Podział środowiskowych czynników szkodliwych: fizyczne, chemiczne, biologiczne.
Wyjaśnij pojęcia:
Roztwór właściwy - układy o rozproszeniu cząsteczkowym, w których faza rozproszona jest rozdrobniona aż do cząsteczek, atomów lub jonów; wymiary cząsteczek fazy rozproszonej są rzędu wymiarów cząsteczek, czyli rzędu 1 nm. Cząstek tych nie obserwuje się nawet przy użyciu mikroskopu elektronowego. W wyniku rozpuszczania ciał stałych w wodnych roztworach właściwych mogą być jony i cząsteczki niezdysocjowane (rozpuszczanie: temperatura, hydroliza, utlenianie, wspólne jony); rozpuszczalność gazów - prawo Henrego - Daltona - rozpuszczalność każdej składowej części mieszaniny gazów jest wprost proporcjonalna do ciśnienia cząsteczkowego danego gazu nar roztworem (rozpuszczalność zwiększa się ze wzrostem ciśnienia, maleje ze wzrostem temperatury i stężenia soli w wodzie); cząsteczki o średnicy d ≤ 10-7 cm.
Potencjał ζ - różnica potencjału elektrokinetycznego powstająca między warstwą adsorpcyjną i ruchomą częścią warstwy dyfuzyjnej.
Absorpcja - proces pochłaniania gazu przez absorbent (ciecz, substancję pochłaniającą), zachodzi w całej objętości.
Roztwór koloidalny - (koloid, układ koloidowy, układ koloidalny) - niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w których jedna z substancji jest rozpuszczona w drugiej.
Emulsja - układ koloidalny, w którym ośrodek rozpraszający i substancja rozpraszana jest cieczą, a wielkość kropelek cieczy rozproszonej dochodzi niekiedy do 103cm. Są to układy termodynamiczne nietrwałe i odnoszą się do układów nierozpraszających się wzajemnie cieczy. Emulsje łatwo ulegają koalescencji, czyli łączeniu się kropelek cieczy rozproszonej w większe krople. W celu zapobiegnięcia koalescencji dodaje się emulgatorów. Podstawowym warunkiem utworzenia emulsji w układzie dwóch cieczy jest całkowity brak lub bardzo mała ich wzajemna rozpuszczalność.
Twardość wody - zawartość jonów wapnia i magnezu, oraz jony żelaza, glinu, manganu, kationy metali ciężkich. Twardość wody: wapniowa i magnezowa; węglanowa (przemijająca - wodorowęglany) i niewęglanowa (nieprzemijająca, stała - siarczany i chlorki).
Koagulacja - proces przechodzenia zolu w żel; w wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody (koloidy hydrofobowe - cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali) lub intensywność jej barwy (koloidy hydrofilowe - cząstki organiczne zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy, oraz wodne tlenki metali).
Usuwanie związków organicznych z gazów odlotowych można wykonać wykorzystując następujące procesy: utlenianie (głównie do CO2, H2O); adsorpcja; absorpcja; kondensacja (skraplanie par).
Sposoby utleniania związków organicznych: spalanie w płomieniu (temp. ~ 1500K); spalanie termiczne (900 - 1400K); utlenianie katalityczne (500 - 900K); metody biologiczne (280 - 330K, optymalna temperatura 310K).
Podział absorpcyjnych metod odsiarczania spalin: proste odpadowe - produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczyn wapnia i popiołu) wydalany jest w całości na składowiska, do wypełnień górniczych lub do morza; składowiska wymagają rekultywacji; półodpadowe - produktem jest gips CaSO4 x 2H2O, który można wykorzystać, np. w budownictwie, ale często jest składowany (mniejsze zagrożenie dla środowiska niż produkt odsiarczania metodą odpadową); bezodpadowe - absorbent jest zregenerowany, a wydzielony SO2 wykorzystuje się do produkcji H2SO4, siarki elementarnej lub innych gałęziach przemysłu (najkorzystniejsze rozwiązanie).
Podział urządzeń odpylających: odpylacze suche (grawitacyjne, bezwładnościowe, odśrodkowe, elektrostatyczne, filtracyjne); odpylacze mokre (barbotażowe, płuczki bez wypełnienia, płuczki z wypełnieniem nieruchomym, płuczki z wypełnieniem ruchomym, odpylacze Venturiego). Inny podział: odpylacze mechaniczne suche, odpylacze mokre, filtracyjne, elektrostatyczne.
Podział koloidów uwzględniający wartości dyspergowania i powinowactwa do rozpuszczalnika: W zależności od wartości dyspergowania koloidów, dzieli się je na: koloidy asocjacyjne - układy, w których substancja rozproszona samorzutnie przechodzi w stan koloidalny; koloidy dyspersyjne - układy, w których substancję rozproszoną otrzymuje się przez wymuszone rozdzielenie.
W zależności od powinowactwa do rozpuszczalnika, koloidy dzieli się na: koloidy lipofilowe (hydrofilowy dla układów, gdzie ośrodkiem rozpraszającym jest woda) mające duże powinowactwo do rozpuszczalnika, dzięki czemu części koloidalne otaczają się cząsteczkami rozpuszczalnika, co nadaje im trwałość; koloidy liofobowe (hydrofobowe) posiadające małe powinowactwo do rozpuszczalnika i na swojej powierzchni gromadzące ładunek elektryczny.
Narysuj budowę i krótko opisz micele: Micela składa się z jądra, w skład którego wchodzą obojętne cząsteczki. Na powierzchni jądra zaadsorbowane są z roztworu jony (w przypadku KI jony jodkowe I-). Warstwa ta nosi nazwę warstwy adsorpcyjnej i wiążą się one luźno z warstwą rozmytą albo dyfuzyjną zawierającą K+. jądro razem z warstwą adsorpcyjną nosi nazwę granuli. Na granicy fazy jądro cząsteczki koloidalnej - roztwór, powstaje podwójna warstwa elektryczna.
Omów procesy hydrogeochemiczne wpływające na skład wód podziemnych: utlenianie i redukcja; rozpuszczanie (ługowanie) i strącanie; hydratacja i hydroliza; wietrzenie; sorpcja, wymiana jonowa i procesy membranowe; migracja (dyspersja); procesy biochemiczne.
Jakie czynniki fizyczne określa się badając wodę na jej potrzeby przemysłu i ludzi: mętność - obecność drobno zdyspergowanych zawiesin, przeciętnie od kilku do kilkudziesięciu g/m3; barwa - substancje koloidalne i rozpuszczone mikroorganizmy: barwa od 5 do 20 Pt/g/m3; smak - funkcja rodzaju i ilości występujących w niej substancji oraz temperatury i produkty procesów biochemicznych i zanieczyszczenia pochodzenia antropogenicznego; zapach - związki najczęściej pochodzenia organicznego i gazy rozpuszczone w wodzie; temperatura.
Wymień i zdefiniuj 5 procesów fizykochemicznych do uzdatniania wody (opisz): koagulacja, zmiękczanie, odsalanie wody, odżelazianie, usuwanie manganu, odkrzemianie, stabilizacja wody.
Wymień urządzenia do usuwania zanieczyszczeń mechanicznych: kraty (usuwanie zawiesin), sita (usuwanie drobniejszych zanieczyszczeń; sita ruchome i obrotowe), mikrosita (usuwanie zawiesin, np. plankton; bębny obrotowe pokryte tkaniną z nierdzewnych nitek metalowych), osadniki (zbiorniki o różnej konstrukcji, w których odbywa się proces oddzielania subtelnych zawiesin).
Do naturalnych składników naturalnych koloidalnych powodujących mętność wody należą: koloidy hydrofobowe (cząstki zawiesin nieorganicznych i bezwodne tlenki metali); wodorotlenki żelaza i glinu, glinokrzemiany.
Do naturalnych składników naturalnych koloidalnych powodujących barwę należą: koloidy hydrofilowe (cząstki organiczne zawieszone, żywe i martwe mikroorganizmy, oraz wodne tlenki metali); związki humusowe, ich stopień dysocjacji - barwa - zwiększa się z pH.
W procesie koagulacji stosuje się substancje wspomagające, które wpływają na te substancje: dodawanie koloidu o znaku przeciwnym do znaku koloidów obecnych w oczyszczonej wodzie; dodanie elektrolitu, który zmniejsza potencjał elektrokinetyczny; działanie promieni beta i gamma; ogrzewane; działanie mechaniczne - wytrząsanie; dehydratację spowodowaną środkami odwadniającymi; wymrażanie.
W procesie przenoszenia masy absorbenta wyróżnia się etapy: 1. transport cząsteczek adsorbatu w masie roztworu do warstwy granicznej roztwór - absorbent. Wynik dyfuzji i adwekcji. 2. dyfuzja w warstwie granicznej w pobliże powierzchni absorbenta. 3. dyfuzja w porach adsorbenta do miejsc aktywnych. 4. dyfuzja powierzchniowa. 5. adsorpcja właściwa (wiązanie adsorpcyjne) polega na zlokalizowaniu cząsteczek adsorbatu w miejscach aktywnych adsorbenta. Cząsteczki adsorbatu utrzymywane mogą być na powierzchni sorbenta przez: wiązania wodorowe, interakcje dipol - dipol, siły van der Waalsa, oddziaływania elektrostatyczne.
Scharakteryzuj krótko adsorpcje fizyczną: Adsorpcja fizyczna - uwarunkowana jest siłami oddziaływań międzycząsteczkowych (van der Waalsa); cechuje ją: niewielkie ciepło procesu adsorpcji; odwracalność w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury; tworzenie się warstw adsorpcyjnych o grubości odpowiadającej kilku średnicom cząsteczek adsorbatu.
Scharakteryzuj krótko adsorpcje chemiczną: Adsorpcja chemiczna - chemisorpcja, adsorpcja specyficzna zachodząca pod wpływem sił chemicznych.. cechuje ją: duże ciepło adsorpcji, tego samego rzędu co ciepło reakcji chemicznej; bardzo trudne usunięcie warstw adsorpcyjnych, będących z reguły jednocząsteczkowymi.
Wymień rodzaje adsorbatów usuwanych z wód na węglach aktywnych: rozpuszczalniki aromatyczne (benzen, toluen), chlorowane związki aromatyczne (PCBs, chlorobenzeny), fenol i chlorofenole, WWA (acenaften, benzopireny), pestycydy i herbicydy (DDT, aldryna, chloran), chlorowane niearomatyczne (tetrachlorek węgla), węglowodory o dużej masie cząsteczkowej (barwniki, aminy, benzyna, związki humusowe).
O skuteczności i przydatności węgli aktywnych decydują: pojemność adsorpcyjna (zdolność adsorpcyjna - wartość wskaźników, liczby: fenolowa, miligramowa, metylenowa); wielkość powierzchni właściwej (w zależności od gatunku węgla może wynosić od kilku/kilkuset do 2000m2/g; węgle mogą sorbować do 20% substancji w stosunku wagowym); wielkość porów i ich rozkład (adsorbenty mikroporowate - d > 50nm, usuwane kwasy fulwowe - produkt obróbki cieplnej bez dostępu powietrza; adsorbenty mikroporowate - d< 20nm, usuwane fenole; adsorbenty różnoporowate uzyskuje się w wyniku aktywacji węgli szerokoporowatych); chemiczna natura powierzchni (rodzaj i ilość grup funkcyjnych, grupy zawierające tlen); uziarnienie (szybkość sorpcji związków organicznych, która zmniejsza się ze wzrostem średnicy cząstek); w przypadku Z/GWA wytrzymałość na ścieranie i kruszenie.
Wymień etapy wymiany jonów z roztworu na jony wymieniacza jonowego: transport jonu z roztworu do powierzchni ziarna jonitu; transport do miejsca wymiany; reakcja podwójnej wymiany; transport wypartego jonu wewnątrz ziarna jonitu od miejsca wymiany do powierzchni ziarna jonitu; transport do roztworu.
Jakie katalizatory stosuje się w ogniwach paliwowych: Pt, Pt/Ru (środowisko kwasowe), Au (środowisko zasadowe), Ag (zasadowe), Ni, NiO2 (zasadowe), Pervoskity (zasadowe), spinele (zasadowe), porfiryny i porfirytowe kompleksy metali (kwasowe).
Podział metod elektrochemicznego oczyszczania ścieków w zależności od procesu przebiegającego na elektrodach: bezpośrednie reakcje elektrodowe wydzielania lub rozkładu zanieczyszczeń; katalityczne utlenianie organicznych zanieczyszczeń na elektrodach modyfikowanych; usuwanie związków organicznych za pomocą generowanego elektrochemicznie nadtlenku wodoru; usuwanie zanieczyszczeń za pośrednictwem innych mediatorów generowanych elektrochemicznie (Cl2, Ag2+, ClO-).
Bezpośrednie reakcje elektrodowe wydzielania lub rozkładu zanieczyszczeń stosuje się do: 1. Hg2+ usuwane mogą być ze ścieków przemysłowych w procesie redukcji z użyciem katod z porowatego węgla szklistego, proces elektrolizy prowadzony może być w warunkach ampero- lub potencjostatycznych. 2. odzysk miedzi jednocześnie z destrukcją jonów cyjankowych. W alkalicznym roztworze, na powierzchni anody z Ti/Pt oraz stali nierdzewnej, jony cyjankowe ulegają utlenianiu zgodnie z równaniami reakcji: CN- + 2OH- → CNO- + H2O + 2e-; CNO- + 4OH- → 2CO2 + N2+ H2O + 6e-. 3. jony Fe (II) wydziela się ze ścieków w postaci wodorotlenku lub uwodnionych tlenków Fe(III). Proces ten poprzedza elektrochemiczne utlenienie jonów Fe(II) do Fe(III). 4. usuwanie jonów azotanowych przez katalizowaną jonami miedziowymi, elektroredukcji zasadowych roztworów. W badaniach stosowano katodę miedziową oraz anodę Ti/Pt. proces przebiega zgodnie z równaniem: NO3- + 3H2O + 5e- → ½ N2 + 6OH-.