ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Охрана водного бассейнаХарактеристики сточных вод. Вода, использованная на производственные или бытовые нужды и получившая загрязнения, которые изменили её свойства подлежат переработки. На производство 1 кВтч электроэнергии требуется 200—400 л воды. Для работы ТЭЦ мощностью 1000 МВт необходимо 1,2—1.6 км3 воды в год, а АЭС такой же мощности — 3 км' в год. На станциях большой мощности в сутки сбрасывается 1000 т и более воды, загрязненной примесями. В зависимости от назначения исходной воды сточные воды можно разделить на следующие основные виды: а) реакционные воды, в которых вода является продуктом реакции; б) исходные воды, содержащиеся в сырье или реагентах, например воды углей; в) маточные водные растворы, образующиеся в результате протекания реакций в водных средах; г) промывные воды, образующиеся после промывки сырья, продуктов реакции и оборудования; д) охлаждающие воды, используемые для охлаждения аппаратов и продуктов. Загрязненность разных видов вод существенно отличается. Например, охлаждающие воды, как правило, мало загрязнены. Поэтому для каждого вида вод применяют свой метод очистки. Хотя сточные воды существенно отличаются по составу, однако все примеси этих вод можно подразделить на группы. В зависимости от размеров частиц примеси можно разделить на грубодисперсные, коллоидные и истинно растворенные. Последние в свою очередь подразделяются на примеси ионного и молекулярного характера. В зависимости от рН сточные воды могут быть щелочные, кислые или нейтральные. Сточные воды характеризуются рядом технологических показателей, таких как, содержание нерастворимых и растворимых примесей БПК, окисляемость, рН, жесткость, кислотность, общее содержание солей и др. Методы очистки сточных вод. Так как состав вод весьма разнообразен, то разнообразны и методы их очистки. Все методы воздействия на примеси можно подразделить на две группы: деструктивные и регенеративные. При деструктивных методах примеси разрушаются и выводятся из воды в виде газов или остаются в воде в обезвреженном состоянии. При регенеративных способах примеси извлекаются и передаются для использования. Применение того или иного метода определяется экономическими соображениями. По технологическому признаку все методы обезвреживания сточных вод можно подразделить на три группы: очистка от суспензированных и эмульгированных примесей, очистка от растворенных примесей, устранение или уничтожение сточных вод. Очистка сточных вод от суспензированных и эмульгированных примесей. Грубодисперсные примеси удаляются из сточных вод отстаиванием, фильтрованием и флотацией. Отстаивание проводится в специальных емкостях периодического и непрерывного действия. Очистка от примесей ускоряется при пропускании воды через слой взвешенного осадка. Флотация заключается в образовании комплексов частиц примесей с пузырьками газа, подъема комплексов и удалении их с поверхности воды. Фильтрование обычно проводится как завершающая стадия после других видов очистки, В зависимости от состава обрабатываемой воды и ее кислотности фильтрующими материалами служат песок, кварц, антрацит, мрамор, доломит, магнезит, полимеры и др. Очистка от коллоидных примесей проводится методом коагуляции. Очистка сточных вод от растворенных неорганических примесей. В зависимости от вида и концентрации примесей применяют реагентные, ионообменные, электрохимические и другие методы очистки. Реагентные методы очистки включают в себя нейтрализацию, осаждение, окисление и восстановление примесей. Если сточные воды имеют кислотный характер, то их нейтрализуют основными реагентами (известью Са(ОН)2, едким натром NaOH, известняком СаСОз, содой Na2CO3, магнезитом MgO или MgCO3, аммиаком NH3 и др.). В промышленности применяют и метод взаимной нейтрализации кислотных и щелочных сточных вод. Некоторые ионы (Hg2+, Pb2+, Cd2+, Ca2+ и др.) можно вывести из сточных в виде их малорастворимых солей. Как известно, для малорастворимых солей произведение растворимости постоянно. Увеличивая концентрацию ионов противоположного знака, например, сульфат-ионов, можно уменьшить концентрацию вредных ионов, в данном примере ионов свинца. С помощью окислительно-восстановительных реакций можно ' превратить вредные вещества в безвредные или в соединения, легко выводимые из раствора. В качестве окислителя используют хлор, озон, гипохлорит натрия. Например, цианид-ион можно окислить | гипохлоритом до азота и диоксида углерода 2CN- + 5ОСl + 2Н+ = 2СО2 + N2 + 5Сl + Н2О Гидразин можно окислить кислородом воздуха до азота N2H4 + O2 = N2 + 2H2O Если сточные содержат легко восстанавливаемые примеси, то их можно отделить методом восстановления. В качестве восстановителей используют водород, гидразин, алюминий, диоксид серы и др. Например, триоксид хрома можно восстановить диоксидом серы 2CrO3 + 3SO2 =Cr2(SO4)3 Ионообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Общие принципы ионного обмена описаны в §8.6. Для очистки сточных вод используют как катионирование, так и анионирование. При катионировании вредные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Например, для удаления ионов Cd2+ из сточной воды последнюю можно подвергнуть Na-катионированию: 2Rn- nNa+ + nCd2+ = R2n- nCd2+ + 2nNa+ Катионирование сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ио-нитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высокая, то основную часть примесей предварительно удаляют другими, более дешевыми методами. С помощью ионообменных смол можно очистить сточные воды от радиоактивных катионов, например от ионов стронция: nSr2+ + 2R n- nH+ = R2 n- nSr2+ + 2nН+ Особенно эффективен ионообменный метод очистки от радиоактивных ионов сточных вод, имеющих небольшое солесодержание. При анионировании вредные ионы сточных вод заменяются на ионы анионита. Например, анионированием можно удалить из сточных вод цианидионы: nCN"+ Rn+ nОН- = Rn+ nCN- + nОН" Для очистки сточных вод используют также электрохимические методы: электродиализ, электроокисление и электровосстановление. Электроокисление и электровосстановление заключаются в пропускании сточных вод через электролизер с нерастворимыми электродами. При этом вредные примеси либо окисляются на аноде, либо восстанавливаются на катоде. Так, ионы хрома, свинца, серебра, меди, олова, мышьяка, ртути, кадмия и цинка можно восстановить до металлов на катоде с высокоразвитой поверхностью, например: Ag+ + е -» Ag Очистка сточных вод от растворенных органических примесей. Обезвреживание сточных вод, содержащих органические примеси, проводят деструктивным и регенеративным методами. К деструктивным методам относится термоокисление и электроокисление. Термоокисление заключается либо в сжигании сточных вод совместно с топливом (огневое обезвреживание), либо в окислении примесей кислородом воздуха, озоном, хлором и другими окислителями. При электроокислении сточные воды пропускаются через электролизер, в котором происходит электрохимическое окисление органических примесей на нерастворимом аноде. Например, фенол окисляется на аноде до оксида углерода и малеиновой кислоты: С6Н5ОН + 7Н2О + 16е = 2СО2 + (СНСООН)2 + 16Н+ При регенеративной очистке происходит как обезвреживание сточных вод, так и извлечение ценных примесей. Для этих целей используют методы экстракции, перегонки, адсорбции, ионного обмена, осаждения и др. Метод экстракции заключается во взаимодействии сточных вод с растворителем-экстрагентом, в котором примеси лучше растворяются, чем в воде. Затем раствор примеси в экстрагенте отделяют от сточных вод и от экстрагента. Методом перегонки можно выпарить из сточных вод примеси, имеющие более низкую температуру кипения, чем вода, например, метанол. Метод адсорбции широко используется для очистки сточных вод. В качестве адсорбентов служат активированные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (зола, шлак, опилки и др.). Например, с помощью активированного угля из сточных вод удаляются бензол, спирт и другие вещества.
Все более широкое применение для очистки сточных вод находит биологический метод, заключающийся в удалении органических примесей с помощью микроорганизмов. Замкнутые водооборотные системы. Наилучшим путем решения проблемы охраны водного бассейна является создание замкнутых водооборотных систем (см. рис. 15.7). В этом случае полностью отсутствует сброс сточных вод в водоемы. Важную роль в решении этой проблемы играет химия, так как с помощью химических реакций и физико-химических процессов удается удалить до необходимых пределов примеси из сточных вод, которые после обработки снова поступают на производство. При создании замкнутых водооборотных систем проводят регенерацию отработанных растворов с извлечением солей, чтобы сократить до минимума расход воды. Например, заменяют водное охлаждение на воздушное, водные растворы неводными, проводят многократное использование воды в технологическом процессе, отказываются от воды как абсорбента и т.д. При проектировании промышленных замкнутых водооборотных систем воду пропускают от установок, где требуется более чистая вода, к установкам, где можно использовать загрязненную воду. В настоящее время на многих предприятиях используют замкнутые водооборотные системы. Например, на некоторых химических заводах в кругообороте находится до 95—97% всей потребляемой воды. Итак, сточные воды промпредприятий, электростанций и других потребителей воды могут содержать большое количество разнообразных примесей, которые удаляются различными химическими, физико-химическими, биологическими и физическими методами. Наиболее перспективно создание технологий с замкнутыми водооборотами. СТРОЕНИЕ АТОМА В начале 20-х годов 20 века была разработана новая физическая теория, пригодная для описания свойств объектов микромира ¾ квантовая или волновая механика.. Создание квантовой механики происходило на пути обобщения представления о корпускулярно-волновой двойственности фотона на все объекты микромира, прежде всего на электрон. В волновых свойствах электрона заложен первый основной принцип волновой механики, сформулированный де Бройлем: с движущимся электроном ассоциируется волна, длина которой определяется уравнением де Бройля: , где - длина волны; - скорость электрона; - масса электрона; = 6.62.10-34 Дж.с Вторым фундаментальным принципом квантовой механики является принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому невозможно одновременно осуществить точное измерение двух дополняющих друг друга характеристик частиц, например, ее скорости и координаты. Основная идея квантовой механики состоит в том, что в микромире определяющим является представление о вероятности событий. Вероятностное описание движения электрона около ядра приводит к представлению о том, что электрон как бы одновременно рассредоточен вокруг ядра и образует той или иной формы электронное облако, плотность которого в разных точках определяется вероятностью пребывания электрона в этих точках: чем выше плотность, тем с большей вероятностью находится электрон в этой области. Математически описать корпускулярно-волновые свойства электрона в атоме позволило уравнение Шредингера, с помощью которого можно найти волновую функцию y. Она описывает движение электронов в атоме, а ее квадрат y2 определяет вероятность нахождения электрона в данном участке атома. Квантовые числа
Состояние электрона в атоме описывается значениями 4-х квантовых чисел. Главное квантовое число (n) характеризует энергетические состояния или уровни на которых может находиться электрон. С увеличением n возрастает размер электронного облака и увеличивается энергия электрона. n может принимать только положительные целые значения 1,2,3,…¥. Max число орбиталей на уровне = n2; Max число электронов на уровне = 2n2; Значениям главных квантовых чисел соответствует буквенное обозначение квантовых слоев:
Орбитальное квантовое число () характеризует форму электронного облака и принимает значения от 0 до n-1: = 0, 1, 2, 3… n-1. При n= 3 = 0, 1, 2. Орбитальное квантовое число обычно обозначают латинскими буквами:
Состояния электрона, характеризующиеся различными значениями , принято называть также энергетическими подуровнями. Решение вероятностного волнового уравнения для электрона с = 0 показывает, что они с большой вероятностью находятся в сфере. Эта сферическая орбиталь с = 0 называется s- орбиталью. При =1 зона вероятностного расположения электрона представляет собой гантелеобразное облако с центром в ядре (p-орбиталь), у d-орбитали ( =2) – форма розетки, у f-орбитали – более сложная форма. Max число орбиталей на подуровне = 2 +1; Max число электронов на подуровне = 2(2 +1). Магнитное квантовое число (m ) Квантовое число называется магнитным, поскольку учитывает влияние магнитного и электрического полей на состояние электрона, ведь электрон может различным образом ориентироваться в пространстве. Магнитное квантовое число характеризует расположение и число возможных ориентаций орбиталей. Оно может принимать целочисленные значения от - до + : m = 0; ±1; ±2; ± . В зависимости от значений m определяются возможные ориентации одной и той же формы орбиталей и их число, которое равно количеству значений m . Так, для s-орбиталей с =0 m =0, т.е. одна ориентация поскольку шар симметричен относительно 3-х осей ординат. Для p-орбиталей с =1, m =-1; 0; 1, что соответствует трем ориентациям p-орбитали относительно трех осей ординат, поэтому они обозначаются соответствующими индексами px, py, pz. Для d- орбиталей с =2 число возможных ориентаций –5: -2; -1; 0; 1; 2. (рис.1.) Рис.1. Формы и пространственная ориентация электронных облаков 1s-,2p-,3d- электронов Спиновое квантовое число (ms) характеризует наличие у электрона еще одной степени свободы. Упрощенно можно это представить как возможность вращения электрона вокруг собственной оси. Возможны два значения спинового квантового числа ; .
Принцип Паули
В атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы одинаковыми. Из этого следует, что каждая атомная орбиталь, характеризующаяся определенными значениями n, , m , может быть занята не более чем двумя электронами, спины которых имеют противоположные знаки. Атомную орбиталь принято условно обозначать в виде клетки (“квантовая ячейка”): . Так для атома серы S (z=16) структура электронной оболочки будет иметь вид: p s 3 p s или 1s22s22p63s23p4 2 s 1
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|