Кислотные осадки

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное учреждение

высшего профессионального  образования

Магнитогорский  государственный технический университет

им. Г.И. Носова

(ФГБОУ ВПО  «МГТУ»)

 

 

 

Курсовая  работа

по дисциплине «Природопользование»

Тема: Кислотные осадки

 

 

 

 

Выполнил:   В.О. Ширяева

студентка гр. МБЖ-10

Проверил:    Н.И. Овсянникова

старший преподаватель  кафедры «ПЭ и БЖД»

 

 

Магнитогорск

2012

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение                                                                                                                  

 

1. Как попадают соединения  серы в атмосферу                                               3

 

1.1 Виды соединений  серы                                                                                4                                                                               

1.2 Источники соединений  серы                                                                         5

1.3 Виды соединений азота                                                                                 6

1.4 Источники соединений азота                                                                         7

1.5 Атмосферный аммиак                                                                                     8

 

2. Распространение кислотных  веществ в атмосфере                                       9                                 

 

3. Химические превращения загрязняющих

 кислотных веществ  в атмосфере                                                                        11

 

3.1 Химические превращения соединений  серы                                               11

3.2 Химические превращения  соединений азота                                               13

 

4. Кислотная седиментация (кислотные осадки)                                                13

 

4.1 Вымывание кислотных веществ  из атмосферы                                            13

4.2 Сухие осадки                                                                                                    14

 

5. Влияние кислотных  осадков на биосферу                                                      14

 

5.1 Косвенные воздействия                                                                                  19

5.2 Непосредственные воздействия                                                                     23

 

6. Способы защиты от  кислотных дождей                                                          26

Заключение

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Актуальность изучения данной темы непосредственно связана с все более ухудшающейся экологической ситуацией, как в нашей стране, так и непосредственно во всем мире. Подчеркивая данное обстоятельство, необходимо отметить, что несколько лет назад выражения «кислотные осадки» и «кислотные дожди» были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы.

Под популярным названием "кислотные дожди" кроется сложный комплекс воздействий техногенных загрязнений воздуха на человека и природную среду, главные последствия которых - рост аллергических заболеваний дыхательных органов, потери урожайности сельскохозяйственных растений, усыхание лесов, безрыбные озера.

За последние  несколько лет эти выражения  стали повседневными, вызывающими беспокойство словами во многих странах во всем мире [2, с. 3]. Кислотный дождь - все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно -- оксидами серы, оксидами азота).Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные издержки.

Окисление почв и вод – это комплекс причин, исходных условий и следующих один за другим процессов в химической и биологической системах, которые мы обобщенно называем нашей окружающей средой [2, с. 3].

Часть процессов  окисления является природной, но данные изменения кислотности в системах почвы и воды, ни по скорости, ни по общему охвату, не могут быть сравнены с окислением, ставшим результатом собственной деятельности человека в промышленной и энергетической областях, а также в определенной части современного использования земли.

Предмет исследования – процесс образования и выпадения кислотных осадков.

Объект исследования – кислотные осадки.

 

 

1.Как попадают соединения серы и азота в атмосферу

 

 

 

1.1 Виды  соединений серы

К наиболее важным соединениям серы, находящимся в  атмосфере, относятся двуокись серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (сероокись углерода), сероуглерод, сероводород и диметилсульфид . Последние четыре соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко превращаются в двуокись серы или в серную кислоту (сульфаты). Под влиянием деятельности человека более всего изменяется содержание двуокиси серы.

В сильно загрязненных районах уровень двуокиси серы может  в 1000 и даже в десятки тысяч  раз превысить естественную границу  значений на суше и в океане. Концентрация других соединений серы, обычно образующихся из естественных источников, более или менее одинакова вблизи поверхности земли. Среди соединений серы, находящихся в твердом и жидком состоянии, принимаются в расчет только серная кислота и сульфаты (сульфат и гидросульфат аммония), а также морская соль.

 

1.2 Источники  соединений серы

Соединения  серы, как мы уже упомянули, частично попадают в атмосферу естественным путем, а частично антропогенным. Поверхность  суши, как и поверхность океанов  и морей, играет роль естественного источника. Обычно деятельность человека ограничивается сушей, поэтому мы можем учитывать загрязнение серой только на этой территории.

Существуют  три основных источника естественной эмиссии серы.

1. Процессы разрушения  биосферы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует газообразные соединения. Вместе с тем определенные анаэробные бактерии извлекают из сульфатов, растворенных в естественных водах, кислород, в результате чего образуются сернистые газообразные соединения.

Из указанных  веществ сначала в атмосфере  был обнаружен сероводород, а  затем с развитием измерительных  приборов и способов отбора проб воздуха  удалось выделить ряд органических газообразных соединений серы. Наиболее важными источниками этих газов являются болота, зоны приливов и отливов у береговой линии морей, устья рек и некоторые почвы, содержащие большое количество органических веществ.

Поверхность моря также может содержать значительные количества сероводорода. В его возникновении принимают участие морские водоросли. Можно предположить, что выделение серы биологическим путем не превышает 30-40 млн т в год, что составляет около 1/3 всего выделяемого количества серы.

2. Вулканическая  деятельность. При извержении вулкана  в атмосферу наряду с большим  количеством двуокиси серы попадают  сероводород, сульфаты и элементарная  сера. Эти соединения поступают  главным образом в нижний слой - тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн т серосодержащих соединений. Для тропосферы это количество незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы же извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.

3. Поверхность  океанов. После испарения капель  воды, поступающих в атмосферу  с поверхности океанов, остается морская соль, содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения серы - сульфаты.

Вместе с  частицами морской соли ежегодно в атмосферу попадает 50-200 млн  т серы, что гораздо больше, чем  эмиссия серы биологическим путем. В то же время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в более верхние слои или распыляется над сушей. Следует также учесть, что из сульфатов морского происхождения не может образоваться серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков.

В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.

Содержание  серы в неочищенной нефти также  достаточно велико в зависимости  от места происхождения (0, 1-2%). При  сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.

Источниками образования  двуокиси серы могут быть также отдельные  отрасли промышленности, главным  образом металлургическая, а также  предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70 млн т серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке.Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека (30-40 млн т), приходится на Европу.

1.3 Виды  соединений азота

В состав атмосферы  входит ряд азотсодержащих микровеществ, но в кислотной седиментации участвуют  только два из них: окись и двуокись азота, которые в результате протекающих  в атмосфере реакций образуют азотистую кислоту.

Окись азота  под действием окислителей (например, озона) или различных свободных радикалов преобразуется в двуокись азота

(окись азота  + радикал пероксида водорода --- двуокись  азота + радикал гидроксила);

(окись азота  + озон - двуокись азота + молекулярный  кислород).

Итак, можно предположить, что окисью азота можно пренебречь вследствие указанных окислительных процессов. Однако это не совсем так, что объясняется двумя причинами. Первая заключается в том, что выброс оксидов азота в значительной степени происходит в форме окиси азота, и требуется время. С другой стороны, в непосредственной близости от источников загрязнения количество окиси азота превышает количество двуокиси азота. Это соотношение увеличивается в сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям, непосредственно не подверженным загрязнению. Например, в безусловно чистом воздухе над поверхностью океана часть окиси азота составляет всего несколько процентов от двуокиси азота. Соотношение этих газов, впрочем, может меняться вследствие фотодиссоциации двуокиси азота:

(двуокись азота+  квант света --- окись азота+  атом кислорода),

Кислотную среду  в атмосфере создает также  азотная кислота, образующаяся из оксидов  азота. Если находящаяся в воздухе  азотная кислота нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, которая обычно присутствует в атмосфере в виде аэрозолей. Это относится также к солям аммония, которые получаются в результате взаимодействий аммиака с какой-либо кислотой.

1.4 Источники  соединений азота

Эти источники  могут быть как естественными, так  и антропогенными. Рассмотрим наиболее важные естественные источники.

Почвенная эмиссия  оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих  бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно современным  данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т оксидов азота.

Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой  температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы атомы  и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн т в год.

Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в год.

Прочие источники  естественных выбросов оксидов азота  менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов азота.