ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГТУ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ» Утверждено

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГТУ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»
Утверждено
Председатель НМСН
_____________________/_Ю.М. Кочнов____/
(Председатель Совета)
«___________»________________________200____г.
ПРОГРАММА
учебной дисциплины подготовки бакалавров по направлению
(инвариантная для всех профилей)
ТЕХНОСФЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
(наименование направления)
профиль _Защита окружающей среды_________
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ
(наименование дисциплины)
Москва 2007 г.
1
Аннотация
Учебный курс дисциплины «Теоретические основы защиты окружающей среды»
является необходимым в подготовке специалистов в области охраны окружающей среды.
Данная дисциплина рассматривает теоретические вопросы очистки газов от вредных
компонентов и пыли, а также основные методы очистки воды. Освоение данной
дисциплины позволит грамотно выбирать методы защиты атмосферы и водной среды,
лучше понимать процессы и аппараты очистки газов и воды, которые рассматриваются в
учебных курсах позднее.
2
1. Цель обучения
Научить основным свойствам аэродисперсных и коллоидных систем, физикохимическим законам очистки аэродисперсных систем и воды.
2. Приобретаемые компетенции
Готовность:
– использовать полученные знания для выбора методов очистки аэродисперсных
систем и сточных вод.
– применять
(Л. № 1-17; ПЗ № 1-9 );
методы расчетов для определения эффективности очистки
газоочистных аппаратов, аппаратов очистки воды, разбавления сточных вод, рассеивания
очищенных газов.
(Л. №_1-17_; ПЗ №__1-9_);
– математически описывать процессы очистки газов и воды
(Л. №__1-17__; ПЗ
№__1-9__);
–
составлять выражения для расчетов аппаратов очистки отходящих газов,
сточных вод
(Л. №__4 - 14_; ПЗ №__2 - 7_);
– обосновывать выбранные методы очистки отходящих газов и очистки сточных
вод. (Л. №_1-17__; ПЗ №_1-9_);
Привить навыки:
– самостоятельной работы с литературой для поиска информации об отдельных
определениях, понятиях и терминах, объяснения их применения в практических
ситуациях; решения теоретических и практических типовых и системных задач,
связанных с профессиональной деятельностью;
– логического творческого и системного мышления;
– проведения моделирования процессов коагуляции частиц в акустическом поле
(Л. №_3-4__);
– владения методами моделирования процессов в электрическом поле (Л. _5-7___);
– выполнения измерений при определении эффективности очистки газов
при
фильтрации (Л. №__7 – 9__, ПЗ № 5,6_);
– подготовки специалистов
в области охраны окружающей среды, способных
решать задачи выбора методов охраны окружающей среды от выбросов и сбросов.
(Л. №_1– 17__, ПЗ № ___1-9_).
3
3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)
Табл. 1
Часы в семестрах
Зачетных
Всего
единиц
часов
зачет
118
118
-
Аудиторные занятия
59
59
-
Лекции
34
34
-
Практические занятия (ПЗ)
17
17
-
Лабораторные работы (ЛР)
8
8
-
Самостоятельная работа
59
59
-
Курсовой проект (работа)
-
-
-
Вид учебной работы
Общая трудоемкость
5 семестр
-
4. Содержание учебной дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
Табл. 2
№
1
Раздел дисциплины
Классификация загрязнений и основных
Лекции
ПЗ
С
ЛР
4
1
-
-
процессов очистки. Основные определения.
Физические свойства аэрозолей.
2
Процессы седиментации в различных средах
2
1
-
2
3
Коагуляция частиц в различных средах.
4
2
-
2
4
Применение электрических полей для очистки
4
2
-
2
4
2
-
2
6
4
-
отходящих газов и сточных вод.
5
Фильтрование в газовой и водной среде. Методы
регенерации материалов. Центробежное
осаждение.
6
Сорбционные процессы при очистке газов и
сточных вод.
7
Мокрые методы очистки промышленных газов.
4
2
-
8
Химические и биологические процессы очистки
4
2
-
сточных вод и газов
4
9
Термические методы очистки сточных вод.
2
1
34
17
-
Кристаллизация. Дезодорация.
Всего
-
8
4.2. Содержание лекционного курса
Семестр V
«Теоретические основы защиты окружающей среды»
(118 часов)
Раздел 1. Классификация загрязнений и основных процессов очистки. Основные
определения. Физические свойства аэрозолей. /1,2,3/
(4 часа)
1.1. Классификация загрязнений и основных процессов очистки. (2 часа)
Природные и антропогенные загрязнения атмосферного воздуха и водной среды.
Пылеулавливающие аппараты. Промышленные сточные воды. Методы очистки сточных
вод.
1.2. Основные определения. Физические свойства аэрозолей. (2 часа)
Основные понятия и определения: загрязнение, примеси (пыли, туманы,
аэродисперсная система, суспензия, пена и т.д.). Эквивалентный диаметр частиц,
Модальный и медианный размеры. Распределение частиц по размерам и по массе,
медиана распределения. Физические свойства аэрозолей.
Раздел 2. Процессы седиментации в различных средах /1,2/
(2 часа)
2.1. Процессы седиментации в различных средах. (2 часа)
Процесс гравитационного осаждения (отстаивания, седиментации): определение,
механизм и кинетика процесса, область применения процесса, аппараты гравитационного
осаждения. Инерционное осаждение: определение, механизм и кинетика процесса.
Всплывание и псевдоожижение. Процесс флотации (всплывания): определение, механизм
и кинетика процесса. Процесс псевдоожижения: определение, механизм и кинетика
процесса. Флотареагенты. Магнитная сепарация.
Раздел 3. Коагуляция частиц в различных средах. /1,2/
(4 часа)
3.1. Коагуляция в газовой среде. (2 часа).
Броуновская свободная коагуляция. Факторы, влияющие на броуновскую коагуляцию
в газовой среде. Термофорез. Турбулентная и гравитационная коагуляция. Коагуляция в
акустическом поле. Факторы, влияющие на константу коагуляции.
Коагуляция в электрическом и магнитном поле.
3.2. Коагуляция в жидких средах. (2 часа)
Двухфазные гетерогенные системы.Гидрозоли. Гетерокоагуляция. Коагулянты.
Влияние различных факторов на гетерокоагуляционную очистку воды. Очистка воды
коагуляцией при воздействии физико-химических факторов. Флокуляция.
5
Раздел 4 Применение электрических полей для очистки отходящих газов и сточных
вод. /1,2/
( 4 часа)
4.1. Электризация и зарядка аэрозольных частиц. (2 часа).
Способы зарядки частиц. Возникновение двойного электрического слоя.
Электризация индукцией. Ударная ионная и диффузионная ионная. Электрические
свойства газов. Коронный разряд в газах. Рассеяние заряженных частиц.
4.2. Применение электрических полей для очистки газов и сточных вод. (2 часа).
Уравнение поля коронного разряда. Запирание коронного разряда. Образование
обратной короны. Эффективность очистки газов в электрофильтре. Электрохимические
методы очистки сточных вод: анодное окисление и катодное восстановление.
Электродиализ.
Раздел 5. Фильтрование в газовой и водной среде. Методы регенерации материалов.
Центробежное осаждение. /1,2/
(4 часа)
5.1. Фильтрование в газовых средах. Регенерация фильтровальных материалов. (2
часа).
Режимы обтекания тел-препятствий. Основные механизмы фильтрации:
инерционный, диффузионный, касания, критерии.
Критическое число Стокса.
Электростатическое осаждение. Гравитационное осаждение. Ситовой эффект. Процессы
регенерации волокнистых и зернистых фильтров.
5.2. Фильтрование в водной среде. Центробежное осаждение. (2 час).
Механизмы извлечения частиц из воды на фильтрах с зернистой нагрузкой.
Характеристики пористой среды, фильтрующие материалы. Регенерация фильтров с
зернистой загрузкой. Мембранное фильтрование. Процесс мембранного фильтрования
(обратный осмос, ультрафильтрация). Центробежное осаждение примесей из газов и
сточных вод. Циклоны, гидроциклоны, центрифуги.
Раздел 6. Сорбционные процессы при очистке газов и сточных вод. /1,2/
(6 часов)
6.1. Абсорбция газовых примесей. (2 часа)
Процесс абсорбции. Механизм процесса, равновесие в массооменных процессах.
Основные уравнения массопередачи, закономерности абсорбции. Задача расчета
абсорббера. Схемы абсорбционных процессов.
6.2. Адсорбционные процессы очистки газов и воды. (2 часа)
Процесс адсорбции: определение и
сущность процесса. Теория адсорбции.
Адсорбенты, механизм процесса адсорбции, равновесие при адсорбции, Кинетика
адсорбции, десорбция. Очистка сточных вод адсорбцией.
6.3. Ионный обмен в растворах сточных вод. Экстракция. (2 часа)
Процесс ионного обмена: катиониты, аниониты. Свойства ионитов, природные и
синтетические иониты, неорганические и органические природные иониты,
искусственные иониты – смолы. Основы процесса ионного обмена. Ионообменное
равновесие. Катионирование. Анионирование. Очистка сточных вод экстракцией. Процесс
экстракции: определение, сущность процесса, механизм и кинетика процесса, область
6
применения процесса в технологиях защиты окружающей среды, аппараты реализации
процесса.
Раздел 7. Мокрые методы очистки промышленных газов. /1,2/
(4 часа)
7.1.
Мокрые методы пылеулавливания. Смачиваемость. Осаждение частиц на
пленку жидкости. (2 часа)
Классификация аппаратов мокрой очистки. Принцип работы аппаратов мокрой
очистки. Механизмы очистки частиц пыли. Смачиваемость частиц. Осаждение частиц на
пленку жидкости.
7.2. Осаждение частиц при барботаже. Осаждение частиц на каплях при
распылении жидкостей. (2 часа).
Осаждение частиц при барботаже. Осаждение частиц на каплях при распылении
жидкостей. Модель изменения концентрации частиц в элементе скрубберного
пространства для различных типов движения газа.
Раздел 8. Химические и биохимические процессы очистки сточных вод и газов /1,2/
(4 часа)
8.1. Химические методы очистки сточных вод и газов. (2 часа)
Химические методы очистки. Нейтрализация примесей. Способы нейтрализации
сточных вод и газов. Реагентное удаление загрязняющих примесей в виде
малорастворимых соединений. Деструктивные методы очистки сточных вод. Окисление.
Окисление активным хлором. Окисление озоном. Применение других окислителей при
очистке сточных вод.
8.2 Процесс биохимической очистки (2 часа)
Активный ил, биохимический показатель сточных вод, закономерности
биохимической деструкции органических веществ. Влияние внешних факторов на
процессы биохимической очистки сточных вод. Свойства активного ила. Свойства ила.
Вещества, удаляемые при помощи активного ила. Кинетика биохимических процессов.
Аппараты биохимической очистки сточных вод. Анаэробные методы биохимической
очистки, биофильтры.
Раздел 9. Обработка осадков сточных вод. Термические методы очистки сточных вод
Кристаллизация. Дезодорация. /1,2/
(2 часа)
9.1 Обработка осадков сточных вод. Термические методы очистки сточных вод
Кристаллизация. Дезодорация. (2 часа)
Обработка осадков сточных вод. Термические методы очистки сточных вод.
Концентрирование.
Выпаривание.
Вымораживание.
Кристаллизация.
Термоокислительные методы обезвреживания сточных вод. Дезодорация и дегазация.
7
4.3. Перечень тем практических занятий
Семестр V
(17 часов)
Табл. 3.1
№
1
Наименование
Классификация загрязнений и основных
Кол-во часов
1
процессов очистки. Основные определения.
Физические свойства аэрозолей
2
Процессы седиментации в различных средах
1
3
Коагуляция частиц в различных средах.
2
4
Применение электрических полей для
2
очистки отходящих газов и сточных вод.
5
Фильтрование в газовой и водной среде.
2
Методы регенерации материалов.
Центробежное осаждение.
6
Сорбционные процессы при очистке газов и
4
сточных вод.
7
Мокрые методы очистки промышленных
2
газов.
8
Химические и биохимические процессы
2
очистки сточных вод и газов.
9
Термические методы очистки сточных вод.
1
Кристаллизация. Дезодорация.
Всего
17
8
4.4. Перечень тем семинарских занятий
Семинарских занятий не предусмотрено
(кол-во часов)
Табл. 4.1
№
Наименование
Кол-во часов
1
2
3
4
4.4. Перечень тем лабораторных занятий
Семестр V
(8 часов)
Табл. 4.2
№
Наименование
Кол-во часов
1
Гравитационное осаждение частиц.
2
2
Моделирование движения частиц в
2
акустическом поле при коагуляции.
3
Моделирование движения частиц в
2
электрическом поле
4
Фильтрация частиц в тканевом и
2
зернистом фильтре.
Всего
8
5. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
5.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)
а) основная литература
1 а. Белоусов В.В. «Теоретические основы защиты окружающей среды».- М.,
Металлургия, 1988 г.
2 а. Белевцев А.Н., Белевцев М.А., Мирошкина Л.А. «Теоретические основы защиты
окружающей среды», М., МИСиС, 2007.
3 а. Белоусов В.В.,. Говорова Н.М «Теоретические основы защиты окружающей среды».
Пособие для практических занятий. М., МИСиС, 1989 г.
9
4 а. Белоусов В.В. ««Теоретические основы защиты окружающей среды». Лабораторный
практикум. М., МИСиС, 1989 г.
б) дополнительная литература
1 б. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии: Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; Под
ред. чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. Л.: Химия, 1987. 560 с.
2 б. Дытнерский Ю.И. Обратный осмос и ультрафильтрация. – М. Химия, 1978.
3 б. Калицун В.И., Ласков Ю.М.. Лабораторный практикум по водоотведению и очистке
сточных вод. Издание 2 –е. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений,
обучающихся
по
специальности
«Водоснабжение,
канализация,
рациональное
использование и охрана водных ресурсов». М. Стройиздат, 1995 г.
4 б. Яковлев С.В., Краюхина Т.А.. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.
Стройиздат.1980 г.
5 б. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды.- Пенза, Изд-во
ПГАСА, 2002 г.
5.2. Средства обеспечения освоения дисциплины (перечень обучающих,
контролирующих и расчетных программ, диафильмов, кино- и телефильмов)
1. Моделирование движения частиц в акустическом поле при коагуляции.
2. Моделирование движения частиц в электрическом поле.
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины (указываются
специализированные лаборатории и классы, основные установки и стенды)
1.
Лабораторная установка гравитационного осаждения частиц.
2.
Лабораторная установка фильтрации частиц на волокнистом или зернистом
слое.
7. Методические рекомендации по организации обучения (включаются в программу
по усмотрению разработчиков)
Методические рекомендации преподавателям.
10
8. Перечень заданий для самостоятельного выполнения*
Семестр V
Табл. 6.1
Номера
Срок выдачи
Срок сдачи
(№ недели)
(№ недели)
Домашнее задание
8
17
2,3,4,5,6,7
Реферат
-
-
-
Курсовая работа
-
-
-
Курсовой проект
-
-
-
Расчетно-графическая работа
-
-
-
Задания
разделов
дисциплины
В графе «Задания» табл. 6.1 перечисляются только те виды заданий, которые
вводятся в данной дисциплине
9. Перечень контрольных мероприятий
Семестр 1
Табл. 7.1
Вид контрольного
Срок проведения
мероприятия
(№ недели)
Контролируемый объем
учебного курса
(№№ разделов)
Контрольная работа №1
8
1-4
Контрольная работа №2
16
5-8
В графе «Вид контрольного мероприятия» табл. 7.1 перечисляется столько
контрольных мероприятий, сколько запланировано по данной дисциплине.
Контрольные работы проводятся в часы практических (семинарских, лабораторных)
занятий в указанные сроки.
Самоконтроль знаний проводится в дни и часы, устанавливаемые преподавателем в среде
e-learning.
11
Программа составлена в соответствии с требованиями Государственного
образовательного стандарта подготовки бакалавров и магистров по направлению
«Техносферная безопасность» (профиль: Защита окружающей среды)
Автор программы
_____Мирошкина Лилия Анатольевна, доцент каф. ТЭМП__/ ________________/
(ФИО, должность, кафедра)
Программа одобрена на заседании НМСН ______________протокол № ______ от _____
2006г.
12