Значения рН для пресноводных рыб водоемов Европы

Основные физико-химические характеристики

Наименование показателя	Норма
Массовая доля моногидрата (H2SO4), %	92,5-94,0
Массовая доля свободного серного ангидрида (SO3), % не более	-
Массовая доля железа (Fe), %, не более	0,006
Массовая доля остатка после прокаливания, %, не более	0,02
Массовая доля окислов азота (N2O3), %, не более	0,00005
Массовая доля нитросоединений, %, не более	не нормируется
Массовая доля мышьяка (As), %, не более	0,00008
Массовая доля хлористых соединений (Cl), %, не более	0,0001
Массовая доля свинца (Pb), %, не более	0,001
Прозрачность	прозрачная без разбав.
Цвет, см3 раствора сравнения, не более

Свойства: cерная кислота - сильная двухосновная кислота, отвечающая высшей степени окисления серы. При обычных условиях концентрированная серная кислота - тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха. Обладает большим водоотнимающим и окислительным действием.
Плотность вещества 1,8356 г/см3

Экологические проблемы, связанные с производством серной кислоты, и способы их решения.

С попаданием в атмосферу соединений серы, непосредственно связано выпадение кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Например, трехокись 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.

рН	Характер воздействия на пресноводных рыб
3,0 - 3,5	Гибельно для рыб; выживают некоторые растения и беспозвоночные
3,5 - 4,0	Гибельно для лососевых рыб; плотва, окунь, щука могут выжить после акклиматизации
4,0 - 4,5	Гибельно для многих рыб, размножается только щука
4,5 - 5,0	Опасно для икры лососевых рыб
5,0 - 9,0	Область, пригодная для жизни
9,0 - 9,5	Опасно для окуня и лососевых рыб в случае длительного воздействия
9,5 - 10,0	Вредно для развития некоторых видов, гибельно для лососевых при большой продолжительности воздействия
10,0 - 10,5	Переносится плотвой в течение очень короткого времени
10,5 - 11,5	Смертельно для всех рыб

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит. Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность. Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен. Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми - озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер.

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. 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. Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами. Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год. Кислотные дожди не признают территориальных границ.

На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4 млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном районах, а также в Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг соединений серы на 1 км2. Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных, западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия). При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута) в составе выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в слабый раствор кислот. Получение энергии, увы, сопровождается закислением окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций стали расти в высоту, и достигают 250-300, даже 400 м, следовательно, выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.

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.).

Табл. 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
Пневмония	12,1	5,6
Бронхиты	13,6	3,2
Туберкулез		1,7
Болезни сердца	2,4	0,5
Гипертония	3,2	2,0

Техническая серная кислота токсична. По степени воздействия на организм относится к веществам 2-го класса опасности. Предельно допустимая концентрация паров серной кислоты в воздухе рабочей зоны производственных помещений - 1 мг/м3 Работающие с серной кислотой должны быть обеспечены специальной одеждой и обувью, а также средствами индивидуальной защиты.

Серная кислота при попадании на кожу вызывает сильные ожоги, весьма болезненные и трудно поддающиеся лечению. При вдыхании паров серной кислоты раздражаются и прижигаются слизистые оболочки верхних дыхательных путей. Попадание крепкой серной кислоты в глаза грозит потерей зрения, поэтому при работе с ней необходима особая осторожность. Персонал, занятый сливом кислоты, должен работать в одежде из кислозащитной ткани, прорезиненных фартуках, резиновых сапогах, резиновых кислото- и щелочестойких перчатках или рукавицах, защитных очках или масках и щитках из оргстекла, иметь фильтрующие противогазы марок В, БКФ, М и шланговые противогазы ПШ-1, ПШ-2. В случае пролива серной кислоты на пол ее следует немедленно нейтрализовать посыпать содой или негашеной известью, убрать лопатой, а затем тщательно промыть это место сильной струей воды. При уборке кислоты нос и рот следует зарывать повязкой, пропитанной содовым раствором, глаза защищать специальными очками. При попадании кислоты на одежду ее необходимо смыть обильной струей воды, нейтрализовать 2-З%-ным раствором соды и снова промыть водой.

В сернокислотном производстве перерабатывают и получают такие вещества, как сероводород H₂S, оксид серы (IV) SO₂, оксид серы (VI) SO₃, серную кислоту H₂SO₄. Эти вещества, присутствуя в воздухе, вредно отражаются на здоровье людей, губительно действуют на растения, разрушают постройки. Именно поэтому уделяется серьезное внимание проблеме охраны окружающей среды от загрязнения.
Можно выделить целый ряд экологических проблем, связанных с производством серной кислоты.
1. Связана с обжигом серного колчедана FeS₂ и других сульфидных руд. При обжиге, протекающем в «кипящем слое», получающийся оксид металла, например Fe₂O₃, выделяется в атмосферу:

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂
Это можно объяснить тем, что для аппаратов обжига в «кипящем слое» требуется порошок руды, подвергшийся сильному измельчению. В результате обжига образуется оксид железа или другого металла с очень маленькими частицами. С улавливанием этих частиц фильтры могут не справиться. Частицы оксида могут попасть в атмосферу при выгрузке из печи. Попадание в атмосферу измельченных оксидов железа или других металлов называют металлизацией атмосферы.
2. При производстве серной кислоты в атмосферу попадает много оксида серы (IV): 2SO₂ + O₂ = 2SO₃

Это связано с тем, что производственные установки не всегда герметичны, а также с тем, что иногда автоматические системы управления не справляются с работой, что приводит к аварийным выбросам.
3. Для производства серной кислоты нередко используется сера, получаемая из сероводорода (это вещество является отходом ряда производств). Производится сера с помощью неполного окисления сероводорода. Эта технологическая схема несовершенна - около 20% серы идет на образование оксида серы (IV), который выделяется в атмосферу. В ходе производства возможны выбросы в атмосферу оксида серы (VI) и серной кислоты:

SO₃+ H₂O = H₂SO₄

4. Взаимодействуя с другими компонентами воздуха и атмосферной влагой, оксид серы (VI) образует мельчайшие частицы сульфатных солей. Вместе с капельками серной кислоты они при определенных условиях (дождях, бурях) образуют «кислотные осадки», которые губят лесные массивы, нарушают жизнедеятельность водных экосистем, вызывают серьезные нарушения здоровья животных и человека, особенно их дыхательной системы.

Эти выбросы считаются аварийными, но они возможны и, к сожалению, случаются нередко.
Способы решения экологических проблем, связанных с производством серной кислоты:
1. Один из способов разрешения экологических проблем — использование технологических схем, сводящих к минимуму загрязнение атмосферы:
1) непрерывность процесса;
2) циркуляционные процессы (непрореагировавшие вещества возвращаются в сферу реакции);
3) принцип противотока (увеличивается площадь поверхности реагирующих веществ и скорость реакции);
4) комплексное использование сырья, безотходная технология;
5) выбор оптимального сырья и режима его переработки.

В мире около 80% серной кислоты производится из серы, а не из пирита FeS₂. Это позволяет избежать металлизации атмосферы.
2. Еще один важный путь — это совершенствование технологического оборудования, в частности различных фильтров и поглотителей. Большое значение имеет профилактический ремонт оборудования, а также установка современных автоматических систем управления производством. Вредные выбросы сернокислых заводов следует оценивать не только по действию содержащегося в них оксида серы (IV) на расположенные вблизи предприятия зоны, но и учитывать другие факторы - увеличение количества случаев респираторных заболеваний человека и животных, гибель растительности и подавление ее роста, разрушение конструкций из известняка и мрамора, повышение коррозионного износа металлов. По вине “кислотных” дождей повреждаются и памятники архитектуры.
В зоне до 300 км от источника загрязнения (SO₂) опасность представляет серная кислота, в зоне до 600 км - сульфаты. Серная кислота и сульфаты замедляют рост сельскохозяйственных культур. Закисление водоемов (весной при таянии снега), вызывает гибель икры и молоди рыб. Помимо экологического ущерба налицо экономический ущерб - громадные суммы каждый год теряются при раскисление почв.
3. Химические методы отчистки: наиболее перспективны методы, основанные на:

• поглощение оксида серы (IV) известняком;
• поглощение раствором сульфита - гидросульфита аммония;
• поглощение щелочным раствором алюмината натрия;
• интерес также представляют каталитические методы окисления оксида серы (IV) в присутствии оксида ванадия (V).

Дата добавления: 2014-01-20