Свойства живых систем. Мокрые способы очистки газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Земля, как и другие планеты, является частью солнечной системы.

Для нас, жителей Земли, наша планета - гигантское тело. Однако по сравнению с другими небесными телами, например со звёздами-гигантами, она сама - пылинка, затерявшаяся в безграничном пространстве вселенной.

И на этой «пылинке» - Земле - существует особый, земной ритм. Земля состоит из различных веществ - от легчайших газов до тяжёлых металлов. В пределах географической оболочки взаимодействуют воздух, вода, горные породы, составляющие земную кору, и живые организмы.

Уже с давних времён люди стали замечать различные закономерности во взаимодействии животных друг с другом и с окружающей средой. Однако, в те времена даже биология не была отдельной наукой, являясь частью философии.

Экология - это наука об организмах в окружающей среде. Название происходит от двух греческих слов: «экое» - дом, местопребывание и «логос» - наука.

Все существа на Земле живут не сами по себе, а во взаимодействии друг с другом и со средой, которая их окружает. Эти-то взаимодействия и изучает экология. Пока в природе действует равновесие (растениям хватает питательных веществ почвы, животным - растительной массы, человеку - пищи и ресурсов), экология остаётся кабинетной наукой, о которой люди знают немного. Но как только равновесие нарушается - возникает экологический кризис, и эта наука становится одной из самых важных.

1. Свойства живых систем. Уровни биологической организации

Жизнь - высшая форма организации материи

В.А. Энгельгард - «у живой материи практически нет таких свойств. каких не существовало бы у неживой материи…»

Главное свойство жизни - обмен веществ, энергии и информации

Рис. 1

Свойства живых систем:

1. Единство химического состава:

О2, Н, N, С - 98,8%;

Са, Mg,K, Si - 1%;

S, P, Cl, Na, Al, Fe -0,19 %;

на все остальные элементы - менее 0.01%.

2. Хиральность биомолекул - способность поляризовать свет в одну из сторон. Закон хиральности Л. Пастера - все живое состоит из хирально чистых структур

3. Самовоспроизведение на основе наследственности и изменчивости

4. способность к росту и развитию

5. способность поддерживать постоянство внутренней среды - гомеостаз

6. раздражимость - способность избирательно реагировать на внешнее воздействие, сочетания раздражитель-реакция могут накапливаться в виде опыта, т.е. научения и памяти

7. дискретность - способность существовать в виде отдельных, обособленных друг от друга тел, имеющих трехмерную структуру иерархичность структурной организации

2. Организм как дискретная самовоспроизводящаяся открытая система, связанная со средой обменов веществ, энергии и информации.

Н.Ф. Реймерс - жизнь - это «особая форма физико-химического состояния и движения материи, характеризуемая зеркальной асимметрией аминокислот и сахаров, обменов веществ, гомеостазом, раздражимостью, самовоспроизведением. системным самоуправлением, саморазвитием, адаптацией, физической и функциональной дискретностью, исключительным разнообразием форм при общем физико-химическом единстве живого вещества биосферы».

3. Поддержание постоянства внутренней среды организма, принципы регуляции жизненных функций.

Гомеостаз - (от греч. homoios -тот же и statos - состояние) - способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. Поддержание гомеостаза непременное условие существования как отдельных клеток и организмов, так и целых биологических сообществ и экосистем.

В гомеостазе живых систем выделяют:

- выносливость - способность переносить изменения среды без нарушения основных свойств системы;

- упругость - способность быстро самостоятельно возвращаться в нормальное состояние из неустойчивого, которое возникло в результате внешне неблагоприятного воздействия на систему.

Общий принцип гомеостаза - принцип обратной (кибернетической) связи. Гомеостаз обеспечивается сбалансированным, четко согласованным функционированием всех элементов биологической системы. Нарушения в функционировании живой системы - появление в канале обратной связи «помех» или «шумов».

Проявления гомеостаза на разных уровнях организации живых систем:

- клеточном: специфические физико-химические условия, отличные от окружающей среды;

- организменном: поддержание постоянства температуры тела, химического состава, внутреннего давления и т.д.;

- популяционном: постоянство структуры, плотности, поддержание генетического полиморфизма;

- биоценотическом: постоянство состава и численности популяций, устойчивых взаимоотношений между видами;

- экосистемном: постоянство биотических круговоротов;

- биосферном: поддержание постоянства состава геосфер - атмосферы, гидросферы, литосферы.

4. Разнообразие организмов. Основы систематики организмов. Способы классификации по строению, типу питания, по отношению к кислороду.

Организм - реальный носитель жизни, характеризующийся всеми её свойствами, происходит от одной зиготы и индивидуально подвержен факторам эволюции и экологическим воздействиям.

Особь - индивидуальная консорция (консорция - сообщество, структурно организованное вокруг одного центрального члена) -представитель живого.

Индивид - член этой консорции, генетический представитель вида.

Вид - совокупность особей, способных к скрещиванию и образованию плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой, отделенный от других таких же групп практически полным отсутствием гибридных форм.

Разделение всего многообразия животных и растений на виды является способом упорядоченного описания живой природы, основанным на иерархической структуре ее элементов.

Классификацией организмов занимается особый раздел биологии - систематика, основная задача которой - путем сравнения индивидуальных особенностей каждого вида определить его место в системе органического мира, путь и направление его эволюции.

Все разнообразие живой природы в систематике принято делить на таксоны - группы, связанные той или иной степенью родства, но достаточно обособленные. Самые крупные таксоны - надцарства (про- и эукариоты), царства (бактерии, простейшие, растения, животные, грибы), в пределах каждого царства - типы, классы и т.д.

Классификация живых организмов

Рис. 2

2. Механическая очистка газов «мокрыми» методами

Механическая очистка газов

Механическая очистка газов ориентирована на задержание твердых крупных частиц. Сухой способ газоочистки основан на установке в трубах фильтров. В основе мокрого способа - взаимодействие с водой и последующее осаждение примесей. Получило распространение фильтрование для улавливания тонких компонентов.

Способы, которыми осуществляется газоочистка от летучих примесей: абсорбционная; адсорбционная; селективная газоочистка; термическую обработку каталитическая газоочистка. Очистка газов от твердых крупных частиц:

Мокрые способы очистки газов. Основаны на контакте газового потока с промывной жидкостью (обычно водой). Большинство схем газоочистки имеют оборотное водоснабжение: жидкость вместе с шламом из газопромывателей направляют в отстойники для отделения от твердых частиц и повторного использования; при наличии в шламе ценных веществ его обезвоживают, а уловленные ценные твердые вещества используют. Метод используют для улавливания тонкодисперсных пылей или туманов.

Аппараты мокрой отчистки

В основе мокрого пылеулавливания лежит контакт запыленного газового потока с жидкостью, которая захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата виде шлама. Метод мокрой очистки газов от пыли достаточно прост и в то же время эффективен.

Достоинства мокрых пылеуловителей:

* сравнительно небольшая стоимость изготовления;

* высокая эффективность улавливания взвешенных частиц, например, скрубберы Вентури могут быть применены для очистки газов от частиц меньше 1 мкм;

* возможность использования при высокой температуре и повышенной влажности газов, а также в случае опасности самовозгорания или взрыва очищаемых газов или улавливаемой пыли;

* возможность одновременного осуществления очистки газов от взвешенных частиц (пылеулавливание), извлечения газообразных примесей (абсорбция) и охлаждения газов (контактный теплообмен).

Недостатки метода мокрого обеспыливания:

* улавливаемый продукт выделяется в виде шлама, что связано с необходимостью обработкисточных вод и, следовательно, с удорожанием процесса очистки;

* в случае очистки агрессивных газов аппаратуру и коммуникации необходимо изготавливать из антикоррозионных материалов или применять антикоррозионные покрытия.

В качестве орошающей жидкости в мокрых пылеуловителях чаще всего применяют воду; при совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции. В целях уменьшения количества отработанной жидкости при работе мокрых пылеуловителей применяют замкнутую систему орошения. Наиболее принятая в технической литературе классификация мокрых пылеуловителей основывается на способе действия и обычно включает следующие группы: 1) полые скрубберы; 2) насадочные скрубберы; 3) тарельчатые скрубберы (пенные аппараты); 4) скрубберы с подвижной насадкой; 5) скрубберы ударно-инерционного действия (ротоклоны); 6) центробежные скрубберы; 7) механические (динамические) скрубберы; 8) скоростные скрубберы (скрубберы Вентури); 9) эжекторные скрубберы.

Помимо перечисленных, к мокрым пылеуловителям в какой-то степени могут быть отнесены также мокрые электрофильтры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсационного действия. Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии, т. е. на низко-, средне- и высоконапорные. К низконапорным аппаратам относят пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. В эту группу входят форсуночные скрубберы, насадочные скрубберы, центробежные скрубберы и др. К средненапорным мокрым пылеуловителям с гидравлическим сопротивлением от 1500 до 3000 Па относят некоторые динамические скрубберы, скрубберы ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы. Группа высоконапорных скрубберов с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури и дезинтеграторы.

В теоретическом (и практическом плане) более целесообразно представляется классификация аппаратов мокрой очистки по механизму улавливания частиц пыли, а именно на:

а) аппараты с осаждением частиц на каплях жидкости;

б) аппараты с осаждением частиц на пленку жидкости.

3. Задача.

Высота источника выбросов газовоздушной смеси предприятия Н, диаметр устья трубы D, скорость выхода газовоздушной смеси w₀, ее расход V₁, разность температур ?Т. Массовый выброс диоксида азота М₁, оксида углерода М₂.

Определить максимальные приземные концентрации для диоксида углерода и диоксида азота и сравнить полученные значения с предельно-допустимыми концентрациями для этих веществ. Сделать вывод об эффективности существующей очистки на данном предприятии.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица 1 Исходные данные

ПДК_СО = 5,0 мг/м³ ПДК_NO2= 0,085 мг/м³

Методика решения задачи

1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества:

мг/м³,

где А - коэффициент, зависящий от района застройки;

М - масса вредного вещества, г/с;

F - коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ;

m, n - коэффициент, учитывающие условия выхода газовой смеси;

- безразмерный коэффициент, для ровной местности = 1;

V₁ - расход газовоздушной смеси, м³/с

2.

3.

0,5 ? v_м < 2 n = 0,532·v_м-2,13·v_м+3,13=0,532·1,31 - 2,13 · 1,31+ 3,13=1,03

5. мг/м³,

0,09мг/м³, < ПДК _со=5,0 мг/м³

мг/м³,

0,48мг/м³, > ПДК _NO2=0,085 мг/м³

Вывод: на данном предприятии осуществляется эффективная очистка оксида углерода (CO), т.к. С_м соответствует параметрам ПДК_со. Очистка диоксида азота (NO₂) осуществляется неэффективно и не соответствует параметрам ПДК_NO =0,085 мг/м³. Нужно предпринять дополнительные меры по организации очистки азота.

гомеостаз газ очистка диоксид

Список рекомендуемой литературы

1. Л.В. Передельский, О.Е. Приходченко. Строительная экология: Учеб. Пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2003. - 320 с.

2. И.И. Мазур, О.И. Молдаванов. Курс инженерной экологии. М.: Высшая школа, 1999. - 447 с.

3. А.Д. Потапов Экология. М.: Высшая школа, 2000. - 446 с.

4. А.И. Родионов, В.Н. Клушин. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1989. - 510 с.

5. А.С. Коробкин, Л.В. Передельский. Экология. Учеб. Пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2003. - 410 с.

6. И.А. Шилов. Экология. М.: Высшая школа, 1998. - 335 с.

7. Экология и безопасность жизнедеятельности. Под ред. Муравья Л.А. М.: Юнити, 2000. - 320 с.

8. В.И. Елманов, Г.Г. Терновая. Охрана атмосферного воздуха. М.: Юридическая литература. 1984. - 231 с.

9. Б. Бретшнайдер, И. Курфюст. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. Л.: Химия Ленинградское отделение, 1989. - 345 с.

10. А.А. Беккер, Т.Б. Агаев. Охрана и контроль загрязнения природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 213 с.

11. Охрана окружающей среды./ Под редакцией С.В. Белова М.: Высшая школа, 1983. - 345 с.

12. П.П. Пальгунов, М.В. Сумраков. Утилизация промышленных отходов. М.: Стройиздат, 1990. - 185 с.

13. Экономический ущерб и платежи за загрязнение окружающей природной среды. Учебное пособие. Казань, КФЭИ. 1998.

Размещено на Allbest.ru