68 ответов по экологии

В настоящее время известно большое количество способов очистки сточных вод от Cr(6+): электрохимические /1/, адсорбционные /2/, ионообменные /3/ и др.

Электрохимические методы являются энергоемкими и не обеспечивают полного извлечения Cr(6+) из растворов.

При использовании адсорбционных и ионообменных способов загрязняются сами сорбенты Cr(6+) - смолы, торф, уголь и прочие, - после чего требуются дополнительная очистка или их захоронение.

Недостатками этого способа являются:

- длительность процесса и использование агрессивных реагентов;

- дополнительное загрязнение сточных вод железом (2+; 3+);

- увеличение массы твердой фазы.

Существует множество методов обработки сточных вод с целью удаления ионов хрома: восстановление, ионный обмен, электролиз, электрохимическое осаждение, испарение, экстракция растворителем, обратный осмос, химическое осаждение и адсорбция. Недостатки большинства этих методов — высокие эксплуатационные затраты или необходимость удаления ила, загрязненного тяжелыми металлами. Много исследований направлено на получение дешевых адсорбирующих веществ наподобие активированного угля.

Преимущества адсорбции на оксиде железа Fe2O3 — сравнительно большая поглотительная способность, очень короткое адсорбционное время, легкое отделение от загрязняющей примеси.

В этом исследовании с целью удаления Cr(VI) из модельной сточной воды, содержащей хромовую кислоту или бихромат калия, использован гамма-Fe2O3.

Способ включает промывку исходных осадков, разделение путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, обработку его кислотой, разделение на твердую фазу (Ф) и жидкую Ф, содержащую ионы тяжелых металлов (ТМ), смешение жидкой Ф с нейтрализующим агентом и последующее разделение смеси на шлам, содержащий ТМ, и осветленную жидкую Ф, сливную воду используют в качестве нейтрализующего агента. Способ включает анаэробное сбраживание исходных осадков, промывку сброженных осадков водой, разделение путем уплотнения на сливную воду и уплотненный осадок, кислотную обработку осадка ведут в две ступени: на первой из которых уплотненный осадок смешивают с промывной водой и кислотой с последующим отделением кислой сливной воды от уплотненного кислого осадка, который на второй ступени аэрируют в присутствии ацидофильных микроорганизмов и/или смешивают с кислотой и окислителем, после чего обработанный осадок делят на твердую Ф и жидкую Ф, содержащую ионы ТМ, жидкую фазу смешивают с нейтрализующим агентом с последующим разделением смеси на шлам, содержащий ТМ и осветленную жидкую Ф, а при смешении жидкой Ф с нейтрализующим агентом вводят кислую сливную воду. Позволяет сократить расход щелочных реагентов, снизить расход кислотных реагентов, повысить степень удаления ТМ из твердой и жидкой Ф осадка, снизить нагрузку по взвешенным веществам и аммонийному азоту на очистные сооружения

Ионообменный метод – это метод обмена ионами находящимися в растворе и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы (ионита). Очистка производственных сточных вод методами ионного обмена позволяет извлекать и утилизировать ценные примеси, ПАВ или радиоактивные вещества.

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

Men+ + H[K] = Me[K] + nH+

Men+ + Na[K] = Me[K] + nNa+

Men+ - катион находящийся в сточной воде

К – сложный комплекс катионита

Характерной особенностью ионитов является их обратимость то есть возможность проведения реакции в обратном направление, что и лежит в основе их регенерации. Различают химическую, термохимическою, и электрохимическую регенерацию.

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 осущзествляться 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?(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

Металлургия.

В результате взаимодействия золы топлива, компонентов пустой породы и флюсов образуются металлургические шлаки. В зависимости от состава различают основные, в которых преобладают оксиды кальция и магния; кислые, отличающиеся повышенным содержанием оксидов кремния и алюминия, и нейтральные – доменные шлаки. Шлаки содержат богатый спектр химических соединений, поэтому являются ценным сырьем для получения строительных материалов и изделий, являющихся более качественными и дешевыми, чем получаемые из природного сырья.

Основным способом переработки шлаков в настоящее время является их грануляция.

Сталеплавильные шлаки содержат железо, MnO, различные оксиды и сульфиды. Около половины перерабатываемой массы этих шлаков идет на изготовление щебня, около трети используется в качестве оборотного продукта, примерно пятая часть перерабатывается в удобрения для сельского хозяйства. При переработке этих шлаков с помощью электромагнитных сепараторов из них извлекается металл.

Согласно химическому составу шлаки цветной металлургии могут быть условно объединены в три группы:

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

2. медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием железа, малым содержанием меди и наличием?5% Zn и Pb.

3. оловянные, свинцовые и часть медных шлаков, отличающихся значительным содержанием Zn, Pb и Sn.

Технологическая схема переработки шлаков выбирается в зависимости от их состава и физико-химических свойств и может включать как гидрометаллургические, так и пирометаллургические способы извлечения металлов. При пирометаллургическом способе осуществляют восстановление металлов из их безводных соединений в условиях высоких температур. Гидрометаллургический метод связан с восстановлением металлов из водных растворов их соединений различными методами.

Энергетические установки.

Основными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках, являются CO2 и H2O, продукты неполного сгорания топлива – оксид углерода, сажа, углеводороды, несгоревшие частицы твердого топлива, зола, шлаки и прочие механические примеси. По объему образования и составу твердые отходы сжигания топлив-золы и шлаки – близки к металлургическим шлакам. На 80-90% химический состав золошлаковых отходов представлен оксидами Si, Al, Fe, Ca и Mg, помимо этого в них присутствуют соединения Ti, V, Ge, Ga, S, а также несгоревшие частицы топлив. Золы сланцев и торфа содержат значительные количества CaO и используются для известкования кислых почв вследствие содержания значительных количеств К и Р, а также микроэлементов, необходимых ряду с/х культур, они применяются практически без какой-либо дополнительной обработки в качестве удобрений. Некоторые виды золошлаковых отходов используют в качестве агентов очистки промстоков.

Золы углей и нефтей содержат многие металлы. Максимальные концентрации Sr, V, Zn, Ge в золе углей могут достигать 10 кг/т. В золе нефтей содержание V2O5 в отдельных случаях достигает по массе 65%. Зола торфа содержит значительные количества U, Co, Cu, Ni, Zn, V, Pb.

Экологическое совершенствование теплоэнергетики идет по различным взаимодополняющим направлениям.

– улавливание, обезвреживание и целевая переработка газообразных выбросов, использование твердых отходов в других производствах и минимизация водопотребления.

– "улучшение" топлива путем предварительного удаления из него вредных примесей или переработки твердого горючего на жидкие продукты.

– использование принципиально отличных от реакции горения источников энергии.

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

Работа пылеулавливающих аппаратов основана на:

- гравитационное осаждение под действием сил тяжести

- осаждение под действием центробежных сил

- инерционное осаждение

- зацепление (если расстояние от частицы, движущейся вместе с газовым потоком до обтекаемого тела, равно ее радиусу или меньше его)

- диффузионное осаждение

- электрическое осаждение (при ионизации газа, частицы осаждаются на электродах)

Аппараты пылеулавливания:

- механические: циклоны, вихревые, ротационные, радиальные

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

- фильтрационные: тканевые фильтры, зернистые, волокнистые

- электрические

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.

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. Для физической абсорбции применяют поглотители: воду, органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемыми газами. При химической абсорбции извлекаемые компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами, в качестве которых используют растворы минеральных и органических веществ, суспензии и органические жидкости.

Известняковые и известковые методы

Очистка от SO2. Абсорбция SO2 сульфитом натрия: Na2SO3 + SO2 + H2O ->2NaHSO3; 2NaHSO3 -> SO2 + H2O + Na2SO3; Вторая стадия – регенерация сульфата натрия – проводится при температуре 130 гр., при этом выделяются газообразный SO2. Охлажденный раствор сульфата 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 бисульфат аммония разлагается: 2NH4HSO3 -> (NH4)2SO3 + SO2 + H2O; высокая степень улавливания SO2. Магнезиальные методы. Диоксид серы поглощается суспензией оксиды-гидроксиды магния. В процессе хемосорбции образуются кристаллогидраты сульфата магния, которые сушат, а затем термически разлагают на SO2 – содержащий газ и оксид магния. Газ перерабатывают в серную кислоту, а оксид магния возвращают в абсорбцию. Реакции в абсорбере: MgO + SO2 = MgSO3; MgSO3 + SO2 + H2O = Mg(HSO3)2; Бисульфат магния нейтрализуется добавкой соответствующего количества свежего оксида магния: Mg(HSO3)2 + MgO = 2MgSO3 + H2O; осадок подвергается термической обработке (800 – 900 гр.); MgSO3 ? MgO + SO2; оксид магния возвращается на абсорбцию, SO2 перерабатывается в серную кислоту или в серу. Фосфатный метод – абсорбция SO2 водным раствором фосфата натрия. Кислотно-каталитический – применение разбавленной H2SO3 в качестве катализаторов. Озоно-каталитический.

Адсорбционные методы очистки основаны на поглощении примесей твердыми телами с развитой поверхностью, адсорбентами. Поглощаемые молекулы удерживаются на поверхности твердых тел силами Ван-дер-Ваальса(физическая адсорбция) или химическими силами( хемосорбция). Стадии адсорбции: - перенос молекул газа к внешней поверхности твердого тела – проникновение молекул газа в поры твердого тела – собственно адсорбция. Адсорбция рекомендуется для очистки газов с невысокой концентрацией вредных компонентов. Адсорбированные вещества удаляют из адсорбентов с помощью десорбции инертным газом или паром. Преимущество: высокая степень очистки. Недостатки: “чистые” (сухие и без пыли) газы, небольшая скорость. Адсорбенты – материалы высокоразвитой внутренней поверхностью(природные и синтетические) : активированные угли, силикагели, алюмогели, цеолиты, иониты.

Активированные угли – гидрофобны. Для адсорбции газов и паров используют микропористые гранулированные активированные угли.

Силикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO(2)nH(2)O), являющиеся реакционно-способными соединениями переменного состава, превращения которых идет по механизму полконденсации. Зазоры м/у частицами образуют пористую структуру селикагеля. Получают путем осаждения аморфного кремнезема из силикатно-щелочных металлов. Служат для поглощения полярных веществ.

Алюмогели ( Al(2)O(3)*nH(2)O где 0< n < 6) – получают прокаливанием различных гидроксидов алюминия. Используют для улавливания полярных органических соединений и осушки газов.

Цеолиты - алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных

Металлов. Характеризуются регулярной структурой пор, соизмеримых с размерами молекул. Общая химическая формула: Me(2/n)C*Al(2)O(3)*xSi(2)*yH(2)O, где Me катион металла, n – его валентность. Получают синтетически и добывают при разработки месторождений. Обладают наибольшей адсорбцией по парам полярных соединений и веществ с кратными связями в молекулах.

Иониты - высокомолекулярные соединения с развитой поверхностью.

Связанны с химическим превращением токсичных компонентов в нетоксичные в присутствии катализаторов. Аппараты – реакторы различной конструкции. Используются для очистки от: оксидов азота, серы, углерода и от органических примесей. Оксид азота восстанавливается газом – восстановителем(CO, CH4…) в присутствии катализаторов. В качестве катализаторов используют различные металлы, которыми покрывают огнеупорные материалы (носители). Часто применяют палладиевый катализатор, нанесенный на оксид алюминия. Температура 400 470 гр. Реакции: 4NO + CH4 = CO2 + 2H2O + 2N2; 2NO2 + CH4 = CO2 + 2H2O + N2; 2NO + 2H2 = N2 + 2H2O; 2NO2 + 4H2 = N2 + 4H2O; 2NO + PCO? N2 + 2CO2 ; 2NO2 + 4CO? N2 + 4CO2. Очистка от оксида углерода является наиболее рациональной. Процесс гидрирования оксида углерода на никелевых и железных катализаторах проводят при высоких давлениях и повышенных температурах: --- CO + 3H2 = CH4 + H2O; CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O; ?O2 + H2 = H2O. Очистка от диоксида серы – основана на принципе окисления SO2 и SO3 контактным методом. Используют метод очистки с получением сульфата аммония, который можно использовать как удобрение. SO2 окисляют до SO3 в присутствии V2O5 при 450 –480 гр. Затем при температуре 220-260 гр. Вводят газообразный аммиак. Полученные кристаллы сульфата аммония отделяют в циклонах и электрофильтрах. Каталитическая очистка газов от органических веществ. В качестве катализаторов используют Cu, Cr, Co, Mn, Ni … в отдельных случаях бокситы, цеолиты. Катализаторы условно делятся на: - цельнометаллические ( металлы платиновой группы или неблагородные металлы, нанесенные на ленты, сетки, спирали из нержавеющей стали) – смешанные ( металлы платиновой группы или оксиды неблагородных металлов, нанесенные на оксид алюминия, нержавеющую сталь ) – керамические ( -=-, нанесенные на керамическую основу в виде сот или решеток) – насыпные ( гранулы или таблетки из оксида алюминия с нанесенными на него металлами платиновой группы или оксидами неблагородных металлов, зерна оксидов небл. Мет.) Преимуществом обладают катализатор, нанесенные на мет носители. Они более термостабильны, прочны, с легкой регенерацией. Очистка газов от серо-органических соединений заключается в их окислении при повышенных температурах. Каталитическое окисление производят кислородом, образованием кислородных соединений серы. В качестве катализаторов процессов гидрирования серо-органических соединений водородом используют контактные массы на основе оксидов Fe, Co, Ni, Cu, Zn. При гидрировании водяным паром используют катализаторы, содержащие в качестве компонента оксид железа.