Физико-химические процессы в атмосфере, кислотные дожди

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет», Нижний Новгород

Физико-химические процессы в атмосфере, кислотные дожди

Ананьев Е.О.

Иванов Н.В.

В процессе любого производства при сжигании природного топлива в составе выделяющихся газов, всегда присутствуют оксиды серы и азота, хлористого водорода количество которых определяется составом сжигаемого топлива. Согласно данным, еще в 1950 г. теплоэлектростанции в воздух происходили выбросы около 6 млн. тонн диоксида серы, а сейчас эта цифра многократно увеличилась и составляет порядка 25 млн. тонн. В результате выбросов кислых оксидов в атмосферу, превращают дожди, и другие физические составляющие дождя, в слабый раствор кислот.

В природе дождевая вода -- это физический процесс, образующийся при конденсации водяного пара, и должна иметь нейтральную реакцию, т.е. ее рН должен быть равен 7. Однако в воздухе присутствует диоксид углерода (СО, который, растворяясь в водных каплях, образует слабую угольную кислоту Н СО. Поэтому условия равновесия углекислого газа с влагой атмосферы определяют значение рН дождевой воды.

Рис. 1. Кислотность осадков (в единицах рН) на земном шаре

Согласно научным исследованием было выявлено, что если рН выпадающих осадков меньше 5, то осадки считаются кислыми. Такие осадки характерны для районов земного шара с высокой концентрацией промышленности на (рис. 1) видно, что это районы Европы, Японии, Китай, США и России (рис. 2). Проводя анализ источников загрязнения для Европы и восточной части Северной Америки показало, что антропогенный выброс составляет большую часть через атмосферу, а именно тепловые электростанции, работающие на мазуте, торфе, газе и угле, а также сельскохозяйственная техника и автотранспорт, использующие для работы двигателя дизельное топливо и бензин, все это поставляет примерно 65% атмосферной серы.

Рис. 2. Процесс образования кислотных дождей

Проводя анализ источников загрязнения для Европы и восточной части Северной Америки показало, что антропогенный выброс составляет большую часть через атмосферу, а именно тепловые электростанции, работающие на мазуте, торфе, газе и угле, а также сельскохозяйственная техника и автотранспорт, использующие для работы двигателя дизельное топливо и бензин, все это поставляет примерно 65% атмосферной серы. Источники загрязнения атмосферы.

Таблица. 1. Источники загрязнения атмосферы

Антропогенная деятельность является причиной выпадения кислотных дождей из-за того, что:

большие загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива, отходами промышленного производства, применение химикатов, автотранспорт определяют большие потоки первичных кислых примесей, которые могут вносить существенный вклад в кислотность атмосферы;

среднее время существования загрязнений зависит от: стабильности атмосферы, частоты выпадения осадков, присутствия индивидуальных компонентов атмосферы и т. д.;

большинство загрязнений остается в пределах нижней части тропосферы и относительно равномерно распределено внутри перемешивающегося слоя;

увеличение потоков кислотности к поверхности земли возникает за счет атмосферных осадков с повышенной кислотностью («мокрое осаждение») и за счет адсорбции и выпадения в осадок газов и аэрозолей («сухое осаждение»).

В мире зафиксирован единичный случай выпадения мощного кислотного дождя:

10 апреля 1974 г. в шотландском городе Питлохри выпал дождь с рН 2,4: это уже была не вода, а что-то вроде столового уксуса. Последствия дождя были удручающие. Кислотные дожди сокращают биоразнообразие в реках и озерах. Многие виды рыб, растений, насекомых заболели, а некоторые и вовсе были ликвидированы из-за избытка кислоты попавшей в водный объект.

В состав всех кислотных дождей, как правило, входят слабые растворы серной и азотной кислот, образующихся в результате реакции атмосферной влаги с оксидами серы и азота.

Формулы кислотного дождя (основные реакции, приводящие к образованию кислот), таковы:

H₂O + SO₂ ® H₂SO₃ (сернистая кислота);

H₂SO₃ + O₃ (озон, образующийся во время грозы) ® H₂SO₄ (серная кислота) + O₂.

Кроме того, часть диоксида серы при фотохимическом окислении превращается в сернистый ангидрид (SO₃), реакция которого с водой приводит к образованию серной кислоты.

2NО₂ + Н₂О ® НNО₃ (азотная кислота) + НNО₂ (азотистая кислота)

Кроме того, дождевая влага и сама по себе представляет собой слабокислую среду - из-за угольной кислоты, результата взаимодействия воды и углекислого газа.

Таким образом, основными методами снижения загрязнения атмосферы газами, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений. Наибольшие трудности вызывает именно уменьшение выбросов оксидов азота, которые помимо образования кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конвертеров, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот. Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в атмосферу через дымовые трубы следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция СаSО₄. Этот метод позволяет удалить до 95% SО₂.

Список литературы

кислотный дождь загрязнение атмосфера

1. Физико-химические процессы в техносфере: Учебник.- М.:ФОРУМ: ИНФРА-М,2007.-207 с.: - (Высшее образование).

2. www.ozoneprogram.ru.

3. www.oblasti-ekologii.ru.

Размещено на Allbest.ru