Экзаменационный билет № 9

1.Составьте алгоритм по использованию природных ресурсов и охраны окружающей среды от вредных выбросов при производстве стали.

 

 Основными источниками дымообразования в мартеновской печи являются топливо, газовыделение из сыпучих материалов при нагревании, а также образование СО и СО₂ при окислении углерода шихты.

Состав и количество отходящих продуктов сгорания изменяются при движении по дымоотводящему тракту мартеновской печи. Это связано прежде всего с подсосом атмосферного воздуха через неплотности кладки, так как отводящий тракт находится под разрежением. Величина подсосов зависит от разрежения на отдельных участках тракта, определяющегося конструктивными параметрами печи и герметичностью кладки, которые изменяются в течение кампании.

В период завалки основным источником пыли является шихта, из которой газовым потоком увлекаются мелкие частицы железной руды, известняка и других компонентов.

Практически за всеми крупными мартеновскими печами установлены котлы-утилизаторы, в которых за счет выработки водяного пара температура отходящих газов снижается с 600-700 до 220-250ºС.

Для очистки отходящих газов мартеновских печей применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури. Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинаково: и в том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м³, что соответствует санитарным требованиям.

Помимо выбросов через дымовые трубы, газы, загрязненные пылью и вредными газообразными компонентами, выделяются внутрь цеха через завалочные окна печей, от разливочных ковшей и другого оборудования.

Валовые выбросы оксида углерода на основных участках сталеплавильного цеха составляют, кг/т чугуна (стали):

В миксерном отделении... 0,3 – 0,4, В главном здании.. 1 – 2, Во дворе изложниц..... 0,25 – 0,30

 

2.Выбрать мероприятия по очистке загрязненных территорий от деятельности при производстве стали.

 

Практически за всеми крупными мартеновскими печами установлены котлы-утилизаторы, в которых за счет выработки водяного пара температура отходящих газов снижается с 600-700 до 220-250ºС. Котлы-утилизаторы мартеновских печей типизированы и изготовляются в серийном порядке котлостроительными заводами.

Для очистки отходящих газов мартеновских печей за рубежом применяют в основном установки двух типов: сухой очистки в электрофильтрах и мокрой очистки в скрубберах Вентури. Эффективность обоих аппаратов приблизительно одинаково: и в том, и в другом случае можно снизить концентрацию пыли в отходящих газах до 100 мг/м³, что соответствует санитарным требованиям.

Наиболее подходят для очистки мартеновских газов электрофильтры типа ЭГА, обеспечивающие при скорости газов 1-1,2 м/с степень очистки 98-99%. Примерно такую же степень очистки могут дать прямоугольные трубы Вентури с регулируемой горловиной, работающие со скоростью газов в горловине 100-200 м/с и удельным расходом воды 1-1,2 дм³/м³.

Наиболее перспективным способом очистки мартеновских газов от оксидов азота является каталитическое восстановление газов аммиаком. Оксид ванадия (v), применяемый в качестве катализатора, требует, чтобы температура газа была не ниже 250-300 ºС, а запыленность не выше 0,1 г/м³. Поэтому в случае очистки газов в электрофильтрах реактор целесообразно размещать после электрофильтра, повышая температуру газа до указанных пределов за счет недоохлаждения природного газа.

Помимо выбросов через дымовые трубы, газы, загрязненные пылью и вредными газообразными компонентами, выделяются внутрь цеха через завалочные окна печей, от разливочных ковшей и другого оборудования. Выбросы от мартеновских печей садкой 500-900 т приближенно могут быть оценены следующими цифрами, м³/ч, в межпродувочный период 3000-5000; в период кислородной продувки 6000-12000. В результате этих выбросов воздух в цехе оказывается весьма загрязненным. Концентрации пыли и СО составляют соответственно 4-10 и 0,01-0,03 мг/м³.

Система принудительной вентиляции в сталеплавильных цехах обычно нет. Вентиляция цеха осуществляется посредством аэрации, загрязненные выбросы выходят в атмосферу через аэрационные фонари.

Борьба с выбросами газов через окна печей ведется в двух направлениях: 

отвод выбирающихся газов с помощью аспирационных систем и создание воздушных завес на окнах. Аспирационные системы занимают много места, дороги в эксплуатации и мешают при проведении ремонта печи. Поэтому более перспективно второе направление.

 

3.Охарактеризуйте виды газового анализа: механические, акустические, тепловые, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, электрохимические, полупроводниковые.

 

Газовый анализ - качественное обнаружение и количественное определение компонентов газовых смесей. Проводится как с помощью автоматич. газоанализаторов, так и по лабораторным методикам. Как правило, методы газового анализа основаны на измерении физических параметров среды, значения которых зависят от концентраций определяемых компонентов. В избирательных методах измеряемое свойство зависит преимущественно от содержания определяемого компонента. Неизбирательные методы основаны на измерении интегральных свойств пробы (напр. плотности, теплопроводности), которые зависят от относит. содержания всех ее компонентов. Последние методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных газовых смесей, в которых варьируется содержание только определяемого компонента, а соотношение концентраций остальных компонентов не изменяется.

Выбор методов газового анализа, обеспечивающих избирательное определение интересующего компонента непосредственно по измерению физических параметров анализируемого газа, весьма ограничен. В большинстве случаев избирательность достигается предварительной обработкой пробы, напр. фракционированием, концентрированием, конверсией; в частности, применяют мембранные методы, которые служат для выделения определяемой примеси из анализируемого газа, удаления макрокомпонентов при концентрировании, разбавления пробы газом-носителем в заданное число раз.

Основные методы.

По характеру измеряемого физического параметра методы газового анализа можно разделить на механические, акустические, тепловые, магнитные, оптические, ионизационные, масс-спектрометрические, электрохимические, полупроводниковые.

К механическим методам относится волюмоманометрический метод, основанный на измерении объема или давления газовой пробы после химического воздействия на нее, которое может заключаться, например, в последовательном поглощении компонентов анализируемого газа подходящими реактивами в поглотительных сосудах. Минимально определяемые концентрации (МОК) от 0,001 до 0,01 %.

К механическим методам относят пневматические, среди которых различают аэростатический и аэродинамический. В первом измеряют плотность газовой смеси, во втором - зависящие от плотности и вязкости параметры таких процессов, как дросселирование газовых потоков, взаимод. струй, вихреобразование и т.д. Эти методы применяют для анализа бинарных и псевдобинарных смесей, напр. для определения Н2 в воздухе, Н2 в этилене, СО2 в инертных газах, С12 в Н2 и т.д. Минимальные определяемые концентрации (МОК) от 10-2 до 10 -1 мол. %.

Акустические методы основаны на измерении поглощения или скорости распространения звуковых и ультразвуковых волн в газовой смеси. Методы не избирательны и применяются, в частности, для определения СН4, О2, Н2 в бинарных и псевдобинарных смесях. МОК метода от 0,001 до 0,1 %.

Тепловые методы основаны на измерении теплопроводности газовой смеси (термокондуктометрический метод) или теплового эффекта р-ции с участием определяемого компонента - (термохим. метод). Термокондуктометрич. методом находят содержание, напр., Не, СО2, Н2, СН4 С12 в бинарных и псевдобинарных смесях (МОК от 10-2 до 10-1 мол. %). Термохим. метод используют для избирательного определения СО, СН4, О2, Н2, контроля в воздухе взрывоопасных и пожароопасных примесей (смесей газообразных углеводородов, паров бензина и т.д.).

В магнитных методах измеряют физические характеристики газа, обусловленные магнитными свойствами определяемого компонента в магн. поле. С их помощью контролируют содержание О2, отличающегося аномально большой парамагнитной восприимчивостью. Наиболее распространен термомагнитный метод, основанный на зависимости парамагн. восприимчивости О2 от его концентрации при действии магн. поля в условиях температурного градиента.

В оптических методах измеряют оптическую плотность (абсорбц. методы), интенсивность излучения (эмиссионные методы), коэффициент преломления (рефрактометрический) и некоторые другие оптические свойства.

Абсорбционыые методы, основанные на измерении селективного поглощения ИК-, УФ- или видимого излучения контролируемым компонентом, применяют, напр., для избирательного определения NO2, карбонилов некоторых металлов, О3, H2S, SO2, CS2, формальдегида, фосгена, С12, СС14, а также паров Hg, Na, Pb и др. элементов. МОК от 10-5 до 10-2 мол. %. Широко используется оптико-акустический метод, основанный на пульсации давления газа в лучеприемнике при поглощении прерывистого потока излучения, прошедшего через анализируемый газ.

В эмиссионных оптических методах измеряют интенсивность излучения определяемых компонентов. Излучение можно возбудить электрическим разрядом, пламенем, светом от др. источников (при использовании лазера МОК достигает 10-7-10-6 мол. %). Эти методы применяют для количественного определения многих элементов и соединений.

В хемилюминесцентном методе измеряют интенсивность люминесценции, сопровождающей некоторые химические реакции в газах. Метод применяют, в частности, для определения О3 и оксидов азота. Например, определение NO основано на его окислении озоном.

Рефрактометрический метод используется для определения СО2, СН4, ацетилена, SO2 и др. в бинарных и псевдобинарных смесях. Интерферометрический оптический метод основан на измерении смещения интерференционных полос в результате изменения оптич. плотности газовой смеси при изменении концентрации определяемого компонента. Применяется, напр., для определения СО2 и СН4 в воздухе.

Ионизационные методы основаны на измерении электрической проводимости ионизованных газовых смесей. Ионизацию осуществляют радиоактивным излучением, электрическим разрядом, пламенем, УФ-излучением, на нагретой каталитически активной поверхности. Напр., метод, основанный на измерении разницы сечений (вероятностей) ионизации газов радиоактивным излучением, используют для анализа таких бинарных смесей, как Н2—N2, N2—CO2, а также некоторых углеводородов.

Масс-спектрометрический метод, основанный на измерении масс ионизованных компонентов анализируемого газа, применяют для определения инертных газов, О2, Н2, оксидов углерода, азота и серы, а также неорганических, органических и металлоорг. летучих соединений.

В электрохимических методах измеряют параметры системы, состоящей из жидкого или твердого электролита, электродов и определяемого компонента газовой смеси или продуктов его реакции с электролитом. Так, потенциометрический метод основан на зависимости потенциала индикаторного электрода от концентрации иона, полученного при растворении определяемого компонента в р-ре; амлерометрический - на зависимости между током и количеством определяемого компонента, прореагировавшего на индикаторном электроде; кондуктометрический - на измерении электропроводности р-ров при поглощении ими определяемого компонента газовой смеси. Электрохимическими методами измеряют содержание примесей SO2, O2, H2S, C12, NH3, O3, NO2 и др.

В полупроводниковых методах газового анализа измеряют сопротивление полупроводника (пленки или монокристалла), взаимодействующего с определяемым компонентом газовой смеси. Взаимод. может состоять, напр., в хемосорбции газов пов-стью. Методы применяют для измерения содержания Н2, метана, пропана, О2, оксидов углерода и азота, галогенсодержащих соединений и др. МОК от 10-5 до 10-3 мол. %.

 

4.Составьте алгоритм отбора проб из природных и искусственных озер (прудов).

 

Пробы из природных и искусственных озер (прудов) отбирают с теми же целями, что и пробы воды из рек. Однако, учитывая длительность существования озер, на первый план выступает мониторинг качества воды в течение длительного периода времени (несколько лет), в том числе в местах, предполагаемых к использованию человеком, а также установление последствий антропогенных загрязнений воды (мониторинг ее состава и свойств). Отбор проб из озер должен быть тщательно спланирован для получения информации, к которой можно было бы применять статистическую оценку. Слабопроточные водоемы имеют значительную неоднородность воды в горизонтальном направлении. Качество воды в озерах часто сильно различается по глубине из-за термальной стратификации, причиной которой является фотосинтез в поверхностной зоне, подогрев воды, воздействие донных отложений и др. В больших глубоких водоемах может появляться также внутренняя циркуляция.

Следует отметить, что качество воды в водоемах (как озерах, так и реках) носит циклический характер, причем наблюдается суточная и сезонная цикличность. По этой причине ежедневные пробы следует отбирать в одно и тоже время суток (например, в 12 часов), а продолжительность сезонных исследований должна быть не менее 1 года, включая исследования серий проб, отобранных в течение каждого времени года. Это особенно важно для определения качества воды в реках, имеющих резко отличающиеся режимы — межень и паводок.