMT41415,
(22)

где m1– масса фарфоровой чашки, мг;
m2 – масса фарфоровой чашки с осадком после высушивания, мг;
V – объем взятой пробы, мл.


Для определения суммы имеющихся в исследуемой воде растворимых и нерастворимых органических веществ полный сухой остаток прокаливают в муфельной печи в течение 3–3,5 часов до достижения постоянного веса. По разнице весов чашки с остатком до и после прокаливания определяют содержание органических веществ в воде.
Для определения фильтрованного остатка пробу воды объемом 0,2-0,5 л фильтруют через фильтр «синяя лента». Фильтрат количественно переносят в фарфоровую чашку и выпаривают досуха. Далее поступают так же, как и при определении полного остатка. Масса прокаленного остатка характеризует общее солесодержание воды. Расчет ведется по формуле (23):
13EMBED Equation.DSMT41415
(23)

где m1– масса фарфоровой чашки, мг;
m2 – масса фарфоровой чашки с осадком после прокаливания, мг;
V – объем взятой пробы, мл.


По разнице масс сухого и прокаленного остатка определяют содержание растворимых органических веществ.



Приложение А Температурные поправки а при нагреве охлаждающей воды

pH
Общая щелочность воды, мэкв/л


0,5
1,0
2,0
4,0
8,0


До температуры 50 °С


· 8,0
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1

8,2
0,2
0,15
0,15
0,15
0,1

8,4
0,3
0,2
0,2
0,15
0,15


До температуры 60 °С


· 7,6
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1

7,8
0,15
0,15
0,1
0,1
0,1

8,0
0,3
0,2
0,15
0,15
0,1

8,2
0,4
0,3
0,2
0,2
0,15

8,4
0,5
0,4
0,3
0,25
0,20


Приложение Б График для определения рН равновесного насыщения воды карбонатом кальция


Приложение В Рабочая программа дисциплины «Промышленная экология»

Содержание дисциплины
Модуль 1
Методы и средства промышленной экологии (6 часов). Предмет изучения промышленной экологии. Ограничения техногенного типа экономического развития. Экологическая стратегия и политика развития производства. Направления экологизации экономического развития. Экологические аспекты структурной перестройки народного хозяйства. Изменение экспортной политики. Конверсия. Развитие малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Прямые природоохранные мероприятия. Развитие безотходного или экологически чистого производства – основа рационального природопользования. Понятие малоотходного и безотходного производства. Основные принципы организации малоотходных и безотходных или чистых производств: создание принципиально новых и реконструкция существующих производств; комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов; цикличность материальных потоков; создание замкнутых производственных циклов; ограничение воздействия производства на окружающую среду. Комбинирование и кооперация производств.
Рациональное использование воды (4 часа). Понятие о системах водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий. Схемы прямоточного водоснабжения промышленных предприятий. Схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Характеристика сточных вод. Показатели качества сточных вод. Оценка качества сточных вод. Определение необходимой степени очистки производственных сточных вод. Расчет необходимой степени очистки сточных вод по концентрации взвешенных веществ. Расчет необходимой степени очистки по БПКполн. Расчет необходимой степени очистки по растворенному в воде водоема кислороду. Расчет максимальной температуры спускаемых сточных вод. Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации растворенных вредных веществ. Расчет необходимой степени очистки по изменению активной реакции воды.
Очистка сточных вод (8 часов). Технологические решения очистки сточных вод. Классификация примесей по фазово-дисперсному составу (Л.А. Кульского). Классификация методов очистки сточных вод по А.И. Родионову. Основные способы, их физико-химическое обоснование, достоинства и недостатки, особенности применения аппаратурного оформления. Механическая очистка сточных вод. Химические методы очистки сточных вод: нейтрализация, окисление, восстановление, реагентное выделение загрязняющих веществ в виде малорастворимых и нерастворимых соединений. Физико-химические методы очистки сточных вод: коагуляция, сорбция, флотация, экстракция, ионный обмен, электрохимические методы, обратный осмос и ультрафильтрация. Биологическая очистка сточных вод. Естественные и искусственные методы биологической очистки сточных вод.

Модуль 2
Рациональное использование воздуха (10 часов). Характеристика источников загрязнения. Классификация источников загрязнения. Расчет выбросов ТЭС и промышленных предприятий в атмосферу: твердых частиц, диоксида серы, оксида углерода, оксидов азота. Рассеивание вредных газовых выбросов в атмосфере. Схема загрязнения воздуха, создаваемого одним источником. Расчет рассеивания вредных веществ, содержащихся в нагретых газах. Расчет рассеивания вредных веществ, содержащихся в холодных газах. Учет фоновых концентраций при расчетах загрязнения атмосферы и установление фона расчетным путем. Установление предельно допустимых выбросов предприятию. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.
Очистка отходящих газов (6 часов). Основные методы, достоинства и недостатки, особенности их использования и аппаратурного оформления. Классификация методов и оборудования очистки газов от вредных примесей. Основные принципы выбора метода очистки газовых выбросов от твердых частиц и аэрозолей и аппаратуры. Физико-химические основы очистки и обезвреживания дымовых газов. Очистка дымовых газов от оксидов азота: абсорбционные методы. Аммиачные методы. Очистка дымовых газов с получением серы. Карбамидный метод. Адсорбционные методы. Каталитические методы. Комплексные методы очистки от оксидов азота и серы. Метод термохимического обезвреживания дымовых газов (на примере сжигания твердых отходов).

Модуль 3
Обращение с промышленными и бытовыми отходами (14 часов). Классификация отходов с точки зрения экономической целесообразности. Критерии отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Расчетный метод отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Экспериментальный метод отнесения отходов к классу опасности для окружающей природной среды. Информационное обеспечение деятельности по обращению с отходами: Федеральный классификационный каталог отходов, Государственный реестр объектов размещения отходов, Банк данных об отходах и технологиях их использования и обезвреживания. Отходы, подпадающие под регулирование Базельской конвенцией. Организация работы по паспортизации опасных отходов. Подходы к оценке объемов образования отходов. Методы оценки объемов образования отходов производства и потребления: метод оценки на основе данных материально-сырьевого баланса; метод оценки по удельным показателям образования отходов; метод индексации опорных данных по динамике выпуска (потребления) продукции; экспериментальный метод; метод оценки по среднестатистическим данным образования отходов; расчетно-параметрический метод.
Переработка и утилизация отходов производства и потребления (8 часов). Основные промышленные методы переработки и использования отходов производства и потребления. Сбор, переработка, обезвреживание и утилизация твердых бытовых отходов. Сжигание ТБОс использованием тепла и без использования тепла. Компостирование твердых бытовых отходов. Методами обезвреживания токсичных промышленных отходов. Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления. Ориентировочный метод определения предельного количества твердых отходов на территории предприятия (организации). Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов.

Лабораторные работы (68 часов)
Нейтрализация сточных вод;
Обессоливание воды ионитами;
Очистка промышленных стоков гальванических производств;
Предотвращение карбонатных отложений;
Составление водных балансов;
Расчет кратности разбавления методом Фролова-Родзиллера;
Расчет кратности разбавления методом Руффеля;
Расчет ПДС;
Расчет массы выбросов от котельной;
Расчет ПДВ;
Заполнение формы государственного статистического учета № 2-тп (водхоз);
Заполнение формы государственного статистического учета № 2-тп (воздух);
Заполнение формы государственного статистического учета № 2-тп (отходы).

Самостоятельная работа
Общие закономерности производственных процессов на предприятиях, их классификация. Принципы организации производственного процесса. Критерии оценки эффективности производства. Показатели качества продукции. Технологическая система: структура и описание. Виды технологических систем. Подсистема технологической системы.
Экологические особенности важнейших отраслей народного хозяйства. Характеристика сырья, физико-химические основы технологических процессов, пути решения экологических проблем.

Вопросы к экзамену
Ограничения техногенного типа экономического развития;
Направления экологизации экономического развития;
Экологические аспекты структурной перестройки народного хозяйства;
Развитие малоотходных и ресурсосберегающих технологий;
Понятие прямых природоохранных мероприятий;
Развитие понятия безотходное или чистое производство;
Основные принципы организации чистых производств на стадии технологического процесса;
Основные принципы организации чистых производств на стадии организации производства;
Количественные показатели безотходности производства;
Характеристика производственных процессов на предприятиях;
Принципы организации производственного процесса;
Классификация производственных процессов;
Технико-экономические показатели технологических процессов;
Понятие технологической системы;
Классификация технологических систем;
Подсистемы технологической системы;
Понятие о системах водообеспечения и водоотведения на промышленных предприятиях;
Расчет расходов производственных и бытовых сточных вод;
Схемы прямоточного водоснабжения промышленных предприятий;
Схемы оборотного водоснабжения промышленных предприятий;
Классификация сточных вод;
Показатели качества сточных вод;
Условия выпуска производственных сточных вод в городскую канализацию;
Определение необходимой степени очистки производственных сточных вод;
Расчет необходимой степени очистки производственных сточных вод по концентрации взвешенных веществ;
Расчет необходимой степени очистки производственных сточных вод по БПКполн;
Расчет необходимой степени очистки производственных сточных вод по растворенному кислороду;
Расчет необходимой степени очистки производственных сточных вод по максимальной температуре спускаемых сточных вод;
Расчет допустимого состава сточных вод по концентрации растворенных вредных веществ;
Классификация примесей, присутствующих в воде, по их фазово-дисперсному состоянию (Л.А. Кульского);
Определение эффективности обезвреживания сточных вод;
Нейтрализация сточных вод;
Окислительный метод очистки сточных вод;
Очистка сточных вод восстановлением;
Коагулирование примесей воды;
Основы сорбционного и флотационного методов очистки сточных вод;
Основы экстракционного и ионообменного методов очистки сточных вод;
Применение анодного окисления и катодного восстановления при очистке сточных вод;
Применение электродиализа при очистке сточных вод;
Применение обратного осмоса и ультрафильтрации для очистки сточных вод;
Биологическая очистка сточных вод;
Естественные и искусственные методы биологической очистки;
Общая характеристика источников загрязнения;
Классификация источников загрязнения атмосферы;
Расчет выбросов твердых частиц ТЭС;
Расчет выбросов оксида серы (IV) ТЭС;
Расчет выбросов оксида углерода (II) ТЭС;
Расчет выбросов оксидов азота ТЭС;
Схема распределения приземных концентраций от источника выброса;
Расчет рассеивания вредных веществ, содержащихся в нагретых газах;
Расчет рассеивания вредных веществ, содержащихся в холодных газах;
Учет фоновых концентраций при расчетах загрязнения атмосферы;
Установление ПДВ для горячих и холодных выбросов;
Санитарно-защитные зоны предприятий;
Классификация методов очитки газов от вредных примесей;
Общая характеристика механических и физико-химических методов очистки газовых выбросов;
Основные принципы выбора метода очистки газовых выбросов от твердых частиц;
Абсорбционные методы очистки газов от оксидов азота;
Каталитические методы очистки газов от оксидов азота;
Схема комплексной очистки дымовых газов от оксидов азота и серы;
Метод термохимического обезвреживания дымовых газов;
Аммиачные методы очистки от оксидов серы;
Очистка дымовых газов с получением серы;
Карбамидный метод;
Классификация отходов с точки зрения экономической целесообразности;
Расчетный метод отнесения отходов к классам опасности для окружающей природной среды;
Экспериментальный метод отнесения отходов к классам опасности для окружающей природной среды;
Информационное обеспечение деятельности по обращению с отходами;
Порядок паспортизации опасных отходов;
Подходы к оценке объемов образования отходов;
Методы оценки нормативов образования отходов на основе материального баланса и по удельным показателям образования отходов;
Метод индексации опорных данных по динамике выпуска продукции;
Метод оценки объемов образования отходов по среднестатистическим данным образования отходов;
Экспериментальный и расчетно-параметрический методы оценки объемов образования отходов;
Требования к временному складированию и транспортировке отходов;
Требования к размещению, устройству и содержанию объектов размещения отходов;
Ориентировочный метод определения предельного количества твердых отходов на территории предприятия;
Требования к устройству и содержанию полигонов для ТБО;
Сжигание и компостирование твердых бытовых отходов;
Высокотемпературное обезвреживание токсичных отходов.

Рекомендуемая литература
Основная
Зайцев, В. А. Промышленная экология : учеб. пособие / В. А. Зайцев. – М. : Изд-во Де Ли, 1999. – 140 с.
Калыгин, В. Г. Промышленная экология : учеб. пособие для студентов высших учебных заведений / В. Г. Калыгин. – М. : Изд-во Академия, 2006. – 432 с.
Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков : учеб. пособие / Д. А. Кривошеин и др. – М. : Высшая школа, 2003. – 344 с.
Инженерная защита окружающей среды : учеб. пособие / Под ред. О. Г. Воробьева. – СПб. : Изд-во Лань, 2002. – 288 с.
Панов, В. П. Теоретические основы защиты окружающей среды : учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / В. П. Панов, Ю. А. Нифонтов, А. В. Панин. – М. : Издательский центр Академия, 2008. – 320 с.
Тимонин, А. С. Инженерно-экологический справочник : в 3-х т. / А. С. Тимонин. – Калуга : Издательство Н. Бочкаревой, 2003. – Т. 1-3.

Дополнительная
Инженерная экология : учебник / Под ред. В. Т. Медведева. – М. : Гардарики, 2002. – 687 с.
Гридэл, Т. Е. Промышленная экология : учеб. пособие для вузов : пер. с англ. / Под ред. Э. В. Гирусова. – М. : Изд-во ЮНИТИ-ДАНА, 2004. – 527 с.
Учебное издание



Арефьева Ольга Дмитриевна
Короченцев Владимир Владимирович
Ковехова Анна Васильевна
Ковшун Анастасия Александровна



Лабораторные работы по промышленной экологии
Учебное пособие








Подписано в печать 00.10.2010. Формат 60Ч84/16. Усл. печ. .Уч.-изд.




















Издательство Дальневосточного университета,
690950, г. Владивосток, ул. Октябрьская, 27.










13PAGE 15


13PAGE 144715




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 83211
    Размер файла: 571 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий