Стратегії (методи) боротьби з кислотними опадами
Кислотні дощі (джерела, види, вплив на здоров'я людини і живу природу, моніторинг, заходи захисту)
Кислотними дощами називають всі види метеорологічних опадів, під час яких спостерігається сильнокислотную реакція, викликана зниженням кислотності через забруднення повітря хлористим воднем оксидами сірки, азоту та іншими кислотообразующими сполуками. За словами вчених, які вивчають кислотні дощі, цей вислів не повністю відображає явище, так як в даному випадку більше підходить термін «кислотні опади», оскільки токсичні речовини випадають як у вигляді дощу, так і граду, снігу, туману і навіть пилу і газу в посушливу пору року.
Варто відмітити, що рН, який є показником кислотності водних розчинів, може коливатися від 0 до 14. Тоді як рівень кислотності нейтральних рідин дорівнює семи, кисле середовище характеризується показниками нижче за це значення, лужна - вище. Що стосується дощів, то для нормальних видів опадів характерний рН 5,6 або трохи вище, в залежності від регіону, де випадають дощі.
Кислотні дощі по природі свого походження бувають двох типів: природні (виникають в результаті діяльності самої природи) і антропогенні (викликаються діяльністю людини).
Природні кислотні дощі
Причин виникнення кислотних дощів природним шляхом небагато:
· Діяльність мікроорганізмів. Ряд мікроорганізмів в процесі своєї життєдіяльності викликає руйнування органічних речовин, що призводить до утворення газоподібних сполук сірки, які, природно, потрапляють в атмосферу. Кількість утворених таким шляхом оксидів сірки обчислюється порядком 30-40 млн. Тонн на рік, що становить приблизно 1/3 від загальної кількості;
· Вулканічна діяльність поставляє в атмосферу ще 2 млн. Тонн сполук сірки. Разом з вулканічними газами в тропосферу потрапляють діоксид сірки, сірчистий водень, різні сульфати і елементарна сірка;
· Розпад азотовмісних природних сполук. Оскільки в основі всіх білкових з'єднань є азот, то чимало процесів призводить до утворення оксидів азоту. Наприклад, розпад сечі. Звучить не дуже приємно, але це життя;
· Грозові розряди дають близько 8 млн. Тонн сполук азоту в рік;
· Горіння деревини та іншої біомаси.
Антропогенні кислотні дощі
Раз вже мова пішла про антропогенного впливу, можна здогадатися, що мова піде про згубний вплив людства на стан планети. Людина звикла жити в комфорті, забезпечувати себе всім необхідним, тільки ось «прибирати» за собою не звик. Чи то з повзунків ще не виріс, то чи розумом не доріс.
Основною причиною кислотних дощів є забруднення атмосфери. Якщо років тридцять тому в якості глобальних причин, що викликають появу в атмосфері сполук, «окислюють» дощ, називалися промислові підприємства і теплові електростанції, то сьогодні цей список доповнився автомобільним транспортом.
· Теплоелектростанції і металургійні підприємства «дарують» природі близько 255 млн. Тонн оксидів сірки і азоту.
· Твердопаливні ракети також внесли і вносять чималий внесок: запуск одного комплексу «Шаттл» призводить до викиду в атмосферу понад 200 тонн хлористого водню, близько 90 тонн оксидів азоту.
· Антропогенними джерелами оксидів сірки є підприємства, що виробляють сірчану кислоту і переробляють нафту.
· Вихлопні гази автомобільного транспорту - 40% оксидів азоту, що потрапляє в атмосферу.
Вплив кислотних дощів вкрай негативно позначаються як на живий, так і неживої природи, людей і створених ними предметах. При цьому токсичні опади здатні викликати такі серйозні екологічні проблеми, як:
· У водних екосистемах кислотні опади викликають загибель риб та інших водних мешканців. Підкислення води річок і озер серйозно впливає і на сухопутних тварин, так як багато звірів і птахів входять до складу харчових ланцюгів, що починаються у водних екосистемах.
· Разом із загибеллю озер стає очевидною і деградація лісів. Кислоти порушують захисний восковий покрив листя, роблячи рослини більш уразливими для комах, грибів і інших патогенних мікроорганізмів. Під час посухи через ушкоджені листи випаровується більше вологи.
· В результаті різних хімічних реакцій грунт частково втрачає мікроелементи і стає менш поживним, через що сповільнюється зростання і розвиток рослинності (при цьому в дерево через коріння надходить чимало токсичних речовин).
· Люди, що проживають в районах, де часто спостерігаються кислотні дощі, нерідко мають серйозні проблеми з верхніми дихальними шляхами.
· Під дією кислот з гірських порід і мінералів вивільняється алюміній, а також ртуть і свинець, які потім потрапляють в поверхневі і грунтові води. Алюміній здатний викликати хворобу Альцгеймера, різновид передчасного старіння. Важкі метали, що знаходяться в природних водах, негативно впливають на нирки, печінку, центральну нервову систему, викликаючи різні онкологічні захворювання. Генетичні наслідки отруєння важкими металами можуть проявитися через 20 років і більше не тільки у тих, хто вживає брудну воду, а й у їхніх нащадків.
Головні кислотообразующие викиди в атмосферу - діоксид сірки SO2 (cерністий ангідрид, або сірчистий газ) і оксиди азоту NОх (монооксид, або оксид азоту NО, діоксид азоту NO2 і ін.).
Природними джерелами надходження діоксиду сірки в атмосферу є головним чином вулкани і лісові пожежі. Природна фонова концентрація SО2 в атмосфері досить стабільна, включена в біохімічний круговорот і для екологічно благополучних терріторійУкаіни дорівнює 0,39 мкг / м 3 (Арктика) - 1,28 мкг / м 3 (середні широти). Ці концентрації значно нижче прийнятого в світовій практиці гранично допустимого значення (ГДК) по SО2. рівного 15 мкг / м 3.
Загальна кількість діоксиду сірки антропогенного походження в атмосфері зараз значно перевищує її природне надходження і становить на рік близько 100 млн т (для порівняння: природні викиди SO2 в рік рівні приблизно 20 млн т). З них на частку США припадає 20%, на долюУкаіни - менше 10%. Діоксид сірки утворюється при спалюванні багатого сіркою пального, такого, як вугілля і мазут, на електростанціях, в металургійних виробництвах, при переробці містять сірку руд, при різних хімічних технологічних процесах і роботі ряду підприємств машинобудівної галузі промисловості.
При спалюванні кожного мільйона тонн вугілля виділяється близько 25 тис. Т сірки у вигляді головним чином її діоксиду; в 4-5 разів менше окисленої сірки дає спалювання мазуту.
Як показують дані, наведені в таблиці, вУкаіни викиди діоксиду сірки складають більше 30% всіх шкідливих промислових викидів. На підприємствах енергетичної галузі промисловості, чорної і кольорової металургії частка викидів діоксиду сірки становить приблизно 40 і 50% відповідно (див. Табл.). Менше частка викидів SO2 підприємствами нафтовидобувної, нафтопереробної, вугільної та газової галузей промисловості (див. Табл.) - близько 8% власних викидів забруднюючих речовин і близько 5% сумарних викидів і оксиду сірки предпріятіяміУкаіни, хоча підприємства цих галузей дають приблизно п'яту частину всіх техногенних викидів забруднюючих речовин.
Аналіз техногенних джерел викидів сірчистого газу в атмосферу показує, що викиди виробляють високорозвинені промислові країни, і це стає проблемою в першу чергу для них і їх найближчих сусідів.
Дані моніторингу повітряного атмосфери свідчать про збільшення в останні роки частки викидів азотних сполук в закислення атмосферних опадів.
Змісту оксидів азоту в атмосфері стали приділяти увагу лише після виявлення озонових дір в зв'язку з відкриттям азотного циклу руйнування озону.
Природні надходження в атмосферу оксидів азоту пов'язані головним чином з електричними розрядами, при яких утворюється NО, в последcтвіі - NО2. Значна частина оксидів азоту природного походження переробляється в грунті мікроорганізмами, т. Е. Включена в біохімічний круговорот. Для екологічно благополучних районовУкаіни природна фонова концентрація оксидів азоту дорівнює 0,08 мкг / м 3 (Арктика) - 1,23 мкг / м 3 (середні широти), що істотно нижче ГДК, рівного 40 мкг / м 3.
Оксиди азоту техногенного походження утворюються при згорянні палива, особливо якщо температура перевищує 1000 ° С. При високих температурах частина молекулярного азоту окислюється до оксиду азоту NО, який в повітрі негайно вступає в реакцію з киснем, утворюючи діоксид NO2 і азотний тетраоксид N2 O4. Спочатку утворюється діоксид азоту становить лише 10% викидів всіх оксидів азоту в атмосферу, однак в повітрі значна частина оксиду азоту перетворюється в діоксид - набагато більш небезпечне з'єднання.
Техногенні світові викиди оксидів азоту в атмосферу становлять на рік близько 70 млн т (природні викиди оксидів азоту, за деякими оцінками, рівні в рік 700 млн т), приблизно 30% їх припадає на частку США, 25% - на частку країн Західної Європи і лише кілька відсотків - на долюУкаіни (див. табл.). Сумарні антропогенні викиди оксидів азоту в атмосферу більше. Додаткове джерело таких викидів - сільське господарство, інтенсивно використовує хімічні добрива, в першу чергу що містять сполуки азоту. Внесок цієї галузі світового господарства в забруднення атмосфери оксидами азоту врахувати важко, за деякими даними, надходження оксидів азоту в атмосферу з сільськогосподарських полів можна порівняти з промисловими викидами.
Стратегії (методи) боротьби з кислотними опадами
1. Заміна палива. Вугілля забруднений сірої, тому необхідний переклад електростанцій з вугілля на нафту і газ.
2. Промивання вугілля. Можна подрібнити і хімічно очищати вугілля від сірки перед спалюванням, але це не рентабельно (дорого).
3. Спалювання на псевдосжігаемом шарі. Вугілля спалюють в суміші з піском і вапном, яка поступово як би кипить під дією вдуваемого знизу повітря. В результаті сірка з'єднується з вапном і видаляється з залою (але для здійснення цього методу потрібно переобладнати станції).
4. Скрубери (рідкий фільтр). Газоподібні продукти згоряння пропускають через розпорошений водний розчин вапна; діоксид сірки реагує з нею, і, осідає у вигляді нерозчинного сульфату кальцію. Скрубери вельми ефективні в боротьбі з викидами і не дуже дорогі.
6. Альтернативна станція. Забруднення діоксидом сірки це одна з проблем вугільних електростанцій, інші: широкомасштабне порушення грунтового покриву; забруднення водойм при видобутку вугілля; забруднення викликаються золою і посилення положення викликане вуглекислим газом - потепління клімату.
7. Вапнування - додавання лужних речовин в озера і грунт, які швидко розчиняються, а луг, що утворюється нейтралізує кислоти. Однак, цей метод має цілий ряд недоліків: відбувається грубе порушення хімічного і біологічного рівноваги вод і гротів не вдається усунути всі шкідливі наслідки окислення, не можна видалити важкі метали.
8. Заміна загиблих популяцій тварин і рослин новими, які краще переносять окислення.
9. Пам'ятки культури обробляють спеціальною захисною глазур'ю.