Кислотни дожди. Состав и образование кислотных дождей

Одной из важнейших экологических проблем является повышение кислотности среды, ведет к гибели рыбы и лесов, подкисление почвы, коррозии сооружений и зданий.

Собственно говоря, кислотный дождь представляет собой следствие взаимного влияния друг на друга различных сфер Земли (атмосферы, гидросферы, литосферы и т.д.) из-за дисбаланса в круговороте веществ в них. Причем, следует отметить, что эти вещества могут оставлять атмосферу не только с влажными осадками, но и "сухим" методом - путем выпадения дисперсных частиц, образовавшихся (седиментации). Таким образом, понятие "кислотный дождь" включает влагу (выпадение осадков или сам дождь) и сухую (частички пыли) седиментацию.

При анализе соединений, которые являются предшественниками кислотных дождей, необходимо учитывать не только антропогенные источники, то есть обусловленные сознательной деятельностью человека, но и природные источники, например, лесные массивы, поскольку они в процессе газообмена выделяют значительное количество органических веществ. Имеет значение и степень урбанизации отдельных регионов, например, выделенный аммиак может влиять на нейтрализацию кислотных компонентов.

Рис. 5.3. Влияние различных сфер Земли на образование кислотного дождя

Источниками кислотных дождей являются микроорганизмы, содержащие серу и азот. Рассмотрим, как эти вещества и их соединения поступают в атмосферу. Они частично попадают в атмосферу естественным путем (через поверхность суши, океанов, морей), а частично антропогенным.

Есть три вида источников природной эмиссии серы.

1. Процессы разрушения биосферы - с помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят процессы разрушения органических веществ, благодаря чему сера, содержащаяся в них, образует газообразные соединения. Выделение серы биологическим путем не превышает 30-40 млн. Тонн в год, что составляет 1/3 всего количества серы, выделяется.

2. Вулканическая деятельность выбрасывает в атмосферу (более всего в тропосферу) двуокись серы, сероводород, сульфаты и элементарную серу. Это составляет около 2 млн. Тонн соединений в год, содержащие серу.

3. Поверхность океанов - при испарении капель воды в атмосферу остается морская соль, содержащая наряду с каплями натрия и хлора соединения серы - сульфаты, что составляет 50-200 млн. Тонн серы в год. С этих сульфатов не может образоваться серная кислота, поэтому их влияние распространяется только на регулирование образования облаков и осадков.

В результате деятельности человека в атмосферу поступает значительное количество соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси.

Источниками антропогенного образования серы являются:

- Сжигание угля;

- Металлургическая промышленность;

- Предприятие по производству серной кислоты;

- Переработка нефти;

- Сжигание мазута;

- Транспорт.

Таким образом в атмосферу ежегодно поступает 60-70 тонн серы (таблица 5.1).

В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровещества, из которых наиболее распространены закись азота Nfi. В то же время в воздухе являются кислотные оксиды азота, например, окись азота NO (оксид азота) и двуокись азота N0 _2.

Кислотные оксиды азота имеют следующий состав:

- Закись азота - N ₂ 0;

- Окись азота - NO;

- Азотистый ангидрид - N ₂ 0 _3;

- Двуокись азота - N0 _2;

- Оксид азота - N ₂ 0 _5.

При нормальных атмосферных условиях принимается во внимание только окись, двуокись и закись азота, потому шо в результате реакций, протекающих в атмосфере, образуется азотистая кислота.

Если азотная кислота, находящаяся в воздухе, нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, находящийся в атмосфере в виде аэрозолей. Природные и антропогенные источники соединений азота и количество выбросов приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.1 Природные и антропогенные источники образования атмосферных соединений серы

Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет значительную роль в регулировании кислотных дождей, так как он может нейтрализовать атмосферные кислотные соединения. Источником атмосферного аммиака является почва, распад мочи домашних животных, внесение удобрений, производство и сгорания угля (таблица 5.3) альдегиды и кетоны 8% (формальдегид, ацетон и др.) И их выбросы составляют 43800000. Тонн в год, и поступают в атмосферу из естественных источников.

Таблица 5.2 Природные и антропогенные источники соединений азота

Выбросы катионов щелочных и щелочно-земельных веществ осуществляются, в основном, из природных источников, чаще при эксплуатации дорог без покрытий и грунтов. К промышленным источникам относится производство магния, стали, чугуна, добыче угля и минералов, изготовления и использования цемента и бетона, сульфатный варки целлюлозы, производство керамических изделий. Они существенно влияют на кислотность осадков, выпадающих нейтрализуя их.

Таблица 5,3 Структура выбросов аммиака из антропогенных источников

Летучие органические соединения имеют следующий состав: реакционно способны алканы - 50% (пропан, бутан), алефины - 23% (этилен, пропилен и др.), Ароматические углеводороды 18% (бензол, ксилол и др.), Хлорид и фторид водорода образуются в основном при сжигании угля, производстве оксида пропилена, фторида водорода и фосфатных удобрений. Ежегодно выбрасывается около 1200000. Тонн хлорида и 0160000. Тонн фторида водорода.

Процессы, протекающие в атмосфере, можно разделить на следующие группы:

- Перенос выбросов втором в зону осадков одновременно с незагрязненным воздухом:

- Химические и физические процессы в газовой среде, приводящие к изменению концентрации и химического состава воздушного потока;

- Поглощение веществ антропогенного происхождения облаками и каплями дождя, их химические реакции в жидкой фазе и последующее выпадение загрязнений в виде осадков;

- Сухое выпадение (адсорбция на грунте, кронах деревьев).

Многие стадий процессов, протекающих в атмосфере, могут быть обратными, в результате чего молекула загрязняющего вещества может претерпеть несколько циклов трансформации до достижения им поверхности Земли.

Анализ показал, что 25-30% S0 ₂ и 15-25% N0 ₂ переносится ветрами от промышленных предприятий на расстоянии более 200 км.

Выпадение кислотных дождей на поверхность Земли может осуществляться двумя путями: вымыванием осадков и выпадением осадков.

Вымывание осадков - намыв кислотных веществ из атмосферы происходит во время образования облаков и осадков. При перенасыщенности воздуха водяными парами (более 100%) происходит выпадение капель облаков, промывают слой атмосферы между облаками и поверхностью Земли. Таким образом, дождь выпадающего вовсе не является дистиллированной водой.