4. Podstawowe zanieczyszczenia nieorganiczne i organiczne w środowisku.

Zanieczyszczenie środowiska — stan środowiska wynikający z wprowadzania do powietrza, wody lub gruntu, substancji stałych, ciekłych lub gazowych lub energii w takich ilościach i takim składzie, że może to ujemnie wpływać na zdrowie człowieka, przyrodę ożywioną, klimat, glebę, wodę lub powodować inne niekorzystne zmiany.

Zanieczyszczenia środowiska dzielą się na:

• Zanieczyszczenie powietrza - występowanie w atmosferze różnych substancji w takiej koncentracji i przez tak długi czas, że prowadzi do szkodliwych konsekwencji dla zdrowia lub samopoczucia ludzi, dla organizmów żywych albo do uszkodzeń obiektów nieożywionych (np. przez korozję). Główne zanieczyszczenia powietrza: dwutlenek siarki (SO₂), tlenki azotu (NO), tlenek węgla (CO), ozon troposferyczny (O₃), ołów (Pb), pyły,

• Zanieczyszczenia wody - zmiany cech fizycznych, chemicznych i biologicznych, uniemożliwiające wykorzystanie wód do celów pitnych lub gospodarczych. Główne zanieczyszczenia wód: pestycydy, węglowodory, fenole, metale ciężkie

• Zanieczyszczenia gleby - zmiana cech gleby uniemożliwiająca jej normalne użytkowanie. Główne zanieczyszczenia gleby: metale ciężkie, nawozy sztuczne

Skażenia promieniotwórcze - to skażenie wody, gleby lub powietrza substancjami promieniotwórczymi powstałe przeważnie podczas awarii urządzeń jądrowych lub wybuchu bomby atomowej.

• Zanieczyszczenie hałasem to zanieczyszczenie spowodowane dużą emisją hałasu przez urządzenia mechaniczne np. maszyny budowlane, środki transportu - takie jak samoloty, samochody, głośniki nadające muzykę w miejscach publicznych, muzak itp. Jest typowe dla środowiska miejskiego.

• Zanieczyszczenie krajobrazu polega na zmniejszeniu wartości estetycznych otoczenia przez ingerencję człowieka np. hałdy.

• Zanieczyszczenie światłem to emisja światła, która przeszkadza przeważnie w obserwacjach astronomicznych, i w żerowaniu zwierzętom.

Najpoważniejszymi dotychczas odczuwanymi przez nas skutkami degradacji środowiska są:

• Globalne ocieplenie

• Dziura ozonowa

• Smog

• Kwaśne deszcze

• Ozon przygruntowy

• Hałas

• Odory

15. Klasyfikacja i ogólna charakterystyka źródeł energii.

Źródła energii - nazywane inaczej nośnikami energii - dzieli się na:

• nieodnawialne, czyli surowce energetyczne, tj.: węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, torf, łupki i piaski bitumiczne, pierwiastki promieniotwórcze (uran, tor i rad);

• odnawialne, do których należy siła spadku wody, energia wiatru, energia słoneczna, energia wody morskiej (prądów, fal, pływów, różnic temperatury), energia geotermiczna i energia biomasy.

Ciągły wzrost zapotrzebowania na energię, kurczenie się zasobów kopalnianych oraz względy ekologiczne i ekonomiczne stawiają przed ludźmi nowe zadania i wyzwania w tej dziedzinie. Zwłaszcza w ostatnich latach dąży się do opracowania efektywnych metod pozyskiwania prądu ze źródeł odnawialnych takich jak:

• Słońce - kolektory słoneczne

• Woda - elektrownie wodne

• Wiatr - elektrownie wiatrowe

• Złoża geotermiczne - ogrzewanie

• Biomasa i biogaz

Odnawialne źródło energii
Jest to źródło wykorzystujące w procesie przetwarzania energię słoneczną występującą w rozmaitych postaciach, w szczególności promieniowania słonecznego, energii wiatru, czy biomasy, a także energię kinetyczną płynącej wody i wewnętrzne ciepło Ziemi. Przy obecnym poziomie cywilizacji technicznej za odnawialne źródło energii można w pewnym sensie uznać także tę część odpadów komunalnych i przemysłowych, która nadaje się do energetycznego przetworzenia, zwłaszcza tworzywa sztuczne i metale.

Zalety źródeł odnawialnych:

• minimalny wpływ na środowisko,

• oszczędność paliw (eliminacja zużycia węgla, ropy i gazu w produkcji energii elektrycznej),

• duże  stale odnawiające się zasoby energii,

• stały koszt jednostkowy uzyskiwanej energii elektrycznej,

• możliwość pracy na sieć wydzieloną, rozproszone na całym obszarze kraju, co rozwiązuje problem transportu energii, gdyż mogą być pozyskiwane w dowolnym miejscu oraz eliminuje straty związane z dystrybucją i pozwoli uniknąć budowy linii przesyłowych

26. Przepływ laminarny i burzliwy, równanie Bernoulliego.

Przepływ laminarny jest to przepływ uwarstwiony (cieczy lub gazu), w którym kolejne warstwy płynu nie ulęgają mieszaniu (w odróżnieniu od przepływu turbulentnego, burzliwego). W ruchu laminarnym elementy płynu poruszają sie po torach prostych lub łagodnie zakrzywionych, w zależności od kształtu ścian sztywnych, co sprawia wrażenie,

jakby płyn poruszał sie warstwami, miedzy którymi nie odbywa sie wymiana płynu. Podczas przepływu laminarnego, charakteryzującego sie przewaga sił lepkości nad siłami bezwładności, wszelkie powstające przypadkowo zaburzenia są tłumione, zatem przepływ ten jest stateczny (stabilny).

Jednym z najprostszych przypadków ruchu laminarnego płynu lepkiego nieściśliwego jest ustalony ruch w rurze o stałym przekroju, podczas którego linie prądu są prostymi równoległymi do osi rury. Ruch taki może zachodzić, jeśli tylko liczba Reynoldsa nie przekracza krytycznej wartości

gdzie: V - średnia prędkość płynu w przewodzie,

d_z - średnica lub średnica zastępcza obliczana z zależności:

A - przekrój przepływowy,

U - obwód zwilżony,

ν - kinematyczny współczynnik lepkości.

Schematyczne porównanie profilu prędkości w przepływie: A) laminarnym, B) turbulentnym.

Przepływ turbulentny, inaczej zwany burzliwym, jest zupełnie inny niż przepływ laminarny, gdyż występuje w nim wymiana pędu, masy i ciepła pomiędzy sąsiednimi warstwami płynu. Ta wymiana ma charakter pulsacji mikroskopowych, podczas gdy dla przepływu laminarnego mówi się jedynie o pulsacjach mikroskopowych w postaci ruchów molekularnych. Należy zaznaczyć, że częstość pulsacji w przypadku przepływu turbulentnego waha się w granicach 1-10 000 [1/s], zaś dla zderzeń molekuł powietrza wynosi około 5·10⁹ [1/s]. Widzimy, zatem, że te pulsacje mają zupełnie inny charakter.

Zjawisko turbulencji powstaje wtedy, gdy na główny przepływ nakładają się pulsacje. Jest ono bardzo złożone, a co za tym idzie, nie do końca poznane. W danym punkcie przestrzeni prędkość przepływu oscyluje dokoła pewnej wartości, występują tak zwane fluktuacje.

Znajomość intensywności turbulencji jest ważna, gdyż ich wielkość wpływa wydatnie na opory przepływu. Przykładem tego jest lepkość turbulentna η_t która zależy wyłącznie od intensywności turbulencji i może przyjmować nieporównywalnie większą wartość niż w przypadku ruchu laminarnego.

Rozkład prędkości w przepływie burzliwym ma bardziej spłaszczony charakter niż w przepływie laminarnym, mówiąc inaczej przepływ turbulentny rozkładem prędkości jest bardziej zbliżony do przepływu tłokowego. Spłaszczenie to jest oczywiście wynikiem występowania turbulencji. Ich oddziaływanie zwiększa się wraz ze wzrostem liczby Reynoldsa. Znajomość rozkładu prędkości jest ważna ponieważ w technice większość przepływów ma charakter burzliwy. Można go jednak określić wyłącznie na drodze doświadczalnej.

Równanie Bernouliego

Założenia:

ciecz jest nieściśliwa

ciecz nie jest lepka

przepływ jest stacjonarny i bezwirowy

Przy powyższych założeniach równanie przyjmuje postać:

gdzie:

em - energia jednostki masy płynu,

ρ- gęstość płynu,

v- prędkość płynu w rozpatrywanym miejscu,

h- wysokość w układzie odniesienia, w którym liczona jest energia potencjalna,

g- przyspieszenie grawitacyjne,

p- ciśnienie płynu w rozpatrywanym miejscu.

Z równania Bernoulliego dla sytuacji przedstawionej na rysunku zachodzi prawidłowość:

Jeżeli zaniedbać zmianę wysokości odcinków rury, to wzór upraszcza się do:

W rurze o mniejszym przekroju ciecz płynie szybciej (), w związku z tym panuje w niej mniejsze ciśnienie niż w rurze o większym przekroju.

Ciecz płynąc w rurze o zmieniającym się przekroju ma mniejsze ciśnienie na odcinku, gdzie przekrój jest mniejszy.

30. Higienizacja i biologiczna stabilizacja osadów ściekowych.

Biologiczna stabilizacja osadów

Stabilizacja osadów ściekowych należy do podstawowych procesów przeróbki osadów. Polega na przetworzeniu osadu w taki sposób, aby zlikwidować jego zdolność do zagniwania. Proces stabilizacji łączy się często z higienizacją osadu, czyli zmniejszeniem ilości lub likwidacją organizmów chorobotwórczych w jego masie.

Metodą powszechnie stosowaną w dużych oczyszczalniach ścieków jest biologiczna stabilizacja beztlenowa. Stabilizacja beztlenowa, zwana fermentacją metanową, jest procesem, którego głównym produktem jest przefermentowany osad oraz gaz zawierający 60 - 80 % metanu. Podczas stabilizacji beztlenowej następują w osadzie zmiany w składzie chemicznym i właściwościach fizycznych osadu. Następuje rozkład materii organicznej, wytwarzana jest znaczna ilość biogazu, który można wykorzystać na cele energetyczne oczyszczalni.

Higienizacja osadów

Skażenie osadów niepożądanymi mikroorganizmami chorobotwórczymi jest zależne od ścieków dopływających do oczyszczalni. Większe zagrożenia mogą wynikać z udziału w ogólnej masie dopływu ścieków z zakładów przetwarzających produkty zwierzęce oraz obiektów służby zdrowia.

Higienizacja osadów może zachodzić w różnym stopniu w różnych procesach przerobu osadów, lub w procesie wydzielonym, którego wyłącznym celem jest higienizacja.

Procesy stabilizacji tlenowej lub beztlenowej znacznie obniżają poziom zakażeń, jednak nawet realizowane w warunkach termofilnych nie dają gwarancji pełnej higienizacji, jeśli nie są prowadzone przy zachowaniu szczególnych wymagań. Wysoki stopień higienizacji jest uzyskiwany przy długookresowym odwadnianiu na poletkach osadowych. Skuteczna higienizacja jest szczególnie ważna jeśli osad jest przeznaczony dla rolniczego wykorzystania.

Do procesów higienizacji osadów ściekowych należą:

• pasteryzacja,

• wapnowanie,

• higienizacja radiacją.

Pasteryzacji poddaje się zwykle osady zagęszczone. Proces polega na podgrzaniu osadu i utrzymaniu jego temperatury na określonym poziomie przez pewien czas. Pasteryzacja może być realizowana w różnych miejscach procesu technologicznego: przed fermentacją, między I i II stopniem fermentacji metanowej, po fermentacji, po stabilizacji tlenowej itp.

Wapnowanie jest to proces oddziaływania wapna na osad ściekowy poddawany higienizacji. Oddziaływanie to ma na celu podwyższenie pH do wartości, przy których następuje inaktywacja enzymów i występują zmiany w budowie białek.

Jeżeli zostanie zastosowany tlenek wapnia CaO, zamiast wapna hydratyzowanego, wówczas dochodzi drugie oddziaływanie, którym jest podwyższona temperatura.

Higienizacja radiacją. Całkowite wyjałowienie osadów można uzyskać stosując wiązki przyśpieszonych elektronów oraz promieniowanie. Metody te są dość drogie pod względem kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, niemniej są stosowane w takich krajach jak: Niemcy, USA, Kanada. Wiązki elektronów stosowane są do wyjaławiania osadów ciekłych, a promieniowanie ? do ciekłych, odwodnionych i suchych.

Stabilizacja połączona z higienizacją osadów ściekowych polega na zastosowaniu substancji silnie alkalizujących bądź zakwaszających, które powodują skuteczne zniszczenie mikroorganizmów chorobotwórczych, pasożytów i różnych form przetrwalnikowych.

Zaleca się higienizować lub stabilizować osady odwodnione ze względów ekologicznych.

---