- •Учебно-методические разработки для самостоятельной работы студентов по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Часть II
- •Специальные методы очистки сточных вод и основные методы сепарации твердых отходов
- •Введение
- •Глава 1. Химические методы очистки сточных вод
- •1.1 Нейтрализация
- •1.1.1. Нейтрализация смешиванием
- •1.1.2. Нейтрализация добавлением реагентов
- •1.1.3. Нейтрализация фильтрованием кислых вод через нейтрализующие материалы
- •1.2. Нейтрализация кислыми газами
- •1.2.1. Окисление и восстановление
- •1.2.2. Окисление пероксидом водорода
- •1.2.3. Окисление кислородом воздуха
- •1.2.4. Озонирование
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Явление осмоса и его использование при очистке сточных вод
- •2.1. Осмотическое давление
- •2.2. Биологическая роль осмотического давления
- •2.3. Законы осмотического давления
- •2.4. Термодинамика осмотического давления
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Физические основы электродных процессов при очистке сточных вод от примеси
- •3.1. Явления электролиза, поляризации и перенапряжения
- •3.1.1 Электролиз
- •3.1.2. Кривая напряжения
- •3.1.3. Электродвижущие силы разложения
- •3.1.4. Потенциал разложения
- •3.1.5. Концентрационная поляризация
- •3.1.6. Деполяризация
- •3.1.7. Перенапряжение
- •3.2. Электрокапиллярные явления
- •3.2.1. Зависимость поверхностного напряжения от заряда
- •3.2.2. Влияние адсорбции на электрокапиллярную кривую
- •3.2.3. Проблема абсолютных потенциалов
- •3.3. Электрокинетические явления
- •3.3.1. Диффузионный двойной слой и электрокинетический потенциал
- •3.3.2. Емкость двойного слоя
- •3.3.3. Электроосмос
- •3.3.4. Потенциал течения
- •3.3.5. Электрофорез
- •3.3.6. Потенциалы осаждения
- •3.4. Электрохимические методы очистки сточных вод
- •3.4.1. Анодное окисление и катодное восстановление
- •3.4.2. Электрокоагуляция
- •3.4.3. Электрофлотация
- •3.4.4. Электродиализ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Физические основы процессов переработки твердых бытовых отходов
- •4.1. Процессы измельчения и дробления
- •4.1.1. Назначение операций дробления и измельчения
- •4.1.2. Степень дробления и измельчения
- •4.1.3. Стадиональность и схемы дробления и измельчения
- •4.1.4. Удельная поверхность диспергированного материала
- •4.1.5. Современные представления о разрушении твердого материала
- •4.1.6. Механические свойства твердых тел при простых видах деформации
- •4.1.7. Законы дробления
- •4.1.8. Способы дробления, классификация машин для дробления и измельчения
- •4.2. Процесс грохочения
- •4.2.1. Основные понятия и назначение грохочения
- •4.2.2. Просеивающая поверхность
- •4.2.3. Способы определения гранулометрического состава
- •4.2.4. Ситовый анализ
- •4.2.5. Характеристики крупности
- •4.2.6. Аналитическое представление характеристик крупности
- •4.2.7. Дифференциальные функции распределения по крупности
- •4.2.8. Вычисление поверхности и числа частиц по уравнениям суммарной характеристики крупности
- •4.2.9. Эффективность процесса грохочения
- •4.2.10. «Легкие», «трудные» и «затрудняющие» частицы
- •4.2.11. Вероятность прохождения частиц через отверстия сита
- •4.2.12. Факторы, влияющие на процесс грохочения
- •4.3. Электромагнитная сепарация. Физические основы процесса
- •4.4. Электростатическая сепарация. Физические основы процесса
- •4.5. Электродинамическая сепарация
- •4.6. Сепарация твердых материалов по коэффициенту трения
- •4.7. Сепарация на основе явления смачиваемости
- •4.8. Аэросепарация
- •4.9. Составление балансной схемы переработанного твердого сырья
- •4.9.1. Баланс материалов при переработке твердых отходов
- •4.9.2. Технологические и технико-экономические показатели переработки твердых отходов
- •Контрольные вопросы
- •Варианты домашнего задания по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •1. Отстаивание, сгущение, осветление.
- •2. Флотация
- •3. Экстракция
- •4. Дробление и грохочение
- •5. Измельчение и классификация
- •6. Магнитное и электрическое разделение
- •Примеры выполнения домашних заданий
- •Темы заданий для курсовых работ по курсу «Теоретические основы защиты окружающей среды»
- •Пример выполнения курсовой работы
- •Литература
- •Оглавление
- •Глава 1. Химические методы очистки сточных вод 6
- •Глава 2. Явление осмоса и его использование при очистке сточных вод 20
- •Глава 3. Физические основы электродных процессов при очистке сточных вод от примеси 31
- •Глава 4. Физические основы процессов переработки твердых бытовых отходов 73
2.4. Термодинамика осмотического давления
Независимо от каких-либо допущений и представлений о механизме осмотического давления и о поведении частиц в растворе термодинамическим путем может быть найдено общее и точное соотношение между осмотическим давлением раствора и понижением давления пара растворителя над ним.
Пусть раствор отделен от чистого растворителя полупроницаемой перегородкой, способной перемещаться, и пусть количество раствора столь велико, что прибавление к нему или отнятие от него одного моля растворителя не изменяет заметным образом его концентрации.
Можно двояким путем обратимо и изотермически перевести один моль растворителя из чистого растворителя в раствор.
а) Испарим 1 моль растворителя из чистого растворителя под давлением его насыщенного пара р0, расширим его до давления р над раствором и под этим давлением сконденсируем пар в раствор. Работы испарения и конденсации, при постоянном давлении, равные RT и –RT, взаимно сокращаются, и остается работа обратимого изотермического расширения.
.
б) Такой же перенос можно совершить передвиганием полупроницаемой перегородки в направлении от раствора к чистому растворителю до тех пор, пока через нее не пройдет раствор объемом V растворителя, отвечающий одному молю его в парообразном состоянии. Это утверждение можно принять лишь в первом приближении, т.к. из-за ассоциации или диссоциации один моль пара может быть не равен по массе одному молю в жидком состоянии. При этом приближенно получается работа
![]()
за
счет осмотического давления P,
так как оно остается постоянным. Работа
обратимого изотермического процесса
не зависит от пути. Поэтому
или
(2.2)
Это соотношение между осмотическим давлением и давлением пара растворителя верно для любых растворов, как идеальных, так и неидеальных, независимо от концентрации. Ему можно придать другую, тождественную, но более удобную для применения форму, заменив объем V 1 моля растворителя его плотностью ρ. Если его молекулярный вес (в парообразном состоянии) равен M0, то M0 граммов занимают объем 1000 см3, откуда плотность ρ=M0/1000 V, что с (2.2) дает
. (2.3)
С помощью этого уравнения (2.3) осмотическое давление может быть вычислено с большой точностью даже в очень концентрированных растворах, где оно достигает сотен атмосфер.
Из (2.3) легко получить уравнение (2.2) Ван-Гоффа для сильно разбавленных растворов. Последние подчиняются закону Рауля, согласно которому ln p0/p = –lnN0 = –ln(1–N), где N и N0 - молярные доли растворенного вещества и растворителя. Если раствор сильно разбавлен, то достаточно положить - ln(1–N) равным N и последний, согласно (2.3), равным c M0/1000ρ. Делая эти замены в (2.3), получаем уравнение Ван-Гоффа
P = RTc,
где c - концентрация в моль/л.
Более точные соотношения для идеальных растворов, справедливые и при более высоких концентрациях, получаются, если не делать указанных упрощений.
Из (2.3) и (2.2) получаем
. (2.4)
Заменив –ln(1–N) через N, получаем для разбавленных растворов уравнение значительно более точное, чем уравнение Ван-Гоффа:
. (2.4а)
Наконец, легко найти также приближенное уравнение для осмотического давления как функции от концентрации m в молях на 1000 г растворителя. В разбавленном растворе из n молей растворенного вещества и n0 молей растворителя можно положить N = n/(n+n0) равным n/n0 (так как n мало по сравнению с n0). Заметив, что n0 молей растворителя имеют объем n0V литров и массу n0V1000ρ граммов и содержат n молей растворенного вещества, получаем, что 1000 г его содержат m=1000n/1000ρn0V молей. Окончательно: n/n0=N=mVρ, что с (4) дает (4б).
. (2.4б)
Что объясняет постоянство отношения P/m в разбавленных растворах. Уравнение (2.4б) менее точно, чем (2.4а), и еще менее, чем (2.4), но оно точнее, чем (2.1).
