Xreferat.com » Рефераты по экологии » 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.

Серный ангидрид, его воздействие на окружающую средуСерный ангидрид, его воздействие на окружающую средуСерный ангидрид, его воздействие на окружающую средуКислотные 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


Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие. – М.: ACADEMA, 2002. – 480с.

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.

Похожие рефераты: