Локальные, региональные и глобальные проблемы загрязнения атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ»

Кафедра общей химии и экологического мониторинга

Реферат

Локальные, региональные и глобальные проблемы загрязнения атмосферы

Троицк 2015

Оглавление

сера антропогенный атмосфера кислотный

Введение

1. Сера, как элемент

2. Коротко о соединения серы

3. Загрязнение атмосферы оксидами серы

4. Естественные источники эмиссии серы в атмосферу

5. Антропогенные источники эмиссии серы в атмосферу

6. Распространение оксидов серы

7. Кислотные дожди

8. Пути выхода

Заключение

Список литературы

Введение

Атмосфера надежно оберегает человечество от многочисленных опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, защищает землю от перегрева, отмеряя солнечную энергию в необходимом количестве, нивелирует перепад суточных температур, который мог бы составить примерно 200 К, что неприемлемо для выживания всех земных существ. На верхнюю границу атмосферы ежесекундно обрушивается лавина космических излучений. Если бы они достигли земной поверхности, мгновенно исчезло бы все живущее на Земле. Газовая оболочка спасает все живущее от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы и в распределении света. Воздух атмосферы разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает то равномерное освещение, к которому мы привыкли.

Без атмосферы жизнь на планете была бы невозможна. Вдыхая каждую минуту от 5 до 100 л воздуха, человек в сутки потребляет его 12-15 кг, а это значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Основной потребитель воздуха в природе - флора и фауна Земли. Воздух необходим всему живому на Земле. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут, но нормальная жизнедеятельность людей требует не только наличия воздуха, но и определенной чистоты, от качества воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность любых конструкций зданий и сооружений.

В период промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии в атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения. Исследователи отмечают, что если над сельской местностью вредных примесей в атмосфере ныне в 10 раз больше, чем над океаном, то над городом их больше в 150 раз. По ориентировочным данным ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений.

За последние годы загрязнение атмосферы приобрело угрожающий характер и если человек не найдет выхода из сложившейся ситуации, то последствия будут катастрофическими.

1. Сера, как элемент

Сера - элемент 3-го периода и VI A-группы Периодической системы.

Электронная формула атома [₁₀Ne]3s²3p⁴, характерные степени окисления: -II, +IV, +VI.

Шкала степеней окисления серы:

+VI - SO₃, SO₄², HSO₄,H₂SO₄, K₂SO₄, SF₆, SCl₂O₂

+IV - SO₂, SO₃², HSO₃, SO₂ nH₂O, Na₂SO3, SF₄, SCl₄, SCl₂O

0 - S (S₈, S₆, S₄, S₂, S⁰)

I - Na₂S₂, FeS₂

II - S₂, HS, H₂S, Na₂S, CS2

Электроотрицательность серы равна 2,60, для нее характерны неметаллические свойства. В водородных и кислородных соединениях находится в составе различных анионов, образует, кислородсодержащие кислоты и их соли, бинарные соединения.

Сера -- одно из немногих веществ, которыми уже несколько тысяч лет назад оперировали первые «химики». Она стала служить человечеству задолго до того, как заняла в таблице Менделеева клетку под № 16.

С древнейших времен серу использовали для религиозно-мистических целей, ее зажигали при различных церемониях и ритуалах. Но так же давно элемент № 16 приобрел и вполне мирские назначения: серой чернили оружие, ее употребляли при изготовлении косметических и лекарственных мазей, ее жгли для отбелки тканей и для борьбы с насекомыми. Добыча серы значительно увеличилась после того, как был изобретён черный порох. Ведь сера (вместе с углем и селитрой)-- непременный его компонент.

И сейчас пороховое производство потребляет часть добываемой серы, правда, весьма незначительную. В наше время сера -- один из важнейших видов сырья для многих химических производств. И в этом причина непрерывного роста мирового производства серы.

2. Коротко о соединениях серы

По распространенности элемент, № 16 занимает -15-е место. Содержание серы в земной коре составляет 0,05% по весу. Это немало. К тому же сера химически активна и вступает в реакции с большинством элементов. Поэтому в природе сера встречается не только в свободном состоянии, но и в виде разнообразных неорганических соединений. Особенно распространены сульфаты, (главным образом щелочных и щелочноземельных, металлов) и сульфиды (железа, меди, цинка, свинца). Сера есть и в углях, сланцах, нефти, природных газах, в организмах животных и растений. При взаимодействии серы с металлами, как правило, выделяется довольно много тепла. В реакциях с кислородом сера дает несколько оксидов, из них самые важные SО₂ и SО₃ -- ангидриды сернистой Н₂SО₃ и серной Н₂SО₄ кислот. Соединение серы с водородом - сероводород Н₂S -- очень ядовитый, зловонный газ, всегда присутствующий в местах гниения органических остатков. Земная кора в местах, расположенных близ месторождений серы, часто содержит довольно значительные количества сероводорода. В водном растворе этот газ обладает кислотными свойствами. Хранить его растворы на воздухе нельзя, он окисляется с выделением серы: 2H₂S + О₂=2Н₂О + 2S. Сероводород -- сильный восстановитель. Этим его свойством пользуются во многих химических производствах.

3. Загрязнение атмосферы оксидами серы

Ученые и инженеры пришли к выводу: главный путь предупреждения загрязнения атмосферы должен заключаться в постепенном сокращении вредных выбросов, ликвидации их источников. Поэтому необходим запрет на использование высокосернистых угля, нефти и топлива. Необходимо отметить, что в удалении от источников загрязнения его химический состав достаточно стабилен. Однако в результате хозяйственной деятельности человека появились очаги выраженного загрязнения воздушного бассейна в тех районах, где размещены крупные промышленные центры. Здесь в атмосфере отмечают наличие различных твердых и газообразных веществ, оказывающих неблагоприятное воздействие на условия жизни и здоровье населения. К настоящему времени накопилось много научных данных о том, что загрязненность атмосферы, особенно в крупных городах, достигла опасных для здоровья людей размеров. Известно немало случаев заболеваний и даже смерти жителей городов индустриальных центров в результате выбросов серного ангидрида промышленными предприятиями при определенных метеорологических условиях. В связи с этим в литературе часто упоминаются отравления людей в Лондоне, Лос-Анджелесе, и ряде других крупных городах не только Западной Европы, но и в Японии, России и др. Особенно губительно действует на человека загрязнение атмосферы в тех случаях, когда метеорологические условия способствуют застою воздуха над городом. Загрязненный воздух раздражает большей частью дыхательные пути, вызывая бронхит, эмфизему, астму. К раздражителям, вызывающими эти болезни, относятся SO₂ и SO₃, азотистые пары, HCl, HNO₃, H₂SO₄, H₂S, фосфор и его соединения. Уличные глазные травмы, вызываемые летучей золой и другими загрязнителями атмосферы, в промышленных центрах достигают 30-60% всех случаев глазных заболеваний, которые очень часто сопровождаются различными осложнениями, конъюнктивитами. Признаки и последствия действия загрязнителей воздуха на организм человека проявляются большей частью в ухудшении общего состояния здоровья: появляются головные боли, тошнота, чувство слабости, снижается или теряется трудоспособность. Признаки отравления сернистым ангидридом замечают по характерному привкусу и запаху. В концентрации 6-20 см³/м он вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, глаз, раздражаются увлажненные участки кожи. Особенно опасны полициклические ароматические углеводороды типа 3,4-бензопирена, образующиеся при неполном сгорании топлива. По данным ряда ученых, они обладают канцерогенными свойствами. Наконец различные проявления дискомфорта в связи с загрязнением воздуха (неприятные запахи, снижение освещенности и др.) психологически отрицательно действуют на людей. Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СНГ. ПДК -- это такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК, получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО -- Главной Геофизической Обсерватории. Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК, а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК. Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия -- среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя -- индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующие значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций загрязняющих веществ, а затем суммируют. Например, максимальные разовые концентрации серного ангидрида наблюдались в Норильске. Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами, в том числе и серным ангидридом, находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения более 500 тыс. жителей. В атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн различных веществ. Вот сколько их: твердых веществ - 130млн. тонн, двуокиси серы - 180-200; окиси углерода - 350-400; оксидов азота - 60-65; углеводородов - 80-90 млн. тонн. Выходит, что вся наша атмосфера представляет собой аэрозоль, так как содержит массу взвешенных частиц. Массу аэрозольных частиц поставляют химические предприятия в процессе превращения газов в твердые тела. Так, при образовании сульфатов из двуокиси серы в воздух за тот же срок уходят 150млн. тонн частиц. Всего из-за деятельности человека в год в атмосферу вносится 350-400млн. тонн пыли. Диоксид серы (SO₂) и серный ангидрид (SO₃) в комбинации с взвешенными частицами и влагой оказывают наиболее вредной воздействие на человека, живые организмы и материальные ценности. SO₂ - бесцветный и негорючий газ, запах которого начинает ощущаться при его концентрации в воздухе 0,3-1,0 млн., а при концентрации свыше 3 млн. SO₂ имеет острый раздражающий запах. Диоксид серы в смеси с твердыми частицами и серной кислотой (раздражитель более сильный, чем SO₂) уже при среднегодовом содержании 9,04-0,09 млн. и концентрации дыма 150-200 мкг/м3 приводит к увеличению симптомов затрудненного дыхания и болезней легких, а при среднесуточном содержании SO₂ 0,2-0,5 млн. и концентрации дыма 500-750 мкг/м3 наблюдается резкое увеличение числа больных и смертельных исходов. При концентрации SO₂ 0,3-0,5 млн. в течение нескольких дней наступает хроническое поражение листьев растений (особенно шпината, салата, хлопка и люцерны), а также иголок сосны. Соединения серы частично попадают в атмосферу естественным путем, а частично антропогенным. Поверхность суши, как и поверхность океанов и морей, играет роль естественного источника. Обычно деятельность человека ограничивается сушей, поэтому мы можем учитывать загрязнение серой только на этой территории.

4. Естественные источники эмиссии серы в атмосферу

Существуют три основных источника естественной эмиссии серы.

1. Биологическое выделение. Почти все без исключения традиционные модели круговорота серы показывали, что около 50% серы появляется в атмосфере за счет её биологических превращений в почвенных и водных экосистемах. Предполагается, что в результате происходящих микробиологических процессов, в этих естественных экосистемах сера улетучивается в форме сероводорода (H₂S). Многочисленные научные данные свидетельствуют, что микроорганизмы продуцируют сероводород в основном двумя путями:

Ш восстановление сульфатов.

Ш разложение органического вещества.

Desulfovibrioа также родственные им бактерии, восстановители сульфатов, во множестве населяют болота, топи и слабо дренированные почвы. Данные микроорганизмы используют сульфаты как конечный акцептор электронов. Также чрезвычайно большая и разнообразная группа микроорганизмов, включающая аэробы, термофилы, психрофилы, бактерии, актиномицеты и грибы, разлагает серосодержащие органические соединения и высвобождает сероводород. Поверхность моря и его глубинные слои также может содержать значительные количества сероводорода. В настоящее время не совсем точно известны источники образования диметилсульфида, но предполагается, что в их возникновении принимают участие морские водоросли. Выделения серы биологическим путем не превышают 30 - 40 млн. т. в год, что составляет приблизительно 1/3 от всего выделяемого количества серы.

2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу Земли наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой - тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях, наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений. Для тропосферы данное количество серы незначительно по сравнению с биологическим выделением, для стратосферы же извержения вулканов являются самыми важными источниками появления серы.

3. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остаётся морская соль, содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения, серы - сульфаты.

Вместе с частичками морской соли ежегодно в атмосферу Земли попадает от 50 до 200 млн. т. серы, что гораздо больше, чем эмиссия серы в атмосферу естественным путём. В тоже время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в верхние слои и распыляется над сушей. Однако следует учитывать тот факт, что из сульфатов морского происхождения не может образовываться серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков.

5. Антропогенные источники эмиссии серы в атмосферу

В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70 % антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.

Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в зависимости от места происхождения (0, 1-2 %). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.

Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно там, в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70 млн. т. серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке. Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека (30-40 млн. т.), приходится на Европу.

Химические превращения соединений серы:

Как правило, сера входит в состав выбросов не в полностью окисленной форме (степень окисления серы в ее двуокиси равна 4, т.е. к двум атомам кислорода присоединяется один атом серы). Если соединения серы находятся в воздухе в течение достаточно длительного времени, то под действием содержащихся в воздухе окислителей они превращаются в серную кислоту или сульфаты.

В процессе окисления кислородом (О₂) сернистого газа (SO₂), сера повышает свою степень окисления и переходит в трехокись серы (SO₃), которая в свою очередь, являясь очень гигроскопичным веществом и, взаимодействуя с атмосферной водой, очень быстро превращается в H₂SO₄. Именно по этой причине в обычных атмосферных условиях трехокись серы не содержится в воздухе в больших количествах. В результате реакции образуются молекулы серной кислоты, которые в воздухе или на поверхности аэрозольных частиц быстро конденсируются.

Кроме двуокиси серы в атмосфере находится также значительное количество других природных соединений серы, которые, в конечном счете, окисляются до серной кислоты (или сульфатов).

6. Распространение оксидов серы

Кислотные загрязняющие вещества распространяются как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Этот процесс происходит под воздействием так называемой адвекции в направлении скорости ветра при упорядоченном движении воздуха или же в результате турбулентного (неупорядоченного) движения. Расстояние, которое может в среднем пройти одна молекула загрязняющего вещества, зависит помимо скорости ветра и от времени ее пребывания в атмосфере. Все находящиеся в атмосфере вещества, в том числе и ее основные компоненты, через определенное время вступают в химическую реакцию либо выпадают из атмосферы на поверхность в виде осадка. Это выделение веществ на поверхность представляет собой седиментацию. Время, в течение которого в среднем молекулы соединений проводят в атмосфере, называется временем пребывания. Обычно чем короче время пребывания заданного вещества в атмосфере, тем выше его способность изменяться в пространстве и во времени. Время пребывания в атмосфере серы-- ооло 2 суток. Это, естественно, не означает, что каждая молекула двуокиси серы точно через 2 суток исчезает из атмосферы, так как время жизни каждой молекулы статистически колеблется вокруг среднего значения.

Что означают для двуокиси серы эти двое суток времени пребывания? На какое расстояние в среднем она может распространиться с помощью ветра? Возьмем скорость ветра 10 м/с, которая довольно часто бывает на высоте 1 км от поверхности Земли. Легко можно подсчитать, что одна «средняя» молекула двуокиси серы на «крыльях ветра» может удалиться примерно на 2000 км от места выброса. Если же мы примем во внимание среднее значение скорости ветра у поверхности почвы, то среднее пройденное молекулой расстояние составит около 500 км. Таким образом, молекула двуокиси серы в среднем может покрыть расстояние 1000 км.

Распространение загрязняющих веществ в таких масштабах создало много международных проблем. Поскольку загрязнение воздуха не знает границ, выброс загрязняющих веществ в одном государстве может загрязнить воздух другого. Например, существует тесная связь между образованием кислотных дождей в Скандинавских странах и эмиссией двуокисей серы и азота в Средней и Западной Европе. Европейская экономическая комиссия ООН в рамках «Совместной программы наблюдения и оценки распространения, загрязняющих воздух веществ на большие расстояния в Европе» подсчитала, в какой степени то или иное европейское государство несет ответственность, например, за выпадение кислотных дождей в Скандинавских странах. Необходимо принять во внимание также количества загрязняющих веществ, которые удаляются из определенной страны и поступают туда из других стран. Это можно вычислить исходя из круговорота веществ на данной территории. Если в какой-либо стране выброс загрязняющего на ее территории превышает его выпадение в неизменной или преобразованной форме, то баланс этой страны отрицательный, т. е. она больше загрязняет, чем загрязняется сама. Венгрия, например, имеет отрицательный баланс по сере, т. е. может считаться загрязняющей страной.

7. 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 (SO₂) и оксиды азота (NО_х) 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.

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO 2) и различными оксидами азота (NO_х). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Влияние кислотности в первую очередь сказывается на состоянии пресных вод и лесов. Обычно воздействия на сообщества бывают косвенными, т. е. опасность представляют не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы (например, высвобождение алюминия). В определенных объектах (почва, вода, ил и т. д.) в зависимости от кислотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов, так как в результате изменения рН изменяется их растворимость. Через питьевую воду и животную пищу, например, через рыбу в организм человека также могут попасть токсичные металлы. Если под действием кислотности изменяются строение почвы, ее биология и химия, то это может привести к гибели растений (например, отдельных деревьев). Обычно эти косвенные воздействия не являются местными и могут влиять на расстоянии нескольких сотен километров от источника загрязнения.

Косвенные воздействия.

Воздействия на леса и пашни. Кислотные осадки воздействуют либо косвенным путем; через почву и корневую систему, либо непосредственно (главным образом на листву). Подкисление почвы определяется различными факторами. В отличие от вод почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды, т. е. до определенной степени она сопротивляется усилению кислотности. Попавшие в почву кислоты нейтрализуются, что ведет к сохранению существенного закисления. Однако наряду с естественными процессами на почвы в лесах и на пашнях воздействуют антропогенные факторы.

Во время выпадения осадков вода, стекающая с листьев, содержит больше серы, калия, магния, кальция и меньше нитрата и аммиака, чем вода осадков, что приводит к увеличению кислотности почвы. В результате этого возрастают потери необходимых для растений кальция, магния, калия, что ведет к повреждению деревьев.

Дальнейшую озабоченность вызывает то, что в результате гибели наиболее чувствительных к закислению существ (микроорганизмы почвы, грибы, дубы) в структуре материального и энергетического баланса живых сообществ могут произойти неблагоприятные изменения, и в конечном итоге сам человек также пострадает из-за происходящих при этом необратимых процессов.

Обрабатываемые земли (пашни) находятся в несколько ином положении по сравнению с естественными лесными системами. Причиной повышения кислотности обрабатываемых земель в первую очередь является широкое применение минеральных удобрений. Например, суперфосфаты содержат несколько процентов свободной серной кислоты.

Собственно говоря, закисление прёсных вод -- это потеря ими способности к нейтрализации. Закисление вызывают сильные кислоты, главным образом серная и азотная. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (например, таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно. На значительных территориях при повышении определенных значений кислотности осадков поверхностные воды оказываются кислыми. Если почва теряет способность нейтрализовать кислоты, то значение рН может снизиться на 1, 5, а в крайних случаях -- даже на 2 или на 3. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере -- за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна.

Непосредственные (прямые) воздействия. Гибель растений.

Непосредственная гибель растений в наибольшей степени ощущается вблизи от выбросов загрязнений, в радиусе нескольких десятков километров от их источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы. Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах. Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют жирные ненасыщенные кислоты мембран, тем самым, изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др.).

В первую очередь погибают наиболее чувствительные виды, например, отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде, поэтому их считают «индикаторами» чистого воздуха. Обычно в сильнозагрязненных местах образуется «лишайная пустыня». В современном городе она существует уже при средней концентрации двуокиси серы 100 мкг/м. Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует, а на окраинах его можно встретить очень редко. Впрочем, существуют также виды лишайника, хорошо переносящие нагрузки двуокиси серы, поэтому отдельные сопротивляющиеся виды иногда занимают место погибших видов лишайника.

Однако кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также оказывать прямое вредное воздействие и на растения более высокого класса. Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих факторов -- местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели. Однако эта опасная граница становится еще ниже при воздействии двуокиси азота, озона, кислотного дождя и т. д.

Кислотный дождь может также причинять вред металлам, различным зданиям и памятникам. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из песчаника и известняка, а также расположенные под открытым небом скульптуры.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу оксидов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70-80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного сброса.

Таким образом, проблема “кислотных дождей” также является актуальной.

8. Пути выхода

Наиболее эффективным способом защиты следует считать значительное сокращение выбросов двуокиси серы. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения использования энергии и создания электростанций, не использующих минеральное топливо. Другие возможности уменьшения выброса загрязнений в атмосферу -- удаление серы из топлива с помощью фильтров, регулирование процессов горения и другие технологические решения.

Снижение содержания серы в различных видах топлива. Лучше всего было бы использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких видов топлива очень мало. По приближенным оценкам из известных в настоящее время мировых запасов нефти только 20 % имеют содержание серы менее 0,5 %. Среднее содержание серы в используемой нефти увеличивается, так как нефть с низким содержанием серы добывается ускоренными темпами.

Так же обстоит дело и с углем. Угль с низким содержанием серы находятся практически только в Канаде и Австралии, но это только небольшая часть имеющихся залежей угля. Содержание серы в углях колеблется от 0,5 до 1,0 %.

Таким образом, энергоносители с низким содержанием серы у нас имеются в ограниченном количестве. Если мы не хотим, чтобы содержавшаяся в нефти и угле сера попала в окружающую среду, необходимо принимать меры для ее удаления.

Во время переработки нефти остаток (мазут) содержит большое количество серы. Удаление серы из мазута -- процесс очень сложный, а в результате удается освободиться всего от 1/3 или 2/3 серы. К тому же процесс очистки мазута от серы требует от производителя больших капитальных вложений.

Сера в угле находится частично в неорганической, а частично в органической форме. Во время очистки, когда удаляют несгораемые части, удаляется также часть пирита. Однако таким способом даже при самых благоприятных условиях можно освободиться только от 50 % общего содержания серы в угле. С помощью химических реакций могут быть удалены как органические, так и неорганические серосодержащие соединения. Но в связи с тем, что процесс идет при высоких температурах и давлениях, этот способ оказался гораздо дороже предыдущего.

Применение высоких труб. Это один из наиболее спорных способов. Сущность его заключается в следующем. Перемешивание загрязняющих веществ в значительной степени зависит от высоты дымовых труб. Если мы используем низкие трубы (здесь в первую очередь необходимо вспомнить трубы электростанции), то выбрасываемые соединения серы перемешиваются в меньшей степени и быстрее выпадают в осадок, чем при наличии высоких труб. Поэтому в ближайшем окружении (от нескольких километров до нескольких десятков километров) концентрация оксидов серы будет высокой и, естественно, эти соединения будут причинять больше вреда. Если труба высокая, то непосредственные воздействия уменьшаются, но возрастает эффективность перемешивания, что означает большую опасность для отдаленных районов (кислотные дожди) и для всей атмосферы в целом (изменение серы в газах, образующихся во время горения топлива химического состава атмосферы, изменение климата). Таким образом, строительство высоких труб, несмотря на распространенное мнение, не решает проблемы загрязнения воздуха, зато в значительной степени увеличивает «экспорт» кислотных веществ и опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных местах. Следовательно, увеличение высоты трубы сопровождается тем, что непосредственные воздействия загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и т. п.) уменьшаются, однако косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов) увеличиваются.

Схема технологии сжигания топлива с большой скоростью в специальной печи. С помощью этого процесса уменьшается содержание серы в газах, образующихся во время горения топлива.

В зону горения (с перфорированной подстилкой) направляют поток несгораемого вещества, связывающего серу. Всасываемый снизу с большой скоростью воздух измельчает и перемешивает вещество, находящееся в объеме горения.

Сокращения выброса двуокиси серы можно также достичь очисткой конечных газов от серы. Наиболее распространенный метод -- мокрый процесс, когда конечные газы барботируют через раствор известняка, в результате чего образуются сульфит или сульфат кальция. Таким способом удаляется большая часть серы. Этот способ еще не получил широкого распространения.

Известкование. Для уменьшения закисления в озера и в почву добавляют щелочные вещества (например, карбонат кальция). Эта операция называется известкованием. Его достаточно часто применяют в Скандинавских странах, где известь распыляют на почву или на водосборную территорию с вертолетов. Известь, попадая в воду, быстро растворяется, а образующаяся в результате гидролиза щелочь сразу же нейтрализует кислоты. Можно подсчитать, что в 1 м3 воды необходимо внести около 5 г извести для изменения значения рН с 4, 5 до 6, 5. Известкование применяют для обработки кислых почв с целью их нейтрализации. Наряду с преимуществами известкование имеет ряд недостатков:

- в проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация проходит недостаточно эффективно;

- происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод и почв;

- не удается устранить все вредные последствия закисления.

Рассмотренные здесь способы имеют одно общее свойство -- их использование до сих пор не привело к существенному уменьшению выбросов оксидов серы.

Заключение

Не должны оказаться пророческими слова, великого ученого-естествоиспытателя, впервые создавшего теорию развития живой природы, Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания

На пороге III тысячелетия нет необходимости доказывать остроту и масштабность, а значит, и опасность сложившейся в мире экологической ситуации. Виновником экологического кризиса на Земле стал человек. Он же является как субъектом, так и объектом последнего. Никакому иному биологическому виду не удалось уничтожить столь большое число других видов, необратимо изменить экологическую ситуацию на планете. Но нельзя остановить продвижение человечества вперед, вряд ли возможен отказ от создаваемой им искусственной биосферы, от созданных им условий жизни. Что делать? Какими путями двигаться человечеству дальше? Какие приоритеты считать основными? Что важнее экология или научно - технический прогресс? Проблема выживания, проблема сохранения естественной биосферы может быть решена только путем компромиссов и поисков оптимальных решений, выход в коэволюции (совместной, взаимосвязанной эволюции биосферы и человеческого общества). Выживание человека в условиях глобального экологического кризиса, несомненно, зависит от научных знаний, внедрения в практику новых технических достижений. Но эти достижения не смогут принести ожидаемых результатов без опоры на нравственное воспитание и определенные культурные традиции. К сожалению, осознание важности экологического образования и воспитания пришло лишь в последние годы. В тоже время технократические установки настолько сильны, что выход из экологического кризиса по-прежнему ищется в привычных путях: создание «экологически чистых» производств, принятие природоохранных законов, контроль за производством и т. п., - иными словами, коль скоро экологический кризис порожден техническим прогрессом, то надо просто внести соответствующие коррективы в направление этого прогресса. Экологический кризис мыслится как нечто внешнее по отношению к человеку, а не как-то, что заключено в нем самом.

Список литературы

1. Кирпатовский И.П. Охрана природы: Справочник для работников нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М.: Химия, 2005.

2. Кирсанов А.Г., Миташова Н.И. Охрана окружающей среды на предприятиях бытового обслуживания: Справочное пособие. М.: Легпромбытиздат, 1987.

3. Кукин А.Ю. Безопасность технологических процессов и производств. М.: Мысль, 2001

4. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения: Справочник/В.И. Русин и др. Киев: Будивэлнык, 1990.

5. Очистка и рекуперация выбросов в атмосферу /Максимов В.Ф. и др.: Учебник для вузов. М: Лесная промышленность, 1980.

6. Чуйкова Л.Ю. Общая Экология. М.: Астрахань, 2001.

Размещено на Allbest.ru