Аэрозоли сернистой кислоты н2зо3

Окисление кислородом, содержащимся в водяном пару

Аэрозоли серной кислоты н2зо4

i

Влажный воздух (НгО)

Фотохимическое / Серный окисление (ангидрид ЗО_э) I

Кислотны [дожди I i i i

i

Кислотные | дожди | I ■ i

♦ И П

Сжигание угля, мазута; выплавка металлических руд и другие процессы

I

♦ им

Рис. 8.21. Последовательность событий при формировании кислотныху осадков

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влаж­ном воздухе образует кислотный полигидрат 80₂ «Н₂0, ко­торый часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н₂80₃:

80₂ + Н₂0 -> Н₂80₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окис­ляется до серной:

2 Н₂80₃ + 0₂ -> 2 Н₂8 0₄.

Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конден­сации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег).

Помимо этого, при сжигании топлива образуются твер­дые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осажда­ются на почву и растения, делая кислотными росы. Показа­но, что за последние полвека кислотность дождевой воды увеличилась в 40 и более раз.

В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Афри­ки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где выраба­тывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км² выпадает око­ло 60 т серы в год в виде кислотных осадков.

Под влиянием кислотных осадков погибают леса, разру­шаются памятники культуры, архитектуры. Известняк, мел, мрамор, туф, т.е. материалы, содержащие карбонат кальция, разрушаются под действием кислотных дождей:

СаС0₃ + Н₂80₄ -> Са²⁺ + 50₄2-+ С0₂ + Н₂0; СаС0₃ + 2 НгТО₃ -> Са²⁺ + 2 Ж>₃- + С0₂ + Н₂0.

Многие скульптуры и здания в Риме, Венеции и других городах, памятники зодчества, такие как Акрополь в Афи­нах, Кёльнский собор и др., за несколько последних десяти­летий получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время. Под угрозой полного разрушения в результате действия кислотных осадков находятся более 50 тыс. скульптур скального «Города Будд» под Юньанем в Китае, построенного 15 веков назад.

Из бетона и других минеральных строительных материа­лов, а также стекла под действием кислотных дождей выще­лачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает значений, равных 4,5—3, то ионы алюми­ния начинают вымываться из кристаллической решетки. С уменьшением рН интенсивно протекает разрушение си­ликатной кристаллической структуры, как, например, в по­левом шпате (сырье для производства керамики, стекла, це­мента):

3 КА151₃0₈ + 12 Н₂0 + 2 Н⁺ -> КА1₃$1₃О₁₀(ОН)₂ + 6 Н₄8Ю₄ +

+ 2К⁺;

2 КА1₃$1₃О₁₀(ОН)₂ + 18 Н₂0 + 2 Н⁺ -> 3 А1₂0₃(Н₂0)₃ + + 6 Н₄8Ю₄ + 2 К⁺.

Подобным образом кислотные дожди разрушают древ­ние оконные стекла церквей, соборов и дворцов. Старинное стекло из-за повышенного содержания оксидов щелочных и щелочно-земельных металлов более подвержено действию кислот, чем современное.

Металлы под действием кислотных дождей, туманов и рос разрушаются еще быстрее, чем строительные материа­лы и стекло. Корка образующегося на поверхности желез­ных изделий гигроскопичного сульфата железа (II) окисля­ется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа (III), являющаяся составной частью ржавчины:

2 Ре80₄ + Н₂0 + ^0₂ 2 Ре(ОН)80₄.

Помимо этого, кислотные осадки разрушают корневую систему растений, нарушают всасывание ими воды и пита­тельных веществ, снижают запасы рыбных ресурсов.

На живые организмы кислотные осадки могут оказывать прямое или косвенное действие.

На растительность прямое действие оказывается в виде:

• генетических и видовых изменений;

• подавления фотосинтеза.

Косвенное действие на живые организмы может осуществ­ляться через:

• изменение рН водоемов, ведущее к нарушению эколо­гического равновесия в них, а затем и к гибели гидробионтов;

• нарушение кислотности почвы, которое ведет к сниже­нию всасывания растениями ионов Са, М& К, так как воз­растает их подвижность и происходит вымывание из кислой почвы, снижение всасывания фосфатного иона, который в кислой почве находится в связанном состоянии;

• изменение состава микроорганизмов почвы, сопровож­дающееся понижением активности редуцентов и азотфикса-торов, что обостряет дефицит биогенных элементов;

• повышение растворимости в кислой почве тяжелых ме­таллов (Сс1, А1, Си, Щ, РЬ, Мп), которые поглощаются рас­тениями, а затем по пищевым цепочкам поступают в орга­низм человека.

Необходимо несколько более подробно остановиться на алюминии. Этот металл в естественных условиях практиче­ски не растворим и поэтому безвреден, но под влиянием кислотных осадков, в кислой среде, переходит в раствор.

При повышении кислотности воды (критическим поро­гом выживания водной биоты является, например, для мол­люсков рН 6, для окуней — рН 4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счет взаимодействия гидроксида алюминия придонных пород с кислотой:

А1(ОН)₃ + 3 Н⁺ -> АР⁺ + 3 Н₂0.

Даже небольшая концентрация ионов алюминия (0,2 мг/л) смертельна для рыб. В то же время фосфаты, обеспечиваю­щие развитие фитопланктона и другой водной раститель­ности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступны­ми этим организмам.

Алюминий, попавший в организм человека по пищевым цепочкам:

• оказывает прямое повреждающее действие на ядерный хроматин;

• нарушает обмен минеральных веществ;

• блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении.

Таким образом, алюминий оказывает следующие действия:

• нейротоксическое;

• мутагенное и канцерогенное;

• гемолитическое.

Активные накопители алюминия — чайный лист, мор­ковь, помидоры, яблоки, цветная капуста.

Для уменьшения загрязнения атмосферы оксидами серы не­обходимо:

• совершенствовать методы очистки топлива от серы пе­ред сжиганием;

• производить очистку отходящих газов от этих соеди­нений;

• вводить прогрессивные .технологии производства электроэнергии.

Содержание серы в выбросах можно уменьшить, исполь­зуя низкосернистый уголь, а также путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких как сульфи­ды металлов. С помощью второй удаляется органическая се­ра. Отметим, что физические методы очистки малорента­бельны, а применение химических методов очистки из-за ряда технических сложностей эффективно лишь на вновь строящихся электростанциях. Для средних и малых пред­приятий энергетики используется метод сжигания топлива в кипящем слое, при котором удаляется до 95% диоксида се­ры и от 50 до 75% оксидов азота.

Хорошо разработана технология уменьшения содержа­ния оксидов азота (на 50—60%) путем снижения температу­ры горения.

Перспективно использование на электростанциях в каче­стве топлива природного газа.

Реально заменить горючие ископаемые могут возобнов­ляемые экологически чистые энергетические ресурсы, та­кие как солнечная энергия, ветер, морские приливы, тер­мальные источники недр Земли.

Для предотвращения загрязнения воздуха соединениями серы в Хельсинки в 1985 г. был принят международный «Протокол о сокращении выбросов серы или их трансгра­ничных потоков».

Согласно рекомендациям ВОЗ концентрация диоксида серы не должна превышать значений, приведенных в табл. 8.7.)

Таблица 8.7