для студентов 2 курса специалитета
23.05.04 «Эксплуатация железных дорог» (ЭЖс)
специализации
«Магистральный транспорт» (ДМ),
«Грузовая и коммерческая работа» (ДГ),
«Пассажирский комплекс железнодорожного транспорта» (ДП);
2 курса бакалавриата направления подготовки
23.03.01 «Технология транспортных процессов» (ТПб)
по профилю
«Организация перевозок и управление в единой транспортной системе» (ТЕ).
(для заочной формы обучения)
Практическое занятие №4 «Эффективность очистки сточной
воды и почвы»»
В Практическом занятии «Эффективность очистки сточной воды и
почвы» студент самостоятельно выполняет задание №1 и задание №2 (по
варианту). Практическое занятие выполняется после изучения лекции и
практикума, и будет рассматриваться на очных практических занятиях,
предусмотренных учебным планом. Выполнение практического занятия в
Электронном учебном курсе учитывается на зачете.
Перед тем как выполнять задания необходимо освоить теоретический
материал и разобраться с приведенными в теории примерами. Текст
набирается только в текстовом редакторе WORD, формулы - в редакторе
формул, условия переписываются перед каждым заданием, потом решение
или ответ на вопросы. Обязателен титульный лист (пример дан в
Приложении 1). Выполненную работу предоставляют в распечатанном виде
на зачете.
Вариант задания №1 (Таблица 1) и задания №2 (Таблица 3) находится
по студенческому шифру – номер варианта совпадает с последней цифрой
учебного шифра студента. Например, студент, имеющий учебный шифр
2022 -ЭЖс - 3525 находит в таблице вариант 5.
Теоретическая часть
Предельно допустимые концентрации (ПДК) - это нормативы,
устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема
(воздуха, воды), массы пищевых продуктов и почвы или кожи работающих,
которые при воздействии за определенный промежуток времени практически
не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных
последствий у его потомства.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-
питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) - концентрация
вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или
косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на
здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические
условия водопользования.
Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого
для рыбохозяйственных целей – концентрация вредного вещества в воде,
которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую
очередь, промысловых.
Нормативный допустимый сброс (НДС)–это масса нормируемого
вещества в сточных водах, максимально допустимая к отведению
хозяйствующим субъектом в установленном режиме в единицу времени с
целью обеспечения норм качества воды в контрольном растворе.
Устанавливается с учетом ПДК веществ в местах водопользования и
оптимального распределения массы загрязняющих веществ между
водопользователями, сбрасывающими сточные воды.
В тех случаях, когда предприятие обосновывает временную
невозможность достижения расчетных значений ПДВ и НДС,
устанавливаются нормативы временно согласованных выбросов(ВСВ) и
временно согласованных сбросов (ВСС) на период до пяти лет.
Одновременно должны быть разработаны и планомерно реализуемы
программы поэтапния показателей выбросов и сбросов вредных веществ
до значений, которые обеспечивают соблюдение ПДВ или НДС
соответственно.
В тех случаях, когда достижение этих нормативов экономически
невыгодно или физически невозможно для предприятия, срок действия
разрешенных ВСВ и ВСС продлевается несколько раз, обычно при условии
некоторого постепенного снижения уровня загрязнения.
Процесс поглощения одного вещества поверхностью другого
называется сорбцией. Вещество (газ или жидкость), частицы которого
поглощаются, называется сорбатом(адсорбатом), а поглотитель (чаще
всего, твердое тело) –сорбентом. Если поглощение вещества происходит
только на его поверхности, то такое явление называют адсорбцией. Если
поглощаемое вещество диффундирует (проникает) вглубь поглотителя и
распределяется по объему, то это называется абсорбцией. Чаще всего
адсорбция и абсорбция протекают совместно. Как правило, адсорбция
предшествует абсорбции. Вещество, на поверхности которого идет
адсорбция, называется адсорбентом, а вещество, которое адсорбируется –
адсорбтивом.
В зависимости от природы взаимодействий, возникающих между
сорбатом и адсорбентом, различают физическую и химическую адсорбцию.
При физической адсорбции частицы сорбата и адсорбента связываются
относительно непрочными Ван-дер-ваальсовыми межмолекулярными силами
сцепления. Поэтому физическая адсорбция сопровождается небольшим
отрицательным тепловым эффектом и протекает обратимо. При химической
сорбции (хемосорбции) между частицами сорбата и адсорбента происходит
химическое взаимодействие и образуется новое химическое соединение.
Примером хемосорбции является адсорбция кислорода металлами, например
алюминием, т. е. образование на их поверхности оксидных пленок.
Сорбция это один из наиболее эффективных методов глубокой очистки
от растворенных органических веществ сточных вод предприятий
нефтехимической промышленности. В качестве сорбентов применяют
различные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели,
алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются
активированные угли различных марок. Пористость этих углей составляет
50-80%, а удельная площадь поверхности 500-900 м2/г.
В зависимости от преобладающего размера пор активированные угли
делятся на крупно- и мелкопористые и смешанного типа. Поры по своему
размеру подразделяются на три вида: макропоры размером 0,1-2 мкм,
переходные размером 0,005-0,1 мкм, микропоры - менее 0,005 мкм. В
зависимости от области применения метода сорбционной очистки, места
расположения адсорберов в общем комплексе очистных сооружений, состава
сточных вод, вида и крупности сорбента и др. назначают ту или иную схему
сорбционной очистки и тип адсорбера. Так, перед сооружениями
биологической очистки применяют насыпные фильтры с диаметром зерен
сорбента 2 - 5 мм или адсорбер с псевдоожиженным слоем сорбента с
диаметром зерен 0,5 - 1 мм. При глубокой очистке производственных
сточных вод и возврате их в систему оборотного водоснабжения применяют
аппараты с мешалкой и намывные фильтры с крупностью зерен сорбента 0,1
мм и менее.
Наиболее простейшим представляется насыпной фильтр, это колонна с
неподвижным слоем сорбента, через который проходит и фильтруется
сточная вода. Скорость фильтрования прежде всего зависит от количества и
концентрации растворенных в сточных водах веществ и составляет 1 -6 м/ч;
крупность зерен сорбента 1,5-5 мм. Наиболее рациональное направление
фильтрования жидкости - снизу вверх, так как в этом случае происходит
равномерное заполнение всего сечения колонны и относительно легко
вытесняются пузырьки воздуха или газов, попадающих в слой сорбента
вместе со сточной водой.
В колонне слой зерен сорбента укладывают на беспровальную решетку
с отверстиями диаметром 5-10 мм и шагом 10-20 мм, на которые укладывают
поддерживающий слой мелкого щебня и крупного гравия высотой 400-500
мм, предохраняющий зерна сорбента от проваливания в предрешеточное
пространство и обеспечивающий равномерное распределение потока
жидкости по всему сечению. Сверху слой сорбента для предотвращения
выноса закрывают сначала слоем гравия, затем слоем щебня и покрывают
решеткой (т.е. в обратном порядке).
Адсорбция газа на твердом сорбенте идет самопроизвольно.
Одновременно с адсорбцией протекает противоположный процесс –
десорбция – переход адсорбированных молекул в газовую фазу. При
равенстве скоростей этих двух процессов наступает динамическое
равновесие: количество молекул, адсорбирующихся в единицу времени на
поверхности твердого тела, равно количеству молекул, десорбирующихся с
твердого тела.
Среди наиболее распространенных адсорбентов активированный уголь,
который используется как в медицине, так и в качестве дополнительной
прослойки в респираторах, как в бытовых водных фильтрах-кувшинах, так и
в промышленных угольных фильтрах для улавливания опасных газов и
микроаэрозолей.Широко известен и силикагель, который хорошо впитывает
влагу, – он тоже используется в промышленности и в быту. Природные или
синтетические цеолиты (алюмосиликаты), полимерные насыпки с
металлическим напылением, микропористые или сплошные пластины на
основе серебра, платины, золота, палладия.
Сравнить эффект очистки производственных сточных вод от
растворимых примесей на одно- и многоступенчатой сорбционной
установке.
Вариант исходных данных для расчета принять по последней цифре
учебного шифра (табл.1).
Таблица 1. Выбор данных для Задания 1 (по варианту)
|
Исходные данные |
Варианты | |||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 | |
|
Расход сточных вод Q, |
17 |
19 |
18 |
20 |
16 |
18 |
20 |
19 |
17 |
16 |
|
Доза сорбентаСс, кг/м3 |
1,4 |
1,5 |
1,45 |
1,6 |
1,3 |
1,55 |
1,7 |
1,65 |
1,45 |
1,4 |
|
Количество ступеней в |
3 |
5 |
4 |
5 |
3 |
4 |
3 |
4 |
5 |
3 |
|
Начальная концентрация |
0,28 |
0,26 |
0,27 |
0,29 |
0,31 |
0,28 |
0,26 |
0,29 |
0,31 |
0,26 |
|
Необходимая степень |
97 |
96 |
98 |
93 |
96 |
97 |
95 |
98 |
93 |
94 |
Указания к решению задания
расход сорбента, кг/ч, при очистке сточных вод в одноступенчатой установке
m1 = Cc.Q;
расход сорбента, кг/ч, на каждой ступени при многоступенчатой очистке
сточных вод
m
mi = —“
n
концентрацию сорбата (поглощаемого вещества) в сточных водах
после двух вариантов очистки одноступенчатой (i = 1) и многоступенчатой
(i = n):
Л
Ci =
Q -103
i
IQ-103 + K адс mi J
Адсорбционную константу распределения сорбата между сорбентом и
раствором Kадспринять равной 8000.
Определить эффект очистки сточных вод Эi, %, соответственно на
одно- и многоступенчатой сорбционной установке:
Э = -Н---i- • 100%
i
Н
Показателем уровня аномального содержания элементов в почве
является коэффициент концентрации КС, который представляет собой
отношение содержания элемента в исследуемом объекте С(мг/кг), к среднему
фоновому его содержанию СФ (мг/кг):
КС = Сi/СФ.i
Так как техногенные аномалии обычно содержат несколько элементов,
то рассчитывается суммарный показатель загрязнения ZC характеризующий
эффект воздействия группы элементов:
n
Zc =Z Kc - (n -1)
i=1
где n – число учитываемых металлов.
Вычитание (n – 1) из суммы коэффициентов концентрации позволяет
сравнивать почвы с меняющимся набором металлов из разных источников
исследования геоландшафтов. При расчете Zc не рекомендуется учитывать
Кс < 1, так как эти значения не соответствуют понятию загрязнения почвы.
Оценка опасности загрязнения почв комплексом тяжелых металлов по
показателю ZC проводится по оценочной шкале (табл. 2).
Пример 1.Определите суммарный показатель загрязнения почвы, если
проба почвы после очистки территории полосы отвода железной дороги
содержала: свинец – 40 мг/кг, медь –1500 мг/кг, никель – 100 мг/кг, хром –
500 мг/кг, цинк – 200 мг/кг, кобальт – 35 мг/кг, марганец – 800 мг/кг,
молибден – 10 мг/кг, титан 3000 мг/кг, олово - 40 мг/кг, ванадий – 200
мг/кг. Фоновые концентрации этих элементов в почве составляют: свинец –
25,0 мг/кг, медь – 27,0 мг/кг, никель – 20 мг/кг, хром – 46,0 мг/кг, цинк –
50,0 мг/кг, кобальт – 7,2 мг/кг, марганец – 590 мг/кг, молибден – 1,0 мг/кг,
титан – 6000 мг/кг, олово – 5,2 мг/кг, ванадий – 64,0 мг/кг.
Решение: Сначала определяется уровень загрязнения почвы по
каждому металлу. Для этого находятся коэффициенты концентрации
химического элемента по формуле: КС = С / СФ
Для свинца КС = С / СФ= 40 / 25 = 1,6
Для меди КС = С / СФ = 1500/27 = 55,6
Для никеля КС = С / СФ= 100/20 = 5,0
Для хрома КС = С / СФ= 500/46 = 10,9
Для цинка КС = С / СФ= 200/50 = 4,0
Для кобальта КС = С / СФ= 35 / 7,2 = 4,9
Для марганца КС = С / СФ= 800 /590 =1,4
Для молибдена КС = С / СФ= 10 / 1 = 10,0
Для титана КС = С / СФ= 3000 / 6000 =0,5
Для олова КС = С / СФ= 40 / 5,2 = 7,7
Для ванадия КС = С / СФ= 200 / 64,0
Затем определяем суммарный показатель загрязнения ZC по формуле:
= 1,6+55,6+5,0+10,9+4,0+4,9+1,4+10,0+0,5+7,7+64,0 – (10 – 1) = 156,6
Так как 155,6 > 128 (см. Табл. 2), то, следовательно, уровень
техногенного загрязнения почв тяжелыми металлами полосы отвода
относится к категории «чрезвычайно опасная». На основании таких расчетов
делаются выводы о дальнейшей обработке территории.
Таблица 2.Оценка степени химического загрязнения почвы тяжелыми
металлами
|
Категории |
Суммарный |
Содержание в почве (мг/кг) | ||
|
1-й класс опасности Cd, Hg, Pb, Zn |
2-й класс опасности Co, Ni, Mo, Cu, Cr |
3-й класс опасности V, W, Mn, Sr | ||
|
Чистая почва |
- |
от фона до ПДК |
от фона до ПДК |
от фона доПДК |
|
Допустимая |
<16 |
от 2 фоновых |
От 2 фоновых |
от 2 фоновых |
|
Умеренно |
16-32 |
- |
- |
от ПДК до Kmax |
|
Опасная |
32-128 |
от ПДК до Kmax |
от ПДК до Kmax |
>Kmax |
|
Чрезвычайно |
>128 |
>Kmax |
>Kmax |
- |
Большое влияние на степень загрязнения оказывают физико-
химические свойства почвы, индивидуальные особенности углеводородов –
загрязнителей, природно-климатические условия региона и состояние
почвенного биоценоза. Так при концентрации нефтезагрязнителя 10-12 г/м3
восстановление почвы может протекать 10-15 лет.В зарубежных странах
принято считать верхним безопасным уровнем содержания нефтепродуктов в
почве 1 – 3 г/кг, а начало серьезного экологического ущерба – при
содержании 20 г/кг и выше.
Таблица 3.Варианты задания
Последняя цифра учебного шифра студента | ||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | |
Номера задач | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
* вариант определяется по последней цифре шифра студента
мг/кг.Фоновые концентрации этих элементов в почве составляют: свинец
– 25,0 мг/кг, медь – 27,0 мг/кг, никель – 20 мг/кг, хром – 46,0 мг/кг, цинк
– 50,0 мг/кг, кобальт – 7,2 мг/кг, марганец – 590 мг/кг, молибден – 1,0
мг/кг, титан – 6000 мг/кг, олово – 5,2 мг/кг, ванадий – 64,0 мг/кг. Какие из
этих металлов относятся к первому и второму классу опасности.
Определите класс опасности почвы и охарактеризуйте этот класс.
– 50,0 мг/кг, кобальт – 7,2 мг/кг, марганец – 590 мг/кг, молибден – 1,0
мг/кг, титан – 6000 мг/кг, олово – 5,2 мг/кг, ванадий – 64,0 мг/кг. Какие из
этих металлов относятся к первому и второму классу опасности.
Определите класс опасности почвы и охарактеризуйте этот класс.
второму классу опасности. Определите класс опасности почвы и
охарактеризуйте этот класс.
Приложение 1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
(ФГАОУ ВО РУТ(МИИТ), РУТ(МИИТ)
Российская открытая академия транспорта
Химия и инженерная экология
Практическое занятие №4 по химии
Выполнил: студент 2 курса,
группа ЗДМ-2911,
шифр 2110-пЭЖс-1238
Иванов Илья Петрович
Проверил: доц.Журавлева М.А. (Ф.И.О. вашего преподавателя)
Москва 202
Комментарии (0)