Ответы физико-химические процессы в техносфере

  • Вид работы:
    Ответы на вопросы
  • Предмет:
    КСЕ
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    656,21 Кб
  • Опубликовано:
    2016-10-06
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Ответы физико-химические процессы в техносфере

Ответы на вопросы «Ф.Х.процессы в техносфере»

1. Тепловой баланс системы «поверхность Земли – атмосфера». Отражение, поглощение, собственное излучение земной поверхности и атмосферы.

Тепловой баланс Земли, соотношение прихода и расхода энергии (лучистой и тепловой) на земной поверхности, в атмосфере и в системе Земля - атмосфера. Основным источником энергии для подавляющего большинства физических, химических и биологических процессов в атмосфере, гидросфере и в верхних слоях литосферы является солнечная радиация, поэтому распределение и соотношение составляющих Т. б. характеризуют её преобразования в этих оболочках.

Т. б. представляют собой частные формулировки закона сохранения энергии и составляются для участка поверхности Земли (Т. б. земной поверхности); для вертикального столба, проходящего через атмосферу (Т. б. атмосферы); для такого же столба, проходящего через атмосферу и верхние слои литосферы или гидросферу (Т. б. системы Земля - атмосфера).

Уравнение Т. б. земной поверхности: R + P + F0 + LE =0 представляет собой алгебраическую сумму потоков энергии между элементом земной поверхности и окружающим пространством. В число этих потоков входит радиационный баланс (или остаточная радиация) R - разность между поглощённой коротковолновой солнечной радиацией и длинноволновым эффективным излучением с земной поверхности. Положительная или отрицательная величина радиационного баланса компенсируется несколькими потоками тепла. Так как температура земной поверхности обычно не равна температуре воздуха, то между подстилающей поверхностью и атмосферой возникает поток тепла Р. Аналогичный поток тепла F0 наблюдается между земной поверхностью и более глубокими слоями литосферы или гидросферы. При этом поток тепла в почве определяется молекулярной теплопроводностью, тогда как в водоёмах теплообмен, как правило, имеет в большей или меньшей степени турбулентный характер. Поток тепла F0 между поверхностью водоёма и его более глубокими слоями численно равен изменению теплосодержания водоёма за данный интервал времени и переносу тепла течениями в водоёме. Существенное значение в Т. б. земной поверхности обычно имеет расход тепла на испарение LE, который определяется как произведение массы испарившейся воды Е на теплоту испарения L. Величина LE зависит от увлажнения земной поверхности, её температуры, влажности воздуха и интенсивности турбулентного теплообмена в приземном слое воздуха, которая определяет скорость переноса водяного пара от земной поверхности в атмосферу.

Уравнение Т. б. атмосферы имеет вид: Ra + Lr + P + Fa = DW.
Т. б. атмосферы слагается из её радиационного баланса Ra; прихода или расхода тепла Lr при фазовых преобразованиях воды в атмосфере (г - сумма осадков); прихода или расхода тепла Р, обусловленного турбулентным теплообменом атмосферы с земной поверхностью; прихода или расхода тепла Fa, вызванного теплообменом через вертикальные стенки столба, который связан с упорядоченными движениями атмосферы и макротурбулентностью. Кроме того, в уравнение T. б. атмосферы входит член DW, равный величине изменения теплосодержания внутри столба.

Уравнение Т. б. системы Земля - атмосфера соответствует алгебраической сумме членов уравнений Т. б. земной поверхности и атмосферы. Составляющие Т. б. земной поверхности и атмосферы для различных районов земного шара определяются путём метеорологических наблюдений (на актинометрических станциях, на специальных станциях Т. б., на метеорологических спутниках Земли) или путём климатологических расчётов.

#












2. Критические элементы Баланса, определяющие среднюю температуру поверхности Земли. Роль альбедо атмосферы и земной поверхности. Изменение альбедо вследствие аэрозольных загрязнений.

Практически единственным источником энергии для всех физических процессов, развивающихся в А., является солнечная радиация. Главная особенность радиационного режима А. — т. н. парниковый эффект: А. слабо поглощает коротковолновую солнечную радиацию (большая её часть достигает  земной   поверхности ), но задерживает длинноволновое (целиком инфракрасное) тепловое излучение  земной   поверхности , что значительно уменьшает теплоотдачу  Земли  в космическое пространство  и  повышает её  температуру .

Приходящая в А. солнечная радиация частично поглощается в А. главным образом водяным паром, углекислым газом, озоном  и  аэрозолями  и  рассеивается на частицах аэрозоля  и  на флуктуациях плотности А.  Вследствие  рассеяния лучистой энергии Солнца в А. наблюдается не только прямая солнечная, но  и  рассеянная радиация, в совокупности они составляют суммарную радиацию. Достигая  земной   поверхности , суммарная радиация частично отражается от неё. Величина отражённой радиации определяется отражательной способностью подстилающей  поверхности , т. н.  альбедо (Альбе́до (лат. albus — белый) — характеристика отражательной (рассеивающей) способности поверхности. Например: Нормальное альбедо чистого снега составляет ~0,9, древесного угля ~0,04.).За счёт поглощённой радиации  земная   поверхность  нагревается  и  становится источником собственного длинноволнового излучения, направленного к А.(см.рис.)

#












Непоглощающий  аэрозоль  увеличивает  альбедо  атмосферы  и,  следовательно  уменьшает   количество  солнечной  радиации,  достигающей  поверхности  Земли. Если  аэрозоль  поглощает  в  коротковолновой  области  спектра,  то поглощенная  энергия  солнечного  излучения  передается  атмосфере.  Это приводит  к  нагреванию  атмосферы  и  охлаждению  подстилающей  поверхности.

Если  аэрозоль  поглощает  и  соответственно  испускает  энергию  в инфракрасной  области  спектра,  то  это  приводит  к  противоположному результату,  т.  е.  энергия  выводится  из   тропосферы ,  что  приводит  к охлаждению  воздуха  и  усилению  парникового  эффекта  у  поверхности  Земли. Общий  эффект  зависит  от  соотношения  коэффициентов  поглощения  в  видимой и  инфракрасной  области,  а  также  от  альбедо  поверхности.  Изменение радиационных  потоков  в  аэрозольной  атмосфере  приводит  к  изменению  ее температурной  стратификации,  а  также  к  изменению  температуры  земной поверхности.

Влияние  аэрозоля  на  климат  наиболее  ощутимо  в  промышленных  районах  вследствие   того,  что  воздействие  его  на  радиационные  потоки   приводит к  нагреванию  атмосферы  и   стабилизации   конвективных  процессов, что приводит к  усилению температурных  инверсий  и  тем  самым  к  накоплению  промышленного  выброса.

3. Общие сведения о фотохимии загрязнителей. Окисление оксидов азота озоном в присутствии углеводородов. Фотохимический или «летний» смог.

Для фотохимических реакций требуется световая энергия. Некоторые загрязнители атмосферы - окислы азота и углеводороды - вступают в фотохимические реакции. В результате образуются новые загрязнители воздуха, в том числе озон, альдегиды, а также необычные органические соединения. Эти новые загрязнители в сумме определяют фотохимическое загрязнение воздуха, поскольку они появляются в результате фотохимических реакций. Сжигание ископаемых видов топлива в двигателях и топках создает такое интенсивное нагревание, что из обычных природных компонентов воздуха - азота и кислорода - образуются загрязнители атмосферы - окислы азота. Они возникают при высоких температурах. развивающихся в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, используемых, например, в автомобилях. Оксиды азота в отработавших газах образуются в результате обратимой реакции окисления азота кислородом воздуха под воздействием высоких температур и давления в цилиндрах двигателя. По мере охлаждения отработавших газов и разбавления их воздухом оксид азота превращается в диоксид и т.д. Эта же реакция происходит в топках, установленных на тепловых электростанциях. Большая часть данных о влиянии окислов азота на здоровье относится к двуокиси азота. Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO2 - газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. 4NO2+2H2O+O2 = 4HNO3. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO2 cпособствует развитию заболеваний легких Исходно двуокись азота составляет лишь 10% выбросов всех окислов азота в атмосферу; однако в ходе сложной последовательности химических реакций в воздухе значительная часть окиси азота превращается в двуокись азота - гораздо более опасное соединение. Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога.

   К фотохимическим процессам относятся процессы образования пероксиацетилниратов (ПАН).

Так как бензин представляет собой смесь жидких углеводородов (пентана, гексана, гептана, октана, нонана, декана) с температурами кипения 20—180°С, а дизельное топливо — углеводородов с длиной цепи от С13 до С25, температуры кипения которых лежат в интервале 220—370°С,то теоретически при сгорании и того и другого топлива в присутствии кислорода должны образовываться лишь диоксид углерода и вода: CnH2n+2 + O2 = CO2 + H2O, где n составляет 5—10 для бензинов и 13—25 для дизельного топлива. В действительности же продуктов сгорания в выхлопных газах гораздо больше. Причина этого — неравновесные условия горения топлива, присутствие в нем разных примесей (в том числе органических производных азота и серы), остающихся при перегонке нефти, а также добавление в качестве антидетонатора тетраметил- и тетраэтилсвинца.

При окислении углеводородов и дальнейшем взаимодействии с диоксидом азота образуется пероксиацетилнитрат , вызывающий, как и озон, слезотечение и раздражение дыхательных путей:

RH + OH + O2 = RO2 + H2O

RO2 + NO2 = RO2NO2, где R = CH3CO. Это известный в литературе фотохимический (или лос-анджелесский) смог. Кислый (лондонский) смог обусловлен взаимодействием оксидов азота и серы с влагой воздуха: NO2 + OH = HNO3   и    SO2 + H2O + 1/2 O2 = H2SO4.

Оксиды азота и серы — это источник кислотных дождей. Попадая в почву, они вымывают соединения магния, калия и кальция, в результате растения не получают эти вещества в достаточном для фотосинтеза количестве и листья желтеют. Раньше других от такого голода страдают хвойные. Ослабленные деревья становятся чувствительнее к резким колебаниям температуры, подвергаются болезням, на них нападают насекомые-вредители.

4. Воздействие загрязняющих веществ на объекты техносферы. Воздействие оксидов серы, оксидов азота, озона, кислот, аэрозолей и других загрязняющих веществ на строительные и конструкционные материалы, памятники культуры.

Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. Ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Основными источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и автомобильный транспорт.

Попадая в атмосферу, многие загрязнения подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или выпадают на поверхность Земли с аэрозолями. Попадая на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других предметов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов.

Кислотный дождь может также причинять вред металлам, различным зданиям и памятникам. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из песчаника и известняка, а также расположенные под открытым небом скульптуры. В Италии, Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении сотен и тысяч лет памятники старины и различные предметы за последние десятилетия сильно разрушились в результате действия выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ.

5. Влияние кислотных дождей на объекты гидросферы. Буферная емкость естественных водоемов. Диаграммы динамики pH водоемов с ложами, образованными вулканическими и осадочными горными породами.

Закисление прёсных вод - это потеря ими способности к нейтрализации. Закисление вызывают сильные кислоты, главным образом серная и азотная. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (например, таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно. На значительных территориях при повышении определенных значений кислотности осадков поверхностные воды оказываются кислыми. Если почва теряет способность нейтрализовать кислоты, то значение рН может снизиться на 1, 5, а в крайних случаях — даже на 2 или на 3. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере - за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна.

Особенно интенсивно происходит закисление озер в Скандинавских странах и в Канаде. Большинство скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях, богатых известняком. Это связано с тем, что из известняковых почв выделяется ион гидрокарбоната, который обеспечивает щелочную среду и, следовательно, способность к нейтрализации кислот. Например, рН воды в оз. Балатон (Венгрия) больше 8. Поскольку в химии атмосферы для нейтральной среды принято значение рН = 5,6, то воду этого озера следует отнести к щелочной.

Процесс закисления поверхностных вод состоит из трех фаз.

1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е. уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН.

2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната.Значение рН тогда падает ниже 5,5. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать уже при рН = 6, 5

3. При рН = 4, 5 кислотность раствора стабилизируется. В этих условиях кислотность раствора регулируется реакцией гидролиза соединений алюминия. В такой среде способны жить только немногие виды насекомых, растительный и животный планктон, а также белые водоросли.

Многие виды животных и растений начинают гибнуть уже при зачениях рН <6. При рН < 5 не обеспечиваются условия для нормальной жизни.

    Буферная емкость естественных водоемов. 1) способность природной воды (водоёма ) сохранять активную реакцию среды (pH) при действии кислот и щелочей; 2) способность воды к самоочищению от загрязнителей.  Буферная   ёмкость  природных вод зависит, в основном, от видового разнообразия и нормального функционирования (гомеостаза) водной экосистемы.

 

 

 

31.Химический состав природных вод.Пресная и соленая вода.Главные ионы, раствореные газы,газовая фаза, твердые частицы,биогенные вещества,микроэлементы в воде.Кислотность вод в объектах гидросферы.

Классификация по химическому составу

В подавляющем большинстве случаев солевой состав природных вод определяется катионами Са2+, Мg2+, Nа+, К+ и анионами НСO3-, Сl- , SO42-. Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами; они не определяют химический тип воды.
Классификация природных вод по химическому составу, предложенная О. А. Алекиным


По преобладающему аниону воды делятся на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Воды каждого класса делятся, в свою очередь, по преобладающему катиону на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа подразделяется на 4 типа по соотношению содержащихся в воде ионов (в эквивалентах). При этом класс природных вод обозначается символом соответствующего аниона: С — НСО3-, S — SO42-, Сl — Сl-; группа: символом катиона: К+, Na+, Са2+, Мg2+; тип - римской цифрой.
Формула воды записывается следующим образом. К символу класса добавляется нижний индекс - значение минерализации (с точностью до 0,1 г/л ), к символу группы - верхний индекс - значение общего катионного состава (с точностью до целых единиц вещества в ммоль/л),
например: С1,20,5 - гидрокарбонатно-натриевая вода с общей минерализацией 1,2 г/л и преобладающей концентрацией гидрокарбонатных ионов и ионов натрия.
В природных водах присутствуют также растворенные газы. В основном это газы, которые диффундируют в воды из атмосферы воздуха, такие как кислород, углекислый газ, азот. Но в то же время в подземных водах или водах нецентрализованных источников водоснабжения, в минеральных и термальных водах могут присутствовать сер водород, радиоактивный газ радон, а также инертные и другие газы.
В табл. 1.13 представлены ионы, наиболее часто встречающиеся в природных водах.\

Катион


Анион


Наименование

Обозначение

Наименование

Обозначение

Водород

H+

Гидроксильный

OH-

Натрий

Na+

Бикарбонатный

HCO3-

Аммоний

NH4+

Хлоридный

Cl-

Кальций

Ca2+

Сульфатный

SO42-

Магний

Mg2+

Нитритный

NO2-

Железо (двух- и трехвалентное)

Нитратный

NO3-

Барий

Ba2+

Силикатный

SiO32-

Алюминий

Al3+

Ортофосфорный

PO43-

Калий

K+

Фторидный

F-

ВОДА ПРЕСНАЯ — все природные воды с минерализацией до 1 г/л (г/кг); преобладают гидрокарбонатные, реже сульфатные и очень редко хлоридные.

Соленые воды океанов и морей составляют 97,5% , а пресная 2.5%. Но учитывая также, что 75% всей пресной воды «заморожено» в полярных шапках и горных ледниках, еще 24% составляют грунтовые воды под землей, а еще 0.5% «рассредоточено» в почве в виде влаги, то получается, что самые доступные и дешевые источники воды – реки, озера и другие водоемы приходится чуть больше 0.01% мировых запасов воды.

1. Главные ионы (макрокомпоненты), к которым относятся К+, Na+,Mg2+, Са2+, Cl-, SO42-, HCO3- (CO32-).
Содержание их в пресных поверхностных водах изменяется в широких пределах. Главные ионы поступают в природные воды из горных пород, минералов, почвы, а также в результате производственной деятельности человека.
2. Растворенные газы (О2, N2, H2S, CH4 и др.).
Концентрация газов в воде определяется температурой воды.
3. Биогенные вещества, главным образом соединения азота и фосфора.
Их концентрация в пресных поверхностных водах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/л. Наиболее важными источниками биогенных элементов являются внутриводоемные процессы и поступление с поверхностным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами.
4. Микроэлементы.
В эту группу входят все металлы, кроме главных ионов и железа (Сu2+, Мn2+, другие ионы переходных металлов), а также анионы (Br-, F- и др.), встречающиеся в природных водоемах в очень малых концентрациях.
5. Растворенные органические вещества (РОВ), по существу, органические формы биогенных элементов.
Эта группа веществ включает различные органические соединения: органические кислоты, спирты, альдегиды, сложные эфиры, фенолы, гуминовые вещества, ароматические соединения, углеводы, азотсодержащие соединения (белки, аминокислоты, амины) и т.д. Для количественной характеристики РОВ используют косвенные показатели: общее содержание Сорг, Nopr, перманганатную или бихроматную окисляемость воды (ХПК), биохимическое потребление кисло¬рода (БПК).
6. Токсичные загрязняющие вещества - тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д.
Природная вода - принципиально негомогенная среда из-за присутствия в ней большого числа взвешенных частиц и пузырьков газа. Взвешенные твердые частицы в природных водах могут разли¬чаться по размерам:

·   Коллоиды 0,01-1 мкм

·   Седиментарные (оседающие) частицы состоят из минерального ядра и органического слоя, т.е. представляют собой органоминеральный комплекс 1-3 мкм

·   Вирусы 0,01-0,03 мкм

·   Бактерии 0,5 мкм

·   Микроводоросли 1-30 мкм

·   Молекулы 0,001 мкм

·   Макромолекулы 0,01 мкм


Помимо твердых частиц и пузырьков газа толща природных вод пронизана множеством микроорганизмов, образующих отдельную фазу биоты, находяющуюся в динамическом равновесии с внешней средой.

32.Процессы окисления и восстановления в природных водоемах.Синглетный водород,озон,гидроксил радикал,пероксид водорода в природных водах.Окисление минеральных солей.Образование оксидов тяжелых металлов.

Окислительно-восстановительные реакции в природных водах определяются наличием в них окислителей, например кислорода, и восстановителей, например водорода. Окислением называется процесс отдачи электронов, а восстановлением - процесс их приобретения. Поскольку процесс окисления химического элемента сопровождается восстановлением окислителя, эта реакция и носит название окислительно-восстановительной.
Многие элементы (железо, марганец, хром, сера, кобальт и др.) способны изменять свою валентность, поэтому реакции окисления и восстановления играют значительную роль, переводя растворимые "соединения в нерастворимые и наоборот.
В процессах растворения почвенных минералов значительная роль принадлежит микроорганизмам. В процессе своей жизнедеятельности они используют энергию окислительно-восстановительных реакций, поэтому процесс называется биологическим выщелачиванием минералов.           Пероксид водорода— это вещество, H 2O2, открыто в 1818 г. Тенаром, который получил его при действии разведенной соляной кислоты на П. бария: ВаО 2 + 2HCl = BaCl2 + H2O2;простейший представитель пероксидов. Бесцветная жидкость с «металлическим» вкусом, неограниченно растворимая в воде, спирте и эфире. Концентрированные водные растворы взрывоопасны. Пероксид водорода является хорошим растворителем. Из воды выделяется в виде неустойчивого кристаллогидрата H2O2•2H2O. Пероксид водорода обладает окислительными, а также восстановительными свойствами. Он окисляет нитриты в нитраты, выделяет иод из иодидов металлов, расщепляет ненасыщенные соединения по месту двойных связей. Пероксид водорода восстанавливает соли золота и серебра, а также кислород при реакции с водным раствором перманганата калия в кислой среде. При восстановлении Н2O2 образуется Н2O или ОН-, например: Н2О2 + 2KI + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O . При действии сильных окислителей H2O2 проявляет восстановительные свойства, выделяя свободный кислород: O22− — 2eO2

33.Реакции окисления алканов,алкснов,кислотосодержащих углеводородов. Окисление ароматических углеводородов.Образование токсичных соединений.

Алканы - соединения с низкими степенями окисления углерода, и в зависимости от условий реакции они могут окисляться с образованием различных соединений.

При обычной температуре алканы не вступают в реакции даже с сильными окислителями (Н2Cr2O7, KMnO4 и т.п.). При внесении в открытое пламя алканы горят. При этом в избытке кислорода происходит их полное окисление до СО2, где углерод имеет высшую степень окисления +4, и воды. Горение углеводородов приводит к разрыву всех связей С-С и С-Н и сопровождается выделением большого количества тепла (экзотермическая реакция).

Примеры:

 

Ароматические углеводороды — это органические вещества, характеризующиеся присутствием в их молекуле бензольного кольца — циклической группировки из шести атомов углерода с тремя двойными связями. К числу ароматических углеводородов принадлежат бензол и его производные (толуол, ксилол и др.), нафталин и его производные и др.

Наибольшей стабильностью обладают ароматические углеводороды с короткими боковыми цепями; они окисляются с образованием продуктов уплотнения. При увеличении длины цепей, как правило, снижается стабильность.

34.Влияние микроорганизмов на процессы окисления - восстановления.Аэробные и анаэробные микроорганизмы.Ферменты - каталезаторы окислительных процессов:оксидаза, оксигеназа, пероксидаза, каталаза и дисмутаза.

Аэробный процесс

С6Н12О6 +6О2 --> 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло

  Анаэробный процесс

С6Н12О6 --> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса  + тепло

35.Аэробный биолиз алканов, алкенов, кислородсодержащих и галогенсодержащих углеводородов,ароматических углеводородов.

Алка́ны (также насыщенные углеводороды, парафины, алифатические соединения) — ациклические углеводороды линейного или разветвлённого строения, содержащие только простые связи и образующие гомологический ряд с общей формулой CnH2n+2.

36.Анаэробная среда.Условия образования в водных объектах активного ила с восстанавливающими свойствами.Сульфатредуцирующие микроорганизмы.Восстановление нитратов в иловых водах.Образование метана и мочевины.

Активный ил - совокупность микроорганизмов, обеспечивающих очистку сточной воды от находящихся в ней органических загрязнений.                                   Анаэробный процесс - процесс биохимического окисления, происходящий в отсутствии кислорода, при анаэробном процессе кислород, необходимый для окисления, бактерии получают из окисленных соединений азота.

Условия проведения процесса(активного ила

наличие в сточной жидкости и оптимальное соотношение органического углерода, биогенных элементов (азота и фосфора) и микроэлементов (серы, марганец, железо, кобальт и др.); соблюдение предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ; отсутствие в сточной жидкости токсичных для микроорганизмов веществ; достаточное количество кислорода и интенсивность аэрации; оптимальный температурный режим;нагрузка на ил по количеству загрязняющих веществ;  время контакта ила и сточной жидкости; конструктивные особенности сооружений и биологической схемы очистки; и т. д.

БАКТЕРИИ СУЛЬФАТВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ (СУЛЬФАТРЕДУЦИРУЮЩИЕ) — гр. строго анаэробных микроорганизмов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода (см. Десульфатизация вод). Б. с. используют в качестве источника энергии окисление орг. веществ или молекулярного водорода. В последнем случае они частично пользуются автотрофной системой питания. Широко распространены в природе (в солоноватоводных водоемах, в подземных водах, в м-ниях нефти, серы, сульфидных руд и пр.), участвуя прямо или косвенно в образовании сероводорода, самородной серы, пирита, сернистых соединений нефти и др. Процесс восстановления сульфатов в биосфере в подавляющем большинстве случаев связан с деятельностью Б. с. Являются активным агентом фракционирования изотопов серы в природе. Син.: бактерии десульфатизирующие, бактерии десульфирующие (десульфурирующие). Последние два синонима неточны, так как специфика процесса, осуществляемого Б. с., состоит не в удалении серы (десульфуризации), а в восстановлении сульфатов (десульфатизации).

38.Гидролиз солей и органических соединений.Гидолиз пестицидов.Каталический гидролиз в присутствии кислот и щелочей.

Гидро́лиз (от др.-греч. ὕдщс — вода и лэуйт — разложение) — один из видов химических реакций сольволиза, где при взаимодействии веществ с водой происходит разложение исходной молекулы с образованием новых соединений. Гидролизу подвергаются соединения различных классов: соли, углеводы, белки, сложные эфиры, жиры и др.

Гидролиз солей Взаимодействие ионов соли с водой, приводящее к образованию молекул слабого электролита, называют гидролизом солей.

Различают несколько вариантов гидролиза солей:

· 1. Гидролиз соли слабой кислоты и сильного основания:

Na2CO3 + Н2О = NaHCO3 + NaOH

CO32− + H2O = HCO3 + OH

(раствор имеет щелочную среду, реакция протекает обратимо)

· 2. Гидролиз соли сильной кислоты и слабого основания:

CuCl2 + Н2О = CuOHCl + HCl

Cu2+ + Н2О = CuOH+ + Н+

(раствор имеет кислую среду, реакция протекает обратимо)

· 3. Гидролиз соли слабой кислоты и слабого основания:

Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S

2Al3+ + 3S2− + 6Н2О = 2Al(OH)3(осадок) + ЗН2S(газ)

(Гидролиз в этом случае протекает практически полностью, так как оба продукта гидролиза уходят из сферы реакции в виде осадка или газа).

Соль сильной кислоты и сильного основания не подвергается гидролизу, и раствор нейтрален. См. также Электролитическая диссоциация.

Гидролиз органических соединений — расщепление органического соединения водой с образованием двух или более веществ. Обычно Г. осуществляется в присутствии кислот (кислотный Г.) или щелочей (щелочной Г.). Гидролитическому расщеплению чаще всего подвергаются связи атома углерода с другими атомами (галогенами, кислородом, азотом и др.). Так, щелочной Г. галогенидов служит методом получения (в том числе и промышленного) спиртов и фенолов, например:


Пестициды (ядохимикаты) - химические препараты для защиты сельскохозяйственной продукции, растений, для уничтожения парази­тов у животных, для борьбы с переносчиками опасных заболеваний и т.п.

Гидролиз пестицидов Одним из путей очистки воды от пестицидов - эфиров фосфорных кислот являтся гидролитическое расщепление. Возможность использо­вания химического гидролиза в качестве метода очистки от ФОП опре­деляется главным образом характером образующихся продуктов прев­ращения, степенью устойчивости и токсичности, их влиянием на ор­ганолептику воды. Максимальная устойчивость ФОП наблюдается в кислой среде. С повышением рН скорость гидролиза возростает. Иск­лючение состовляют диазинон, диазоксон, актеллик, для которых ха­рактерна высокая стабильность в нейиральной среде.

Изучение кинетиеи и продуктов гидролиза позволило устано­вить, что щелочной гидролиз ФОП обычно протекает с разрывом связи фосфор-кислород (P-O(S)), в то время, как при кислотном гидролизе происходит преймущественное расщепление углерод-кислородного фрагмента (O(S)-R)).

Для производных карбаминовых кислот - карбаматов наличие эфирной связи обуславливает их гидролиз, продуктом которого явля­ется неустойчивая карбаминовая кислота и оксисоединение. Схема гидролиза фенилкарбаматов на примере хлорпроизводного изопро­пил-N-фенилкарбамата (ИФК) приведена ниже:(стр37)

В случае гидролиза сложных эфиров динитрофенола кинетика ре­акций была подробно изучена на примере наиболее часто используе­мых представителях этого ряда - акрекса и каратана. Их ПДК, опре­деляемый по санитарному признаку 0,5-0,2 мг/дм3. Показано, что в щелочной среде гидролиз протекает с заметной скоростью (время по­лураспада 9-17 суток), и поэтому он может быть применен в качест-

ве метода, сокращающего и время и дозы реагентов на следующих этапах очистки воды.

Гидроли мочевины заметно протекает в кислой или щелочной среде при нагревании, в результате которого мочевина разлагается с образованием аммиака и диоксида углерода. Процесс этот рекомен­довандля очистки от мочевины сточных вод.

39. Фотодиссоциация (или фотолиз) — химическая реакция, при которой химические соединения разлагаются под действием фотонов электромагнитного излучения. Фотолиз является частью фотосинтеза, которая протекает в гранах хлоропластов. При фотолизе свет, поглощенный хлорофиллом превращается в химическую энергию, которая затем используется для разложения воды на водород и кислород. Фотолиз воды основан на прямом распаде молекулы воды под воздействием кванта fiv поглощенного света. При фотолизе воды выделяются кислород и протоны. Выделяющийся в результате фотолиза воды кислород - - основной, если не единственный фактор формообразования, земной атмосферы и поддержания в ней кислородного баланса.

Фотосенсибилизация — явление повышения чувствительности организма (чаще кожи и слизистых оболочек) к действию светового излучения. Фотосенсибилизаторы вызывают два типа реакций — фототоксические реакции и фотоаллергии. Фотоаллергия возникает, когда УФ-излучение химически изменяет вещество, оказавшееся на коже, так, что оно начинает вызывать аллергию.

40. Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность — способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды.

ВСПЕНИВАНИЕ ВОДЫ- образование пены в паровом котле на поверхности воды. Явление В. в. обусловливается наличием в воде крайне мелких органических веществ при одновременном присутствии растворимых солей (щелочей, сернокислого натрия).

Алкилбензолсульфонат - синтетическое анионное поверхностно-активное вещество, представляющее собой смесь натриевых солей алкилбензолсульфокислот с алкильными заместителями С10-С14,  экологически безвредное и биоразлагаемое. Основа синтетических моющих средств, пенообразующих композиций, смачивателей.

41. В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почва и растительность.Природные поверхностные воды обладают буферными способностями по отношению к посторонним водородным и гидроксильным ионам, т. е. способностью поддерживать постоянную величину рН вблизи нейтральной точки; за пределами интервала значений

 рН = 4–13 буферная способность полностью утрачивается. Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона и другой водной растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам.

Повышение кислотности приводит к появлению в воде высокотоксичных ионов тяжелых металлов – кадмия, свинца и других, которые прежде входили в состав нерастворимых в воде соединений и не представляли угрозы живым организмам.

Дефицит питательных веществ и интоксикация воды приводят к своеобразной «стерилизации» водоемов. Закисленная и токсичная вода разрушает скелеты рыб и раковины моллюсков, а главное – снижает репродуктивные процессы. В свою очередь, это приводит к сокращению популяций наземных животных и птиц, связанных с водной биотой трофическими цепями (цепи питания).

«Мертвая вода» усиливает дефицит пресной воды, обусловленный возрастающими масштабами хозяйственного и бытового использования и ее загрязнением.

42. Азот и фосфор как биогенные элементы постоянно присутствуют в водоемах в виде различных соединений, образующихся при разложении органического вещества. Избыточное накопление азота, фосфора и других биогенных элементов в водоемах приводит к интенсивному развитию фитопланктона (цветению воды), нарушению газового режима, отложению донных осадков. При разложении органических веществ, кроме того, образуются токсические продукты: трупные яды, аммиак, нитриты и нитраты, гидразин, гидроксиламин, сероводород, перекисные соединения, альдегиды и кетоны. Поэтому гибель рыб в таких водоемах, как правило, происходит от комплекса факторов: нарушения газового режима водоемов и отравления названными ядовитыми веществами.

43. Гранулометрический состав (механический состав, почвенная текстура) — относительное содержание в почве, горной породе или искусственной смеси частиц различных размеров независимо от их химического или минералогического состава. Гранулометрический состав является важным физическим параметром, от которого зависят многие аспекты существования и функционирования почвы, в том числе плодородие.

Под пористостью почвы следует понимать суммарный объем пор в единице объема почвы, выраженный в процентах. Размер пор и пористость почвы зависят от ее механического состава. Размер пор в однородной почве тем больше, чем больший размер имеют отдельные механические элементы почвы, т. е. ее зернистость. Величина естественных пор почвы, наличие в ней естественных или искусственных трещин и каналов оказывают существенное влияние на взаимодействие почвы с воздухом и водой, а также фильтрационную способность почв. Именно этим обусловлено их гигиеническое значение.

Гигроскопи́чность (от др.-греч. ὑγρός — влажный и σκοπέω — наблюдаю) — свойство некоторых веществ поглощать водяные пары из воздуха. Газообразная вода, задержанная почвой вследствие ее Г., называется гигроскопической. Она всегда содержится в почве (около 10—12%), как бы ни была, по-видимому, суха последняя, но не может служить для удовлетворения потребности растений в воде.

Кислотность почвы[1] — способность почвы проявлять свойства кислот. Актуальная кислотность — это pH почвенного раствора (на практике измеряется pH водной вытяжки при соотношении почва:вода = 1:2,5 для минеральных почв и 1:25 для торфяных). Повышенная кислотность почвы негативно сказывается на росте большинства культурных растений за счёт уменьшения доступности ряда макро- и микроэлементов, и наоборот, увеличения растворимости токсичных соединений марганца, алюминия, железа, бора и др., а также ухудшения физических свойств. Для снижения кислотности прибегают к известкованию.

44. Тяжелые металлы встречаются как в сточных водах, так и в отработавших газах и в связи со своей токсичностью и широким распространением представляют особую опасность для окружающей среды. Обычно тяжелые металлы осаждают и выделяют из сточных вод путем нейтрализации с помощью натрового щелока или извести в виде труднорастворимых гидроокисей.

45. Пестициды- собирательное название химических и биологических средств, используемых для борьбы с вредными организмами. Пестициды объединяют следующие группы таких веществ: гербициды, уничтожающие сорняки, инсектициды, уничтожающие насекомых-вредителей, фунгициды, уничтожающие патогенные грибы, зооциды, уничтожающие вредных теплокровных животных и т. д.

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ (галогенсодержащие углеводороды)  - углеводороды, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на атомы галогена. Сырье в промышленном органическом синтезе, растворители, хладоны.

В почве пероксид водорода из-за наличия в ней катализатора бурно разлагается. При этом образующийся кислород большей частью улетучивается, не вступая в реакцию с токсичными веществами, что усложняет процесс обезвреживания. Целью изобретения является повышение полноты обезвреживания и упрощение способа обезвреживания грунта и почвы от трудноокисляемых токсичных веществ.

46. Радионуклиды из почвы поступают в воду, воздух, а также включаются в биологические циклы миграции, создавая тем самым множественность путей внешнего и внутреннего облучения населения. На величину этих процессов оказывает влияние ряд факторов, прежде всего определяющих скорость вертикальной миграции. Среди них следует указать: тип почвы, ее минеральный и органический состав, ландшафтно-геохимические особенности региона, физико-химическое состояние выпавших радионуклидов и ряд других.

Стронций накапливается в зеленых растениях, в частности в злаковых (зерно), ис хлебопродуктами поступает в организм человека. Через сено (корм) он попадает в ткани животных (коров).

Как и радиоактивный стронций, цезий-137 отличает высокая подвижность во внешней среде, особенно в первое время после его выпадения, а также по пищевым цепям, которые аналогичны миграции стронция-90. Еще одна возможная пищевая цепь миграции радионуклидов: источник загрязнения — лекарственные растения — лекарственное растительное сырье — лекарственный препарат — человек.

Содержание йода в почвах является основополагающим фактором обеспечения йодом человека и животных. Содержание йода в почвах зависит от типа почвы, ее механического состава, рН почвенной среды, температуры и влажности. Обогащение почвы йодом может производиться путем внесения в почву йодсодержащих микроудобрений.

Содержание Радия в почве свыше 1·10-7-10-8кюри/кг заметно угнетает рост и развитие растений.

Адсорбция - поглощение газов, паров и жидкостей поверхностным слоем твёрдого тела (адсорбента) или жидкости.

Похожие работы на - Ответы физико-химические процессы в техносфере

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!