реферат скачать
 

Физико-химические процессы водоподготовки

Физико-химические процессы водоподготовки

Министерство по образованию РФ

Московский государственный горный университет

Кафедра химии










УДК

 

Реферат на тему:

Физико-химические процессы водоподготовки.

:

 





Выполнил:

ст. группы ТПУ-1-09

Валуевич А.В.

Проверил:

Доцент Семенов Ю.В..







Москва 2009

СОДЕРЖАНИЕ



ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................... 3

ВОДОПОДГОТОВКА..................................................................................................................... 5

СОРБЦИЯ......................................................................................................................................... 7

АКТИВНЫЕ УГЛИ В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ...................................................... 7


НЕУГЛЕРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ.................................. 8

ЭКСТРАКЦИЯ................................................................................................................................. 9

ЭВАПОРАЦИЯ................................................................................................................................ 11

КОАГУЛЯЦИЯ................................................................................................................................ 11

ФЛОТАЦИЯ..................................................................................................................................... 12

ВАКУУМНАЯ ФЛОТАЦИЯ........................................................................................................... 13

НАПОРНАЯ ФЛОТАЦИЯ.............................................................................................................. 13

ИМПЕЛЛЕРНАЯ ФЛОТАЦИЯ...................................................................................................... 15

ФЛОТАЦИЯ С ПОДАЧЕЙ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ПОРИСТЫК МАТЕРИАЛЛЫ.......................... 15

ЭЛЕКТРОФЛОТАЦИЯ................................................................................................................... 16

ИОННЫЙ ОБМЕН........................................................................................................................... 17

НЕОРГОНИЧЕСКИЕ ИОНИТЫ..................................................................................................... 20

ОРГОНИЧЕСКИЕ ИОНИТЫ.......................................................................................................... 21

КРИСТАЛИЗАЦИЯ ........................................................................................................................ 22

ДИАЛИЗ........................................................................................................................................... 25

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ................................................................................. 26




















ВВЕДЕНИЕ


                ВОДА (оксид водорода) НОН, мол. м. 18,016, простейшее устойчивое соед. водорода с кислородом. Жидкость без запаха, вкуса и цвета.

                Изотопный состав. Существует 9 устойчивых изотопных разновидностей воды. Содержание их в пресной воде в среднем следующее (мол. %):  - 99,13;  - 0,2; -0,04; -0,03; остальные пять изотопных разновидностей присутствуют в воде в ничтожных кол-вах (а именно:,,,,). Кроме стабильных изотопных разновидностей, в воде содержится небольшое кол-во радиоактивного  (или ). Изотопный состав природной воды разного происхождения неск. варьирует. Особенно непостоянно отношение 1Н/2Н: в пресных водах - в среднем 6900, в морской воде -5500, во льдах - 5500-9000. По физ. свойствам  заметно отличается от обычной воды. Вода, содержащая , по св-вам ближе к воде с .

Строение молекулы и физические свойства. Атомы водорода и кислорода в молекуле воды расположены в углах равнобедренного треугольника с длиной связи О—Н 0,0957 нм; валентный угол Н—О—Н 104,5°; дипольный момент 6,17*10-30 Кл*м; поляризуемость молекулы 1,45*10-3 нм3; средний квадрупольный момент — 1,87*10-41 Кл*м2, энергия ионизации 12,6 эВ, сродство к протону 7,1 эВ. При взаимод. молекулы воды с др. атомами, молекулами и ионами, в т.ч. с другими молекулами воды в конденсир. фазах, эти параметры изменяются.

Объем потребляемой в мире воды достигает 4 трлн. м3 в год, а преобразованию со стороны человека подвергается практически вся гидросфера. Так при получении ядерной энергии в США вовлекается в использование почти половина всех водных ресурсов страны. Радиоактивное и тепловое загрязнение может поставить под угрозу их применение в хозяйственно-бытовых и промышленных целях.

Химическая и нефтехимическая отрасли промышленности способствуют проникновению в водную среду веществ, нормально отсутствующих в ней, или превышению естественного уровня их концентрации, ухудшающим качество среды.

За время существования человечества в природную среду было введено около миллиона новых веществ (всего известно свыше 6 млн. химических соединений). Ежегодно в мире синтезируется около 250 тысяч новых химических соединений, многие из которых получают широкое применение и могут поступать в окружающую среду. В практике используется 500 тысяч химических соединений, из них по оценке международных экологических организаций, около 40 тысяч обладают вредными для человека свойствами, а 12 тысяч являются токсичными.

Вредные химические элементы и вещества попадают в водоемы, ухудшая их санитарное состояние и вызывая необходимость специальной глубокой очистки воды перед использованием ее для хозяйственно-питьевых и некоторых промышленных целей

Различают природную, сточную и денатурированную воду. Природная вода - это вода, которая качественно и количественно формируется под влиянием естественных процессов при отсутствии антропогенного воздействия и качественные показатели которой находятся на естественном среднемноголетнем уровне. Сточная вода - это вода, бывшая в бытовом, производственном или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшая через какую-либо загрязненную территорию, в том числе населенного пункта. Природная вода, подвергаемая антропогенному загрязнению, например, путем смешения со сточной водой, называется денатурированной или природно-антропогенной.

Для очистки сточных вод используют очистные сооружения трех основных типов: локальные, общие и районные или городские.

            Очистные сооружения локального типа предназначены для обезвреживания сточных вод непосредственно после технологических цехов, имеющих вредные химические вещества, например, после резервуарного парка технологических коммуникаций, насосных станций, хранящих и перекачивающих этилированные бензины.                          Применение таких установок дает возможность избежать необходимости пропускать сточные воды предприятия через установки для извлечения из воды определенных химических веществ.

            Очистные сооружения общего типа предназначены для очистки всех нефтесодержащих вод нефтетранспортного предприятия. Обычно эти очистные сооружения включают механическую, физико-химическую и биологическую очистки. К сооружениям механической очистки относятся песколовки, нефтеловушки, отстойники, флотационные и фильтрационные установки и др. На этих сооружениях удаляют грубодисперсные примеси. К сооружениям физико-химической очистки относятся флотационные установки с применением химических реагентов, установки с применением коагулянтов для коллоидных примесей. К сооружениям биологической очистки относятся аэротенки, биофильтры, биологические пруды и др.

            Очистные сооружения районного или городского типа предназначены в основном для механической, физико-химической и биологической очистки сточных вод. Если на эти очистные сооружения направляют производственные сточные воды, то в них не должно быть примесей, которые могут нарушить нормальный ритм работы канализации и очистных сооружений.

С точки зрения водоподготовки, наиболее общие и характерные признаки загрязняющих воду веществ - формы нахождения их в воде. Исходя из этого, академиком АН УССР профессором Леонидом Адольфовичем Кульским была предложена классификация примесей воды, основанная на их фазовом состоянии и дисперсности. Эта классификация имеет широкое практическое применение, т.к. дает приемлемое обоснование технологическим приемам водообработки и преследует цель упорядочить выбор оптимальных методов очистки и технологических схем.

Все примеси им были разделены на четыре группы.

Примеси первой группы - нерастворимые в воде суспензии и эмульсии (а также планктон и бактерии), кинетически неустойчивые и находящиеся во взвешенном состоянии благодаря гидродинамическому воздействию водного потока. В состоянии покоя эти взвешенные вещества выпадают в осадок.

Примеси второй группы - гидрофобные и гидрофильные органические и минеральные коллоидные частицы, а также нерастворимые и недиссоциированные формы гумусовых веществ, детергенты и вирусы, которые по своим размерам близки к коллоидным примесям.

Примеси третьей группы - молекулярно-растворимые вещества (органические соединения, растворимые газы и т.п.).

Примеси четвертой группы - вещества, диссоциированные на ионы.

 Жесткостью называется свойство воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са2+и магния Mg2+. Жесткость определяют по специальной методике, описанной в ГОСТах на питьевую воду, единицы ее измерения — моль на кубический метр (моль/м3) или миллимоль на литр (ммоль/л).

Различаются несколько видов жесткости — общая, карбонатная, некарбонатная, устранимая и неустранимая; но чаще всего говорят об общей жесткости, связанной с суммой концентраций ионов кальция и магния.

Тяжёлая вода, как, известно кристаллизуется при более высокой температуре +3,8 0C, чем чистая.

Очистка сточных вод обычно включает три последовательных стадии, называемые первичной, вторичной и третичной обработкой. Приблизительно 10% сточных вод вообще не получают обработки, около 30% получают только первичную обработку и около 60% подвергаются еще вторичной обработке. Третичная обработка в настоящее время применяется редко, но, по-видимому, она станет более распространенной, когда для этого появятся материальные возможности, что позволит приблизить качество обработки к более высоким стандартам.

Первичная очистка по существу представляет собой отфильтровывание твердых примесей, песка и ила и хлорирование воды для обезвреживания находящихся в ней инфекционных бактерий.

Вторичная очистка включает медленную фильтрацию либо аэрацию. На стадии медленного фильтрования сточные воды просачиваются через слой гравия, в котором находятся бактерии, разлагающие 75% содержащихся в воде органических веществ. При аэробной биологической очистке сточные воды обезвреживают, пропуская их сквозь слой бактерий, окисляющих и минерализующих органические вещества, а затем обогащают воздухом и дают отстояться, чтобы удалить осаждающиеся примеси. Этот метод обладает 90%-ной эффективностью.

Третичная очистка воды связана с удалением из нее растворимых ионных веществ и остатков органических веществ, не извлеченных при вторичной очистке. Третичная очистка проводится не всегда одинаково, а зависит от конкретного характера сточных вод и самого метода очистки. В некоторых случаях для её проведения используются фильтры из активированного древесного угля, в других случаях для осаждения фосфат-иона PO проводится обработка воды гидроксидом кальция Са(ОН)2. Возможно также применение электродиализа, хотя этот метод сопряжен с большими расходами.

Мембранные методы очистки отличаются типами используемых мембран, движущими силами, поддерживающими процессы разделения, а также областями их применения.

Существуют мембранные методы шести типов:

микрофильтрация - процесс мембранного разделения коллоидных растворов и взвесей под действием давления;

ультрафильтрация - процесс мембранного разделения жидких смесей под действием давления, основанный на различии молекулярных масс или молекулярных размеров компонентов разделяемой смеси;

обратный осмос - процесс мембранного  разделения жидких растворов путем проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного раствору давления, превышающего его осмотическое давление;

диализ - процесс мембранного разделения за счет различия скоростей диффузии веществ через мембрану, проходящий при наличии градиента концентрации;

электродиализ - процесс прохождения ионов растворенного вещества через мембрану под действием электрического поля в виде градиента электрического потенциала;

разделение газов - процесс мембранного разделения газовых смесей за счет гидростатического давления и градиента концентрации.


Водоподготовка.

Водоподготовка – удаление из воды всех примесей – начиная от взвешенных частиц и заканчивая солями металлов. Иначе говоря, водоподготовка – процесс приведения любой воды к стандартам, которые требуют и здоровье людей, и работа различных котлов и пр. Эти требования различны, и если бытовая водоподготовка ограничивается лишь умягчением воды до требуемого уровня, промышленная водоподготовка в ряде случаев уничтожает примеси практически полностью.

         В пром-сти применяют мех., хим., физ.-хим., биохим. и термич. методы очистки, подразделяемые на рекуперационные и деструктивные. Рекуперац. методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных в-в. С помощью деструктивных методов в-ва, загрязняющие сточные воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления; продукты деструкции удаляются из стоков в виде газов или осадков. Основными методами очистки промышленных сточных вод, водоочистки и водоподготовки является физико-химическая очистка: 1) сорбция; 2) экстракция; 3) эвапорация; 4) коагуляция; 5) флотация; 6) ионный обмен; 7) кристаллизация; 8) диализ.

Сорбция — выделение из сточной воды растворенных в ней органических веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела (адсорбция) либо путем поглощения вещества из раствора, или смеси газов твердыми телами или жидкостями (абсорбция), или, наконец, путем химического взаимодействия растворенных веществ с твердым телом (хемосорбция).

Экстракция — выделение растворенных органических примесей, находящихся в сточных водах, путем обработки последних каким-либо не смешивающимся с водой растворителем (экстрагентом), в котором примеси, загрязняющие воду, растворяются лучше, чем в воде (например, растворение фенола в бутилацетате в 12 раз больше, чем в воде).

Эвапорация — отгонка с водяным паром загрязняющих сточную воду растворенных веществ (например, летучего фенола из сточных вод коксохимических заводов).

Коагуляция — осветление и обесцвечивание сточных вод с применением реагентов (коагулянтов), вызывающих свертывание взвешенных и коллоидных веществ в хлопья, которые при осаждении (отстаивании) увлекают нерастворимые тонкодисперсные вещества в осадок.

Процессы полного осветления и обесцвечивания сточной воды осаждением обычно завершаются фильтрованием — пропуском воды через слой зернистого материала (песка или антрацита) с частицами различной крупности.

Флотация — выделение из сточных вод примесей путем придания им плавучести за счет флотореагента, обволакивающего частички примесей и удаляемого из воды вместе с ними. Для флотации применяют часто воды, насыщенные пузырьками мелкодиспергированного воздуха. Частицы, содержащиеся в сточной воде (эмульгированная нефть, целлюлозно-бумажное волокно, шерсть и др.), прилипают к пузырькам воздуха и всплывают вместе с ними на поверхность воды, а затем удаляются из воды.

Ионный обмен — извлечение из водных растворов различных катионов и анионов при помощи ионитов — твердых природных или искусственных материалов, практически не растворимых в воде и в органических растворителях, или искусственных смол, способных к ионному обмену.

Кристаллизация — очистки промышленных сточных вод, водоочистки и водоподготовки путем выделения загрязнений в виде кристаллов.

Диализ — разделение истинно растворенных веществ и коллоидов с помощью специальных мелкопористых перегородок, не пропускающих коллоиды.

Перечисленные методы физико-химической очистки промышленных сточных вод, водоочистки и водоподготовки во многих случаях предусматривают извлечение из них ценных веществ и поэтому относятся к так называемым регенерационным методам. При других методах очистки, называемых деструктивными, загрязняющие воды вещества подвергаются разрушению (преимущественно путем окисления и реже восстановления); образующиеся при этом продукты удаляются из воды в виде газов или осадков либо остается в воде (например, такие безвредные для водоемов соединения, как: нитраты, нитриты и т. д.). Регенерационные методы обработки производственных вод применяются, как правило, для наиболее концентрированных отдельных стоков; такая обработка для слабо концентрированных общих стоков не целесообразна.


Сорбция.

СОРБЦИЯ (от лат. sorbeo - поглощаю), поглощение твердым телом или жидкостью разл. в-в (жидкостей либо газов) из окружающей среды. Поглощающее тело наз. сорбентом, поглощаемое-сорбатом (сорбтивом). Различают поглощение всем объемом жидкого сорбента (абсорбция), а также твердого тела или расплава (окклюзия) и поверхностным слоем сорбента (адсорбция). Сорбция, обусловленная взаимод. хим. типа между пов-стью твердого сорбента и сорбатом, наз. хемосорбцией. При сорбции паров твердыми в-вами часто происходит капиллярная конденсация. Обычно протекает одновременно неск. сорбц. процессов. В качестве адсорбентов используют активные угли, силикагель, цеолиты и др., а также нек-рые отходы (шлаки, золы, опилки и т.д.).

В качестве сорбентов используют любые мелкодисперсные материалы (золу, торф, опилки, шлаки, глину); наиболее эффективный сорбент — активированный уголь. Расход сорбента m = Q(С0 — Ск)/a, где Q — расход сточной воды, м3/с; С0 и Ск — концентрации примесей в исходной и очищенной сточной воде, кг/м3; а — удельная сорбция, характеризующая количество примесей, поглощаемых единицей массы сорбента, кг/с.


АКТИВНЫЕ УГЛИ В ПРОЦЕССАХ ВОДОПОДГОТОВКИ

Фильтрование воды через слой гранулированного угля или введение в воду порошкообразного активного угля являются наиболее универсальными методами удаления из воды растворенных органических веществ природного и неприродного происхождения.

Поскольку содержание в питьевой воде органических веществ природного происхождения нормировано только косвенно (по цветности, запахам и привкусам воды), а цветность воды обычно достаточно хорошо снижается коагулированием и хлорированием, активный уголь, являющийся дорогим материалом, применяется на коммунальных водопроводах главным образом для удаления веществ, обуславливающих запахи и привкусы воды, а также для удаления из воды органических загрязнений неприродного происхождения - различных детергентов, пестицидов, нефтепродуктов и других токсичных веществ, попадающих в открытые водоемы со сточными водами городов и промышленных предприятий.

При удалении из воды веществ, придающих ей запахи и привкусы, их концентрацию нужно снизить до очень малых величин, при которых запах и привкус уже не ощущаются.

Концентрации различных веществ, при которых ощущается их запахи или привкус в воде, неодинаковы. Сероводород ощущается при концентрации его в воде более 0.2-0.3 мг/л, хлор - при концентрации более 0.3 мг/л, хлорфенол - при концентрации более 0.02 мг/л, продукты жизнедеятельности актиномицетов, придающие воде землистый запах, ощущаются при концентрации более 1×10-8 мг/л.

Естественно, что при столь низких остаточных концентрациях удаляемого вещества степень использования сорбционной емкости активного угля в статических условиях при ввдении в воду угля в виде порошка будет мала. Так во время контакта порошкообразного угля (ПАУ) с очищаемой водой невелико, сорбируемое вещество обычно не успевает проникнуть вглубь частички угля, поэтому сорбционная способность ПАУ возрастает с увеличением степени его измельчения.

Страницы: 1, 2, 3, 4


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.