X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

От качества питьевой воды, воздуха и почвы без преувеличения зависит качество нашей жизни. Здоровье, самочувствие и внешний вид – все это может существенно улучшиться при нахождении в благоприятной среде, употребляя очищенную от вредных примесей воду, вдыхая чистый воздух. Способы очистки воды, воздуха и почвы – жизненная необходимость, как в условиях больших городов, так и в сельской местности.

Нанофильтрация, фотокатализация и гидроволновой метод

В отличие от старых методов, новые технологии очистки воды, а именно нанофильтрация, как одна из самых прогрессивных технологий хороша именно своей универсальностью. Помогает убрать цвет и галогенные органические примеси, избавится от хлорсодержащих примесей без использования вредных реагентов.

Нанофильтрацию очень часто используют в Голландии, Штатах и Франции. Она очень эффективна при борьбе с остатками хлорки. Правда, как уже было сказано выше, любая уф технология требует обязательного применения многоступенчатой предварительной очистки. Здесь используют и фильтры, и коагуляцию. Иногда перед нанофильтрацией могут применять ультрафильтрационные установки или обратный осмос, если к воде предьявляют совершенно особые требования.

Но при этом нанофильтрация из-за большого количества предыдущих этапов является одним из самых дорогих способов почистить воду. массово ее не используют, только для воды специального назначения.

Одной из самых продвинутых на сегодня новых технологий очистки воды является фотокатализация. Идея данной технологии состоит в том, чтобы взвешенные и растворенные органические примеси выводить из поверхностных источников воды без применения систем предварительной чистки или химической обработки.

Еще одна новинка – рулонный аппарат, в котором меньше гидравлическое сопротивление. В нет также исключены застойные места и есть открытый канал. В этом приборе осадок образуется тем быстрее, чем быстрее поток. Весь осадок удерживает мембрана. К плюсам установки можно отнести возможность отрегулировать давление, откорректировать скорость потока воды. Точно так же можно настроить частоту промывок.

Такая новая рулонная технология с открытым каналом помогает очищать поверхностные воды при цветности до 150 градусов, и при наличии взвешенных частиц. Что немаловажно, электроэнергии при этом используется не больше 0,5 киловатта на один очищенный куб воды.Установка сама проста, легко монтируется, автоматизирована и не требует постоянного контроля за дозированием химических примесей. Правда, для удаления отравляющих примесей, типа мышьяка такой установки недостаточно. Для специальных нужд все равно потребуется обработка механическим оборудованием для 100% очистки воды.

Гидроволновой метод — это авторское ноу-хау, не имеющее аналогов в мировой практике. Его главное отличие — в отказе от традиционных способов нагрева жидкости и использовании вместо них механических и частотных воздействий (термодинамических циклов). Применение привычных теплообменных систем сопровождается образованием различных отложений — «накипи», новая технология лишена этого недостатка.

Сам же метод заключается в следующем: при прохождении жидкого потока через гидродинамический теплогенератор возникает эффект обтекания «плохо обтекаемого тела». В результате в жидкости образуются содержащие вакуум пустоты, внутри которых идет процесс парообразования. Причем идет он при температуре гораздо ниже 100 °C (например, при 30 °C), за счет этого экономится значительное количество энергии.

Дополнительное высокочастотное воздействие вызывает эффективную термоокислительную реакцию, которая приводит к разрушению молекул загрязняющих веществ, в том числе сложных органических соединений и тяжелых металлов.

Посредством контактных теплообменных процессов идет интенсивное парообразование с последующей конденсацией. В результате образуются чистая дистиллированная вода и влажный иловый осадок, имеющий по российской классификации IV класс опасности. При этом исходные сточные воды могли иметь I — II классы опасности. То есть токсичность отходов существенно снижается, и из жидкой фазы они переходят в твердые шламы.

Каталитический и плазмохимический метод

Наряду с существующими методами очистки воздуха (газов) от загрязняющих веществ – электростатическими, биологическими, сорбционными, каталитическими, химическими, в последние годы распространение получили плазмокаталитические технологии (ПКТ). Плазмокаталитическая технология первоначально была разработана для очистки воздуха на космических кораблях и является наиболее эффективной и экономичной. В ее основе лежат два способа разложения газообразных загрязняющих веществ до элементарных соединений (CO2, H2O): плазмохимический и каталитический.

Плазма, как известно, представляет собой газ, молекулы которого ионизированы. Она состоит из многих компонентов: электронов различных энергий, положительных и отрицательных ионов, нейтральных частиц. К нейтральным частицам относятся как молекулы и атомы в основном состоянии, так и молекулы, атомы, радикалы в возбужденном состоянии. Процесс конверсии вредных веществ происходит по следующему механизму: загрязненный воздух проходит через газоразрядный реактор, в котором происходит разрушение вредных веществ под действием низкотемпературной плазмы и других физико-химических факторов воздействия. В результате этих воздействий также происходит возбуждение молекул, атомов и радикалов, что качественно влияет на работу каталитической ступени очистки.

Каталитический способ очистки воздуха представляет собой глубокое окисление продуктов конверсии, образовавшихся в результате прохождения воздуха через плазмохимический реактор. В данном способе применяется низкотемпературный катализатор, который благодаря плазмохимической ступени начинает эффективно работать в диапазоне температур от 20 до 50 оC.Плазмокаталитическая технология очистки воздуха от газообразных вредных веществ уникальна в силу того, что позволяет производить глубокую очистку всего комплекса токсичных соединений, начиная с низких температур. Кроме того, одновременно с газоочисткой происходит подавление болезнетворной микрофлоры воздуха.

С целью совмещения преимуществ плазмохимического и каталитического способов отечественными учеными была разработана очищающая установка «ПЛАЗКАТ».

«ПЛАЗКАТ» решает проблему очистки воздуха (газов) при минимуме катализатора (то есть без применения драгоценных металлов), при минимуме температуры (от 20 оС) и при минимуме потребляемой электроэнергии. Причем объемы очищаемого воздуха могут быть очень высоки: от 5 до 100 000 м3/час. Применение новой установки в совокупности с пылеочистными установками (сооружениями) позволяет осуществить полный цикл очистки выбрасываемых газов в атмосферу, реализовать систему замкнутого воздухооборота в рабочем помещении (что сегодня очень актуально – в особенности для стран, где холодный период времени составляет не менее полугода).

Одним из направлений применения установки, где она имеет неоспоримые преимущества перед традиционной газоочисткой, являются отрасли производства, в которых применяется малогабаритное и среднегабаритное технологическое оборудование: нагревательные, термические и плавильные печи малых объемов, покрасочные камеры, коптильни, плиты для термообработки пищевых продуктов и т. п. Преимущества связаны, в первую очередь, с малыми капитальными и эксплуатационными затратами при достижении требуемого эффекта очистки.

Преимущества плазмохимической технологии очистки газов очевидны:

1. Химические, сорбционные и биологические методы предусматривают стадию утилизации продуктов реакции и возмещение затраченных реагентов. Для осуществления плазмокаталитических реакций разложения вредных веществ требуется лишь подача электроэнергии.

2. Электростатические методы применяются в основном для очистки газовых выбросов от взвешенных частиц (пыль и аэрозоли). Применение их требует дорогостоящих высокочастотных агрегатов питания и подачи в зону реакции дополнительных газов‑реагентов, при этом эффективность очистки составляет не более 80%. Установки «ПЛАЗКАТ» работают в основном на промышленной частоте питающего напряжения, и степень очистки в них достигает 99,9%.

3. Каталитичекие методы очистки требуют дорогостоящих катализаторов, высоких температур в зоне катализа, а также малых объемов газов, проходящих через зону реакции для эффективной очистки. А установки «ПЛАЗКАТ» работают на дешевых катализаторах, в широком диапазоне температур и с любыми объемами очищаемых газов.

Загрязнение экологического состояния почвы

Ухудшающиеся экологические условия оказывают негативное влияние на почву — вследствие загрязнения снижается урожайность и проявляется токсичный эффект.

Благодаря самоочищению почвы происходит постепенное удаление вредных веществ, однако этот процесс занимает достаточно длительное время, а кроме того, скорость процессов загрязнения в техногенной среде ощутимо превышает скорость процессов самоочищения.

Поэтому активно применяются методы искусственного очищения почвы.

Для очистки почвы от загрязнения разработаны различные технологические методы, и регулярно внедряются новые. В первую очередь следует использовать для очистки почвы наиболее экологические и безопасные способы, не забывая про эффективность и финансовые затраты.

Методы очистки почвы:

Химические

Биологические

Физические

Химические методы очистки:

Метод промывки:

Технологии химической очистки почвы подразумевают использование растворов поверхностно-активных веществ или сильные окислители (активный кислород и хлор, щелочные растворы). В основном метод применяется с целью очистки почвы от нефти. Эффективность при методе промывки составляет до 99%.После того как почва очищена, можно проводить ее рекультивацию.

Из минусов химических методов очистки почвы можно отметить длительные сроки (1-4 года в среднем) и значительное количество загрязненной воды, которую тоже приходится очищать перед выбросом в окружающую среду.

Биологические методы очистки:

1) Фитоэкстракция. Технология очистки засоренных вредными веществами почв методом фитоэкстракции — это выращивание определенных видов растений на загрязненных участках грунта.Фитоэкстракция демонстрирует хорошие результаты при очистке почвы от медных, цинковых и никелевых соединений, а также кобальта, свинца, марганца, цинка и хрома. Для удаления подавляющего количества указанных элементов из почвы, нужно обеспечить несколько циклов растительных культур.По окончании процесса фитоэкстракции растения следует собрать и сжечь. Полученный после сжигания пепел считается вредными отходами и подлежит утилизации.

2) Фиторемедиация. Еще один биологический метод — целенаправленное усиление активности специфической микрофлоры почвы, которая занимается разложением нефти. Также, допустимо добавление определенных микробных культур в почву.

Физические методы очистки:

1) Электрохимическая очистка.

Применяется для удаления из почвы хлорсодержащих углеводородов, различных нефтепродуктов, фенолов. На чем основана работа метода электрохимической очистки? В процессе движения электрического тока сквозь почву осуществляется электролиз воды, электрокоагуляция, реакции электрохимического окисления и электрофлотации. Степень окисления фенола находится в пределах от 70 до 90 процентов.

Качественный уровень обеззараживания почвы при электрохимической очистке приближается к ста процентам (минимальный показатель — 95%). Метод позволяет удалять из почвы также такие вредные элементы как ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цианиды и др.

К минусам метода можно отнести достаточно высокую стоимость (100-250$ за 1 м³ почвы).

2) Электрокинетическая очистка.

Используется для очищения почвы от цианидов, нефти и производных нефти, тяжелых металлов, цианидов, хлористых органических элементов. Типы почв, к которым может успешно применяться электрокинетическая очистка — глинистые и суглинистые, насыщенные влагой частично или полностью.

Эффективность электрокинетической очистки почвы составляет от 80 до 99 процентов. Стоимость несколько ниже чем при электрохимической очистке (100-170$ за 1 м³ почвы).

Защита почвы, воды, воздуха от истощения и загрязнения и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. Одним из основных направлений работы по охране является внедрение новых технологических процессов производства.

Список использованной литературы

Буренин В.В. Очистка производственных сточных вод от взвешенных частиц и других вредных примесей // БЖД.-2007.-№3.- С. 14-22.

Фомин Г.С., Фомин А.Г. Почва: контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. М.: Протектор, 2001. 300 с.

Чупалов В.С. Воздушные фильтры . СПГУТД. С.-Петербург. 2005. 167 с.

Код для цитирования: Скопировать