Механізми утворення кислотних дошів в атмосфері

Концентрацію шкідливих речовин в атмосфері на промислових підприємствах, крім відомих способів, можна знизити також завдяки розсіюванню шкідливих речовин (летких компонентів лакофарбових матеріалів, синтетичних смол, виробничого пилу та ін.).

Ефективність розсіювання шкідливих речовин в атмосфері залежить від багатьох чинників, зокрема, від стану атмосфери, характеру місцевості, хімічних особливостей викидів і висоти викиду. Встановлено, що шкідливі домішки в атмосфері переміщаються вертикально й горизонтально. При цьому умовно можна виділити три зони забруднення атмосфери:

- зона невисокого вмісту шкідливих речовин у приземному шарі атмосфери (на висоті зони дихання);

- зона задимлення з максимальним вмістом шкідливих речовин;

- зона поступового зниження рівня забруднення.

Найнебезпечнішою є зона задимлення, тому вона повинна бути вилучена із селищної зони.

Промислові підприємства викидають в атмосферу переважно гарячі та холодні газоповітряні суміші шкідливих речовин з поодиноких (точкових) або групи близько розташованих поодиноких джерел з круглими отворами.

Ступінь розсіювання викидів в атмосферному повітрі знаходиться в прямій залежності від відстані, яку цей викид пройшов до да­ної точки.

Для розроблення заходів щодо скорочення викидів шкідливих речовин в атмосферу встановлюються показники ГДК і ГДВ:

ГДК - гранично допустима концентрація — це максимальна кількість шкідливих речовин в одиниці об'єму або маси середовища повітря, води або ґрунту, яка практично не впливає на стан здоров'я людини. ГДК встановлюється компетентними установами, організаціями, комісіями як норма.

ГДВ - це кількість шкідливих речовин, яка не повинна перевищуватися під час викиду в повітря за одиницю часу, щоб концентрація забруднювачів на межі санітарної зони не була вищою, ніж ГДК.

Гранично-допустимий викид шкідливих речовин визначається за формулою

де к — коефіцієнт розведення викинутого за 1 с забруднення до допустимої норми;

ГДК — гранично-допустима концентрація шкідливої речовини, мг/м3.

2. Особливості викидів забруднень від рухомих джерел

В промислово розвинутих країнах основним джерелом забруднення атмосфери є автотранспорт, парк якого безупинно росте. Якщо в 1900 р. на планеті нараховувалося біля 6 тис. автомобілів, то до 2000 р. чисельність світового парку автомашин досягла 500 млн. одиниць.Розглядати автомобільний транспорт слід як індустрію, пов'язану з виробництвом, обслуговуванням і ремонтом автомобілів, їх експлуатацією, виробництвом пально-мастильних матеріалів, з розвитком і експлуатацією дорожньо-транспортної мережі й ін.

Усi газовi викиди в атмосферу вiд транспортних засобiв можна роздiлити на шiсть груп за їх небезпекою для людини.

Перша група динiтроген, дiоксиген, дигiдроген, карбон дiоксид, водяна пара.

Друга група — карбон оксид.

Третя — нiтроген оксиди (N₂О, NО, NО₂).

Четверта — вуглеводнi (етен, етин, метан, пропан, толуен, бензпiрен i т.д.).

П’ята — альдегiди (метаналь, етаналь, бутаналь i т.д.)

Шоста група — сажа, оксиди металiв, сполуки плюмбуму.

Кiлькiсть викидiв зростає, так як зростає споживання палива. За рiк легковий автомобiль забирає з атмосфери 4350 кг Оксигену i викидає 3250 кг СО₂, 530 кг СО, 90-150 кг незгорiлих вуглеводнiв, 40 кг нiтроген оксидiв, 1 кг свинцю. Вантажний автомобiль викидає в атмосферу близько 600 кг СО на тону спаленого пального. Інтенсивнiсть викидiв тепловоза прирiвнюється до iнтенсивностi газових викидiв 15-20 вантажних чи 40-60 легкових автомобiлiв. Один лiтак ТУ-154 при злетi й посадцi викидас в атмосферу в 100 раз бiльше шкiдливих речовин нiж автомобiль. У результатi роботи двигунiв тiльки одного авiалайнера, що здiйснює полiт з Європи в Америку, викидається в атмосферу бiльше 76 т продуктiв згоряння вуглеводневого палива (СО₂, СО, SО₂, NО та iн.), а також значна кiлькiсть твердих часточок (сажа, вуглеводнi, сульфати).

Таблиця 1. – Питомі викиди речовин двигунами транспорту, г/кг пального

Шкідливі речовини	Двигун, який працює на бензині	Двигун, який працює на дизельному паливі
СО	37,8	20,8
NOx	21,0	41,0
Тверді частинки	1,5	7,6
SOх	1,5	5,6
Альдегіди	0,93	0,78
Свинець	0,5	-

Як наслідок дії вихлопних газів є утворення кислотних дощів в результаті взаємодії перших з парами води, порушення складу атмосферного повітря, посилення процесу парникового ефекту, загальне погіршення якості повітря планети.

Таким чином, автотранспорт - джерело емісії в атмосферу складної суміші хімічних сполук, склад яких залежить не тільки від виду палива, типу двигуна й умов його експлуатації, але і від ефективності контролю викидів. Потрапляючи в атмосферу, компоненти ВГ ДВЗ, з одного боку, змішуються з наявними в повітрі забруднювачами, з іншого боку - проходять ряд складних перетворень, що призводять до утворення нових сполук. Одночасно йдуть процеси розведення і видалення забруднювачів з атмосферного повітря шляхом мокрого і сухого осаджування на землю.

3. Кислотні дощі, їх причини, механізми утворення та наслідки.

Кисло́тний дощ — усі види метеорологічних опадів: дощ, сніг, град, туман, дощ зі снігом, — кислотність яких вища від нормальної. Мірою кислотності є значення рН (водневий показник). Нормальне pH у чистих дощах — 5,6.

Оксиди сульфуру й нітрогену, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій та автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сульфатної та нітратної кислоти, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі згубно впливають на навколишнє середовище.

1) В утворенні сірчаної кислоти із діоксиду сірки SO₂ в атмосфері приймають участь радикали ОН ˙, котрі присутні в атмосфері із середньою річною концентрацією близько 5·105 – 106 частинок в 1 см³. Радикали ОН ˙ утворюються в атмосфері за рахунокфотолізу озону в ультрафіолетових променях з присутністю парів води.

Схеми реакцій, які ведуть до утворення сірчаної кислоти, наступні:

ОН ˙ + SO₂ → НSO₃ ˙;

НSO₃ ˙ + O₂ → SO₃ + НO₂ ˙;

SO₃ + Н₂О → Н₂ SO₄.

В подальшому сірчана кислота або випадає на поверхню Землі, або дає солі, реагуючи головним чином із аміаком. Солі зазвичай виводяться із атмосфери разом із дощами за рахунок гравітації. Даний механізм забезпечує вивід діоксиду сірки із атмосфери приблизно за 12 днів.

2) Інший механізм утворення сірчаної кислоти пов’язаний з окисненням діоксиду сірки в краплинках хмар, проходить також за рахунок радикала ОН ˙. В цьому випадку в процесі беруть участь іони SO₂^–3 і НSO^3–, а окисником виступає кисень, і процес може носити ланцюговий характер, особливо в урбанізованих районах, де концентрація діоксиду сірки велика:

Утворений в останній реакції радикал SO³ ˙ – знову вступає в реакцію з киснем, що і забезпечує протікання ланцюгових реакцій. Поряд з цим процес окиснення діоксида сірки в краплях каналізують іони заліза, а одночасна присутність іонів марганцю суттєво прискорює даний процес.

3) Третій механізм окиснення діоксиду сірки киснем має каталітичну природу. Каталіз здійснюється на поверхні аерозольних частинок, насамперед сажі.

4) Утворення азотної кислоти проходить в атмосфері двома основними шляхами. Перший з них – реакція радикала ОН ˙ з NO₂:

ОН ˙+ NO₂ → НNO₃.

Ця реакція проходить вдень, так як радикал ОН ˙ присутній в атмосфері у великій концентрації тільки в денний час.

5) Існує також і «нічний» механізм утворення азотної кислоти, який проходить через реакцію з озоном з утворенням радикала НNO₃ ˙:

NO₂ + O₃ → NO₃ ˙ + O₂;

NO₃ ˙ + NO₂ → N₂O₅ ˙;

N₂O₅ ˙ + Н₂О → 2НNO₃.

Наслідки кислотних дощів:

– врожайність багатьох сільськогосподарських культур знижується на 3–8% внаслідок ушкодження листя кислотами;

– кислі опади спричиняють вимивання з ґрунту кальцію, калію й магнію, що викликає деградацію фауни та флори;

– деградують і гинуть ліси (особливо вразливі кедр, бук і тис);

– отруюється вода озер і ставків, у яких гине риба (в першу чергу цінні види – лосось, форель тощо) і численні види комах;

– зникнення комах у водоймах призводить до щезнення птахів і тварин, які ними живляться;

– зникнення лісів у гірських районах (Карпати) зумовлює збільшення кількості гірських зсувів і селів;

– різко прискорюється руйнування пам’ятників архітектури, житлових будинків, особливо тих, що оздоблені мармуром, вапняком;

– вдихання людьми повітря, забрудненого кислотним туманом, спричиняє захворювання дихальних шляхів, подразнення очей тощо.

4. Джерела надходження парникових газів. Парниковий ефект

Парнико́вий газ — газ, що поглинає теплове випромінювання поверхні Землі і хмар (інфрачервона радіація) і відбиває його назад до Землі.

До основних парникових газів в атмосфері Землі відносяться пари води (H₂O), вуглекислий газ (CO₂), закис азоту (N₂O), метан (CH₄), озон (O₃), гексафторид сірки (SF₆), гідрофторвуглець (ГФУ) і перфторвуглероди (ПФУ).

Згідно з Додатком А до Кіотського протоколу визначено шість основних парникових газів, які дають внесок до парникового ефекту. Цими газами є:

1. Діоксид вуглецю, СО₂
2. Метан, СН₄
3. Закис азоту, N₂O
4. Гідрофторвуглецеві сполуки
5. Перфторвуглецеві сполуки
6. Гексафторид сірки, SF₆.

Основними джерелами утворення парникових газів є такі:

- діяльність промислових підприємств (в першу чергу енергетичні комплекси, хімічні виробництва, металургійні заводи);

- транспортні засоби різних типів;

- природні процеси (вулканізм);

- сільське господарство.

Парниковий ефект - явище в атмосфері Землі, при якому енергія сонячних променів, відбиваючись від поверхні Землі, не може повернутися в космос, оскільки затримується молекулами різних газів. Парниковий ефект відкрив у 1829 Жозеф Фур'є.

Розрахунки й моделювання на ЕОМ свідчать: підвищення середньорічної температури спричинить зміни таких найважливіших кліматичних параметрів, як кількість опадів, хмарний покрив, океанічні течії, розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть сухішими, а узбережжя — вологішими, зима буде коротшою й теплішою, а літо — тривалішим і спекотнішим.

Глобальне потепління призведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди й гір, рівень Світового океану підвищиться на 6—10 м, при цьому буде затоплено близько 20 % площі суходолу, де сьогодні живуть сотні мільйонів людей, розташовані міста, ферми, сади й поля.

Останнім часом тривога вчених із приводу парникового ефекту ще посилилася. Виявилося, що, крім вуглекислого газу, парниковий ефект спричинюють також деякі інші гази, що входять до групи малих домішок — метан, оксиди азоту, — вміст яких в атмосфері через антропогенний фактор стрімко зростає.

Моделлю парникового ефекту в масштабах планети може слугувати клімат на Венері. її щільна (більш як 9 тис. кПа біля поверхні) атмосфера, що на 98 % складається з вуглекислого газу, за рахунок цього явища розжарена до температури 500 °С (за такої температури залізо починає світитися червоним кольором). Занепокоєна загрозою парникового ефекту світова спільнота намагається запровадити низку запобіжних заходів. У 1992 р. Конференцією ООН із питань довкілля й розвитку прийнято Рамкову конвенцію про зміну клімату, мета якої — «досягти стабілізації концентрації парникових газів у атмосфері на такому рівні, який не допускав би шкідливого антропогенного впливу на кліматичну систему». Конвенцію підписали практично всі держави — члени ООН, у тому числі Україна. Згідно з цією Конвенцією і Кіотським протоколом, що є її доповненням, промислово розвинені країни, до яких віднесено й Україну, повинні з 2008 по 2012 р. знизити як мінімум на 5 % порівняно з рівнем 1990 р.

5. Екологічні шляхи вирішення проблеми забруднення атмосферного повітря

За останні роки стан атмосферного повітря різко погіршився. Динаміка погіршення якості повітряного басейну стрімко зростає. Накопичення великої кількості шкідливих, токсичних речовин, парникових газів та інших домішок призводять до погіршення якості повітря і набуває глобального значення.

Після конференції у Ріо-де-Жанейро та згідно Кіотського протоколу проблема забруднення повітря займає чи не перше місце серед усіх екологічних проблем людства.

Таким чином для зменшення техногенного навантаження на стан повітряного басейну планети, а також забезпечення процесу покращення його якості використовуються наступні заходи (розрізняють декілька категорій):

1. Технологічні:

- розробка нових безвідходних технологій виробництва;

- удосконалення очисних споруд для зменшення шкідливих викидів від промислових підприємств;

- заміна паливних ресурсів;

- електрифікація виробництва, побуту та транспорту.

2. Архітектурно-планувальні заходи:

- зонування територій населеного пункту;

- озеленення населених місць, відновлення зелених насаджень усіх територій;

- організація санітарно-захисних зон.

3. Економічні:

- розробка економічно-раціональних методів природокористування.

4. Правові:

- створення удосконалених законодавчих актів з питань охорони повітряного

басейну;

- встановлення жорстких штрафних санкцій за забруднення атмосфери.

5. Інженерно-організаційні:

- зменшення стоянок автотранспорту у світлофорів;

- зниження інтенсивності руху транспорту на перевантажених автомагістралях.

Серед найважливіших шляхів вирішення екологічних проблем більшість дослідників також виділяє впровадження екологічно чистих, мало-і безвідходних технологій, будівництво очисних споруд, які б забезпечували повне очищення шкідливих викидів, раціонально розміщення виробництва і використання природних ресурсів.

СРС. Джерела надходження оксидів сульфуру та нітрогену в атмосферне повітря. Кіотський протокол та його значення.

Дата добавления: 2014-01-07