Экологическая экспертиза водного объекта

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального  образования Энгельсский технологический институт

(филиал  СГТУ)

    Кафедра:  «Охрана окружающей среды »

Принята Проверена

_____________________                          ________________________

« _____ » 2011 год          « _____ »__________2011год

                                                                             ________________________                              __________________________

                   подпись                                                                           подпись преподавателя 
 
 

    Контрольная работа

    по  дисциплине: «Оценка воздействия  на окружающую среду и экологическая  экспертиза»

    Экологическая экспертиза водного  объекта

                                                                      Выполнила: студентка группы

ООС-51, ВЗФ

Баранова  О.А

№062024

г. Энгельс 2011 г.

     I. Экологические проблемы Производства химических источников тока

     Химическими источниками тока называются устройства, в которых свободная энергия  пространственно разделенного окислительно-восстановительного процесса, протекающего между активными веществами, превращается в электрическую энергию.

     После создания принципиально нового источника  энергии – электромагнитного  генератора – химические источники  тока потеряли свое первостепенное значение. Генераторы превзошли своих предшественников по экономическим и техническим параметрам, но ХИТ продолжали совершенствоваться и развиваться как автономные источники для средств связи.

     Примечателен  тот факт, что при одновременном  включении всех ХИТ, находящихся  в эксплуатации, можно получить мощность, соизмеримую с суммарной мощностью  всех электростанций мира.

     Основу  химических источников тока составляют два электрода (катод, содержащий окислитель и анод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.

     В современных химических источниках тока используются:

• в качестве восстановителя (на аноде) — свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы;
• в качестве окислителя (на катоде) — оксид свинца(IV) PbO₂, гидрооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO₂ и другие;
• в качестве электролита — растворы щелочей, кислот или солей.

     По  возможности или невозможности  повторного использования химические источники тока делятся на:

• гальванические элементы (первичные ХИТ), которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить;
• электрические аккумуляторы (вторичные ХИТ) — перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить;
• топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.

     Следует заметить, что деление элементов  на гальванические и аккумуляторы до некоторой степени условное, так  как некоторые гальванические элементы, например щелочные батарейки, поддаются  перезарядке, но эффективность этого  процесса крайне низка.

     По  типу используемого электролита  химические источники тока делятся  на кислотные (например свинцово-кислотный аккумулятор, свинцово-плавиковый элемент), щелочные (например ртутно-кадмиевый элемент, никель-цинковый аккумулятор) и солевые (например, марганцево-магниевый элемент, цинк-хлорный аккумулятор).

       Экологические проблемы, обусловленные  производством электрических устройств  и оборудования, заключаются в  опасности загрязнения окружающей  среды и необходимости переработки  материалов, представляющих собой  отходы процесса производства. Где  это возможно, желательно вторично использовать конечный продукт по истечении его срока годности. Необходимо, насколько это возможно, предотвращать выброс в атмосферу воздуха, загрязненного кислотой, щелочью, свинцом, кадмием и другими потенциально опасными веществами, а также загрязнение воды отходами аккумуляторного производства. Там, где этого избежать нельзя, необходимо контролировать предписанные законом ПДК. Использование аккумуляторов может вызвать озабоченность органов здравоохранения. Протечка свинцово-кислотных или щелочных аккумуляторов приводит к ожогам электролитом. При перезарядке больших свинцово-кислотных аккумуляторов может выделяться водород, что в закрытых помещениях увеличивает опасность взрывов и пожаров. Утечка тионил хлорида или диоксида серы из больших литиевых аккумуляторов может быть причиной вредного воздействия диоксида серы, паров соляной кислоты, продуктов горения лития и т.д. Известен даже случай отравления со смертельным исходом (Ducatman, Ducatman and Barnes 1988). Утечки могут представлять опасность и в процессе выпуска аккумуляторов. 
Производители аккумуляторов стали осознавать возрастающую экологическую опасность при утилизации аккумуляторов, содержащих токсичные тяжелые металлы, когда их просто выбрасывают на свалку или сжигают вместе с бытовым мусором. Утечки тяжелых металлов с мусорных свалок или из труб мусоросжигательных установок могут привести к загрязнению воды и воздуха. Производители осознали необходимость снижения содержания ртути в аккумуляторах, в частности, в пределах, допускаемых современной технологией. Кампания за исключение применения ртути началась еще до принятия закона, предложенного Европейским союзом - "Директива исполнительного комитета об аккумуляторах". Вторичное использование - второе потенциальное направление защиты окружающей среды. Никель-кадмиевые аккумуляторы могут быть утилизированы относительно легко. Восстановление кадмия весьма эффективно, и он повторно используется в никель-кадмиевых аккумуляторах. Никель впоследствии может использоваться в производстве стали. Тем не менее, предварительные экономические расчеты показали, что утилизация никель-кадмиевых аккумуляторов неэффективна. Но можно рассчитывать, что прогресс в технологии исправит положение. Элементы с оксидом ртути, которые охвачены "Директивой исполнительного комитета об аккумуляторах", первоначально использовались в слуховых аппаратах; в настоящее время они заменяются литиевыми или воздушно-цинковыми батареями. Элементы с оксидом серебра повторно используются в ювелирной промышленности - главным образом благодаря ценности серебра. 
    При вторичном использовании опасных для здоровья материалов необходимо принимать меры предосторожности, аналогичные используемым в производственных процессах. Например, во время переработки серебряных аккумуляторов рабочие могут подвергаться воздействию паров ртути и оксида серебра.

     Ремонт  и утилизация свинцово-кислотных  аккумуляторов могут привести не только к отравлению свинцом рабочих  и даже их семей, но также к значительному  загрязнению свинцом окружающей среды (Matte et al. 1989). Во многих местах, и особенно в странах Карибского бассейна и Латинской Америки, свинцовые пластины автомобильных аккумуляторов обжигают с целью получения оксида свинца для керамических глазурей.

     Очистка сточных вод гальванического  производства и сокращение поступления гальванических отходов в окружающую среду является важной задачей промышленных предприятий, на которых в технологическом процессе производится обработка поверхности металлов и пластиков и нанесение гальванических покрытий.

     Использование в гальваническом производстве и  производстве печатных плат электролитов различного состава для нанесения  гальванических покрытий, с целью  придания изделиям требуемых технических  характеристик, создает многообразие загрязнений промывных и сточных вод, поступающих на очистные сооружения. Исходя из фазового состояния вещества в сточной воде, все загрязнения можно подразделить на четыре типа:

• взвеси в виде тонкодисперсных эмульсий и суспензий;
• высокомолекулярные соединения и коллоиды;
• растворенные в воде органические вещества;
• растворенные в воде соли (кислоты, щелочи).

     Для каждого типа загрязнений существуют свои методы очистки сточных вод. Так, для очистки воды от взвешенных веществ наиболее эффективными являются методы, основанные на использовании  сил гравитации, флотации, адгезии. Для очистки воды от коллоидов  и ВМС эффективен метод коагуляции. Органические вещества наиболее эффективно извлекаются из воды в процессе очистки  на сорбционных фильтрах и установках нанофильтрации. Растворимые неорганические загрязнения, представляющие собой электролиты, удаляют из сточных вод гальванического производства переводом ионов тяжелых металлов в малорастворимые соединения, используя для этого реагентный метод или мембранные методы обессоливания (обратный осмос, электродиализ).

     По  технологическим процессам и, соответственно, применяемому оборудованию, методам  очистки сточных вод гальванического  производства можно дать следующую  классификацию:

• механические / физические (отстаивание, фильтрация, выпаривание);
• химические (реагентная обработка);
• коагуляционно-флотационные (флотация, флокуляция, коагуляция);
• электрохимические (электрофлотация, электродиализ, электролиз);
• сорбционные (сорбционные фильтры, ионообменные фильтры);
• мембранные (ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, электродиализ);
• биологические.

     Тем не менее, представленные выше методы очистки сточных вод гальванического  производства, (за исключением вакуумного выпаривания, которое при прямом применение является нерентабельным как  по капитальным так и по эксплуатационным затратам) самостоятельно не позволяют  достичь выполнение современных  требований: очистка до норм ПДК  сточных вод, особенно по тяжелым металлам, таким как медь; возврат воды на оборотное водоснабжение гальванического производства; низкая стоимость очистки, утилизация ценных компонентов. Невозможность достижения требований ПДК усугубляется сложным финансовым положением промышленных предприятий РФ. Основным путем решения данной проблемы является внедрение новых технологий очистки воды и оптимизация водопотребления гальванического производства.

  II.Оборудование для очистки сточных вод

     Очистка стоков затруднена, так как не удается выделить металлы из шлама сложного состава. Для снижения количества тяжелых металлов в сточных водах до предельно допустимых концентраций (ПДК) необходимо использовать замкнутую систему водоснабжения с электрофлотационной очисткой, то есть промывные воды, подвергшиеся очистке от примесей, возвращать в технологический процесс, а извлеченные примеси – на захоронение или переработку.

     Электрофлотатор может работать, как самостоятельно, так и в комбинации с другим оборудованием, например в качестве промежуточного звена (отстойник – фильтр) между грубой (реагентной) и тонкой очисткой (ультрафильтрация – обратный осмос). 

     Схема электрофлотатора: 1 – Камера флокуляции (грубой очистки), 2 – Патрубки для подачи сточной воды, 3 – Патрубки для дренажа (технологического слива), 4 – Патрубок для отвода шлама, 5 – Камера для сбора шлама, 6 – Пеносборное устройство, 7 – Уровень воды в аппарате, 8 – Перегородки, 9 – Электродвигатель, 10 – Патрубок для отвода очищенной воды, 11 – Гидрозатвор, 12 – Камера флотации (тонкой очистки), 13 – Электродные блоки, 14 – Токоподводы. Потоки: I – Сточная вода, II – Очищенная вода, III – Флотошлам

     Электрофлотатор изготовляется в форме прямоугольной емкости из полипропилена, состоящей из нескольких камер с расположенными в них электродными блоками. Корпус аппарата оборудован входными и выходными патрубками с фланцами для присоединения к трубопроводам. В верхней части аппарата на раме монтируется автоматизированное пеносборное устройство расположенное выше уровня воды и состоящее из электродвигателя и транспортера с лопатками для сбора образующейся пены (шлама). Пеносборное устройство приводится в движение электродвигателем.

     Процесс электрофлотации проходит следующим образом: Сточная вода поступает через патрубки 2 в нижнюю часть камеры флокуляции (грубой очистки) 1, переливается через перегородку 8 в камеру флотации (тонкой очистки) 12 и через отверстие в нижней части поступает в сборник очищенной воды 11, обеспечивающий контроль уровня в установке. После наполнения аппарата жидкостью включают источник питания, и на электроды 13 подается ток. В результате протекания процесса электролиза воды на поверхности электродов идёт выделение газовых пузырьков, которые, поднимаясь вверх, взаимодействуют с дисперсными частицами загрязнений с образованием флотокомплексов «частица-пузырьки газа». Плотность образующихся флотокомплексов меньше плотности воды, что обеспечивает их подъём на поверхность сточной жидкости и образование пенного слоя (флотошлама), состоящего из газовых пузырьков, водных прослоек и дисперсных частиц загрязнений.

     Очищенная вода через патрубки 10 вытекает из аппарата. Пенный слой периодически удаляется  с поверхности сточной воды пеносборным устройством в направлении против ее течения в камеру 5 с конусным днищем, располагаемую в торце аппарата со стороны входа в него сточной воды. Удаление шлама происходит через патрубок 4. Выделяющиеся газы удаляются вытяжным зонтом, расположенным над электрофлотатором.

     Модуль  конструктивно разделен на 2 части продольной перегородкой, разделяющей потоки воды и шлама в электрофлотаторе. Такая конструкция позволяет использовать электрофлотатор для обработки, как двух различных стоков (при независимом подключении камер), так и одного общего стока (при параллельном подключении камер). Слив жидкости из электрофлотатора осуществляется через дренажные штуцера 3.

     Интенсификация  процесса флотации осуществляется путем дополнительного применения реагентов – коагулянтов и флокулянтов.

     II. Расчеты

     g =63м³/ч =0,017 м³/с

1.Нахождение  ПДС:

ПДС= С_пдс* g =0,046*0,017= 0,00078

2.Нахождение концентрации предельно-допустимого сброса:

С_пдс= n(ПДК-С_ф) +С_ф= 2,111*(0,03 -0,015)+0,015 =0,046 мг/л

3. Нахождение  фоновой концентрации в растворе:

С_ф= 0,5* ПДК= 0.5*0.03=0.015мг/л

4.Расчет  кратности общего разбавления:

n = n_o*n_н  ,где  n_н =1

n₀= = = 2,111

n = n_o*n_н  = 2,111* 1 =2,111

5. Расчет коэффициента смешения:

Ɣ= = =0,00045

ξ= при  выпуске в стержень =1,5

α =φ*ξ=1,05*1,5 =1,5 = 1,57*0,75=1,17

φ =L/L_пр=1000/950=1.05

D= = =0.0073

6. Расчет концентрации загрязняющего вещества в контрольном створе:

С_р=  =  =  24,6  мг/л

7.Проверка  правильности расчета:

n_{o1 =}  =  2,145

После установки  очистного оборудования концентрация в створе С_створа уменьшится на процент очистки.

8.Расчет  С_створа  (массы выброса после очистки)

С_створа -100%

Х₁-  98%

Х₂- 97%

Х=(1-(1-0,98)(1-0,98)(1-0,97)(1-0,97))= (1-0,00000036)=99,999

Х= С_створа *99/100 =52*99,999%/100%= 51,9948

С_{створа 1} = С_створа –х = 52-51,99948=0,00052мг/л

Вывод: С_створа=0,00052мг/л≤ ПДК (0,03мг/л), таким образом  очистка стоков  производства химических источников тока проведена эффективно.  

  IV.Химическая ,физическая и токсикологическая характеристика выбрасываемого объекта

СВИНЕЦ (лат. Plumbum), Pb, химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер 82, атомная масса 207,2.

Свинец  обычно имеет грязно-серый цвет, хотя свежий его разрез имеет синеватый  отлив и блестит. Однако блестящий  металл быстро покрывается тускло-серой  защитной пленкой оксида. Плотность свинца (11,34 г/см3) в полтора раза больше, чем у железа, вчетверо больше, чем у алюминия; даже серебро легче свинца

Свинец  очень легко плавится – при 327,5° С, кипит при 1751° С и заметно летуч уже при 700° С. Этот факт очень важен для работающих на комбинатах по добыче и переработке свинца. Свинец – один из самых мягких металлов. Он легко царапается ногтем и прокатывается в очень тонкие листы. Свинец сплавляется со многими металлами. С ртутью он дает амальгаму, которая при небольшом содержании свинца жидкая.

        По химическим свойствам свинец  – малоактивный металл: в электрохимическом  ряду напряжений он стоит непосредственно  перед водородом. Поэтому свинец  легко вытесняется другими металлами  из растворов его солей. Если  опустить в подкисленный раствор ацетата свинца цинковую палочку, свинец выделяется на ней в виде пушистого налета из мелких кристалликов, имеющего старинного название «сатурнова дерева». Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более крупные кристаллы свинца. Наиболее типична для свинца степень окисления +2; соединения свинца(IV) значительно менее устойчивы. В разбавленных соляной и серной кислотах свинец практически не растворяется, в том числе из-за образования на поверхности нерастворимой пленки хлорида или сульфата. С крепкой серной кислотой (при концентрации более 80%) свинец реагирует с образованием растворимого гидросульфата Pb(HSO4)2, а в горячей концентрированной соляной кислоте растворение сопровождается образованием комплексного хлорида H₄PbCl₆. Разбавленной азотной кислотой свинец легко окисляется:

Pb + 4HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + 2NO₂ + H₂O.

В присутствии  кислорода свинец растворяется также  в ряде органических кислот. При  действии уксусной кислоты образуется легкорастворимый ацетат Pb(CH₃COO)₂ (старинное название – «свинцовый сахар»). Свинец заметно растворим также в муравьиной, лимонной и винной кислотах. Растворимость свинца в органических кислотах могло раньше приводить к отравлениям, если пищу готовили в посуде, луженной или паянной свинцовым припоем. Растворимые соли свинца (нитрат и ацетат) в воде гидролизуются:

Pb(NO₃)₂ + H₂O = Pb(OH)NO₃ + HNO₃.

  При  нагревании свинец реагирует  с кислородом, серой и галогенами. Так, в реакции с хлором образуется  тетрахлорид PbCl₄ – желтая жидкость, дымящая на воздухе из-за гидролиза, а при нагревании разлагающаяся на PbCl₂ и Cl₂. (Галогениды PbBr₄ и PbI₄ не существуют, так как Pb(IV) – сильный окислитель, который окислил бы бромид- и иодид-анионы.) Тонкоизмельченный свинец обладает пирофорными свойствами – вспыхивает на воздухе. При продолжительном нагревании расплавленного свинца он постепенно переходит сначала в желтый оксид PbO (свинцовый глет), а затем (при хорошем доступе воздуха) – в красный сурик Pb₃O₄ или 2PbO·PbO₂. Это соединение можно рассматривать также как свинцовую соль ортосвинцовой кислоты Pb₂[PbO₄]. С помощью сильных окислителей, например, хлорной извести, соединения свинца(II) можно окислить до диоксида:

Pb(CH₃COO)₂ + Ca(ClO)Cl + H₂O = PbO₂ + CaCl₂ + 2CH₃COOH

 Диоксид свинца – сильный окислитель. Струя сероводорода, направленная на сухой диоксид, загорается; концентрированная соляная кислота окисляется им до хлора:

PbO₂ + 4HCl = PbCl₂ + Cl₂ + H₂O,

сернистый газ  – до сульфата:

PbO₂ + SO₂ = PbSO₄,

а соли Mn²⁺ – до перманганат-ионов:

5PbO₂ + 2MnSO₄ + H₂SO₄ = 5PbSO₄ + 2HMnO₄ + 2H₂O.

Диоксид свинца образуется, а затем расходуется  при зарядке и последующем  разряде самых распространенных кислотных аккумуляторов. Соединения свинца(IV) обладают еще более типичными амфотерными свойствами.

Диоксид свинца, реагируя со щелочью, также образует комплексный плюмбат(IV):

PbO₂ + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Pb(OH)₆].

Водой тетраацетат мгновенно гидролизуется до PbO₂ и CH₃COOH. Тетраацетат свинца находит применение в органической химии в качестве селективного окислителя. Например, он весьма избирательно окисляет только некоторые гидроксильные группы в молекулах целлюлозы, а 5-фенил-1-пентанол под действием тетраацетата свинца окисляется с одновременной циклизацией и образованием 2-бензилфурана. Органические производные свинца – бесцветные очень ядовитые жидкости. Один из методов их синтеза – действие алкилгалогенидов на сплав свинца с натрием:

4C₂H₅Cl + 4PbNa = (C₂H₅)₄Pb + 4NaCl + 3Pb

     Свинец  является ядом, действующим на все  живое и вызывающим изменения особенно в нервной системе, крови и сосудах. Он активно влияет на синтез белка, является энергетическим балансом клетки и ее генетическим аппаратом. Многие факты говорят в пользу денатурационного механизма действия. Он подавляет ферментативные процессы превращения порфиринов и инкорпорацию железа в протопорфирин с образованием гемма. Дети более чувствительны к свинцу.

     Все соединения свинца действуют в общем сходно. Разница в токсичности объясняется лишь одинаковой растворимостью их в жидкостях организма, в частности в желудочном тракте. Однако и труднорастворимые соединения свинца подвергаются в кишечнике изменениям, в результате чего их растворимость и всасываемость сильно повышаются. Растворимость карбоната и оксида свинца в крови выше, чем в воде. Боросиликат свинца нерастворим в воде, однако в печени и костях отравляемых животных свинец обнаруживается. То же самое относится и к сульфиду свинца, который при поступлении в организм через дыхательные пути вызывал у белых крыс и морских свинок симптомы хронического отравления, характерные для отравления другими соединениями свинца. Свинцовые белила, сульфат и оксид свинца токсичнее других его соединений.

     Особым  действием характеризуются лишь соединения свинца, содержащие токсический  анион: арсенаты, хроматы и азид свинца. При хроническом отравлении арсенатом  свинца интоксикация протекает как  мышьяково-свинцовая. Высокой токсичностью обладает и пыль стеарата свинца. Хромат свинца при введении в брюшину не ядовит, в то же время у обследованных 185 человек, подвергавшихся в течение двух месяцев его воздействию (концентрация 1,6-7,34), было выявлено повышенное содержание свинца в моче и увеличенное число базофильно-зернистых эритроцитов.

     На  основании результатов опытов на морских свинках соединения свинца располагают следующим образом  по убывающей токсичности: нитрат > хлорид > лактат >оксид > олеат > карбонат > стеарат > фосфат. При этом фосфат свинца отравления не вызвал.

     В картине хронического отравления можно  выделить следующие основные синдромы: 1) изменения нервной системы; 2) энцефалопатия; 3) двигательные расстройства; 4) чувствительная форма полиневрита, имеющая место  при скрыто текущих и умеренно выраженных формах интоксикации; 5) поражение  анализаторов на ранних этапах интоксикации:

     а) изменение системы крови;

     б) обменные и эндокринные нарушения;

     в) изменения желудочно-кишечного тракта;

     г) изменения сердечно-сосудистой системы;

     д) прочие проявления интоксикации.

     Предельно допустимая концентрация для свинца и его неорганических соединений 0,01 мг/м3 а среднесменная концентрация 0,007мг/м3. Для цирконата – титаната свинца 0,1 мг/м3. Пыль оптического стекла, содержащего свинец, рекомендовано нормировать по свинцу, то есть 0,01 мг/м3. Для пыли свинцово-силикатного волокна марок В-50 и В-70 и пыли трехосновного сульфата свинца – 0,01 мг/м3 в пересчете на свинец. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Список  литературы 

1. Смит,  Н.А Проблемы  Здравоохранения и экологии./ Н.А. Смит/.

2. Израэль, Ю.А Экология и контроль состояния природной среды./ Ю.А. ,Израэль/- М.: Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

3. Опекунов А.Ю Экологическое нормирование./ А.Ю. Опекунов - СПб.: Внии Океология, 2001. 216 с.

4. Ахметов, Т.Г, Порфирьева Р.Т. Химическая технология неорганических веществ. т. 1/ Т.Г Ахметов , Р.Т Порфирьева - М.: Высшая школа, 2002. 688 с.