Проблемы кислотных дождей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУВПО «АмГУ»)

Кафедра безопасности жизнедеятельности

РЕФЕРАТ

на тему: Проблемы кислотных дождей

Исполнитель

студентка группы 373 сб

А.Л. Помалейко

Руководитель

С.А. Лескова

Благовещенск 2013г.

Содержание

Введение

1. Определение понятия кислотные дожди

2. Причины возникновения кислотных дождей

3. Проблемы, влекущие за собой кислотные осадки

4. Кислотная седиментация (вымывание кислотных веществ, сухие осадки)

5. Меры очистки и профилактики в вопросах кислотных дождей

Заключение

Список используемой литературы

Введение

«Крупные катастрофы, уже разорившие и продолжающие разорять современный мир, происходят от нежелания человека считаться с законами природы, от нежелания понять, что голод нельзя утолить, опустошая землю»

Ж. Дорст

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека.

Среди весьма серьезных проблем экологического плана наибольшее беспокойство вызывает нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу. Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. В период промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии в атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения. По ориентировочным данным ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Актуальность выбранной темы подтверждается социальной важностью проблемы кислотных дождей в современном мире т.к. основными источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и автомобильный транспорт, без которых человечество не может существовать но с которыми необходимо находить компромиссные, высокотехнологичные решения.

В данной работе мы кратко рассмотрим вопросы и проблемы кислотных дождей и их негативное влияние на окружающую среду и человека.

1. Определение понятия кислотные дожди

Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO 2) и окислы азота (NО x) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности.

Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО 2), вступают в реакцию с дождевой водой.

При этом образуется слабая угольная кислота (CO 2 + H 2 O --> H 2 CO 3). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO 2 ) и различными оксидами азота (NO х ).

2. Причины возникновения кислотных дождей

Основной причиной возникновения кислотных дождей есть наличие в составе атмосферы нашей планеты двуокиси азота NO2 и двуокиси серы SO2, эти элементы вступают в химическую реакцию с кислородом, и в последующим с водой как результат образуется соответственно азотная и серная кислоты, которые попадают на поверхность земли в виде кислотных дождей и оказывают негативное влияния на абсолютно все живые организмы и всю экосистему в целом.

Чтобы бороться с кислотными дождями необходимо сократить выбросы кислотообразующих элементов электростанциями. А для этого нужно: очистка угля от серы или использовать низкосернистый уголь, произвести установку фильтров которые очищали бы все выбросы в атмосферу, использование в большей степени альтернативных источников энергии.

Множество технологических процессов, особенно связанных с получением энергии, основано на окислении углеводородов. Если бы топливо состояло только из углеводородов, а воздух -из кислорода, то при полном сгорании в атмосферу попадали бы только углекислый газ и пары воды. Однако в топливе есть примеси, а в воздухе -- азот, да и само сгорание не всегда оказывается полным. В результате в атмосферу попадает целый набор загрязняющих веществ, основную массу которых составляют окислы серы и азота, способные образовывать сильные кислоты. Эти вещества в природной среде интенсивно взаимодействуют с аммиаком, поэтому аммиак как загрязнитель всегда рассматривается в рамках проблемы кислотного загрязнения.

Окислы азота и остатки органического топлива -- летучие органические соединения (ЛОС) провоцируют образование тропосферного озона -- сильного окислителя, поражающего растения и опасного для здоровья человека.

Другой важный источник антропогенных окислов серы в атмосфере -- металлургия. В процессе производства чёрных металлов производятся обжиг руд и коксование угля. Назначение этих высокотемпературных процессов, в частности, удаление серы, которая и попадает в атмосферу в виде SO2. Цветная металлургия «соревнуется» с энергетикой по количеству выбрасываемых в атмосферу окислов серы. Руды многих цветных металлов -- колчеданы -- являются сульфидными солями: CuS, Cu2S, NiS, ZnS, Ag2S и PbS. При получении этих металлов колчеданы предварительно обжигают, и сера переходит в SO2. В отличие от чёрной металлургии и энергетики сернистый газ в этом процессе получается в высокой концентрации. Это делает экономически эффективным производство серной кислоты путём утилизации SO2. К сожалению, крупнейшие предприятия цветной металлургии Северного полушария расположены далеко от других промышленных центров (Норильск, например), и транспортные расходы по вывозу столь агрессивного продукта, как серная кислота, оказываются слишком велики.

Определенный уровень кислотности имеет любая дождевая вода. Но в нормальном случае этот показатель соответствует нейтральному уровню pH - 5,6-5,7 или несколько выше. Небольшая кислотность объясняется содержанием в воздухе углекислого газа, но считается настолько низкой, что не наносит никакого вреда живым организмам. Таким образом, причины кислотных дождей связаны исключительно с деятельностью человека, и не могут быть объяснены естественными причинами.

Предпосылки для повышения кислотности атмосферной воды возникают, когда промышленные предприятия выбрасывают большие объемы оксидов серы и оксидов азота.

Наиболее характерные источники таких загрязнений - это выхлопные газы автомобилей, металлургическое производство и тепловые электростанции (ТЭЦ).

К сожалению, современный уровень развития технологий очистки не позволяет отфильтровывать соединения азота и серы, который возникают в результате сгорания угля, торфа, других видов сырья, что используются в промышленности.

В итоге такие оксиды попадают в атмосферу, соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света, и выпадают на землю в виде осадков, которые и называют «кислотные дожди».

3. Проблемы, влекущие за собой кислотные осадки

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца еще не изучен, сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов.

Ученые отмечают, что последствия кислотных дождей очень многомерны, и опасны как для людей и животных, так и растений. В числе главных специалисты называют следующие эффекты:

Кислотные дожди заметно повышают кислотность озер, прудов, водохранилищ, в результате чего там постепенно вымирает их естественная флора и фауна. В результате изменения экосистемы водоемов, происходит их заболачивание, засорение, повышенная илистость. Кроме того, в результате таких процессов вода становится непригодной для использования человеком. В ней повышается содержание солей тяжелых металлов и различных токсичных соединений, которые в нормальной ситуации поглощаются микрофлорой водоема.

Кислотные дожди приводят к деградации лесов, вымиранию растений. Особенно страдают хвойные деревья, так как медленное обновление листвы не дает им возможности самостоятельно устранять последствия кислотных дождей. Очень подвержены таким осадкам и молодые леса, качество которых стремительно падает. При постоянном воздействии воды с повышенной кислотностью, деревья погибают.

В США и Европе кислотные дожди - одна из распространенных причин плохих урожаев, вымирания сельскохозяйственных культур на огромных площадях. При этом причина такого ущерба кроется как в прямом воздействии, которое оказывают кислотные дожди на растения, так и в нарушениях минерализации почвы.

Кислотные дожди наносят непоправимый ущерб памятникам архитектуры, здания, сооружениям. Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов, выход из строя механизмов. При текущей кислотности, которую имеют кислотные дожди, в некоторых случаях они могут наносить прямой вред человеку и животных. Прежде всего, люди в зонах повышенной опасности страдают от заболеваний верхних дыхательных путей. Впрочем, не так далек тот день, когда насыщенность вредных веществ в атмосфере достигнет уровня, при котором в виде осадков будет выпадать серная и нитратная кислота достаточно высокой концентрации. В такой ситуации угроза здоровью человека окажется уже значительно более высокой.

4. Кислотная седиментация (вымывание кислотных веществ, сухие осадки)

кислотный дождь кислота седиментация

Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация, которая может происходить двумя путями. Первый путь ѕ вымывание осадков или влажная седиментация. Второй путь ѕ выпадение осадков или сухая седиментация. Совокупность этих процессов является кислотной седиментацией.

Вымывание кислотных веществ из атмосферы.

Вымывание происходит во время образования облаков и осадков. Одним из условий образования облаков является перенасыщенность. Это означает, что воздух содержит больше водяного пара, чем он может принять при заданной температуре, сохраняя равновесие. При понижении температуры способность воздуха накапливать воду в виде пара уменьшается. Тогда начинается конденсация водяного пара, которая происходит до тех пор, пока не прекратится перенасыщенность. Однако при обычных атмосферных условиях водяной пар способен конденсироваться только при относительной влажности 400-500 % . Относительная влажность в атмосфере лишь в редких случаях может превысить 100,5 % . При такой перенасыщенности капельки облаков могут возникать только на частицах аэрозоля ѕ так называемых конденсационных ядрах. Этими ядрами часто являются хорошо растворимые в воде соединения серы и азота.

После начала образования капель элементы облака продолжают поглощать аэрозольные частицы и молекулы газа. Поэтому воду облака или его кристаллы можно рассматривать как раствор атмосферных элементов. Элементы облака не могут безгранично увеличиваться. Возникающая под действием гравитации седиментация, которая растет с увеличением размера капель, рано или поздно приводит к выпадению капель облаков с высоты нескольких сотен или тысяч метров. Во время выпадения эти капли промывают слой атмосферы между облаками и поверхностью земли. В это время поглощаются новые молекулы газа и новые аэрозольные частицы захватываются падающей каплей. Таким образом, достигающая поверхности земли вода вопреки всеобщему мнению никоим образом не является дистиллированной водой. Более того, во многих случаях растворенные в воде осадков вещества могут служить важным и иногда даже единственным источником восстановления запасов этих веществ в различных сферах.

Сухие осадки.

Хотя эта форма седиментации существенно отличается от влажной седиментации, конечный результат их действительно идентичен ѕ попадание кислотных атмосферных микроэлементов, соединений серы и азота на поверхность Земли. Известно достаточно много разнообразных кислотных микроэлементов, однако содержание большинства из них настолько мало, что их роль в кислотной седиментаци можно не принимать во внимание. Эти кислотные вещества могут выпадать на поверхность двумя способами. Один из них - турбулентная диффузия, под действием которой в осадок выпадают вещества, находящиеся в газообразном состоянии. Турбулентное диффузионное движение в первую очередь возникает из-за того, что движение струящегося воздуха над почвой и другой поверхностью является неравномерным вследствие трения. Обычно в вертикальном от поверхности направлении ощущается увеличение скорости ветра и горизонтальное движение воздуха вызывает турбулентность. Таким путем компоненты воздуха достигают Земли, и наиболее активные кислотные вещества легко взаимодействуют с поверхностью.

5. Меры очистки и профилактики в вопросах кислотных дождей

В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:

экологизация технологических процессов;

очистка газовых выбросов от вредных примесей;

рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

соблюдение нормативов допустимых выбросов вредных веществ;

устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Экологизация технологических процессов -- это в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того необходима предварительная очистка топлива или замена его (более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.

Бороться с самими осадками практически невозможно. Выпадая на огромных территориях, кислотные дожди наносят значительный ущерб, и конструктивного решения этой проблемы нет.

Другое дело, что в случае с кислотными дождями критически необходимо бороться не с последствиями, а с причинами такого явления. Поиск альтернативных источников добычи энергии, экологически безопасный автотранспорт, новые технологии производства и технологии очистки выбросов в атмосферу - неполный список того, чем обязано озаботиться человечество, чтоб последствия не приобрели катастрофический характер.

Образование оксидов азота, их химическое превращение и выведение из атмосферы -- довольно сложный процесс. Азот и кислород при высокой температуре в силовых установках, доменных печах и автомобильных двигателях и превращаются в оксид азота NO, при окислении которого образуется диоксид азота, а затем при взаимодействии его с водой -- и азотная кислота. Основным источником диоксида азота является не топливо, а содержащийся в воздухе азот, если температура горения превышает 1000 °С.

Для уменьшения содержания оксидов серы и азота в атмосфере применяются разные методы. Так, при сжигании угля производится предварительное его измельчение с последующим промыванием водой, что позволяет удалить 25 -- 50 % серы. При гидрировании нефти и нефтепродуктов с повышением давления содержащаяся в них сера переходит в соединение H2S, легко отделяемое от сконденсированного топлива. Сравнительно недавно предложен высокоэффективный метод очистки: сжигание топлива в виде смеси угля и известковой пыли при температуре 800 -- 900 °С; при этом удаляется до 90% серы и одновременно предотвращается образование оксидов азота. С применением катализаторов можно произвести дальнейшую очистку. Для обезвреживания выхлопных газов автомобилей применяются различные способы очистки: частичный возврат выхлопных газов, применение обедненной топливной смеси, использование катализаторов и др.

Химический анализ состава атмосферы, внедрение высокочувствительных приборов для определения концентрации газовых примесей в воздухе, изучение динамики основных атмосферных реакций и создание новых эффективных методов, позволяющих сократить вредные выбросы, приводящие к кислотным осадкам,-- вот важнейшие задачи, от успешного решения которых зависит сохранение естественного состояния окружающей среды.

Заключение

Несколько десятилетий назад выражения “кислотные осадки” и “кислотные дожди” были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. За последние несколько лет эти выражения стали повседневными, вызывающими беспокойство во многих странах мира. Проблема кислотных дождей стала одной из экологических проблем глобального масштаба. Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать и уже в некоторых регионах вызывает существенные экономические и социальные издержки. Имитационная модель возникновения кислотных дождей в атмосфере может быть использована для решения этой проблемы. Из этой модели видно, что основной причиной кислотных дождей является антропогенная деятельность. Международный исследовательский институт прикладного системного анализа (IIASA) проводит изучение моделей с целью установления возможной кислотности почв, вод и т.п. через десятки лет. Результаты говорят о том, что почвы и леса в Европе могут быть спасены от дальнейшего закисления только путем значительного сокращения выбросов. Эти выбросы должно самостоятельно регулировать каждое государство. Для уменьшения эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу существует ряд способов:

сильное сокращение использования энергии;

ввод новых технологий, установка фильтрующего оборудования;

использование слабозагрязняющих либо совсем незагрязняющих источников энергии.

Подобное решение звучит довольно нереально. Ни одно государство не согласится уменьшить масштабы потребления энергии и тем самым ухудшить уровень жизни. Ввод новых технологий и установка фильтрующего оборудования также представляют собой экономическую проблему. Проживая в Республики Саха Якутия, рада, что проблема кислотных дождей касается родного региона в меньшей степени, не смотря на широкомасштабное функционирование промышленных инфраструктур. Тем не менее единственным решением проблемы кислотных дождей видится в сокращении потребления энергии, улучшении контроля над выбросами или разработке альтернативных методов производства электроэнергии, таких, как использование ядерной энергии.

Список используемой литературы

1. Гальперин М.В. Общая экология: учебник / М.В. Гальперин. - М..: ФОРУМ, 2012. - 336 с. :ил. - (Профессиональное образование).

2. Каперников С.Х. Концепции современного сестествознания: Учебник для вузов. - М.: Академический Проект; Фонд «Мир», 2005. - 9-е изд., испр. И доп. - 640 с.

3. Колесников С.И. Экология: Учебное пособие / С.И. Колесников. - 5-е изд. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К»; Ростов н/Д: Академцентр, 2011. - 384 с.

4. Интернет - ресурсы:

5. http://www.grandars.ru/

Размещено на Allbest.ru