133. Основные загрязнители, образующиеся в процессе производства: диоксид серы, сероводород, сероуглерод. Характеристика. Источники образования. Токсичность.

Диоксид серы (SО₂) или сернистый ангид­рид – бесцветный газ с резким запахом и продукты его со­единений с водой (сернистая и серная кислоты).

SО₂ обладает высокой химической агрессивностью и значительной устойчивостью в атмосфере. Выброс в атмосферу составляет 150-200 млн. т/год (в пересчете на S – 100 млн. т). В целом этот полютант оказывает в настоящее время, пожалуй, максимальное воздействие как на биоту, так и на различные эле­менты среды, строения и т. п. По этим причинам его называют мировым загрязнителем или загрязнителем № 1.

К природным источникам SО₂ в первую очередь относятся вулканы, лесные пожары, морская пена и микробиологические превращения серосодержащих соединений.

Диоксид серы антропогенного происхождения образуется при сгорании угля и нефти, в металлургических производствах и на теплоэлектростанциях (ТЭС), при переработке серосодержащих руд PbS, ZnS, Cus, NiS, MnS и т.д., при различных химических технологических процессах.

Большая часть антропогенных вы­бросов SО₂ (около 87 %) связана с энергетикой и промышленностью. Только в Германии по приблизительной оценке ежегодно в ат­мосферу выбрасывается 3–4 млн. т SО₂, что почти в два раза больше количества SО₂ естественного происхождения, поступаю­щего в атмосферу на всей планете. Если данные по Германии сумми­ровать с данными по всем развитым промышленным странам, то общее количество SО₂ антропогенного происхождения будет превышать количество природного SО₂ в 20–30 раз.

Большую озабоченность вызывает в России огромный трансграничный перенос серы с Запада, составляющий примерно 2 млн. т. оксидов серы – 10 млн. т. сульфатов в год, так как воздушные массы с Запада в нашу страну в связи с розой ветров в 7 – 10 раз превышают наши воздушные массы в Европу. Это в основном страны Восточной Европы и Украина, энергетика которых базируется на бурых углях.

Диоксид серы в атмосфере

Время пребывания SО₂ в атмосфере в среднем исчисляется двумя неделями. Этот промежуток времени слишком мал, что­бы газ мог распространиться в глобальном масштабе. Поэтому проблема SО₂ возникает в первую очередь в высокораз­витых промышленных странах и у их ближайших соседей. Следствием такого загрязнения являются кислые дожди, которые образуются при растворении SО₂ в воде: Н₂О + SO₂ = H₂SO₃; 2SO₂ + 2Н₂О + О₂ = 2H₂SO₄.

Чтобы добиться смешения выбросов SО₂ с возможно большими объемами воздуха была предпринята попытка строительства высоких труб. Этот метод оправдал себя в непосредственной близости от источника выброса, однако не удалось добиться такого разбавления, чтобы уменьшенная концентрация физиологически не представляла опасности. Например в азиатской части России огромные массы SO₂ комбината «Норильский никель», которые выбрасывают высокие (до 100 м) трубы, достигают Канады через Северный полюс.

Легко растворимый в воде, образующий кислоту SО₂ может разноситься мощными потоками воздуха на сотни километров (до 1500 км). При этом в облаках идет реакция образования кислот и возможно выпадение кислотных дождей. Кислотные дожди губят растения, закисляют почву, увеличивают кислотность озер. В Средней и Северной Европе, а также Северной Америке кислотные дожди стали важной международной проблемой и даже поводом для конфликтов.

Например, Норвегия, Швеция, Финляндия, Австрия и Швейцария больше получают серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы. Дания, Нидерланды, Бельгия, Великобритания, и Франция больше направляют выбросов диоксида серы к соседям, чем получают от них.

Нейтрализация SО₂ происходит только в том случае, если в воздухе, одновременно с SО₂ находится пыль, содержащая гидроксиды щелочных и щелочноземельных элементов. Атмосфера очищает­ся главным образом при вымывании кислых газов водой или снегом, а также при их «сухом» осаждении, т. е. в виде самого газа или адсорбированного на мельчайших частицах пыли.

Россия входит в конвенцию по SO₂ и участвует во всех процессах, способствующих снижению выбросов окислов серы в атмосферу. В основном это строительство заводов по производству серной кислоты по схеме: диоксид серы – триоксид серы – серная кислота. Используя оксиды серы как вторичное сырье, человечество для производства такого необходимого ему во многих отраслях промышленности продукта, как серная кислота, перестанет извлекать из недр ограниченные запасы серы.

Физиологическое воздействие на людей, животных и растения

У людей SО₂ раздражает слизистую оболочку, вызывая сильный кашель. У взрослых здоровых людей эти симптомы появляются только при концентрациях, соответствующих 1,3 мг/м³. В течение короткого времени воздействия можно выдержать и десятикратную концентрацию. Длительное отравление может привести к нарушению кровообра­щения и смерти.

Отмечено, что заболевания дыхательных путей, например, бронхиты, учащаются при повышении уровня оксидов серы в воздухе.

У людей, обладающими повышенной чувствительностью к SО₂ даже кратковременное воздействие при кон­центрации 1,3 мг/м³ вызывает спазмы дыхательных путей, и требуется немедленное медицинское вмешательство. Таким же образом реагируют на загрязнение атмосферы SО₂ и больные астмой. Считают, что физиологическое действие SО₂ в первую очередь связано с образованием H₂SO₃ на влажной слизистой бронхов. Аналогично действуют и аэрозоли серной кислоты. В тяжелых случаях может возникнуть отек легких. При длитель­ном воздействии SО₂ пропадает чувствительность к запахам и вкусам. В организме H₂SO₃ окисляется в H₂SO₄ и выводится по­чками, при этом понижаете рН мочи, который в нормальных пределах лежит между 4,8 и 7,5.

Совместное действие SО₂ с NO_х может значительно увеличить число заболеваний дыхательных путей.

Кислотные выбросы действуют не только на людей, но и на животных, однако систематические наблюдения в этих случаях отсутствуют. Только обитателям вод было уделено большее внимание, так как последние особенно чутко реагируют изменение рН среды обитания. Кислотные дожди ведут к снижению рН воды, что приводит к заморам рыбы и снижению продуктивности водоемов.

Сернистый газ особенно вреден для растений. Последние к нему гораздо чувствительнее, чем человек и животные. Под влиянием SО₂ листья желте­ют, причем пожелтение происходит особым образом – в обла­стях между прожилками листа. Наряду с этим наруша­ет деятельность ряда ферментов, понижается их активность, в результате чего проявляются некрозы листьев, т. е. отмирают целые участ­ки листа. Возможно, что действие SO₂ является причиной уменьшения морозостойкости почек деревьев. Токсическое действие SO₂ сильнее проявляется в темноте, чем на свету, т.к. на свету идут восстановительные процессы.

Сероводород (Н₂S)

Кроме сернистого ангидрида, в атмосферу поступают также дру­гие вредные соединения серы. К ним относится сероводород (Н₂S) – весь­ма токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Уже на начальных стадиях отравления человек теряет обоняние, а большие дозы отравления ведут к отеку легких, параличу дыхания и смер­ти. В природе этот газ чаще всего встречается в водоемах, сточ­ных водах, минеральных источниках как продукт бактериального разложения белков. Механизм отравляющего действия сероводо­рода до конца не ясен.

Сероуглерод (CS₂)

Высокой токсичностью обладает также сероуглерод CS₂ – бес­цветная, легко воспламеняющаяся жидкость. С воздухом она об­разует взрывоопасные смеси. Используется как сырье для полу­чения вискозного шелка, целлофана и инсектицидов. В организм человека сероуглерод может попадать через дыхательные пути и с пищей. Вызывает нарушение функций центральной нервной сис­темы, обладает наркотическим действием. Симптомы отравления –слабость, утомляемость, головные боли. Не исключено тератоген­ное (греч. тератос – урод) действие."