Физико-химические методы исследования и контроля атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РК

Западно-Казахстанский государственный университет им. М. Утемисова

Естественно-географический факультет

Кафедра химии

Реферат

на тему:

Физико-химические методы исследования и контроля атмосферы

Выполнил: студент 3 курса группы 01314б

Специальности 5В072000 Кенжегарина Гульнур

Проверил: Акатьев Н.В.

Уральск - 2013



Содержание

1. Основные источники загрязнения окружающей среды

1.1 Влияние промышленных предприятий

1.2 Автомобильный транспорт

1.3 Энергетика и окружающая среда

2. Основные физико-химические процессы, происходящие в атмосфере при выбросе оксидов серы и азота

2.1 Кислотные дожди

2.2 Оксиды азота. Фотохимический смог

2.3 Соединения серы

3. Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов

Литература



1. Основные источники загрязнения окружающей среды

1.1 Влияние промышленных предприятий

Промышленность оказывает наиболее разрушительное влияние на окружающую среду, и в первую очередь на рельеф местности, уровень залегания грунтовых вод, почву, растительность и животный мир. Особенно ощутимый экологический вред наносит добыча полезных ископаемых. В СНГ около 60% добываемого угля приходится на открытые разработки. В Беларуси на разработки занято 42 тысячи га земель (из них 33,8 тысяч га приходится на торфяные месторождения). На поверхность земли часто выпадают токсичные химические вещества, оказывающие отрицательное воздействие на прилегающие территории. Негативное влияние на грунтовые воды приводит, в первую очередь, к снижению продуктивности с/х и лесных угодий и гибели лесов. Одним из главных решений данного спектра проблем является рекультивация земель (горнотехническая и биологическая).

1. Горнотехническая рекультивация:

Покрытие поверхности плодородным слоем. Укрепление поверхности от водной и ветровой эрозий. Утилизация отходов промышленности. Уплотнение и планировка нарушенных земель

2. Биологическая рекультивация:

Озеленение, нанесение на поверхность биологически активного слоя Удобрение нанесённого плодородного слоя Подбор наиболее пригодных пород деревьев, кустарников, трав. Полное восстановление биологического потенциала нарушенных земель

Основным загрязнителем окружающей среды является металлургическое производство, причём на всех его стадиях. В воздушный бассейн осуществляется выброс огромного количества пыли, сернистого газа и оксидов углерода. Выбрасываемая пыль насыщена соединениями железа, алюминия, марганца и др. Так же все предприятия металлургического производства являются водо-, энерго- и теплоёмкими. Влияние химической промышленности обусловлено не только значительным масштабом загрязнения токсичными веществами, но и выбросом веществ, которые не участвуют в естественном круговороте. Так же потребителями химической промышленности являются все отрасли промышленности, поэтому загрязнение происходит повсеместно. Огромное количество вредных веществ выбрасывается при производстве серной и фосфорной кислот, а так же минеральных удобрений (суперфосфата, аммофоса и т.д.). Например, при производстве фосфорной кислоты в атмосферу выбрасывается до 60% вырабатываемого фтора, а соединения фтора являются сильными ядами, особенно для растений, обладают кумулятивным действием, т.е. способностью накапливаться в организме в течении длительного времени.

В меньшей степени, окружающую среду загрязняют предприятия строительной индустрии (производство цемента, бетона, асбеста и др.).

Главным промышленным загрязнителем в мире является США - 23%, Китай - 13,9%,России-7,2%.Среди промышленных предприятий Беларуси 36% выбросов приходится на энергетическую отрасль. Оценка интенсивности выбросов (отношение массы выбросов и стоимости ВВП) показала, что предприятия Беларуси загрязняют окружающую среду в 1,5-2 раза больше по сравнению с индустриально развитыми державами, но значительно меньше, чем страны Центральной и Восточной Европы.

К числу наиболее опасных отраслей промышленности относятся: химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая отрасли, а также металлургия и машиностроение, и приборостроение. Химическая промышленность дает значительные масштабы загрязнения токсичными веществами. Регионы - Новополоцк, Гродно, Могилев, Светлогорск, Бобруйск, Гомель. Выбросы наиболее опасных соединений в химической промышленности происходят при производстве следующей продукции:

Пластмасс

Резинотехнические изделия (Бобруйск)

Органические растворители

Искусственные волокна

Удобрения и т.д.

Наиболее опасные выбросы - это оксид углерода, оксиды серы и азота, аммиак. Нефтеперерабатывающие комплексы - это Новополоцк и Мозырь. Здесь выбросы могут быть различных веществ, присутствующих в нефти. Металлургия - Жлобин (здесь происходят выбросы ионов тяжелых металлов). По классификации Всемирной организации здравоохранения известно 5 тяжелых металлов - медь, кадмий, олово, свинец, ртуть. Они вылетают из труб в парообразном виде или газообразном. Машиностроение и приборостроение. Здесь наиболее опасные цеха - литейное производство, где идет горячее литье металлов, и гальванические цеха, где приборостроение. Там выбрасываются органические растворители, кислоты. Уже менее опасные: стройиндустрия (щебень, цемент, плиты ДСП) - бывают выбросы цементной и древесной пыли, фенола и формальдегида.

1.2 Автомобильный транспорт

Негативное влияние на окружающую среду оказывают все виды транспорта, однако львиная доля приходится на автотранспорт. Главная причина - резкое увеличение количества легковых и грузовых автомобилей (например в США количество автомобилей увеличивается в 2 раза быстрее, чем численность населения). В США автомобили расходуют 63% общего объёма потребляемой нефти и на них приходится 50% загрязнения воздуха.

Главным в улучшении данной ситуации является усовершенствование автомобильных двигателей с переходом на другие виды топлива.

В крупных городах около 90% оксидов углерода попадает в воздух вследствие неполного сгорания его в моторном топливе. Так же на автомобили приходится около 45% газового выброса оксидов азота и около 35% углеводородов (наиболее опасным является бензопирен, который обладает сильным канцерогенным свойством). При неполном сгорании дизельного топлива выделяется сернистый газ, который контактируя с водой даёт серную кислоту (является сильнейшим коррозионным фактором). Так же при сгорании бензина в воздух попадают частицы свинца (а точнее тетраэтилсвинец, который повышает октановое число бензина). Особенно сильно от свинца страдают дети, они теряют аппетит, становятся апатичными либо сверхкапризными, затем появляются рвота и обмороки. Свинцовое отравление может вызвать умственную отсталость и привести к смерти.

Транспорт способствует накоплению в атмосфере пыли, которая может задерживать от 10 до 50% солнечных лучей и почти 90% у/ф лучей. На мелкие частицы пыли оседают молекулы оксидов серы и канцерогенных углеводородов.

Широкое применение соли для устранения обледенения на дорогах приводит к тому, что соль с талой водой попадает в реки и озёра, откуда берётся питьевая вода. Серьёзной проблемой является сброс нефтепродуктов в мировой океан (около 10 млн. т). Причины: аварии танкеров, повреждения и аварии на буровых установках, прорывы нефтепроводов и т.д.).

1.3 Энергетика и окружающая среда

Каждая из отраслей энергетики (гидроэнергетика, теплоэнергетика и атомная энергетика) оказывает своё специфическое воздействие на окружающую среду.

1. Гидроэнергетика.

Не вызывает загрязнения окружающей среды в обычном понимании. Однако плотины и создаваемые при них водохранилища нарушают экологический баланс водоёмов. Сегодня в мире насчитывается около 30000 водохранилищ. Процессы происходящие в самом водохранилище приводят к трансформации речных вод в полупроточные водные массы. Влияние водохранилищ на климат распространяется на 10-15 км.

На прилегающих к водохранилищу территориях повышается уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию, трансформации почв, нарушению обитания животных и растений. Водохранилища влияют так же на тектонические процессы, способствуя возникновению и увеличению частоты землетрясений. В результате эксплуатации водохранилищ нарушается качество воды, а это оказывает влияние на использование всех видов водных ресурсов. Решением является развитие т.н. "малых" ГЭС (впервые в США). Возведение малых ГЭС происходит на высоком технологическом уровне, они рассчитаны на сравнительно небольшой расход воды. Малые ГЭС почти не изменяют природных условий.

2. Теплоэнергетика.

Продукты сгорания топлива на ТЭС являются основным источником загрязнения окружающей среды. Энергетические установки всего мира ежегодно выбрасывают около 1 млрд. тонн золы и около 400 млн. тонн оксида серы. В результате сжигания топлива концентрация углекислого газа в атмосфере ежегодно увеличивается на 0,03%. В состав выбросов входит сернистый газ, который является очень сильным ядом. В местах, прилегающих к ТЭС, концентрация токсичных веществ превышает норму в 5 раз. Так же серьёзной экологической проблемой является сброс сточных вод в водоёмы. Со сточными водами сбрасывается целый комплекс загрязняющих веществ (нефтепродукты, хлориды, сульфаты и т.д.) В России сброс сточных вод ТЭС составляет около 5% всех сбросов.

ТЭС потребляют огромное количество кислорода. При современном топливном балансе потребление кислорода ТЭСами примерно в 5 раз превосходит его потребление всем населением Земли для дыхания. ТЭС, работающие на угле являются источником радиоактивности, а угольная зола содержит большое количество токсичных металлов (барий, мышьяк, марганец и др.).

3. Ядерная энергетика.

Для выработки энергии необходима урановая руда, а в процессе работы образуются радиоактивные отходы. Очень актуальна проблема влияния АЭС на прилегающие территории, а так же проблема последствий аварий на АЭС. Радиоактивные материалы, используемые на АЭС имеют твёрдую, жидкую и газообразную форму. Твёрдые - это отработанное ядерное топливо.

Жидкие - это охлаждающая ядерный реактор вода, в которой находятся радионуклиды. Газообразные - радиоактивные инертные газы (криптон, ксенон).

Отходы низкой радиоактивности утилизируются на хранилищах на территории АЭС, а отходы высокой радиоактивности помещаются в специальные могильники. Радиоактивному воздействию подвергается персонал АЭС, а так же население территорий, прилегающих к ним.

Решение проблемы радиоактивного загрязнения окружающей среды при эксплуатации АЭС сводится к созданию замкнутых систем водопользования с многократными этапами очистки и следующим её возвратом.

Снижение газо-аэрозольных выбросов.

Снижение объёма поступающих на захоронение твёрдых отходов.

Создание максимально эффективной и многобарьерной защиты.

Так же весьма актуальной является проблема теплового загрязнения. Современные ТЭС и АЭС имеют КПД 33-40%, это значит, что около 60% тепла отводится водой системы охлаждения. Экологическая приемлемость АЭС тесно связана с выводом АЭС из эксплуатации в связи с аварией или модернизацией.



2. Основные физико-химические процессы, происходящие в атмосфере при выбросе оксидов серы и азота

2.1 Кислотные дожди

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев, особенно березы и дуба, выявлена достаточно давно. Совместное действие этих двух факторов ведет к существенному снижению плодородия почв и постепенному "обезлесеванию".

Кислотные или кислые осадки (дождь или снег, а иногда и туман) имеют рН < 5,6. Выпадение кислотных осадков связано исключительно с антропогенным загрязнением атмосферы выбросами диоксида серы и оксидов азота (ежегодно объем мировых выбросов более 252 млн. т). От этого в различных регионах мира погибают леса на площади более 31 млн. га. Так, на территории Германии кислотными дождями повреждено около 35 % площади лесных массивов, а в Канаде уже, к сожалению, погибли старейшие леса возрастом более 300 лет из бальзамической ели. Кислотные осадки привели к ухудшению состояния и гибели горных лесов из красной ели в северных Аппалачах. Все это резко снизило прирост лесов и ухудшило естественное лесовозобновление. Аналогичная ситуация отмечена во многих районах России, особенно в крупнейших промышленных регионах. Значительно снижается под воздействием кислотных осадков урожайность некоторых сельскохозяйственных культур (хлопчатника, томатов, винограда, цитрусовых и др.) - в среднем на 20-30%.

От кислотных осадков особенно пострадали озера в Канаде, Норвегии, Швеции, Финляндии, США, в российской Карелии. Так, в Швеции около 15 000 озер повреждены воздушными загрязнителями, причем в 1800 озерах полностью утрачены признаки жизни. В Канаде закислены более 14 000 озер, в Норвегии из 5000 обследованных озер в 1750 исчезла рыба. В Карельских озерах отмечено резкое сокращение запасов лососевых и сиговых рыб. В озерных экосистемах увеличение кислотности вод, т. е. понижение рН, приводит к деградации не только популяций рыб, но и других гидробионтов.

Можно описать такую последовательность этого процесса по данным исследований шведских ученых: при рН = 6,0 гибнут ракообразные, улитки, моллюски; при рН = 5,9 - лосось, форель, плотва; при рН = 5,8 - восприимчивые к кислотному загрязнению насекомые, фито - и зоопланктон; при рН = 5,6 - сиг, хариус; при рН = 5,1 - окунь и щука; при рН = 4,5 - угорь и голец. При дальнейшем понижении рН выживают резистентные к кислотному загрязнению насекомые, некоторые редкие виды фито - и зоопланктона. Отмечается бурное развитие белого мха, а это показывает, что данный водоем стал биологически мертвым. В целом негативные последствия проявляются при рН < 6,5, а "нормальные" формы жизни прекращают свое существование при рН < 5.

Кислотные осадки, как уже отмечалось, сказываются на плодородии почв, в частности при уменьшении рН до 3,0 почвы становятся практически бесплодными. Наиболее подвержены закислению подзолистые почвы таежной зоны.

Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как активный и мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения физико-механических характеристик ряда грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи, так называемое "городское" выветривание. В целом уже установлено, что кислотные дожди оказывают многофакторное воздействие на окружающую среду и являются в какой-то степени результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты - это разбавленная серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода (см. ниже).

Исследованиями в центральной части Европейской России установлено, что снеговые воды здесь имеют, как правило, почти нейтральную или слабощелочную реакцию. На этом фоне выделяются районы как кислотных, так и щелочных атмосферных осадков. Снеговые воды с нейтральной реакцией характеризуются низкой буферностью (кислотонейтрализующей способностью) и поэтому даже незначительное повышение концентрации в приземной атмосфере оксидов серы и азота может привести к выпадению кислотных атмосферных осадков на обширных территориях. Прежде всего, это касается крупных заболоченных низменностей, в которых происходит накопление загрязняющих веществ атмосферы вследствие проявления низинного эффекта аэрального осаждения.

2.2 Оксиды азота. Фотохимический смог

Оксиды азота, монооксид NO и диоксид NО₂ образуются при ґсжигании всех видов топлива и представляют особую опасность для здоровья человека. Основными источниками выбросов оксидов азота в атмосферу являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), автотранспорт, авиация, ТЭС, ТЭЦ, металлургия и другие отрасли промышленности. Если общее ежегодное выделение оксидов азота в мире оценивалось в 1967 г. в 53 млн. т, то уже в 1995 г. оно составило 130 млн. т. Удельный вес выбросов оксидов азота от различных стационарных источников в США составляет: ТЭС - 52%, промышленно-отопительные котлы - 14,4, промышленные печи и технологические нагревательные установки - 4,1, поршневые двигатели и ДВС - 19,8%, газовые турбины - 20, выбросы, не связанные с горением, - 1,9, прочие стационарные выбросы - 4,1%.

Высокие концентрации оксидов азота локализуются вблизи источников выбросов и приводят к появлению смога.

Смог - сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах, обусловленное застаиванием больших масс воздуха. Существует два типа смога:

густой туман с примесью дыма и газовых отходов производства;

пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации.

Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенной физико-географической обстановке: наличия в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов, озона и других загрязнителей в условиях интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздушных масс в приземном слое. В декабре 1952 г. от лондонского смога погибло около 4000 человек, но это не был фотохимический смог, который интенсивно образуется при ясной солнечной погоде с выделением исключительно высокотоксичных загрязнителей. Основными "поставщиками" исходных химических веществ для образования фотохимического смога являются выхлопные газы автомобилей. На формирование смога влияют природные факторы: температурная инверсия, которая присуща любому крупному городу; ветер, инсоляция, влажность. Печальный рекорд со смогом принадлежит до сих пор Лос-Анджелесу, хотя проблема в настоящее время во многом решена. Формирование смога в этом городе обусловлено тем, что он расположен в низине и окружен со всех сторон холмами. В прежние годы в городе фиксировалось до 270 дней в году со смогом. Большое количество автомобилей в городе выбрасывают массу выхлопных газов, которые не поднимаются вверх и не рассеиваются в атмосфере, причем теплые газы вредных веществ остаются в непосредственной близости от земной поверхности. Это отрицательно сказывается на растительности, животных и, конечно, на человеке.

По своему физиологическому воздействию на человеческий организм фотохимический смог крайне опасен, особенно для дыхательной и кровеносной систем; при воздействии смога возникает стойкая неспособность крови к усвоению и переносу кислорода.

В образовании фотохимического смога участвуют многие загрязнители воздуха, среди которых NO и NO₂ представляют особую опасность.

Монооксид азота NO образуется в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при прямом соединении азота с кислородом. В выхлопных газах присутствует также некоторое количество NO₂, который образуется непосредственно в автомобильном двигателе или при окислении NO. Часть NO₂, растворяясь в парах воды, превращается в азотную кислоту. Другая часть NO₂ на солнечном свету подвергается фотохимической диссоциации:

NO₂ + hv > NO + О

Для протекания реакции требуется энергия 304 кДж/моль, что соответствует энергии фотонов с длиной волны 393 нм.

Образующийся атомарный кислород может вступать в самые разнообразные реакции, в том числе в реакцию образования озона, который способен быстро окислять NO до NO₂.

Скорость протекания этих реакций в течение суток не одинакова, что связано с интенсивностью движения автотранспорта. На рис. 73 показана зависимость концентрации различных компонентов смога от времени суток. В ранние утренние часы концентрация NO невелика. По мере усиления автомобильного движения начинают интенсивно протекать вышеописанные химические процессы и в полдень их скорость становится максимальной.

Помимо оксидов азота (30%) автотранспорт выделяет в воздух города более 95% оксидов углерода, около 65% углеводородов. Кроме токсичных компонентов отработавших газов двигателей атмосфера загрязняется парами топлива из баков, карбюраторов, систем питания двигателей, продуктами износа шин, тормозных накладок. Все эти органические вещества окисляются озоном или атомарным кислородом. Одним из продуктов окисления являются альдегиды.



Рис. 1. Концентрация компонентов фотохимического смога в крупных городах в разное время суток

Как видно из рис. 73, в то время, когда снижается содержание углеводородов, увеличивается содержание альдегидов (общая формула R-СОН, где R - СН₃; С₂Н₅ и др.). При окислении углеводородов образуется также много свободных радикалов, которые вследствие своей высокой химической активности вызывают в загрязненной атмосфере сложные химические процессы, в результате образуются, в частности, пероксоацилнитраты (ПАК) - R - СО - О - О - NO₂. Это чрезвычайно вредные вещества, раздражающие глаза, затрудняющие дыхание, вызывающие аллергию.

Автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин, является также основным источником выброса высокотоксичных соединений свинца. В 1 л такого бензина содержится до 0,4 г свинца. При существующем в США парке автомобилей, по данным американских ученых, в атмосферу ежегодно выбрасывается до 2000 т свинца, что составляет шестую часть его добычи в стране.

По данным ЮНЕСКО, из атмосферы ежегодно поступает в моря и океаны до 200 тыс. т свинца.

Одним из наиболее токсически опасных выбросов в атмосферу является бенз(а)пирен (С₂ОН₁₂). Это вещество имеет свойство накапливаться в организме и способствует развитию онкологических заболеваний, т. е. является канцерогеном. При сжигании природного газа при неправильном режиме может образовываться 1-10 мкг/100 мі бенз(а)пирена, а при сжигании мазута - 50-100 мкг/100 мі.

Общий выброс бенз(а)пирена в атмосферу Земли оценивается от 8 до 20 тыс. т в год. По расчетам ученых, во взвешенном состоянии в атмоссЬеоном воздухе нашей страны находится до 5 тыс. т бенз(а)пирена, ртути, мышьяка, свинца, кадмия, фенолов, фреонов и других весьма опасных канцерогенных веществ.

Статистика показывает, что в 1930 г. смертность от рака в США, Нидерландах и Великобритании составляла ежегодно 50 чел. на 1 млн. жителей. К 1950 г. эти величины выросли до 300 в Великобритании, 150 - в Нидерландах, 130 - в США. В 1985 г. число заболеваний (по сравнению с 1930 г.) увеличилось в США примерно в 30 раз, в Великобритании в 50 раз. Предельно допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в атмосфере составляет 0,000001 мг/мі. Однако во многих городах она превышает данное значение на 2 порядка и более. Например, в Париже на некоторых улицах она достигает 0,0007 мг/мі в ряде крупных городов США - 0,002 мг/мі, в Цюрихе - 0,0024 мг/мі.

2.3 Соединения серы

Их относят к одним из самых вредных газов из числа наиболее распространенных загрязнителей воздуха. Наиболее опасным для жизни и здоровья людей является диоксид серы SO₂, образующийся при сжигании топлива, который выбрасывается в атмосферу через различные дымовые трубы. Причем выбросы диоксида серы, обусловленные работой теплоэнергетических установок, сжигающих органическое топливо, превышают 100 млн. т в год. Если бы человечеству удалось уловить третью часть этих выбросов и получить из них товарную серу, то можно было бы закрыть все добывающие и перерабатывающие предприятия. Попадая в атмосферу, диоксид серы подрывает здоровье людей, угнетает животный и растительный мир, ускоряет коррозию и разрушение машин, механизмов, зданий и сооружений.

Изучение историй болезни большого числа городских жителей ясно показывает, что в городских районах с самым сильным загрязнением воздуха наблюдается наибольшее число заболеваний органов дыхания и наиболее низкая средняя продолжительность жизни.

Одним из промышленных процессов, приводящих к очень высокому локальному уровню содержания SO₂, является обжиг или выплавка сернистых руд. Этот процесс представляет собой окисление сульфида металлов, сопровождающееся выделением SO₂:

2ZnS + 3О₂ > 2ZnO + 2SO₂

Приблизительно 60 % выделяемого количества SO₂ обусловлено сжиганием угля и нефти. Например, ТЭС, потребляя в год 2,3 млн. т угля, расходует 6,2 млн. т кислорода и выбрасывает в атмосферу 140 тыс. т SO₂. Известно, что все виды угля и нефти характеризуются различным содержанием в них серы. В связи с требованиями к снижению загрязнения воздуха SO₂ нефть с низким содержанием серы пользуется большим спросом и поэтому продается по более высокой цене. Угли, содержащие пониженное количество серы, имеют более низкую удельную теплоту сгорания, поэтому в расчете на единицу выделяемой теплоты различие в содержании серы нивелируется.

Не все вредное воздействие вызывается самим диоксидом серы; основной ущерб наносит триоксид серы SO₃, образующийся при окислении SO₂.

Диоксид серы нелегко окисляется в чистом воздухе. Однако в присутствии пылеобразных частиц оксидов металлов под воздействием О₂ диоксид серы очень быстро превращается в SO₃. Реакция протекает на поверхности частиц, которые играют роль гетерогенного катализатора. В газах, выбрасываемых ТЭС, содержится значительное количество тонкоизмельченных твердых веществ - золы, находящейся во взвешенном состоянии в воздухе.

Окислению SO₂, кроме того, способствует наличие в воздухе капелек влаги, т. е. тумана или облаков; известно, что растворенный в воде SO₂ окисляется довольно быстро.

Еще одной возможностью превращения SO₂ в SO₃ является фотохимическое окисление. Поглощение молекулой SO₂ фотона с длиной волны более 300 нм может привести к переходу одного из ее электронов с одной орбитали на другую, более высокую. При этом молекула переходит в возбужденное состояние, повышается ее реакционная способность:

SO₂ + hv > SO^*₂,

SO^*₂ + O₂ > SO₃ + O,

где SO^*₂ - электронно-возбужденная молекула SO₂.

Образовавшийся тем или иным способом, в зависимости от конкретного состояния атмосферы, SO₃ растворяется в капельках влаги с образованием серной кислоты:

SO₃ + Н₂О > H₂SO₄

В результате увеличения выбросов в атмосферу оксидов серы и азота из-за сжигания ископаемого топлива при производстве тепловой и электрической энергии и других технологических процессах за последние 2 - 3 десятилетия резко повысилось содержание серной и азотной кислот в осадках. Мировые антропогенные выбросы диоксида серы превышают сегодня 150 млн. т в год. Выше мы уже отмечали наличие кислых дождей. Кислотность такого дождя обусловлена главным образом присутствием серной и азотной кислот. Из-за выпадения кислых дождей во многих пресноводных озерах уменьшилось количество обитающих там рыб, что, в свою очередь, оказало ощутимое воздействие на другие звенья экологической цепочки. Кислые дожди сильно корродируют металлы, нарушают целостность покрытий из красок и других материалов, разрушают мрамор, строительные детали, в составе которых содержится СаСО₃ и др.

Больше всего страдают кислые подзолистые почвы, широко распространенные в центральных и северных районах нашей страны. Чтобы нейтрализовать кислотные осадки, приходится дополнительно проводить известкование почв, т. е. ежегодно вносить около 1,5 млн. т извести. Эти затраты оцениваются примерно в 40 млн. руб. (в ценах 2000 г.). Если же ущерб оценивать по стоимости потерянного урожая, то он будет в 2 - 3 раза больше.

Хорошо видны и изменения лесных экосистем. Ухудшается возобновление хвойных пород деревьев, чаще всего они замещаются лиственными породами.

Так, в Архангельской и Московской областях в сосново-березовых лесах средний прирост сосны за 100 лет превышает средний прирост березы всего на 10%. Сосна чувствительна к диоксиду серы, береза - в гораздо меньшей степени.

Имеющиеся оценки показывают, что тип лесного фитоценоза должен изменяться уже при содержании диоксида серы в воздухе, равном 20-25 мкг/мі, а эта величина уже близка к нынешнему европейскому региональному уровню. У особо чувствительных видов хвойных деревьев снижается скорость прироста, усыхают дубравы (дубовые леса). Этот процесс затронул сегодня многие европейские страны.

В тех местностях, где в атмосфере содержится аммиак NH₃, может происходить кислотно-основное взаимодействие, приводящее к образованию гидросульфата аммония NH₃(HSO₄) или сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ по реакциям:

NH₃ + H₂SO₄ > NH₄ (HSO₄)

NH₄ (HSO₄) + NH3 > (NH₃)₂SO₄

Плотная дымка, окутывающая многие крупные промышленные районы, состоит главным образом из рассеянного в воздухе сульфата аммония, образующегося указанным путем. Дышать таким воздухом небезопасно.

В связи с ожидаемым увеличением масштабов сжигания угля, а также производства цемента, строительных материалов, металлов возникают серьезные проблемы, связанные с выбросами в атмосферу ртути и других тяжелых элементов. Уже сегодня в Европе и Северной Америке антропогенное поступление ртути в десятки раз превышает ее природный приток. И как результат - рост загрязнения водоемов, которые имеют большую площадь водосбора, особенно при увеличении их кислотности, а это повышает растворимость соединений тяжелых металлов и усугубляет их токсическое действие.



3. Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ в воздухе населенных пунктов

промышленный сера азот выброс

Необходимость раздельного нормирования примесей в воздушной среде в населенных пунктах и в рабочей зоне определяется условиями восприятия вредных веществ людьми различного возраста и состояния здоровья. В табл. 30 приведены предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ в воздухе для населенных пунктов, которые при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывают на него вредного влияния. Эти значения всегда меньше ПДК в рабочей зоне, так как там период воздействия загрязняющего вещества ограничен продолжительностью рабочего дня. Например, в воздухе населенных пунктов ПДК М.Р. для диоксида серы составляет 0,5 мг/м 3 и диоксида азота - 0,085, а для рабочей зоны соответственно 10 и 5 мг/м 3.

Таблица 30. Предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществв воздухе населенных пунктов (мг/м)

В документах экологических организаций Европейского Союза кроме токсичности загрязненных веществ и их "направленности" (канцерогенное, мутагенное, аллергенное и др.) учитываются их распространенность и способность к аккумуляции в организме человека и к движению по пищевым цепям. Недостатки этого нормативного подхода в ненадежности, точности и обоснованности принятых (установленных) значений ПДК и других показателей из-за слабой разработанности их эмпирической и наблюдательной базы, отсутствия учета совместного воздействия загрязнителей и резких изменений состояния приземного слоя атмосферы во времени и пространстве.

Литература

http://bibl.tikva.ru/base/B1688/B1688Content.php

http://bip-ip.com/osnovnyie-istochniki-zagryazneniya-okruzhayushhey-sredyi/

http://ekolog.na.by/files/3.htm

http://ecologia.by/

http://www.ecoindustry.ru/

Размещено на Allbest.ru

...