Перенос загрязнений в атмосфере

Количество солнечной энергии, поступающей на Землю и отражаемой от нее в атмосферу, в различных широтах неодинаково. В результате этого атмосфера в разных районах земного шара нагревается неравномерно. Особенно большие различия температуры у поверхности наблюдается между полярными и экваториальными областями. Эта неравномерность нагревания служит главной причиной общей циркуляции атмосферы которая представляет собой сложную систему воздушных течений над Землей. Благодаря такой циркуляции усредняется состав основных компонентов воздуха, а воздушные течения переносят водяной пар, а также загрязнения от океанов в континентальные районы. Кроме крупномасштабных течений в нижних слоях атмосферы возникают многочисленные местные циркуляции, связанные с особенностями нагревания атмосферы в отдельных районах. Вследствие образования различных течений, в атмосфере перемещаются большие массы воздуха и на значительные расстояния перемещаются соединения, выделяемые теми или иными источниками на поверхности Земли. Так, известный инсектицид " ДДТ" обнаружен в Антарктиде в теле пингвинов, хотя его там никогда не применяли. Оксиды серы и азота могут задерживаться в атмосфере до 15 дней. За это время они переносятся ветром на расстояние бо­лее 1000 км, и одни страны становятся объектом постоянного загрязнения со стороны других. Так, Норвегия получает из Центральной Европы и Англии до 250 тыс. т диоксида серы ежегодно, в то время как промышленность этой страны выде­ляет сернистого ангидрида в 2 раза меньше. Промышленность США " отправляет" в Канаду ежегодно около 2 млн. т сернистого газа.

 

Химические превращения веществ в атмосфере

Вещества, загрязняющие атмосферу подразделяют на первичные и вторичные. Первичные - это те, которые содержатся непосредственно в выбросах предприятий и поступают с ними от различных источников, а вторичные являются продуктами трансформации первичных, или так называемого встречного синтеза, причем эти продукты во многих случаях значительно более опасны, чем первичные вещества. В атмосфере химические соединения подвергаются самым разным превращениям как в результате реакций между собой, так и с уже содержащимися в воздухе веществами, включая пары воды. Превращения зависят от времени пребывания загрязняющих веществ в атмосфере и от интенсивности их облучения солнечным светом В общем случае при поглощении кванта света с частотой v в атмосфере могут происходить следующие процессы:

образование электронно-возбужденных молекул: А + hv → A*; дезактивация этих молекул за счет флуоресценции: А* → А + hv;

дезактивация (тушение) за счет соударения с другими молекулами A*+Q→ A + Q';

диссоциация: А* → В + С.

Для атмосферной фотохимии наибольший интерес представляют явления фотохимической диссоциации электронно-возбужденных молекул А*. Возбужденное состояние весьма нестабильно. Поэтому вслед за появлением А* быстро следует реакция образования продуктов В и С. Один или оба из них могут быть очень активными и приводят к началу цепи реакций, в результате которых возникают нежелательные соединения, в том числе служащие основой фотохимического смога.

Химические превращения в тропосфере и стратосфере инициируются, главным образом, продуктами фотолиза таких молекул, как О₃, О₂, Н₂О, NO₂ и N₂O. Важнейшим компонентом, определяющим химию стратосферы, является озон. Образование атомарного кислорода в атмосфере (выше 80 км) происходит по следующей реакции: О₂ + hv → 2O. Атомарный кислород уча­ствует в реакциях возникновения О₂ и О₃. Озон получается по уравнению: О + О₂ + М → O₃ + М, где М - третье вещество, принимающее избыток энергии.

Озон подвергается фото химической диссоциации по уравнению: О₃ + hv → O₂ + О.

В атмосфере также присутствуют пять азотосодержащих газов: N₂, NH₃, NO, NO₂, N₂O.

В конденсированной фазе азот присутствует в форме иона аммония (NH₄) и нитратного иона (NO₃). В атмосфере городов наблюдается значительное количество органических нитратов.

Оксиды азота антропогенного происхождения в большинстве случаев попадают в атмосферу в виде N0. Затем происходят следующие реакции:

2NO + O₂ → 2NO₂, О + O₂ + М → O₃ + М,

NO₂ + hv → NO + О, О₃ + NO → NO₂ + О₂

Возможны и другие реакции с участием веществ, содержащих азот и кислород:

О + NO₂ → NO + O₂, NO₃ + NO → 2NO₂,

O+ NO₂ + M → NO₃ + M, NO₂ + O₃ → N0₃ + O₂,

O +NO +M → NO₂ +M, NO₃ + NO₂ + M → N₂O₅ + M.

 

Цикл соединений азота в тропосфере дополняется образованием азотной кислоты по уравнению: 4NO₂ + Н₂O + O₂ → 4HNO₃.

Диоксид азота может также гидролизоваться по уравнению:

3NO₂ + Н₂ О → 2HNO₃ + NО.

Выделяющаяся по этим реакциям азотная кислота далее может реагировать с ионами металлов, образуя нитраты.

Атомарный озон и кислород способны вступать в соединение с различными органическими веществами. В результате получаются органические и неорганические свободные радикалы. Для олефиновых углеводородов возможна следующая реакция:

O₃ + RCH = CHRO → RCHO + RO* + НСО*,

где RO* и НСО* ‑ свободные радикалы.

Альдегид RCHO может подвергаться фотодиссоциации по реакции:

RCHO + hv → R + НСО*. Кроме альдегидов фотохимически активны также кетоны, пероксиды и ацилнитраты, которые при поглощении солнечной радиации также образуют свободные радикалы.

Свободные радикалы с молекулярным кислородом образуют пероксидные радикалы (RОО*), т.е. R* + О₂ → RОО*.

Пероксидные радикалы способны окислять NО в NО₂ по реакции RОО* + NO → NО₂ + RO*.

Возможно также возникновение озона по реакции пероксидных радикалов с кислородом, т.е.

RОО* + О₂ → RО* + О₃.

Возникают и другие реакции:

RCO₂ + N0 → RCO* + NО₂,

RCO* + О₂ → RCO₃*,

RCO₂* + О₂ → RО₂* + C0₂,

RCO₂* + NO → NО₂ + RCO₂*,

RCO₃* + NО₂ → RCO₃NO₂,

RO* + NO → RONO,

RO* + RH → ROH + R*,

RH*+ О → R*+ ОH.

 

Присутствие свободных радикалов приводит к смогу. Основные продукты этих фотохимических реакций - альдегиды, кетоны, СО, СО₂, органические нитраты и оксиданты, такие как озон, диоксид азота, соединения типа пероксиацетилнитратов и др.

Пероксиацетилнитрат (ПАН) сильно раздражает слизистую оболочку глаз, отрицательно действует на ассимиляционный аппарат растений. Его формула имеет вид;

О

II

СН₃ - С - О - О - NO₂.

Это соединение не очень устойчиво: вступает в дальнейшие реакции с оксидом азота

RC(O) - О - О - NO₂ + NO → 2NO₂ + RCO₂

и распадается в конденсированной фазе:

ОН + RC(O) - О - О - NO₂ → RCOOH + О₂ + NO₂.

Другим раздражающим глаза веществом, присутствующим в смоге, является пероксибензоилнитрат (ПБН), имеющий структуру:

О

II

C₆H₅ - С - О - О - NO₂.

Фотодиссоциация диоксида серы невозможна, так как она отмечена лишь при длинах волн короче тех, которые достигают нижних слоев атмосферы. Однако в присутствии NO₂ и SO₂ происходит фотодиссоциация NO₂ с образованием атомарного кислорода и озона. Таким образом, диоксид серы может реагировать с атомами кислорода по реакции SO₂ + O + M → SO₃ + M.

Эффективность этой реакции возрастает по мере роста отношения концентраций SO₂/NO₂. кинетические расчеты показывают, что при концентрациях (NO + NO₂) и SO₂ равных 0, 2 млн.-1 (типичных для фотохимического смога), скорость реакции между SО₂ и О будет приблизительно в 10 раз ниже скорости реакции между атомарным кислородом и оксидами азота.

В любой загрязненной атмосфере одновременно присутствуют SO₂, NO₂, NO и углеводороды. В этом случае облучение олефинов и ароматических соединений приводит к образованию значительного количества аэрозолей, а скорость исчезновения SO₂ увеличивается. Количество аэрозолей умень­шается с увеличением относительной влажности воздуха.

 

Состояние атмосферы Украины

 

Высокая концентрация металлургических, коксохимических, химических и горнорудных предприятий является причиной плохого состояния атмосферы в отдельных регионах Украины. В 90-х годах двадцатого века количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ составляло 10, 9 млн. т ежегодно. В том числе оксида углерода - 3, 9млн.т; сернистого ангидрида - 3, 2 млн.т.; окислов азота - 0, 6 млн. т. По загрязнению и деградации окружающей среды лидирует Приднепровский экономический регион. Около 40 % его территории находится под промышленным использованием. Так, в 1996 году из стационарных источников в атмосферу Днепропетровской области отправлено 831, 4 тыс. т вредных веществ. Большая часть (70%) приходится на крупнейшие города области: Кривой Рог (368, 3 тыс. т), Днепропетровск (140, 1 тыс. т), Днепродзержинск (108, 5 тыс. т). В атмосфере этих городов концентрация фенола, диоксида серы, аммиака, сероводорода, формальдегида превышает нормы в 3 - 9 раз. В атмосфере Кривого Рога содержание бензпирена иногда превышает нормативный показатель в 20 раз. К четверке наиболее загрязненных городов Украины, кроме Кривого Рога и Днепродзержинска, относятся Запорожье и Мариуполь. Неудовлетворительно и состояние атмосферного воздуха в Киеве. Наибольшая доля загрязнений в нем приходится на автотранспорт. За год автомашины поглощают из атмосферы Киева около 1 млн. т кислорода. Такого количества хватило бы для дыхания 30 млн. человек

 

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Взаимодействие прямых и переносных значений как фактор стиля
2. Выполнение укола переносом в различных условиях
3. И переносных значений как фактор стиля
4. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЗАХВАТА, ПОДЪЕМА И ПЕРЕНОСА ТРУБ И СВЕЧЕЙ.
5. К заданию 1. Укажите в тексте слова с переносным значением. Определите, какие приемы использованы авторами для создания стилистического своеобразия текстов.
6. Какое напряжение должно использоваться для питания переносных электроприемников переменного тока?
7. Какое напряжение должно применяться для переносных светильников?
8. Не следуй тому, чего ты не знаешь. Воистину, слух, зрение и сердце будут призваны к ответу. (Сура «Ночной перенос», 17:36)
9. Общие принципы рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере
10. Ожидания от переноса контента
11. Основное показание для назначения: недостаточная эффективность или плохая переносимость метотрексата.
12. Основные принципы переноса загрязнений в атмосфере