|
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Серный ангидрид, его воздействие на окружающую среду
Серный ангидрид, его воздействие на окружающую среду
Серный
ангидрид SO3
Человеческая
деятельность приводит к тому, что загрязнения поступают в атмосферу в основном
в двух видах — в виде аэрозолей (взвешенных частиц) и газообразных веществ.
Главные источники
аэрозолей — промышленность строительных материалов, производство цемента,
открытая добыча угля и руд, черная металлургия и другие отрасли. Общее
количество аэрозолей антропогенного происхождения, поступающих в атмосферу в
течение года составляет 60 млн. тонн. Это в несколько раз меньше объема
загрязнений естественного происхождения (пыльные бури, вулканы).
Гораздо большую
опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится 80-90%
всех антропогенных выбросов. Это соединения углерода, серы и азота.
Наибольшую
опасность представляет собой загрязнение соединениями серы, которые
выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного
газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты.
Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Серный
ангидрид образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом
реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде,
который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.
Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий
отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Растения около
таких предприятий обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами,
образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические
предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в
атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
Наибольших
концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над
территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном
полушарии оно ниже.
С попаданием в
атмосферу соединений серы, азота и хлора непосредственно связано выпадение
кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Например, триокись серы
в воздухе соединяется с парами воды, образуя разбавленную серную кислоту. Мельчайшие
капельки кислот диаметром 0,1-1,0 мкм в виде тумана довольно устойчивы и не
осаждаются, но они могут служить центром конденсации влаги, сливаться друг с
другом и выпадать на землю в виде дождя. Кислотность растворов выражают с
помощью водородного показателя — рН. Чистая вода при температуре 20° С имеет рН
= 7,0, обычная дождевая вода — в среднем 5,6 (некоторую кислотность ей придает
присутствующий в воздухе углекислый газ). Вода кислотных дождей имеет рН <
5,0.
В некоторых
районах Швеции, Норвегии, США кислотность дождевых вод составляет 4,2-4,5, а
концентрация кислот в них превышает нормальную для дождей в десятки раз.
Некоторые дождевые воды содержат еще больше кислоты. В 1974 г. в Шотландии во
время грозы рН дождевой воды составлял 2,4, т.е. в тысячи раз больше нормы. Для
сравнения, такой же водородный показатель имеет 6% столовый уксус.
Кислотные дожди
вызывают тяжелые последствия. Уже при рН менее 5,5 пресноводные рыбы чувствуют
себя угнетенно, медленнее растут и размножаются, а при рН ниже 4,5 вообще не
размножаются. Дальнейшее уменьшение рН приводит к гибели рыб, затем
земноводных, а в конце концов — насекомых и растений: организмы не
приспособлены к жизни в кислотах. К счастью, всеобщая гибель предотвращается
почвой, которая не только фильтрует через себя дождевую воду, но и химически очищает
ее, обменивая катионы Н+ на катионы натрия и калия. Очищающие свойства почвы
были известны с давних времен. Тит Лукреций Кар считал, что даже морскую воду
можно опреснить, пропуская ее через
почву, «ибо при грубости их, ее горечи мерзкой начала, не уходя в глубину, на
поверхности держатся почвы». Таков же механизм естественной очистки речных и
других проточных вод. И лишь при скапливании подкисленной дождевой воды в
непроточных водоемах — озерах и прудах, особенно расположенных на кислых
грунтах — очистка происходит крайне медленно или вовсе не происходит. Все живое
тогда погибает.
Такое явление
получило печальную известность, теперь уже ведется статистика, сколько озер
ежегодно становятся мертвыми из-за кислотных дождей. В горах Андродиак (штат
Нью-Йорк, США) более половины из 214 озер уже не имеют рыбы.
Кислотные дожди
воздействуют и на почву, вызывая закисление ее, поскольку ионообменная
способность почвы не беспредельна. Закисление отрицательно влияет на структуру,
агрегатное состояние почвы, угнетает почвенную микрофлору и растения, вызывает
их гибель. Это вредит лесам, сельскохозяйственным культурам.
От кислотных
дождей страдают здания и сооружения, каменные и металлические конструкции.
Особенно страдают мраморные и известняковые сооружения. Из-за повышенной кислотности
городского воздуха в последнее время заметно ускорилось разрушение мраморных
сооружений и памятников, выдержавших натиск столетий.
Особенность
кислотных дождей — их отдаленность от места выброса оксидов серы и азота и
привязка к определенным географическим зонам, что связано с тем, что
превращение оксидов серы и азота протекает сравнительно медленно, а выбросы
заводских труб относятся ветрами. Так, максимальная концентрация серной кислоты
достигается на расстоянии 250-300 км от места выброса S02. Еще
меньше скорость связывания кислоты пылевидными оксидами металлов: максимальная
концентрация сульфатов отмечается на 500-1000 км от места выброса. Общая
ситуация из года в год приблизительно повторяется, поскольку роза ветров
(значит, и роза задымления) и другие действующие факторы меняются мало.
В Европе, где
значительную часть года господствуют юго-западные ветры, наиболее уязвимы для
кислотных дождей территории на севере ее центральной части: Великобритания,
Германия, Швеция, Финляндия и отчасти другие страны. В то же время в
Великобритании и Германии осаждается только от 1/10 до 1/3 части выброшенной
трубами предприятий серы, а в Скандинавских странах, наоборот, в 2-3 раза
больше серы, чем ее вырабатывают собственные заводы. Кислотные дожди не
признают территориальных границ.
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. Исследования, проведенные в
Великобритании, показали очень тесную связь между атмосферным загрязнением и
смертностью от бронхитов (табл. 1).
Табл. 1. Зависимость между снижением уровня
загрязнения атмосферы и уменьшением заболеваемости
Заболевания
|
Уменьшение
числа заболеваний на 1000 человек
|
С опасного
уровня
до допустимого
|
С уровня вызывающего опасения до допустимого
|
Грипп
|
292
|
90
|
Пневмония
|
12,1
|
5,6
|
Бронхиты
|
13,6
|
3,2
|
Туберкулез
|
3
|
1,7
|
Болезни
сердца
|
2,4
|
0,5
|
Гипертония
|
3,2
|
2,0
|
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.
Список литературы
1)
Хотунцев
Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие. – М.: ACADEMA, 2002.
– 480с.
2)
Орлов
Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие /
Орлов Д.С, Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. – М.: Высшая школа, 2002. –
334с.
| |