- •Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Часть II
- •Специальные методы очистки сточных вод и основные методы сепарации твердых отходов
- •Введение
- •Глава 1. Химические методы очистки сточных вод
- •1.1 Нейтрализация
- •1.1.1. Нейтрализация смешиванием
- •1.1.2. Нейтрализация добавлением реагентов
- •1.1.3. Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы
- •1.2. Нейтрализация кислыми газами
- •1.2.1. Окисление и восстановление
- •1.2.2. Окисление пероксидом водорода
- •1.2.3. Окисление кислородом воздуха
- •1.2.4. Озонирование
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Явление осмоса и его использование при очистке сточных вод
- •2.1. Осмотическое давление
- •2.2. Биологическая роль осмотического давления
- •2.3. Законы осмотического давления
- •2.4. Термодинамика осмотического давления
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Физические основы электродных процессов при очистке сточных вод от примеси
- •3.1. Явления электролиза, поляризации и перенапряжения
- •3.1.1 Электролиз
- •3.1.2. Кривая напряжения
- •3.1.3. Электродвижущие силы разложения
- •3.1.4. Потенциал разложения
- •3.1.5. Концентрационная поляризация
- •3.1.6. Деполяризация
- •3.1.7. Перенапряжение
- •3.2. Электрокапиллярные явления
- •3.2.1. Зависимость поверхностного напряжения от заряда
- •3.2.2. Влияние адсорбции на электрокапиллярную кривую
- •3.2.3. Проблема абсолютных потенциалов
- •3.3. Электрокинетические явления
- •3.3.1. Диффузионный двойной слой и электрокинетический потенциал
- •3.3.2. Емкость двойного слоя
- •3.3.3. Электроосмос
- •3.3.4. Потенциал течения
- •3.3.5. Электрофорез
- •3.3.6. Потенциалы осаждения
- •3.4. Электрохимические методы очистки сточных вод
- •3.4.1. Анодное окисление и катодное восстановление
- •3.4.2. Электрокоагуляция
- •3.4.3. Электрофлотация
- •3.4.4. Электродиализ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Физические основы процессов переработки твердых бытовых отходов
- •4.1. Процессы измельчения и дробления
- •4.1.1. Назначение операций дробления и измельчения
- •4.1.2. Степень дробления и измельчения
- •4.1.3. Стадиональность и схемы дробления и измельчения
- •4.1.4. Удельная поверхность диспергированного материала
- •4.1.5. Современные представления о разрушении твердого материала
- •4.1.6. Механические свойства твердых тел при простых видах деформации
- •4.1.7. Законы дробления
- •4.1.8. Способы дробления, классификация машин для дробления и измельчения
- •4.2. Процесс грохочения
- •4.2.1. Основные понятия и назначение грохочения
- •4.2.2. Просеивающая поверхность
- •4.2.3. Способы определения гранулометрического состава
- •4.2.4. Ситовый анализ
- •4.2.5. Характеристики крупности
- •4.2.6. Аналитическое представление характеристик крупности
- •4.2.7. Дифференциальные функции распределения по крупности
- •4.2.8. Вычисление поверхности и числа частиц по уравнениям суммарной характеристики крупности
- •4.2.9. Эффективность процесса грохочения
- •4.2.10. «Легкие», «трудные» и «затрудняющие» частицы
- •4.2.11. Вероятность прохождения частиц через отверстия сита
- •4.2.12. Факторы, влияющие на процесс грохочения
- •4.3. Электромагнитная сепарация. Физические основы процесса
- •4.4. Электростатическая сепарация. Физические основы процесса
- •4.5. Электродинамическая сепарация
- •4.6. Сепарация твердых материалов по коэффициенту трения
- •4.7. Сепарация на основе явления смачиваемости
- •4.8. Аэросепарация
- •4.9. Составление балансной схемы переработанного твердого сырья
- •4.9.1. Баланс материалов при переработке твердых отходов
- •4.9.2. Технологические и технико-экономические показатели переработки твердых отходов
- •Контрольные вопросы
- •Варианты домашнего задания по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •1. Отстаивание, сгущение, осветление.
- •2. Флотация
- •3. Экстракция
- •4. Дробление и грохочение
- •5. Измельчение и классификация
- •6. Магнитное и электрическое разделение
- •Примеры выполнения домашних заданий
- •Темы заданий для курсовых работ по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Пример выполнения курсовой работы
- •Литература
- •Оглавление
- •Глава 1. Химические методы очистки сточных вод 6
- •Глава 2. Явление осмоса и его использование при очистке сточных вод 20
- •Глава 3. Физические основы электродных процессов при очистке сточных вод от примеси 31
- •Глава 4. Физические основы процессов переработки твердых бытовых отходов 73
3.4.2. Электрокоагуляция
При прохождении сточной воды через межэлектродное пространство электролизера происходит электролиз воды, поляризация частиц, электрофорез, окислительно-восстановительные процессы, взаимодействие продуктов электролиза друг с другом.
При использовании нерастворимых электродов коагуляция может происходить в результате электрофоретических явлений и разряда заряженных частиц на электродах, образованных в растворах веществ (Сl, О2), которые разрушают сольватные соли на поверхности частиц. Такой способ применяется для очистки сточных вод при невысоком содержании коллоидных частиц и низкой устойчивости загрязнений. Для очистки промышленных сточных вод содержащих высокоустойчивые загрязнения проводят электролиз с использованием растворимых стальных или алюминиевых анодов.
Под действием тока происходит растворение металла в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксидными группами, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев - наступает интенсивная коагуляция.
На процесс электрокоагуляции оказывает влияние материал электродов, расстояние между ними, скорость движения сточной воды между электродами, ее температура и состав, плотность тока.
Достоинство метода коагуляции -компактность установок, простота управления, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки.(температура, pН среды, присутствие токсичных веществ) - получение материалов с хорошими структурно-механическими свойствами.
Недостаток метода - повышенный расход металла и электроэнергии. Элекрокоагуляция находит применение в пищевой, химической, целлюлозно-бумажной промышленности.
3.4.3. Электрофлотация
В процессе электрофлотации очистка сточных вод происходит при помощи пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. На аноде возникают пузырьки кислорода, а на катоде - водорода. Поднимаясь в сточной воде, эти пузырьки флотируют взвешенные частицы. При использовании растворимых электродов происходит образование хлопьев коагулянтов и пузырьков газа, что способствует более эффективной флотации. Основную роль при электрофлотации играют пузырьки, образующиеся на катоде. Размер пузырьков значительно меньше, чем при других методах флотации. Он зависит от краевого угла смачивания и кривизны поверхности электрода. Диаметр пузырьков меняется от 20 до 100 мкм. Мелкие пузырьки водорода обладают большой растворимостью, чем крупные. Как правило, из пересыщенных растворов мельчайшие пузырьки выделяются на поверхности частичек загрязнений и тем самым способствуют эффекту флотации. Для получения пузырьков требуемого размера необходим правильный подбор материала, диаметр проволоки катода и плотности тока. Оптимальное значение плотности тока 200-260 а/м2, газосодержание около 0,1%.
3.4.4. Электродиализ
Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под воздействием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран. Процесс проводят в электродиализаторах. В среднюю камеру заливают раствор, а в боковые, где расположены электроды, - чистую воду. Анионы током переносятся в анодное пространство, на аноде выделяется кислород и образуется кислота. Одновременно катионы переносятся в катодное пространство, на катоде выделяется водород и образуется щелочь.