Производные серы

Оценка искусственных источников СО в масштабе биосферы

Источник	Потребление, т/год	Выброс СО, т/год
Бензин	379. 106	193. 106
Уголь	3074. 106	12. 106
Дрова	466. 106	16. 106
Сжигание отходов	500. 106	25. 106
Лесные пожары	выжигаемая площадь 7. 106 га	11. 106
Всего		257. 106

В атмосфере окись углерода подвергается следующей реакции:
СО + ОН- ® СО2 + Н+
Окисление СО не может происходить на высотах более 100 м. Однако роль живых существ в изъятии СО из воздуха является основной причиной поддержания постоянства концентрации СО в атмосфере. Различные почвенные бактерии очень эффективно адсорбируют окись углерода и превращают ее в СО2 или СН4.
Дыхание растений также может быть потенциально важным фактором удаления СО из воздуха. Безопасная для растений при обычных концентрациях, она взаимодействует с азотным циклом обмена веществ и представляет серьезную фитотоксичную угрозу при более высоком ее содержании. В частности, СО затормаживает дыхательные процессы.

Углеводороды
Растения представляют собой природный источник терпенных углеводородов, дающий 109 т этих веществ в год. Искусственными источниками являются двигатели внутреннего сгорания, всевозможные печи и баки автомобилей.
Однако большинство углеводородов поступает в атмосферу в процессе неполного сгорания топлива в двигателях и в горелках печей (до 12.5% несгоревшего топлива).
Неполное сгорание также синтезирует углеводороды. Эти продукты являются главным образом олеинами (ненасыщенными углеводородами), которые образуются при крекинг-процессе алифатических соединений и участвуют в образовании пероксилацилнитратов в атмосфере некоторых сильно загрязненных городов (фотохимические смоги). При неполном сгорании происходит также синтез канцерогенных циклических углеводородов: бензо-3,4-пирен, бензантрацен и т.д.

Сернистый ангидрид (SO2)
Достаточно острой в настоящее время является проблема загрязнения атмосферы серосодержащими веществами. Наиболее сильно загрязнено Северное полушарие: в атмосфере его находится ~90% серы антропогенного происхождения.
При отсутствии источников загрязнения сернистый ангидрид встречается в атмосфере в виде ничтожных следов. Нормальную концентрация этого газа в тропосфере оценивают в 0.2 млрд-1.
Без сомнения, вулканическая деятельность является единственным серьезным естественным источником SO2. Но существуют и другие случайные причины увеличения количества производных серы в атмосфере. Однако в основном SO2 поступает в атмосферу в результате человеческой деятельности. Как и для большинства загрязнителей воздуха, использование ископаемого топлива - главная причина отравления атмосферы.
Общее количество SO2, ежегодно выбрасываемого в тропосферу, оценивается в 145. 106 т, причем 70% этого количества образуется при сжигании угля, 16% - жидкого топлива (мазута). Любое ископаемое топливо содержит большее или меньшее количество серы (0.5-5%).
Некоторые металлургические заводы выделяют весьма значительные количества сернистого газа; так, завод, перерабатывающий в день 1000 т медного пирита, выбрасывает в атмосферу 600 т этого газа. В процессе производства серной кислоты атмосфера также может серьезно заражаться, если не принять соответствующие меры для снижения выброса SO2. Попавший в воздух SO2 не сохраняется в атмосфере бесконечно долго. С ним происходят различные превращения, являющиеся частью общего цикла серы в биосфере. Под воздействием ультрафиолетовой радиации SO2 превращается в серный ангидрид (SO3):
2SO2 + О2 ® 2SO3
При контакте с атмосферным водяным паром образуется сернистая кислота:
SO2 + Н2О ® H2SO3
Обе эти реакции довольно медленные, однако в загрязненной атмосфере они обычно ускоряются под влиянием марганцевой или железной пыли и могут протекать в жидкой фазе так, как это было бы при освещении. Впоследствии нестабильная сернистая кислота спонтанно превращается в серную кислоту.
Недавно было показана возможность другого типа реакций, происходящих в загрязненной атмосфере:
SO2 + NO2 + H2O ® H2SO4 + NO
Эта реакция ускоряется под влиянием света и может протекать при довольно низких (до 0.5 млн-1) концентрациях SO2 и NO2. Образуется очень гигроскопичная серная кислота, которая является причиной сильно токсичного тумана. Кислота реагирует с присутствующими в воздухе катионами, в частности с аммиаком и различными тяжелыми металлами. При этом образуются твердые сульфаты, растворимые в воде, которые возвращаются в почву с осадками.
Переносу SO2 на дальние расстояния и его рассеиванию в верхних слоях тропосферы способствует строительство высоких дымовых труб, что снижает локальное загрязнение атмосферы. Количество SO2 и SO42- на разной высоте неодинаково: отношение SO2/SO42- уменьшается с высотой. В результате такого процесса, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде и, следовательно, увеличивается степень их превращения в серную кислоту и сульфаты (кислотные дожди).

Сероводород (Н2S)
Это вещество присутствует в атмосфере в естественном состоянии. Его вырабатывают различные анаэробные сульфобактерии как в почве, так и в морской среде. Масса H2S, производимого в течение года всеми микроорганизмами в почве и морской среде, составляет соответственно 68. 106 и 30. 106 т.
В то же время химическое производство H2S и особенно нефтехимические предприятия являются основными искусственными источниками загрязнения атмосферы этим газом. Общее количество H2S, поступающего за год в атмосферу вследствие человеческой деятельности, эквивалентно 3. 106 т.
H2S - вещество токсичное, его ПДК в воздухе 15 млн-1. Сероводород самопроизвольно превращается в атмосфере в SO2 по весьма сложной схеме.
Меркаптаны, или тиоли, заражают воздух в районах нефтеперегонных заводов, ЦБК и придают ему весьма резкий всепроникающий запах. Однако они не являются элементами, постоянно содержащимися в загрязненном воздухе, их присутствие ограничивается отдельными промышленными зонами.

Дата добавления: 2014-01-04