экология. Энергия вибраций

Скачать 76.5 Kb.

Название	Энергия вибраций
Анкор	экология.doc
Дата	30.04.2017
Размер	76.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	экология.doc
Тип	Документы #4879

Введение.

Вещества, ухудшающие качество окружающей среды, называются загрязнителями. Загрязнителями окружающей среды являются любые инородные поступления (материальные, энергетические), не свойственные для данной среды: это могут быть различные вещества, тепловая энергия, электромагнитные колебания, энергия вибраций, звука, радиации, которые поступают в среду в количествах, достаточных для того, чтобы оказать вредное воздействие на биоту.

Поступление в среду различных загрязнителей называется загрязнением природной окружающей среды. Любая деятельность человека сопровождается большим или меньшим загрязнением окружающей среды.

Глобальными источниками загрязнений окружающей природной среды является производственная и бытовая деятельность человека, а также природные явления, приводящие к возникновению чрезвычайных ситуаций.

Важнейшими материальными загрязнителями среды являются отходы производства и побочные продукты (если последние поступают в среду обитания). В предыдущем разделе отходы производства и потребления рассматривались как источники вторичного сырья, но, к сожалению, эти отходы далеко не всегда утилизируются как вторичное сырье. Следовательно, отходы производства и побочные продукты являются основным источником загрязнения среды различными химическими соединениями.

Последствия загрязнений:

Загрязнение есть нежелательный процесс потерь вещества, энергии, труда и средств, превращенных в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

Загрязнение снижает продуктивность как отдельных экологических систем, так и всей биосферы в целом.

Загрязнение имеет следствие необратимых разрушений как отдельных систем, так и всей биосферы в целом, включая воздействия на глобальные физикохимические параметры среды.

Загрязнение прямо или косвенно ведёт к ухудшению физического и морального состояния человека.

ОЧИСТКА ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ.

Очистка промышленных газообразных выбросов, содержащих токсичные вещества, является непременным требованием во всех производствах. Дисперсные и газовые загрязнители нередко являются следствием одних и тех же производственных процессов, вместе перемещаются в коммуникациях, тесно взаимодействуют в очистных аппаратах и атмосфере, совместно наносят ущерб окружающей среде и человеку. Поэтому необходимо учитывать весь комплекс присутствующих в технологическом выбросе загрязнителей. Нельзя принимать за средство очистки запыленных газов пыле осадительное устройство, выбрасывающее в атмосферу вредные газообразные вещества. Недопустимы и такие средства, в которых обезвреживание исходных газовых загрязнителей сопровождается образованием и выбросом ядовитых туманов и дымов других веществ.

Методы очистки газовых выбросов

Методы очистки газовых выбросов принимают в зависимости от физико-химических свойств загрязняющего вещества, его агрегатного состояния, концентрации в очищаемой среде и др.

При очистке выбросов от газовых загрязнений приходится решать одновременно ряд проблем, связанных с тем, что в выбросах, содержащих вредные пары и газы, находятся также аэрозоли - пыль, сажа; выбросы в ряде случаев нагреты до высоких температур, загрязнения, содержащиеся в них, многокомпонентны, и их необходимо подвергать различным методам очистки, расход выбросов по времени непостоянен, изменяется концентрация в них различных вредных веществ и т.д.

Судя по составам реальных отбросных газов и масштабам загрязнения окружающей среды, разрабатывать устройства пылеочистки без учета газообразных загрязнителей возможно только для вентиляционных выбросов механических цехов. Выбросы всех других производств требуют удаления и дисперсных, и газовых загрязнителей, причем иногда это можно сделать водном очистном устройстве.

Для обезвреживания выбросов по принципу удаления токсичных примесей наряду с физическими используют и химические процессы, посредством которых можно изменять в широких пределах физические свойства примесей (например, превращать исходные газообразные загрязнители в соединения с высокой температурой кипения) с целью облегчения их дальнейшего улавливания.

Для реализации второго принципа обезвреживания - превращения загрязнителей в безвредные вещества - необходимо сочетание химических и физических процессов. С этой целью чаще всего используют процессы термической деструкции и термического окисления. Они применимы для загрязнителей всех агрегатных состояний, но ограничены составом обрабатываемого вещества. Термической обработке с целью обезвреживания могут быть подвергнуты лишь вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. В противном случае установки термообезвреживания переходят в разряд источников загрязнения атмосферы, и нередко крайне опасных.

Классификация средств обезвреживания газообразных загрязнителей заключается в разделении по применяемым процессам. В основном для газоочистки используют средства химической технологии. Поэтому классификация средств обезвреживания выбросов практически совпадает с классификацией процессов и аппаратов химической промышленности, вырабатывающих вредные выбросы как отходы основного производства.

С целью улавливания газообразных примесей применяют процессы конденсации, сорбции (абсорбции и адсорбции), хемосорбции, а превращают загрязнители в безвредные соединения посредством термохимических (термическая деструкция, термическое и термокаталитическое окисление) и химических процессов. Для очистки выбросов от газообразных загрязнителей чаще всего применяют способы абсорбции, адсорбции, каталитической очистки, термообезвреживания и конденсации газовых примесей.

Абсорбционная очистка выбросов

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпонентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их.

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы, т.е. абсорбция - это процесс избирательного поглощения газа или пара жидкостью. Обратный процесс, т.е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или де(аб)сорбцией.

Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем, поглотителем или абсорбентом. Молекулы поглощаемого вещества - абсорбата удерживаются в объеме поглотителя - абсорбента, равномерно распределяясь среди его молекул вследствие растворения или химической реакции. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, называют абсорбтивом. Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберами.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией (в дальнейшем - абсорбция).

Применение абсорбции особенно эффективно при значительных концентрациях газообразных загрязнителей. Однако возможно применять растворители и при весьма низких концентрациях, когда растворимость газа в жидкости очень высока. Наиболее часто в качестве растворителя используется вода. Для поглощения газов, плохо растворимых в воде, можно применять малолетучие растворители с низким давлением пара, например углеводороды.

В качестве абсорбента можно использовать любую жидкость, которая растворяет извлекаемый компонент. Но для применения в промышленных масштабах абсорбент должен отвечать ряду требований: необходимая поглотительная способность (абсорбционная емкость); высокая селективность (избирательность) по отношению к поглощаемому компоненту; невысокая летучесть; небольшая вязкость; способность к регенерации; быть термохимически устойчивыми; не проявлять коррозионную активность; доступность и невысокая стоимость.

7.4. Адсорбция газовых примесей

Адсорбцией называют процесс избирательного поглощения компонента газа, пара или раствора пористой поверхностью твердого тела (адсорбента). Адсорбцию применяют для очистки газов с невысоким содержанием газо- или парообразных загрязнений до получения их очень низких объемных концентраций. Адсорбцию применяют для улавливания из газов вентиляционных выбросов сернистых соединений, углеводородов, хлора, окислов азота, паров органических растворителей и др.

Процессы адсорбции бывают избирательными и обратимыми. Каждый поглотитель обладает способностью поглощать лишь определенные вещества и не поглощать другие. Поглощенное вещество всегда может быть выделено из поглотителя путем десорбции.

В отличие от абсорбционных методов адсорбция позволяет проводить очистку газов при повышенных температурах.

Целевой поглощаемый компонент, находящийся в очищаемом газе, называют адсорбтивом, этот же компонент в адсорбированном состоянии, т.е. поглощенное вещество в адсорбенте, - адсорбатом.

Способность поверхностных частиц (ионов, атомов или молекул) конденсированных тел притягивать и удерживать молекулы газа обусловлена избытком энергии на поверхности (по сравнению со средней энергией частиц в объеме тела) и присуща всем твердым веществам и жидкостям. На практике в качестве адсорбентов выгодно использовать вещества с развитой удельной (на единицу объема) поверхностью.

Количество адсорбата, удерживаемое на единичной площади поверхности раздела фаз, в конечном счете определяется силой взаимодействия между молекулами адсорбируемого вещества и частицами, находящимися в приповерхностных слоях адсорбента.

По характеру взаимодействия адсорбата с поверхностью различают физическую и химическую адсорбцию.

Физическая адсорбция обусловливается силами межмолекулярного взаимодействия (дисперсионный, ориентационный и индукционный эффекты). Межмолекулярные силы слабы, поэтому при физической адсорбции происходит лишь небольшая деформация адсорбированных частиц.

Химическая адсорбция (хемосорбция) осуществляется за счет ненасыщенных валентных сил поверхностного слоя. При этом могут образовываться поверхностные химические соединения, свойства и строение которых еще мало изучены.

При адсорбции возможны очень большие скорости поглощения и полное извлечение компонентов, выделение которых путем абсорбции было бы невозможно из-за их малой концентрации в смеси.

Каталитическая очистка газовых выбросов

Каталитический метод очистки основан на взаимодействии обезвреживаемых веществе вводимым в очищаемую газовую среду окисляющим веществом в присутствии катализатора. В результате реакций находящиеся в газе примеси превращаются в другие соединения, представляющие меньшую опасность, или легко отделяются от газа.

Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов в химических установках и выхлопов автомобильного транспорта.

Каталитическое дожигание как метод термической нейтрализации газовых выбросов используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами. Каталитическая очистка позволяет обезвреживать оксиды азота, оксид углерода, другие вредные газовые загрязнения.

Катализом называют изменение скорости реакции или возбуждение ее, происходящее под действием веществ (катализаторов), которые участвуют в процессе, но в нем не расходуются и к концу реакции остаются химически неизменными, хотя физически могут изменяться. Различают два вида катализа: гомогенный (однородный) и гетерогенный (неоднородный).

При гомогенном катализе реагирующие вещества и катализатор образуют однофазную систему (жидкую или газовую).

7.7. Конденсационная очистка выбросов

Конденсационную обработку отбросных газов обычно включают в технологический цикл, если процесс сопровождается ощутимыми потерями промежуточных или конечных продуктов. Часто посредством конденсации улавливают и возвращают в технологический процесс пары растворителей, удаляемых с поверхности изделий после нанесения функциональных, защитных и окрашивающих слоев. Иногда конденсацию применяют для извлечения из газового потока ценных (дорогостоящих) или особо опасных веществ.

При экономически и технически приемлемых параметрах рабочей среды можно перевести в конденсированное состояние пары легкокипящих соединений (обычно используемых в качестве растворителей) с концентрациями не ниже 5...10 г/м³. Конденсация более разбавленных загрязнителей представляет технически сложную задачу и требует значительных затрат.

Конденсация паров любых веществ происходит при их контакте с поверхностями, температура которых ниже температуры насыщения паров. Особенность такого процесса теплообмена состоит в том, что теплота отводится от газовой смеси при постоянной температуре и распространяется не в одной, а в двух фазах.

Степень улавливания (глубина извлечения) загрязнителя зависит от степени охлаждения и сжатия газовых выбросов. В производственных условиях температуру и давление принимают такими, чтобы энергозатраты на конденсацию составляли незначительную долю общих затрат на технологию. Поэтому степень извлечения даже дорогостоящих продуктов назначают невысокой, как правило, в пределах 70...80%. По этой же причине использовать конденсацию в качестве самостоятельного средства санитарной очистки (т.е. с глубиной извлечения до санитарных норм) неприемлемо.

В то же время конденсационная обработка может успешно применяться в многоступенчатых схемах очистки выбросов. Существуют три направления в области газоочистки, где конденсация необходима:

предварительное осаждение основной массы паров загрязнителей перед адсорберами при высокой степени загрязнения выбросов;

парциальное извлечение паров, содержащих соединения фосфора, мышьяка, тяжелых металлов, галогенов перед термообезвреживанием смеси загрязнителей;

конденсация загрязнителей после химической обработки с целью перевода в легкоконденсируемые соединения, например после хемо-сорбционных аппаратов.

Конденсация может быть применена для обработки систем, содержащих пары веществ при температурах, достаточно близких к их точке росы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, имеющих достаточно низкое давление пара при обычных температурах, можно использовать конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих растворителей возможна двухстадийная конденсация с использованием водяного охлаждения на первой стадии и низкотемпературного - на второй. Максимальное снижение содержания инертных или неконденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса конденсации и повысить ее экономическую эффективность, поскольку дает возможность исключить необходимость охлаждения до очень низких температур, соответствующих точке росы.

7.8. Биохимическая очистка газов

Биохимические методы газоочистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Поглощение и обезвреживание вредных примесей, содержащихся в воздухе, при биологической очистке осуществляется за счет жизнедеятельности микроорганизмов. Особенностью метода является использование естественных биологических процессов без применения чуждых экологической системе материалов и реагентов.

Сущность биохимического метода состоит в аэробном разложении, окислении и ассимиляции микроорганизмами уловленных примесей. Разложение веществ происходит под воздействием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах.

Биологическую очистку применяют для обезвреживания органических растворителей, содержащихся в удаляемом вентиляционном воздухе производства пластических масс, процесса нанесения лакокрасочных покрытий, типографий; для очистки отходящих газов химической и нефтяной промышленности; для очистки воздуха в табачной, парфюмерной, фармацевтической и других отраслях; для борьбы с неприятными запахами органических веществ на мясокомбинатах и ферментных фабриках; для очистки сульфидсодержащих газов из канализационных камер.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит разложение вредных веществ, содержащихся в воздухе, и превращение их в менее опасные вещества. В качестве среды обитания микроорганизмов в биофильтре (насадке) применяют компост, землю, торф, кору деревьев, пластмассовые элементы и др. Активность микроорганизмов зависит от температуры, влажности, кислотности среды, насыщения кислородом, наличия веществ для питания микроорганизмов в очищаемом воздухе.

Биологический метод очистки может быть реализован в аппаратах или устройствах трех типов:

в фильтрах со слоем увлажненной почвы или компоста, через который пропускается очищаемый газ при нагрузке до 100 мг/(кг · ч);

в биофильтрах с инертной насадкой, на поверхности которой искусственно выращивается биопленка активного ила (суспензия, содержащая 5...10 г/л активного ила);

в аппаратах барботажного типа (скрубберах) с водной суспензией микроводорослей хлореллы или активного ила.

При биологической очистке необходимо создать определенный температурно-влажностный режим для микроорганизмов, которые являются живыми существами и нуждаются в определенной среде и питании. Если одно из условий (температура, влажность, соответствующая питательная среда) не создано, количество микроорганизмов резко уменьшается и они могут погибнуть. Необходимо выбрать оптимальный вид микроорганизмов и условия их обитания с учетом вида очищаемой среды и содержащихся в ней веществ.

7.9. Оценка эффективности газоочистки

Экологическое совершенство очистки газовых выбросов определяется отношением достигаемого уровня обезвреживания и экологически приемлемого уровня загрязнения биосферы.

Оценка эффективности газоочистки по значениям ПДК удобна, но экологически малоинформативна. Это объясняется тем, что обработка выбросов современными методами позволяет уменьшить концентрации вредных примесей более чем на 95%, и все же их значения остаются на 4...5 и более порядков выше нормативов ПДК.

Дальнейшее понижение концентраций загрязнителей до уровня, сопоставимого с ПДК, обошлось бы слишком дорого. Например, энергетические затраты на удаление одинакового количества загрязнителя посредством конденсации логарифмически возрастают с понижением его концентрации. Аналогичная зависимость характерна и для сорбционных методов очистки, основой которых также является конденсация примесей.

В ряде случаев для очистки газовых выбросов применяют термохимические, термокаталитические, хемосорбционные и другие способы обработки, которые по сути являются скомбинированными из рассмотренных выше. Процессы, происходящие при этом, будут иметь еще более сложный характер, однако принцип возрастания затрат энергии с увеличением глубины очистки справедлив и для них. По этой причине уровень обезвреживания газовых выбросов устанавливается исходя из экономических соображений, а не по экологическим или санитарно-гигиеническим требованиям.

Вывод

Главным техническим подходом в ООС является внедрение малоотходных и безотходных технологий, когда отходы одной отрасли хозяйства становятся сырьем для другой.

Сточные воды следует очищать механическими, химическими, физико-химическими и биологическими методами.

Для очистки газовых выбросов в атмосферу используют абсорбционный, окислительный и каталитический методы.

Список используемой литературы и источников:
http://uchebniki.ws/18411204/ekologiya/ochistka_gazovyh_vybrosov

http://www.bibliofond.ru/view.aspx?id=118135

http://biofile.ru/geo/13772.html

Реймерс Н.Ф. Экология. М., 1994.

Шилов И.А. Экология. М., 2001.

Хатунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность. М., 2002.