Сірчаний ангідрид SO 3
Людська діяльність призводить до того, що забруднення надходять в атмосферу в основному у двох видах - у вигляді аерозолів (зважених частинок) і газоподібних речовин.
Головні джерела аерозолів - промисловість будівельних матеріалів, виробництво цементу, відкритий видобуток вугілля і руд, чорна металургія та інші галузі. Загальна кількість аерозолів антропогенного походження, що надходять в атмосферу протягом року становить 60 млн. тонн. Це в кілька разів менше обсягу забруднень природного походження (пилові бурі, вулкани).
Набагато більшу небезпеку становлять газоподібні речовини, на частку яких припадає 80-90% всіх антропогенних викидів. Це сполуки вуглецю, сірки та азоту.
Найбільшу небезпеку являє собою забруднення сполуками сірки, що викидаються в атмосферу при спалюванні вугільного палива, нафти та природного газу, а також при виплавці кольорових металів і виробництві сірчаної кислоти. Антропогенний забруднення сіркою у два рази перевершує природне. Сірчаний ангідрид утворюється при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Рослини біля таких підприємств звичайно бувають густо засіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пірометалургійних підприємства кольорової й чорної металургії, а також ТЕС щорічно викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.
Найбільших концентрацій сірчистий газ сягає в північній півкулі, особливо над територією США, зарубіжної Європи, європейської частини Росії, Україні. У південній півкулі воно нижче.
З попаданням в атмосферу сполук сірки, азоту та хлору безпосередньо пов'язане випадання кислотних дощів. Механізм їх утворення дуже простий. Наприклад, тріокісь сірки в повітрі з'єднується з парами води, утворюючи розбавлену сірчану кислоту. Найдрібніші крапельки кислот діаметром 0,1-1,0 мкм у вигляді туману досить стійкі і не осідають, але вони можуть служити центром конденсації вологи, зливатися один з одним і випадати на землю у вигляді дощу. Кислотність розчинів виражають за допомогою водневого показника - рн. Чиста вода при температурі 20 ° С має рН = 7,0, звичайна дощова вода - в середньому 5,6 (деяку кислотність їй додає присутній у повітрі вуглекислий газ). Вода кислотних дощів має рН <5,0.
У деяких районах Швеції, Норвегії, США кислотність дощових вод становить 4,2-4,5, а концентрація кислот в них перевищує нормальну для дощів у десятки разів. Деякі дощові води містять ще більше кислоти. У 1974 р. в Шотландії під час грози рН дощової води становив 2,4, тобто в тисячі разів більше норми. Для порівняння, такий же водневий показник має 6% столовий оцет.
Кислотні дощі викликають важкі наслідки. Вже при рН менше 5,5 прісноводні риби відчувають себе пригнічено, повільніше ростуть і розмножуються, а при рН нижче 4,5 взагалі не розмножуються. Подальше зменшення рН призводить до загибелі риб, потім земноводних, а врешті-решт - комах і рослин: організми не пристосовані до життя в кислотах. На щастя, загальна загибель запобігається грунтом, яка не тільки фільтрує через себе дощову воду, а й хімічно очищає її, обмінюючи катіони Н + на катіони натрію і калію. Очищаючі властивості грунту були відомі з давніх часів. Тіт Лукрецій Кар вважав, що навіть морську воду можна
опріснити, пропускаючи її через грунт, "бо при грубості їх, її гіркоти мерзенної початку, не йдучи в глибину, на поверхні тримаються грунту». Такий же механізм природного очищення річкових та інших проточних вод. І лише за скупчування підкисленою дощової води в непроточних водоймах - озерах і ставках, особливо розташованих на кислих грунтах - очищення відбувається вкрай повільно або зовсім не відбувається. Все живе тоді гине.
Таке явище отримало сумну популярність, тепер вже ведеться статистика, скільки озер щорічно стають мертвими з-за кислотних дощів. У горах Андродіак (штат Нью-Йорк, США) більше половини з 214 озер вже не мають риби.
Кислотні дощі впливають і на грунт, викликаючи закислення її, оскільки іонообмінна здатність грунту не безмежна. Закисление негативно впливає на структуру, агрегатний стан грунту, пригнічує грунтову мікрофлору і рослини, викликає їх загибель. Це шкодить лісам, сільськогосподарським культурам.
Від кислотних дощів страждають будівлі і споруди, кам'яні та металеві конструкції. Особливо страждають мармурові та вапнякові споруди. З-за підвищеної кислотності міського повітря останнім часом помітно прискорилося руйнування мармурових споруд і пам'ятників, витримали натиск століть.
Особливість кислотних дощів - їх віддаленість від місця викиду оксидів сірки та азоту і прив'язка до певних географічних зонах, що пов'язано з тим, що перетворення оксидів сірки і азоту протікає порівняно повільно, а викиди заводських труб відносяться вітрами. Так, максимальна концентрація сірчаної кислоти досягається на відстані 250-300 км від місця викиду S0 2. Ще менше швидкість зв'язування кислоти пилоподібними оксидами металів: максимальна концентрація сульфатів наголошується на 500-1000 км від місця викиду. Загальна ситуація з року в рік приблизно повторюється, оскільки троянда вітрів (значить, і троянда задимлення) та інші діючі фактори змінюються мало.
У Європі, де значну частину року панують південно-західні вітри, найбільш уразливі для кислотних дощів території на півночі її центральної частини: Великобританія, Німеччина, Швеція, Фінляндія і частково інші країни. У той же час у Великобританії і Німеччини осідає тільки від 1 / 10 до 1 / 3 частини викинутої трубами підприємств сірки, а в Скандинавських країнах, навпаки, в 2-3 рази більше сірки, ніж її виробляють власні заводи. Кислотні дощі не визнають територіальних кордонів.
Вчені й інженери прийшли до висновку: головний шлях попередження забруднення атмосфери повинен полягати в поступовому скороченні шкідливих викидів, ліквідації їх джерел. Тому необхідний заборона на використання високосірчистих вугілля, нафти і палива.
Необхідно відзначити, що у видаленні від джерел забруднення його хімічний склад досить стабільний. Однак у результаті господарської діяльності людини з'явилися вогнища вираженого забруднення повітряного басейну в тих районах, де розміщені великі промислові центри. Тут в атмосфері відзначають наявність різних твердих і газоподібних речовин, що роблять несприятливий вплив на умови життя і здоров'я населення.
До теперішнього часу накопичилося багато наукових даних про те, що забрудненість атмосфери, особливо у великих містах, досягла небезпечних для здоров'я людей розмірів. Відомо чимало випадків захворювань і навіть смерті жителів міст індустріальних центрів в результаті викидів сірчаного ангідриду промисловими підприємствами при певних метеорологічних умовах. У зв'язку з цим у літературі часто згадуються отруєння людей в Лондоні, Лос-Анджелесі, і ряді інших великих містах не тільки Західної Європи, але і в Японії, Росії та ін
Особливо згубно діє на людину забруднення атмосфери в тих випадках, коли метеорологічні умови сприяють застою повітря над містом.
Забруднене повітря дратує здебільшого дихальні шляхи, викликаючи бронхіт, емфізему, астму. До подразників, що викликають ці хвороби, ставляться SO 2 і SO 3, азотисті пари, HCl, HNO 3, H 2 SO 4, H 2 S, фосфор і його сполуки. Дослідження, проведені у Великобританії, показали дуже тісний зв'язок між атмосферним забрудненням та смертністю від бронхітів (табл. 1).
Табл. 1. Залежність між зниженням рівня
забруднення атмосфери і зменшенням захворюваності
Вуличні очні травми, викликані летючої золою та іншими забруднювачами атмосфери, у промислових центрах досягають 30-60% всіх випадків очних захворювань, які дуже часто супроводжуються різними ускладненнями, кон'юнктивіту.
Ознаки і наслідки дії забруднювачів повітря на організм людини проявляються здебільшого в погіршенні загального стану здоров'я: з'являються головні болі, нудота, відчуття слабкості, знижується або втрачається працездатність.
Ознаки отруєння сірчистим ангідридом помічають по характерному присмаку і запаху. У концентрації 6-20 см 3 / м він викликає подразнення слизових оболонок носа, горла, очей, дратуються зволожені ділянки шкіри. Особливо небезпечні поліциклічні ароматичні вуглеводні типу 3,4-бензопірену, що утворюються при неповному згорянні палива. За даними низки науковців, вони мають канцерогенні властивості.
Нарешті різні прояви дискомфорту у зв'язку з забрудненням повітря (неприємні запахи, зниження освітленості та ін) психологічно негативно діють на людей.
Пріоритет в області розробки гранично допустимих концентрацій у повітрі належить СНД. ГДК - це такі концентрації, які на людину і її потомство прямого або непрямого впливу, не погіршують їх працездатності, самопочуття, а також санітарно-побутових умов життя людей. Узагальнення всієї інформації з ГДК, одержуваної усіма відомствами, здійснюється в ГГО - Головній геофізичній обсерваторії. Щоб за результатами спостережень визначити значення повітря, виміряні значення концентрацій порівнюють з максимальної разової гранично допустимою концентрацією і визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також у скільки разів найбільше значення було вище ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК тривалої дії - среднеустойчівой ГДК. Стан забруднення повітря декількома речовинами, що спостерігаються в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника - індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідні значення ГДК і середні концентрації різних речовин за допомогою нескладних розрахунків приводять до величини концентрацій забруднюючих речовин, а потім підсумовують. Наприклад, максимальні разові концентрації сірчаного ангідриду спостерігалися в Норильську. Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами, в тому числі і сірчаним ангідридом, знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст із чисельністю населення понад 500 тис. жителів.
Список літератури
1) Хотунцев Ю.Л. Екологія та екологічна безпека: Учеб. посібник. - М.: ACADEMA, 2002. - 480с.
2) Орлов Д.С. Екологія та охорона біосфери при хімічному забрудненні: Учеб. посібник / Орлов д.с, Садовникова Л.К., Лозановская І.М. - М.: Вища школа, 2002. - 334с.
Людська діяльність призводить до того, що забруднення надходять в атмосферу в основному у двох видах - у вигляді аерозолів (зважених частинок) і газоподібних речовин.
Головні джерела аерозолів - промисловість будівельних матеріалів, виробництво цементу, відкритий видобуток вугілля і руд, чорна металургія та інші галузі. Загальна кількість аерозолів антропогенного походження, що надходять в атмосферу протягом року становить 60 млн. тонн. Це в кілька разів менше обсягу забруднень природного походження (пилові бурі, вулкани).
Набагато більшу небезпеку становлять газоподібні речовини, на частку яких припадає 80-90% всіх антропогенних викидів. Це сполуки вуглецю, сірки та азоту.
Найбільшу небезпеку являє собою забруднення сполуками сірки, що викидаються в атмосферу при спалюванні вугільного палива, нафти та природного газу, а також при виплавці кольорових металів і виробництві сірчаної кислоти. Антропогенний забруднення сіркою у два рази перевершує природне. Сірчаний ангідрид утворюється при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль або розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, що підкисляє грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових факелів хімічних підприємств відзначається при низької хмарності й високої вологості повітря. Рослини біля таких підприємств звичайно бувають густо засіяні дрібними некротичними плямами, що утворилися в місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пірометалургійних підприємства кольорової й чорної металургії, а також ТЕС щорічно викидають в атмосферу десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду.
Найбільших концентрацій сірчистий газ сягає в північній півкулі, особливо над територією США, зарубіжної Європи, європейської частини Росії, Україні. У південній півкулі воно нижче.
З попаданням в атмосферу сполук сірки, азоту та хлору безпосередньо пов'язане випадання кислотних дощів. Механізм їх утворення дуже простий. Наприклад, тріокісь сірки в повітрі з'єднується з парами води, утворюючи розбавлену сірчану кислоту. Найдрібніші крапельки кислот діаметром 0,1-1,0 мкм у вигляді туману досить стійкі і не осідають, але вони можуть служити центром конденсації вологи, зливатися один з одним і випадати на землю у вигляді дощу. Кислотність розчинів виражають за допомогою водневого показника - рн. Чиста вода при температурі 20 ° С має рН = 7,0, звичайна дощова вода - в середньому 5,6 (деяку кислотність їй додає присутній у повітрі вуглекислий газ). Вода кислотних дощів має рН <5,0.
У деяких районах Швеції, Норвегії, США кислотність дощових вод становить 4,2-4,5, а концентрація кислот в них перевищує нормальну для дощів у десятки разів. Деякі дощові води містять ще більше кислоти. У 1974 р. в Шотландії під час грози рН дощової води становив 2,4, тобто в тисячі разів більше норми. Для порівняння, такий же водневий показник має 6% столовий оцет.
Кислотні дощі викликають важкі наслідки. Вже при рН менше 5,5 прісноводні риби відчувають себе пригнічено, повільніше ростуть і розмножуються, а при рН нижче 4,5 взагалі не розмножуються. Подальше зменшення рН призводить до загибелі риб, потім земноводних, а врешті-решт - комах і рослин: організми не пристосовані до життя в кислотах. На щастя, загальна загибель запобігається грунтом, яка не тільки фільтрує через себе дощову воду, а й хімічно очищає її, обмінюючи катіони Н + на катіони натрію і калію. Очищаючі властивості грунту були відомі з давніх часів. Тіт Лукрецій Кар вважав, що навіть морську воду можна
Таке явище отримало сумну популярність, тепер вже ведеться статистика, скільки озер щорічно стають мертвими з-за кислотних дощів. У горах Андродіак (штат Нью-Йорк, США) більше половини з 214 озер вже не мають риби.
Кислотні дощі впливають і на грунт, викликаючи закислення її, оскільки іонообмінна здатність грунту не безмежна. Закисление негативно впливає на структуру, агрегатний стан грунту, пригнічує грунтову мікрофлору і рослини, викликає їх загибель. Це шкодить лісам, сільськогосподарським культурам.
Від кислотних дощів страждають будівлі і споруди, кам'яні та металеві конструкції. Особливо страждають мармурові та вапнякові споруди. З-за підвищеної кислотності міського повітря останнім часом помітно прискорилося руйнування мармурових споруд і пам'ятників, витримали натиск століть.
Особливість кислотних дощів - їх віддаленість від місця викиду оксидів сірки та азоту і прив'язка до певних географічних зонах, що пов'язано з тим, що перетворення оксидів сірки і азоту протікає порівняно повільно, а викиди заводських труб відносяться вітрами. Так, максимальна концентрація сірчаної кислоти досягається на відстані 250-300 км від місця викиду S0 2. Ще менше швидкість зв'язування кислоти пилоподібними оксидами металів: максимальна концентрація сульфатів наголошується на 500-1000 км від місця викиду. Загальна ситуація з року в рік приблизно повторюється, оскільки троянда вітрів (значить, і троянда задимлення) та інші діючі фактори змінюються мало.
У Європі, де значну частину року панують південно-західні вітри, найбільш уразливі для кислотних дощів території на півночі її центральної частини: Великобританія, Німеччина, Швеція, Фінляндія і частково інші країни. У той же час у Великобританії і Німеччини осідає тільки від 1 / 10 до 1 / 3 частини викинутої трубами підприємств сірки, а в Скандинавських країнах, навпаки, в 2-3 рази більше сірки, ніж її виробляють власні заводи. Кислотні дощі не визнають територіальних кордонів.
Вчені й інженери прийшли до висновку: головний шлях попередження забруднення атмосфери повинен полягати в поступовому скороченні шкідливих викидів, ліквідації їх джерел. Тому необхідний заборона на використання високосірчистих вугілля, нафти і палива.
Необхідно відзначити, що у видаленні від джерел забруднення його хімічний склад досить стабільний. Однак у результаті господарської діяльності людини з'явилися вогнища вираженого забруднення повітряного басейну в тих районах, де розміщені великі промислові центри. Тут в атмосфері відзначають наявність різних твердих і газоподібних речовин, що роблять несприятливий вплив на умови життя і здоров'я населення.
До теперішнього часу накопичилося багато наукових даних про те, що забрудненість атмосфери, особливо у великих містах, досягла небезпечних для здоров'я людей розмірів. Відомо чимало випадків захворювань і навіть смерті жителів міст індустріальних центрів в результаті викидів сірчаного ангідриду промисловими підприємствами при певних метеорологічних умовах. У зв'язку з цим у літературі часто згадуються отруєння людей в Лондоні, Лос-Анджелесі, і ряді інших великих містах не тільки Західної Європи, але і в Японії, Росії та ін
Особливо згубно діє на людину забруднення атмосфери в тих випадках, коли метеорологічні умови сприяють застою повітря над містом.
Забруднене повітря дратує здебільшого дихальні шляхи, викликаючи бронхіт, емфізему, астму. До подразників, що викликають ці хвороби, ставляться SO 2 і SO 3, азотисті пари, HCl, HNO 3, H 2 SO 4, H 2 S, фосфор і його сполуки. Дослідження, проведені у Великобританії, показали дуже тісний зв'язок між атмосферним забрудненням та смертністю від бронхітів (табл. 1).
Табл. 1. Залежність між зниженням рівня
забруднення атмосфери і зменшенням захворюваності
| Захворювання | Зменшення кількості захворювань на 1000 чоловік | |
| З небезпечного рівня до допустимого | З рівня викликає побоювання до допустимого | |
| Грип | 292 | 90 |
| Пневмонія | 12,1 | 5,6 |
| Бронхіти | 13,6 | 3,2 |
| Туберкульоз | 3 | 1,7 |
| Хвороби серця | 2,4 | 0,5 |
| Гіпертонія | 3,2 | 2,0 |
Ознаки і наслідки дії забруднювачів повітря на організм людини проявляються здебільшого в погіршенні загального стану здоров'я: з'являються головні болі, нудота, відчуття слабкості, знижується або втрачається працездатність.
Ознаки отруєння сірчистим ангідридом помічають по характерному присмаку і запаху. У концентрації 6-20 см 3 / м він викликає подразнення слизових оболонок носа, горла, очей, дратуються зволожені ділянки шкіри. Особливо небезпечні поліциклічні ароматичні вуглеводні типу 3,4-бензопірену, що утворюються при неповному згорянні палива. За даними низки науковців, вони мають канцерогенні властивості.
Нарешті різні прояви дискомфорту у зв'язку з забрудненням повітря (неприємні запахи, зниження освітленості та ін) психологічно негативно діють на людей.
Пріоритет в області розробки гранично допустимих концентрацій у повітрі належить СНД. ГДК - це такі концентрації, які на людину і її потомство прямого або непрямого впливу, не погіршують їх працездатності, самопочуття, а також санітарно-побутових умов життя людей. Узагальнення всієї інформації з ГДК, одержуваної усіма відомствами, здійснюється в ГГО - Головній геофізичній обсерваторії. Щоб за результатами спостережень визначити значення повітря, виміряні значення концентрацій порівнюють з максимальної разової гранично допустимою концентрацією і визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також у скільки разів найбільше значення було вище ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК тривалої дії - среднеустойчівой ГДК. Стан забруднення повітря декількома речовинами, що спостерігаються в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника - індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідні значення ГДК і середні концентрації різних речовин за допомогою нескладних розрахунків приводять до величини концентрацій забруднюючих речовин, а потім підсумовують. Наприклад, максимальні разові концентрації сірчаного ангідриду спостерігалися в Норильську. Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами, в тому числі і сірчаним ангідридом, знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст із чисельністю населення понад 500 тис. жителів.
Список літератури
1) Хотунцев Ю.Л. Екологія та екологічна безпека: Учеб. посібник. - М.: ACADEMA, 2002. - 480с.
2) Орлов Д.С. Екологія та охорона біосфери при хімічному забрудненні: Учеб. посібник / Орлов д.с, Садовникова Л.К., Лозановская І.М. - М.: Вища школа, 2002. - 334с.