Экологические проблемы

Кислотные дожди  вызывают не только подкисление поверхностных  вод и верхних горизонтов почв. Кислотность с нисходящими потоками  воды  распространяется на  весь почвенный профиль и вызывает значительное подкисление грунтовых  вод.  Кислотные дожди возникают  в результате хозяйственной деятельности человека, сопровождающейся эмиссией колоссальных количеств  оксилов  серы,  азота, углерода.

Эти оксилы, поступая в атмосферу переносятся на большие расстояния, взаимодействуют с водой и превращаются в растворы  смеси сернистой,  серной,  азотистой,  азотной и угольной кислот,  которые выпадают в виде "кислых дождей"  на  сушу,  взаимодействуя с растениями, почвами, водами.

Главными  источниками  в атмосфере является сжигание сланцев, нефти, углей,  газа в индустрии, в  сельском хозяйстве, в быту. Хозяйственная  деятельность человека почти вдвое  увеличила поступление  в атмосферу  оксилов серы,  азота,  сероводорода и оксида  углерода. Естественно, что это сказалось на повышении кислотности атмосферных осадков,  наземных и грунтовых вод. Для решения этой проблемы необходимо увеличить объём систематических представительных измерений соединений загрязняющих атмосферу веществ на больших территориях.

Кислотные дожди  приносят много неприятностей для  людей. Например человек попавший под кислотный дождь в лучшем случае облысеет, в худшем получит кислотный ожог, облысеет и придёт домой в разлезшейся одежде. 

Физико – химические  методы очистки атмосферы от газообразных загрязнителей.

 

Основное  направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами – создание новой безотходной  технологии с замкнутыми циклами  производства и комплексным использованием сырья.

Многие действующие  предприятия используют технологические  процессы с открытыми циклами  производства. В этом случае отходящие  газы перед выбросом в атмосферу  подвергаются очистке с помощью  скрубберов, фильтров и т.д. Это дорогая  технология, и только в редких случаях  стоимость извлекаемых из отходящих  газов веществ может покрыть  расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

 Наиболее  распространены  при очистке газов  адсорбционные, абсорбционные и  каталитические методы.

 Санитарная  очистка промышленных газов включает  в себя очистку от СО2 , СО, оксидов азота, SO2, от взвешенных частиц. 

--  Очистка газов  от СО2.

а) Абсорбция  водой. Простой и дешевый способ, однако эффективность очистки мала, т.к. максимальная поглотительная способность  воды – 8кг СО2 на 100кг воды.

б) Поглощение растворами этанол – аминов по реакции:

2R-NH2+CO2+H2O(R-NH3)2CO3.

В качестве поглотителя обычно применяется  моноэтаноламин.

в)  Холодный метанол является хорошим поглотителем СО2 при -35С.

г)  Очистка  цеолитами  типа СаА. Молекулы СО2 очень малы. Для извлечения СО2 из природного газа и удаления продуктов жизнедеятельности (влаги и СО2)  в современных экологически изолированных системах используются молекулярные сита типа СаО. 

--  Очистка газов  от СО.

а) Дожигание  на платино – палладиевом катализаторе

2СО+О22СО2.

б) Конверсия (адсорбционный метод):

 СО+Н2О СО2+Н2. 

--  Очистка газов  от оксидов азота.

В химической промышленности очистка от оксидов  азота на 80% и более осуществляется в основном результате превращений  на катализаторах.

а)  Окислительные  методы основаны на реакции окисления  оксидов азота с последующим  поглощением водой  и образованием НNО3 :

окисление озоном в жидкой фазе по реакции:

2NO+O3+H2О2HNO3;

Окисление кислородом при высокой температуре:

2NO+O22NO2.

б) Восстановительные  каталитические методы основаны на восстановлении оксидов азота до нейтральных  продуктов в присутствии катализаторов  или под действием высоких  температур в присутствии восстановителей.

Разложение  оксидов азота до нейтральных  соединений происходит в потоке низкотемпературной плазмы. Этот процесс при более  низких температурах в присутствии  катализатора протекает в двигателях внутреннего сгорания. Присутствие  восстановителей в зоне реакции (угля, графита, кокса) также понижает температуру реакции восстановления. При температуре 1000С степень разложения NО в реакции   С+2NО

СО2+ N2 составляет 100%.

При температуре  выхлопных газов автомобиля в  двигателе внутреннего сгорания возможна реакция:

2NO+2CON2+2CO2.

в)  Сорбционные  методы.

 Это адсорбция  оксидов азота водными растворами  щелочей и известью СаСО3 и адсорбция оксидов азота твердыми сорбентами (угли, торф, силикагели, цеолиты). 

Очистка газов от SO2.

 ТЭС мощностью  1 млн кВт при работе на каменном угле выбрасывает в атмосферу 11 тыс. т SO2, на газе – 20% этого количества.

 Очистка  дымовых газов электростанций  обходится сейчас приблизительно  в 300-400 тыс. руб. за 1 кВт в  год. Снижение доли серы в  нефтепродуктах на 0,5% обходится  при этом в 30 тыс. руб. на 1 т. Методы улавливания SO2 требуют больших затрат, их можно разделить на аммиачные, нейтрализации и каталитические.

 Эффективность  очистки зависит от многих  факторов: парциальных давлений  SO2 и О2 в очищаемой газовой смеси; температуры отходящих газов; наличие и свойств твердых и газообразных компонентов; объема очищаемых газов; наличия и доступности хемосорбентов; потребности в продуктах утилизации SO2; требуемой степени очистки газа. 

Очистка газов от взвешенных частиц, например пыли. 

Можно выделить несколько методов улавливания  частиц пыли:

-  гравитационное  оседание;

  -  центрифугирование;

  -  электростатическое  оседание;

  -  инерционное  соударение;

  -  прямой  захват;

  -  диффузия.

Все процессы очистки  осуществляются с помощью специальных  фильтров. Скрубберов и т.

Механическая  очистка

Механическую очистку  сточных вод применяют преимущественно  как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Задачи механической очистки заключаются в подготовке воды к физико-химической и биологической очисткам. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами.

В настоящее время  к очистке предъявляют большие  требования. Это приводит к созданию высокоэффективных методов физико-химической очистки, интенсификации процессов  биологической очистки, разработке технологических схем с сочетанием механических, физико-химических и  биологических способов очистки  и повторным использованием очищенных  вод в технологических процессах. Механическую очистку проводят для  выделения из сточной воды находящихся  в ней нерастворенных грубодисперсных  примесей путем процеживания, отстаивания  и фильтрования. Механическую очистку  как самостоятельный метод применяют  тогда, когда осветленная вода после  этого способа очистки может  быть использована в технологических  процессах производства или спущена  в водоемы без нарушения их экологического состояния. Во всех других случаях механическая очистка служит первой ступенью очистки сточных  вод.

Физико-химическая очистка

Физико-химическая очистка  заключается в том, что в очищаемую вводу вводят какое-либо вещество-реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений. При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или растворимые, но безвредные, изменяется реакция сточных вод (происходит их нейтрализация), обеспечивается окрашенная вода. Физико-химическая очистка дает возможность резко интенсифицировать механическую очистку сточных вод. В зависимости от необходимой степени очистки сточных вод физико-химическая очистка может быть окончательной или второй ступенью очистки перед биологической.

Биологическая очистка

Биологическая очистка  основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению  или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах  в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов  источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных  вод от загрязнения.

Очистные сооружения биологической очистки можно  разделить на два основных типа:

·  сооружения, в которых очистка происходит в условиях, близких к естественным;

·  сооружения, в которых очистка происходит в искусственно созданных условиях.

К первому типу относятся  сооружения, в которых происходит фильтрование очищаемых сточных  вод через почву (поля орошения и  поля фильтрации) и сооружения, представляющие собой водоемы (биологические пруды) с проточной водой. В таких  сооружениях дыхание микроорганизмов  кислородом происходит за счет непосредственного  поглощения его из воздуха. В сооружениях  второго типа микроорганизмы дышат  кислородом главным образом за счет диффундирования его через поверхность воды (реаэрация) или за счет механической аэрации.

В искусственных  условиях биологическую очистку  применяют в аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах. В этих условиях процесс очистки происходит более интенсивно, так как создаются лучшие условия для развития активной жизнедеятельности микроорганизмов.