Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Об'єкт контролю
- 3. Огляд об'єкта контролю та існуючих методів вимірювання параметра
- 4. Фотометричний метод моніторингу стічних вод на наявність зважених часток
- Висновки
- Список джерел
Вступ
Промислові стічні води забруднюють екосистеми найрізноманітнішими компонентами залежно від специфіки галузей промисловості. Здебільшого вони потрапляють у водойми і в водотоки без будь-якого очищення, а тому мають високу концентрацію органічної речовини, біогенних елементів та інших забруднювачів. Крім поверхневих вод постійно забруднюються і підземні води, в першу чергу в районах великих промислових центрів. Слід також мати на увазі, що забруднення підземних вод негативно позначається і на екологічний стан поверхневих вод, атмосфери, ґрунтів, інших компонентів природного середовища.
1. Актуальність теми
Актуальність і необхідність виконання роботи обумовлена незадовільним станом навколишнього середовища в районах масового закриття вугільних підприємств, необхідністю забезпечення екологічної безпеки населення шахтарських міст і селищ, охорони навколишнього середовища. Екологічна ситуація в Донбасі змінюється від техногенних навантажень на навколишнє середовище. У зв'язку з невизначеністю розвитку гідроекологічної ситуації і відсутністю надійних прогнозних гідроекологічних оцінок актуальним є моніторингові дослідження.
2. Об'єкт контролю
Для контролю за негативними екологічними наслідками створена і діє система екологічного моніторингу. Аналіз шахтних вод 177 шахт Донбасу показав, що в шахтних водах 87% шахт середнього вмісту завислих речовин знаходяться в межах 50-600 мг / л, а їх кількість може бути від 30 до 2500 мг.л і більш. Небезпечний рівень забруднення водних джерел регіону пов'язаний з великими обсягами стічних вод. Щорічно обсяги стічних вод в Донецькій області складають близько 2 млрд. куб. м, причому на вугільну промисловість припадає понад 50% всіх стоків. Шахтні води відрізняються високим вмістом завислих речовин (до 0,1 г / л), підвищеною мінералізацією (вміст солей до 3 г / літр доводиться на 70% всіх шахт, від 3 до 7 г / літр на 26% всіх шахт), з- за чого в водойми і річки щорічно скидається більше 3 млн.т мінеральних солей і речовин. Таким чином, еколого-геохімічні дослідження грунтів, річок, рослин, аерозольних випадінь і медико-біологічні дослідження промислових агломерацій Донбасу свідчать про перебування його в стані екологічної кризи.
3. Огляд існуючих методів вимірювання параметра
Склад і властивості шахтних вод залежать від безлічі факторів. Головним з них можна віднести склад і властивості підземних вод, що живлять гірничі виробки, склад і властивості вміщають гірських порід, властивості вугільних пластів, гірничогеологічні і гірничотехнічні умови, засоби механізації виїмки вугілля і проходки підготовчих виробок, до допоміжних - клімат, рельєф місцевості, рослинність і ін. Гідрохімічний моніторинг стічних і річкових вод проводиться з метою оцінки впливу стічних вод шахт на якість води річок і роботи гідротехнічний очисних споруд. Основними джерелами забруднення і засмічення водойм є недостатньо очищені стічні води промислових і комунальних підприємств, великих тваринницьких комплексів, відходи виробництва при розробці рудних копалин, стічні води шахт і копалень, стічні води при обробці і сплаві лісоматеріалів, стоки водного і залізничного транспорту, техногенні відходи підприємств металургійного комплексу. Забруднюючі речовини стічних вод, потрапляючи в природні водойми, призводять до якісних змін, які в основному виявляються в зміні фізичних властивостей води і в зміні її хімічного складу.
Виробничі стічні води в основному забруднені відходами і викидами виробництва. Якісний і кількісний склад таких стоків різноманітний і залежить від галузі промисловості, її технологічних процесів. По складу стічні води ділять на три основні групи, що містять:
• Неорганічні домішки, в тому числі токсичні
• Органічні домішки
• Неорганічні і органічні забруднюючі домішки
У стоках містяться різні нафтопродукти, аміак, альдегіди, смоли, феноли та інші шкідливі речовини. У складі цих стоків присутні неорганічні кислоти, іони важких металів, ПАР, масла, барвники, смоли та інші речовини. Досить шкідливим забруднювачем промислових вод є фенол. Фенол міститься в стічних водах багатьох нафтохімічних підприємств і коксохімічних виробництв. Зважені нерозчинні забруднення в шахтних водах представлені у вигляді грубодисперсних суспензій з розмірів частинок 100 мкм, а також суспензій і калоідих суспензій з розміром частинок відповідно від 100 до 0.1 і від 0.1 до 0.001 мкм. Зважені речовини в шахтних водах представлені вугільними і породними частинками, речовинний склад яких відповідає складу викопного вугілля і порід, що вміщають.
4.Фотометричний метод моніторингу стічних вод на наявність зважених часток
Відомі різні способи визначення концентрації, розмірів та інших характеристик частинок в складі аерозолів, суспензій, емульсій та інших дисперсних систем. Ці методи засновані на вимірі пропускання або розсіювання оптичного випромінювання досліджуваним зразком і подальшому обчисленні по виміряним значенням оптичних характеристик параметрів дисперсних частинок. При використанні зазначених способів можуть вимірюватися наступні оптичні характеристики досліджуваного зразка.
1) Кутовий розподіл розсіяного випромінювання (індікатріса розсіювання) при фіксованій довжині хвилі. Як приклад можно привести метод малих кутів і методи, використовувані в сучасних приладах для визначення розподілу дисперсних частинок за розмірами (Гранулометрію-Рисунок 1).
Недоліком подібних способів є неможливість їх використання на тих довжинах хвиль, де має місце помітне поглинання світла рідиною або дисперсними частинками, що змушує реєструвати розсіювання на досить довгих хвилях, де його інтенсивність значно менше, ніж в короткохвильовій області. Це не дозволяє використовувати ці методи при малій концентрації розсіючих частинок.
2) Ослаблення (екстинкція) проходить випромінювання на різних довжинах хвиль. Як приклад можна привести метод спектральної прозорості. Найбільш близьким до заявляється є спосіб визначення розмірів дисперсних частинок за значеннями екстинкції, виміряним за допомогою двопроменевого спектрофотометра (Малюнок-2).
Недоліком даного способу є спотворення впливу на результати визначення розмірів дисперсних частинок власного поглинання світла рідиною. Крім того, при малих концентраціях розсіючих частинок і, відповідно, при малих значеннях коефіцієнта екстинкції похибка вимірювань різко зростає.
Наприклад, двулучевевим спектрофотометром за методом фотометрії можна проконтролювати концентрацію речовин, а також:
- забезпечення можливості аналізу рідини, що містить як зважені, так і розчинені частки,
- збільшення чутливості при аналізі зважених часток і розширення діапазону визначаються розмірів частинок.
Зазначені цілі досягаються за рахунок вимірювання за допомогою двухлучевого спектрофотометра також спектра випромінювання, розсіяного під малими кутами, причому вимірюють додаткове розсіювання досліджуваного зразка щодо зразка порівняння, що знаходиться в опорному каналі спектрофотометра, виробляють Фур'є перетворення отриманого спектра, а розміри і полідисперсність частинок визначають за градуювальними залежностям , отриманим шляхом вимірювання спектрів розсіювання стандартних зразків. Для визначення параметрів суспензії частинок будують градуювальну залежність, вимірюючи спектри розсіювання для декількох стандартних зразків, що містять зважені і розчинені частки заздалегідь відомих розмірів і концентрацій. Потім отриманий спектр розсіювання піддають дискретного Фур'є-перетворення, обчислюючи дискретні коефіцієнти Фур'є. Потім будують градуювальну залежність, використовуючи в якості незалежних змінних, що утворюють матрицю, а в якості залежних, середній радіус частинок і стандартне відхилення, що характеризують їх полідисперсність.
Основою кількісного аналізу є закон Бугера-Ламберта-Бера:
А = –lg (I / Io) = –lg T – оптична щільність;
Io і I –інтенсивність потоку світла, спрямованого на поглинаючий розчин і минуючий через нього;
с – концентрація речовини, моль / л;
l – товщина светопоглощающего шару;
e - молярний коефіцієнт світлопоглинання;
T - коефіцієнт пропускання.
У фотометричних визначеннях застосовуються і довгі інфрачервоні хвилі. Як вже зазначалося, створення спектрів у видимій і ультрафіолетовій областях спектра обумовлено станом енергетичних рівнів електронів в атомах і молекулах поглинаючих речовин. Створення інфрачервоних спектрів пов'язане з енергією коливань одних атомів щодо інших в молекулі і енергією обертання молекул. Спектри, відповідні коливальної енергії, утворюють ближню інфрачервону область з довжинами хвиль від 1 мкм до 20 мкм. Спектри, відповідні обертальної енергії молекул, утворюють далеку інфрачервону область з довжинами хвиль від 50 до 100 мкм. Але ця область використовується порівняно рідко внаслідок складності спостережень в ній.
Вид кривих поглинання в інфрачервоній частині спектра схожий з кривими поглинання в ультрафіолетовій і видимій частинах.
ІТ - джерело постійного струму, необхідний для роботи приладу;
РЛ - лінза що розсіює;
СД - світлодіод;
СЛ - збирає лінза;
ІК - вимірювальний канал, кювета;
ФД - фотодіод, приймач оптичного випромінювання;
ФДУ - фотодіодний підсилювач;
НУ - нормуючий підсилювач;
ФНЧ - фільтр нижніх частот;
КІТ - канал вимірювання температури;
Кирн - канал вимірювання рН;
МАС - мультиплексор;
АЦП - аналого-цифровий перетворювач;
БС - блок зв'язку, призначений для передачі даних;
МК - мікроконтролер;
К - клавіатура, для управління пристроєм;
БІ - блок індикації, служить для відображення результату вимірювання;
Спектрофотометр (Рисунок 3) для вимірювання спектрів розсіювання і ослаблення (екстинкції), що включає кюветноє відділення, вимірювальне і опорна плечі, в кожному з яких є фотоприймач і фокусуючого створює лінза, а перед фотоприймачем вимірювального каналу також і діафрагма, яка спільне з котра фокусуючою лінзою створює просторовий фільтр , що відрізняється тим, що, для забезпечення можливості вимірювати поряд зі спектрами поглинання також і спектри розсіювання, в конструкцію спектрофотометра додаються елементи, що забезпечують можливість виведення з світлового пучка діафрагми, розташованої перед фотоприймачем, вимірювального плеча і установки перед фокусує лінзою цього плеча непрозорого екрану, що затримує проходження випромінювання, а також можливість зміни положення кювети зі зразком в кюветном відділення для регулювання кутів розсіювання.
5.Висновки
Представлена робота присвячена аналізу і вибору найкращого методу для контролю і виміру зважених часток в стічних водах вугільних шахт. Актуальність і необхідність виконання роботи обумовлена незадовільним станом навколишнього середовища в районах масового закриття вугільних підприємств, необхідністю забезпечення екологічної безпеки населення шахтарських міст і селищ, охорони навколишнього середовища. Проаналізовано склад стічних вод підприємств, а також проаналізовано методи і засоби вимірювання концентрацій зважених часток в стічних водах. На підставі аналізу переваг і недоліків методів вимірювання концентрації зважених часток у воді, в якості основи для розроблюваного приладу був обраний фотометричний метод. Як контрольованого параметра обрані зважені речовини, як роданідного комплекс при концентрації 0.1 г • моль / л роданида.
Список джерел
- Основи метрології та електричні вимірювання [підручник для вузів] Б.Я. Авдеев, Е.М.Антонюк, Е.М.Душин -Видавництво «Єнергія», 1987р
- Основи екологічної безпеки територій та акваторій [Навчально-методичний посібник. Конспект лекцій]-М.Е.Краснянський, Донецьк, ДонНТУ 2002р
- Прилади та методи вимірювання електричних величин [Підручник для вищої школи] Э.Г.Атамалян, Видавництво М.1989г
- Екологічний стан природних вод Донбасу [Електронний ресурс] -режим доступу http://www.giab-online.ru/files/Data/2012/Vorobiev_2012_1.pdf -дата доступу: жовтень 2017
- Основні забруднюючі речовини в шахтній воді вугледобувних підприємств. [Електронний ресурс] - режим доступу http://enviromine.blogspot.com дата доступу: жовтень 2017
- Masters.donntu. [Електронний ресурс] «Регіональні техногенні зміни геологічного середовища Донбасу під впливом гірничих робіт» -режим доступу http://masters.donntu.ru/2003/fgtu/voznesenskaya/library/dok2.htm дата доступу:жовтень 2017
- Екологічний моніторинг крок за кроком [Електронний ресурс] -Режим доступу http://ecoline-eac.com/wp-content/uploads/2016/03/ekologicheskiy_monitoring.pdf-дата доступу: грудень 2017
- Патентний пошук [Електронний ресурс] Методи вимірювання різних речовин в стічних водах вугільних шахт-режим доступу http://www.findpatent.ru/ дата доступу: вересень 2017
- Дисертація Леонтьєвої Є.В. [Електронний ресурс] Існуючі методики прогнозу і управління станом ресурсів підземних джерел водопостачання-режим доступуhttp://ens.mil.ru/files/morf/military/files/diss_Leonteva.pdf- дата доступу: січень 2018
- Патентний пошук [Електронний ресурс] Фотометр і його принцип роботи -режим доступу http://www.findpatent.ru/patent/237/2371703.html-дата доступу: січень 2018 http://www.xilinx.com/support....