Прямой осмос использован на применении мембран, способных пропускать только молекулы воды, задерживая при этом все другие молекулы. Разделив такой мембраной, например, два сообщающихся сосуда с более, или менее чистой водой, можно увидеть, что уровень воды в сосуде с менее чистой водой со временем поднимется. Это произойдет за счет того, что через мембрану будут поступать только молекулы воды, стремясь уравновесить концентрацию в обоих сосудах. Это и есть явление прямого осмоса. Логически следует, что если создать давление в более "грязном" сосуде, то молекулы воды будут поступать, наоборот, в более "чистый" сосуд, делая воду еще более чистой. А это уже принцип обратного осмоса.
Таким образом, используя такие мембраны вместе с фильтрами предварительной очистки, можно создать высокоэффективную систему водоподготовки предприятий, основанную на принципе обратного осмоса. Иными словами, процесс обратного осмоса основан на прохождение воды сквозь мембрану из более насыщенного раствора солей в менее насыщенный раствор под действием давления, которое превышает разницу осмотических значений давлений в обоих растворах.
Использование оборотной воды.
Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили в последние десятилетия дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов практически во всех регионах России.
Одним от основных путей удовлетворения потребностей общества в воде является инженерное воспроизводство водных ресурсов, т.е. их восстановление и приумножение не только в количественном, но и в качественном отношении.
Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения. В их основу положено удивительное свойство воды, позволяющее ей не изменять своей физической сущности после участия в производственных процессах.
Промышленность России характеризуется высоким уровнем развития систем оборотного водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды, расходуемой на производственные нужды, составляет в среднем 78%. Лучшие показатели использования оборотных систем имеют предприятия газовой (97%), нефтеперерабатывающей (95%) отраслей, черной металлургии (94%), химической и нефтехимической (91%) промышленности, машиностроения (85%).
Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35,5 и 64,5%.
Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.
Очистка стоков.
Очистка бытовых стоков является серьезной экологической проблемой больших городов, поэтому ей отводится большое место в мероприятиях по защите окружающей среды.
Большое будущее пророчат технологии биологической очистки, которая подразумевает переработку нечистот микроорганизмами, превращающими исходный материал в экологически безопасные соединения. Переработанные вещества осаждаются в виде ила, а очищенная вода, насыщенная кислородом, направляется дальше.
Биологическая очистка бытовых стоков проходит при естественных, или искусственно созданных условиях. При естественных условиях все процессы протекают в воде или в почве – в биопрудах, или на полях фильтрации. Поля фильтрации – это специальные земельные участки большой площади, обычно с песчаными почвами. В настоящее время их применяют всё меньше, так как такие поля занимают много места и издают неприятный запах. Биопруды чаще используют для дополнительной очистки в летнее время – они наиболее благоприятны для жизнедеятельности бактерий.
В искусственных условиях применяются различные биофильтры, септики и аэротенки (аэрационные очистные сооружение) – как по отдельности, так и в различных комбинациях. В искусственных условиях очистка проходит быстрее, да и автоматизированный процесс существенно упрощает дело.
Для небольших сооружений, расположенных индивидуально, удобнее использовать небольшие системы, например, локальные очистные сооружения. Отработанная жидкость собирается в небольшую емкость-септик, где проходит первичная очистка, а затем вода направляется в подземное сооружение через специально подготовленный грунт. Септики различаются по объему и количеству камер - чем их больше, тем качественнее очистка. Пластиковые армированные емкости легкие, зато более подвержены повреждениям, металлические септики просты в установке, более надежны, но подвержены коррозии и тяжелее пластиковых.
Современный подход и модернизация бытовых стоков на сегодняшний день позволяет значительно снизить то количество вредных веществ, которое ранее попадало в почву и загрязняло окружающую среду.
2. Коррозия металлов
Коррозия металлов - разрушение металлов вследствие физико-химического воздействия внешней среды, при этом металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства.
По механизму коррозионного процесса различают два основных типа коррозии: химическую и электрохимическую.
Под химической коррозией подразумевают взаимодействие металлической поверхности с окружающей средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических (электродных) процессов на границе фаз. Механизм химической коррозии сводится к реактивной диффузии атомов или ионов металла сквозь постепенно утолщающуюся пленку продуктов коррозии (например, окалины) и встречной диффузии атомов или ионов кислорода. По современным воззрениям этот процесс имеет ионно-электронный механизм, аналогичный процессам электропроводности в ионных кристаллах. Примером химической коррозии является взаимодействие металла с жидкими неэлектролитами или сухими газами в условиях, когда влага на поверхности металла не конденсируется, а также воздействие на металл жидких металлических расплавов. Практически наиболее важным видом химической коррозии является взаимодействие металла при высоких температурах с кислородом и др. газообразными активными средами (H S, SO , галогены, водяные пары, CO и др.). Подобные процессы химической коррозии металлов при повышенных температурах носят также название газовой коррозии. Многие ответственные детали инженерных конструкций сильно разрушаются от газовой коррозии (лопатки газовых турбин, сопла ракетных двигателей, элементы электронагревателей, колосники, арматура печей и т.д.). Большие потери от газовой коррозии (угар металла) несет металлургическая промышленность. Стойкость против газовой коррозии повышается при введении в состав сплава различных добавок (хрома, алюминия, кремния и др.). Добавки алюминия, бериллия и магния к меди повышают ее сопротивление газовой коррозии в окислительных средах. Для защиты железных и стальных изделий от газовой коррозии поверхность изделия покрывают алюминием (алитирование).
Под электрохимической коррозией подразумевают процессы взаимодействия металлов с электролитами (в виде водных растворов, реже с неводными электролитами, например с некоторыми органическими электропроводными соединениями или безводными расплавами солей при повышенных температурах). Процессы электрохимической коррозии протекают по законам электрохимической кинетики, когда общая реакция взаимодействия может быть разделена на следующие, в значительной степени самостоятельные, электродные процессы:
а) Анодный процесс - переход металла в раствор в виде ионов (в водных растворах, обычно гидратированных) с оставлением эквивалентного количества электронов в металле;
б) Катодный процесс - ассимиляция появившихся в металле избыточных электронов деполяризаторами.
Различают коррозию с водородной, кислородной или окислительной деполяризацией.
Типы коррозионных разрушений.
При равномерном распределении коррозионных разрушений по всей поверхности металла коррозию называют равномерной.
Если же значительная часть поверхности металла свободна от коррозии и последняя сосредоточена на отдельных участках, то ее называют местной. Язвенная, точечная, щелевая, контактная, межкристаллическая коррозия - наиболее часто встречающиеся в практике типы местной коррозии. Коррозионное растрескивание возникает при одновременном воздействии на металл агрессивной среды и механических напряжений. В металле появляются трещины транскристаллитного характера, которые часто приводят к полному разрушению изделий. Последние 2 вида коррозионного разрушения наиболее опасны для конструкций, несущих механические нагрузки (мосты, тросы, рессоры, оси, автоклавы, паровые котлы и т.д.)
Различают следующие типы электрохимической коррозии, имеющие наиболее важное практическое значение:
1. Коррозия в электролитах. К этому типу относятся коррозия в природных водах (морской и пресной), а также различные виды коррозии в жидких средах. В зависимости от характера среды различают:
а) кислотную;
б) щелочную;
в) солевую;
г) морскую коррозию.
По условиям воздействия жидкой среды на металл этот тип коррозии также характеризуется как коррозия при полном погружении, при неполном погружении, при переменном погружении, имеющие свои характерные особенности.
2. Почвенная (грунтовая, подземная) коррозия - воздействие на металл грунта, который в коррозионном отношении должен рассматриваться как своеобразный электролит. Характерной особенностью подземной электрохимической коррозии является большое различие в скорости доставки кислорода (основной деполяризатор) к поверхности подземных конструкций в разных почвах (в десятки тысяч раз). Значительную роль при коррозии в почве играет образование и функционирование макрокоррозионных пар вследствие неравномерной аэрации отдельных участков конструкции, а также наличие в земле блуждающих токов. В ряде случаев на скорость электрохимической коррозии в подземных условиях оказывает существенное влияние также развитие биологических процессов в почве.