Двигателей

Компонент	Состав выбросов двигателя, %
	карбюраторного	дизельного
Азот	74,0-77,0	76,0-78,0
Кислород	0,3-0,8	2,0-18,0
Водяной пар	3,0-5,5	0,5-4,0
Диоксид углерода	5,0-12,0	1,0-10,0
Оксид углерода	0,5-12,0	0,01-0,5
Оксиды азота	0,0-0,8	0,0-0,05
Углеводороды	0,2-0,3	0,0-10,5
Альдегиды	0,0-0,2	0,0-0,01
Сажа, г/м3	0,0-0,4	0,0-11,1
Бенз[а]пирен, мкг/м3	До 20	До 10

166 . Характеристика атмосферы

• увеличение числа экологически более чистых дизель­ ных двигателей, которые выбрасывают меньшее количество токсичных продуктов (табл. 8.6);

• правильная организация автомобильного движения в городах;

• изыскание других видов топлива (газ, спирт, водород, электроэнергия).

8.5. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы. Кислотные дожди

В атмосфере крупных промышленных городов в значи­тельных количествах содержатся соединения серы — SO₂, H₂S, сульфатные частицы. Сера попадает в атмосферный воздух в результате естественных процессов, а также антро­погенной деятельности.

Естественные источники соединений серы:

• вулканическая деятельность;

• жизнедеятельность анаэробных бактерий; ^J

• диметилсульфит — серосодержащее вещество, выделя­ ющееся с поверхности вод Мирового океана.

Антропогенные источники:

• сжигание ископаемого (уголь, мазут). Содержание се­ ры в них колеблется от 0,5 до 6%;

• производство цемента;

• химическая и нефтеперерабатывающая промышлен­ ность;

• металлургическая промышленность. Естественная фоновая концентрация SO₂ в атмосфере

достаточно стабильна, включена в биогеохимический круго­ворот и для экологически благополучных территорий равна 0,39 мкг/м³ (Арктика), в средних широтах — 1,28 мкг/м³. Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике значения ПДКпо S0₂, равного 15 мкг/м³.

При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы, главным образом в виде диоксида (до триоксида окисляется менее 3% серы). Необходимо учиты­вать, что в 4—5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута.

6.5. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы 167

За год в атмосферу выбрасывается более 150 млн т диок­сида серы, из них 90% выбросов за счет ТЭС и котельных.

Диоксид серы — политропный яд. Резорбируется непо­средственно в верхних дыхательных путях. При интенсив­ном дыхании, например при занятии спортом, значитель­ная часть соединения серы достигает альвеол. Диоксид се­ры раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, уси­ливает слезоотделение. Инкорпорированный SO₂ может за­держиваться в организме до одних суток вследствие связы­вания с белками. Основа его воздействия на организм - об­ратимое торможение парасимпатической нервной системы, контролирующей тонус гладкой мускулатуры дыхательных путей. Поэтому результатом его воздействия будет бронхо-спазм, обострение хронических заболеваний верхних дыха­тельных путей.

Хроническое воздействие диоксида серы сопровождается утолщением мукозных мембран и ухудшением ретроградно­го транспорта твердых частиц за счет работы мерцательного эпителия. Даже незначительное воздействие SO₂ (свыше 0,25 ррт) ведет у астматических больных к возникновению повышенной чувствительности верхних дыхательных путей.

Помимо этого, установлено, что воздействие SO₂ может вести к возникновению у людей рака легких.

По данным ВОЗ увеличение среднесуточной концентра­ции диоксида серы на 10 мкг/м³ приводит к росту общей смертности на 0,6%, смертности от заболеваний органов ды­хания на 1,2%, смертности от сердечно-сосудистых заболева­ний на 0,6%. Прослеживается увеличение госпитализации и/или обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу респираторных заболеваний людей в возрасте 65 лет и более на 0,5% на каждые дополнительные 10 мкг/м³.

Более того, попавший в атмосферу диоксид серы претер­певает ряд химических превращений, ведущих к образова­нию кислот (рис. 8.21). Частично это соединение в резуль­тате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SO₃:

2 SO₂ + 0₂ -> 2 SO₃,

который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты:

S0₃ + Н₂О -> H₂SO₄.

168

. ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРЫ

Рис. 8.21. Последовательность событий при формировании кислотныху осадков

Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влаж­ном воздухе образует кислотный полигидрат SO₂ -лН₂О, ко­торый часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой H₂SO₃:

SO₂ + Н₂0 -» H₂SO₃.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окис­ляется до серной:

2 H₂SO₃ + О₂ -» 2 H₂SO₄.

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.

. Продукты сжигания ископаемого топлива. Оксиды серы 169

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 + H₂S0₄ -> Са2⁺ + SO₄2-+ CO₂ + Н₂О; СаС0₃ + 2 HN0₃ -> Са?⁺ + 2 NO_r + СО₂ + Н₂О.

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 KAlSi₃O₈ + 12 Н₂О + 2 Н⁺ -> KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + 6 H₄SiO₄ +

+ 2 Г;

2 KAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ + 18 Н₂0 + 2 Н⁺ -> 3 А1₂0₃(Н₂О)₃ + + 6 H₄Si0₄ + 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.