Кислотные дожди
Одной из важнейших экологических проблем являются кислотные дожди, образующиеся при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы SO2 и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты, выпадающие на землю вместе с дождем или снегом. Максимальная кислотность осадков была зарегистрирована в Западной Европе (pH = 2,3).
Суммарные антропогенные выбросы диоксида серы и оксидов азота в мире только в 1994 году составили более 255 млн. т. Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под воздействием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы: свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами. Возрастание содержания алюминия в подкисленной воде всего до 2 мг на литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, т.к. фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для усвоения. Алюминий также снижает прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.
Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от воздействия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные металлы и др. Эти факторы приводят, например, к поражению хвойных лесов в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и других районах России.
Примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер, происходящее наиболее интенсивно в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии. Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в промышленно развитых странах (США, ФРГ, Великобритании) выпадают именно на территории этих стран. Наиболее уязвимы озера в этих странах, т.к. коренные породы, слагающие их ложе, представлены гранито-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие от известняков, которые создают щелочную среду и тем самым препятствуют закислению.
Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб, но часто влечет за собой гибель планктона, водорослей и других живых организмов. Озера становятся практически безжизненными.
В России площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает нескольких десятков миллионов га. Отмечены и частные случаи закисления озер в Карелии. Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (за счет трансграничного переноса серы и др. загрязняющих веществ), а также на территориях ряда крупных промышленных районов.
Защита атмосферы
Для защиты атмосферного воздуха от антропогенного загрязнения вредными веществами используют следующие меры:
экологизацию технологических процессов;
очистку газовых выбросов от вредных примесей;
рассеивание газовых выбросов в атмосфере;
устройство санитарно-защитных зон.
Экологизация технологических процессов является наиболее эффективной мерой охраны воздушного бассейна от загрязнений. Она заключается, в первую очередь, в создании замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий.
Экологизация технологических процессов предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических процессов производства, замену угля и мазута на природный газ, перевод на электропитание возможно большего количества механизмов типа сваебойных агрегатов, компрессоров и др.
Первоочередной проблемой является и создание экологически чистых видов транспорта. В настоящее время ведется активный поиск экологически более чистого топлива, чем бензин. В качестве его заменителей рассматриваются газ, метиловый спирт (метанол) и др. Идеальным видом топлива является водород. Созданы пробные модели автомобилей, работающих на энергии электрических аккумуляторов. Продолжаются работы по созданию автомобилей на солнечных элементах.
К сожалению, нынешний уровень экологизации технологических процессов и внедрения замкнутых технологических циклов недостаточен для полного предотвращения выбросов токсичных веществ в атмосферу. Поэтому на предприятиях используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газообразных примесей (NO, NO2 , SO2 , SO3 и др.). Однако, с точки зрения технологий будущего, эти методы не имеют перспектив.
Для очистки выбросов от аэрозолей применяют сухие пылеуловители, предназначенные для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли и функционирующие на принципе оседания частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Применяются также и мокрые пылеуловители, работающие по принципу осаждения пыли на поверхности капель. Такие пылеуловители обеспечивают 99% очистки от частиц размером более 2 мкм. Тканевые и зернистые фильтры способны задерживать мелкодисперсные частицы пыли размером до 0,05 мкм. Электрофильтры являются одним из наиболее совершенных способов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм при высокой эффективности очистки (99,0 99,5%). Принцип работы электрофильтров основан на ионизации пылегазового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, на который подается положительный потенциал, и оседают на нем. При встряхивании электродов осажденные частички пыли падают в сборник пыли.
Аналогично, разработаны различные способы очистки отходящих газов от токсичных газообразных примесей. Каталитический метод заключается в поглощении примесей и превращении их в безвредные или менее вредные вещества за счет введения в систему дополнительных катализаторов. Широко используются палладийсодержащие и ванадиевые катализаторы. С их помощью происходит каталитическое досжигание CO до CO2 и диоксида серы до оксида. Возможно также восстановление оксидов азота аммиаком до элементарного азота. Одна из разновидностей этого метода дожигание вредных примесей с помощью газовых горелок (факельное сжигание) широко используется на нефтеперерабатывающих заводах.
Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента используют воду, растворы щелочей, аммиака и др. Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции, называют абсорбером.
Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь, силикагель и др.). Например, на АЭС применяется метод очистки газов из надреакторного пространства путем сорбции радионуклидов на угольных фильтрах.
Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют для снижения концентраций вредных примесей до уровня, не превышающего ПДК (предельно допустимая концентрация). Рассеивание пылегазовых выбросов осуществляется с помощью высоких дымовых труб. Рассеивающий эффект возрастает с ростом высоты трубы. Так, на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) высота трубы составляет 407 м. Высотой не менее 100 м характеризуются выбросные трубы на АЭС для рассеивания радиоактивных выбросов. Применение высоких выбросных труб, конечно, не является наилучшим решением проблемы, так как, уменьшая локальное загрязнение в районе соответствующего предприятия, этот метод не снижает остроту проблемы выпадения кислотных дождей в региональном масштабе.
Санитарно-защитной зоной называют полосу, отделяющую источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в зависимости от степени вредности производства и количества выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. Обычно она принимается равной от 50 м до 1000 м. Санитарно-защитная зона озеленяется газоустойчивыми породами деревьев и кустарников (белой акацией, канадским тополем, елью и др.). Об эффективности озеленения свидетельствуют следующие данные: хвоя одного гектара елового леса улавливает 32 т пыли, листва букового леса 68 т.