Последствия кислотных осадков

Антоцианы и другие растительные пигменты способны менять цвет в зависимости от рН среды (клеточного сока). Антоцианы имеют преимущественно красный цвет в кислой среде и синий в щелочной. Сок из красной капусты или столовой свёклы нередко используют в качестве индикатора при начальном обучении химии.

Последствия кислотных осадков

· Повреждение статуй, зданий, ме­таллов и отделки автомобилей.

• Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и ре­ках.

• Понижение способности к воспро­изводству лососей и форели при рН < 5,5.

• Гибель и понижение продуктив­ности многих видов фитопланкто­на, когда рН<6 — 8.

• Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.

• Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произ­растающих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питатель­ных веществ.

• Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и донных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.

• Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кис­лой среде.

• Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, мор­ковь, капуста-брокколи и хлопок.

• Возникновение и обострение мно­гих болезней дыхательной систе­мы человека, преждевременная гибель людей.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это происходит вдали от городов и промышлен­ных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед — кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушен­ной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и со­хранить среду. Однако очевидно, что буферные способности при­роды не беспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дож­дей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление пи­тательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов. В некоторых областях почвы со­держат известняк и другие щелочные вещества, которые могут нейтрализо­вать кислоты. Однако кислые почвы в других районах практически не спо­собны к нейтрализации кислот. Кроме того, повторное воздей­ствие на любые почвы кислотных осадков может в принципе истощить содержащиеся в них вещества, нейт­рализующие кислоты. Кислотный речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воз­действию кислоты из-за низкого со­держания щелочей (особенно иона бикарбоната), которые могли бы спо­собствовать нейтрализации поступаю­щих в них кислот

 

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыха­ют, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупко­сти ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вред­ных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у ли­ственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естествен­ного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяй­ственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и парази­там, падает урожайность.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислот­ным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подвер­женными вредоносному воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО₂), реагирует с раствором сер­ной кислоты и превращается в гипс (СаSО₄). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами — ртутью, свинцом, кадмием и т.п.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придет­ся резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70—80% обусловливают кислотность дождей, выпадаю­щих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, и 108 пунктов, на которых в оперативном по­рядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых лабо­раториях.

Система контроля загрязнения снежного покрова на террито­рии России осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км2. Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяют значение рН.

Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6. Кислотные осадки с рН < 5,6 пред­ставляют серьезную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5,1.

Ниже перечисляются основные по­следствия выпадения кислотных осадков.

• Повреждение статуй, зданий, ме­таллов и отделки автомобилей.

• Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и ре­ках.

• Понижение способности к воспро­изводству лососей и форели при рН < 5,5.

• Гибель и понижение продуктив­ности многих видов фитопланкто­на, когда рН<6 — 8.

• Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.

• Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произ­растающих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питатель­ных веществ.

• Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и донных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.

• Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кис­лой среде.

• Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, мор­ковь, капуста-брокколи и хлопок.

• Возникновение и обострение мно­гих болезней дыхательной систе­мы человека, преждевременнаягибель людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер и рек содер­жат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако регулярное мно­голетнее воздействие кислот истощает большинство из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Ког­да это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущер­ба предпринимать уже поздно. Опоз­дание составляет 10 — 20 лет.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и Центральной Европе, на северо-восто­ке Соединенных Штатов, на юго-вос­токе Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представ­лять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в не­которых местах на западе Соединен­ных Штатов (главным образом из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за выде­ления оксидов азота при сжигании био­массы. Большая часть кислотообразу­ющих веществ, произведенных в од­ной стране, переносится преобладаю­щими приземными ветрами на террито­рию другой. Более трех четвертей кис­лотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных районов За­падной и Восточной Европы.

 

Меры борьбы с кислотными осадками

 

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придет­ся резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70—80% обусловливают кислотность дождей, выпадаю­щих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

Правительства некоторых государств даже приняли законы, ограничивающие содержание загрязняющих веществ в выхлопах транспортных средств.

Clean Air Act (под таким названием в США действуют два закона-один регулирует вопросы межштатного переноса загрязнений, согласно другому вводятся национальные стандарты взамен стандартов отдельных штатов); Clean Air Act (в Великобритании существовало два закона, которые вначале регулировали выбросы дымовых газов промышленных и бытовых источников, а затем и высоту дымовых труб. В настоящее время они объединены в Закон о контроле загрязнений - Control of Pollution Act. В США действуют два закона - один регулирует вопросы межштатного переноса загрязнений, согласно другому вводятся национальные стандарты взамен стандартов отдельных штатов)

 

31 декабря 1970 года, конгресс США внес поправки в закон о чистом воздухе (Clean Air Act), принятый еще в 1963 году. Это событие коренным образом повлияло на развитие не только американского, но и мирового автомобилестроения. Закон ужесточил предельные содержания вредных веществ в атмосфере, обязал автопроизводителей сократить их выброс на 90%. Жесткие меры против добавок из свинца означали отказ от этилированного бензина, что серьезно снижало рабочие характеристики тогдашних моторов. Обязательным элементом конструкции вскоре стал каталитический нейтрализатор отработанных газов, также отбиравший мощность. Примеру США вскоре последовали и в других странах. Это вскоре привело к прекращению производства карбюраторных моторов и всеобщему переходу на электронный впрыск топлива.

Методы борьбы с образованием кислотных дождей направлены на улучшение технологии удаления соединений серы из воздушных выбросов промышленных предприятий и электростанций, для чего обычно используют устройство под названием скруббер.

Скруббер (англ. «scrubber», от англ. scrub — «скрести», «чистить») — устройство, используемое для очистки твёрдых или газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах.

По видам применения выделяют два основных типа скрубберов:

· газоочистительные аппараты, основанные на промывке газа жидкостью;

· барабанные машины для промывки полезных ископаемых.

Назначение — улавливание из отводимых газов, от печей пыли, возгонов и оксидов селена, теллура, свинца и других элементов. Очистка газов от примесей с помощью скрубберов относится к мокрым способам очистки. Этот способ основан на промывке газа жидкостью (обычно водой) при максимально развитой поверхности контакта жидкости с частицами аэрозоля и возможно более интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли, дыма, тумана и аэрозолей (обычно нежелательные или вредные) практически любых размеров.

Здесь выделяют следующие виды скрубберов:

· прямоточные, в которых материал и вода продвигаются в одном направлении от загрузки к выгрузке;

· противоточные, в которых вода вводится со стороны выгрузки и движется навстречу промываемому материалу.

Выделяют следующие виды скрубберов:

· башни с насадкой (насадочные скрубберы) - емкость, которую можно представить в форме колоны.Такого рода скруббер может содержать различные насадки, имеющие как простую, так и сложную форму. Например, это могут быть кольца с перегородками или простые кольца (кольца Рашига), спиральные розетки Теллера, седла Берля и многие другие приспособления. В насадочном скруббере есть система орошения, состоящая из нескольких ступеней внутри корпуса, где располагаются форсунки. Форсунки перекрывают сечение, где из сопел производится распыление. Не смотря на то, что распыление жидкости производится навстречу входящему потоку либо поперек, гидродинамика этого потока не велика. В связи с этим скорость обменных процессов в этих скрубберах остается неизменно малой.Что влечет за собой большие габаритные размеры этих установок. В верхней части этой громоздкой конструкции расположен каплеуловитель, оснащенный коническим завихрителем. А также присутствует дополнительный ярус форсунок, которые промывают лопасти и карман завихрителя.

· орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) - в них газовый поток, контактирующий с жидкостью, вращается в корпусе аппарата под действием центробежной силы. Используют при очистке больших объемов газа. Центробежный скруббер представляет собой полый вертикально расположенный цилиндр в нижнюю область, которого входит газ для очистки, а в верхней части цилиндра по его окружности установлены форсунки. Через форсунки жидкость попадает на внутреннюю область цилиндра, где создает тонкую водную пленку. Цилиндр при этом открыт, и очищенный газ беспрепятственно покидает пределы конструкции. В скруббере газ движется по винтовой линии снизу вверх. Оттесненная к стенкам скруббера пыль намокает и под силой тяжести вместе с водой скатывается в нижнюю часть конструкции скруббера,образуя пульпу. Позже оттуда газ удаляется. Центробежные скрубберы имеют гидравлическое сопротивление порядка 400-850 Па. Степень очистки для частиц более 30 мкм равна 90%, для частиц с диаметром равным 5 мкм снижается до 80%, для частиц с диаметром менее 5 мкм приравнивается к 40%.;

· пенные аппараты - используются для очистки газа от аэрозолей полидисперсного состава. Эти скрубберы могут работать в режиме турбулентности при линейной скорости газа порядка 4-5 м/с. Для частиц с диаметром больше 5 мкм эффективность улавливания составляет 90-99%, а при меньшем диаметре снижается до 75%-80%.

· скрубберы Вентури - скруббер, в котором интенсивное дробление контактирующей с газом жидкости осуществляется за счет высокой скорости газового потока, достигаемой в трубе-распылителе, имеющей форму трубы Вентури. В основе скруббера Вентури лежит одноименная трубка. Эта конструкция оснащена сепаратором и орошается внутри жидкостью. Конструкция трубы Вентури выполнена основываясь на законах аэродинамики. Скруббер Вентури предназначен для улавливания частиц пыли, для охлаждения газов, для абсорбции. Принцип работы скруббера Вентури основывается на том, что газ для очистки поступает в конфузор, двигаясь к горловине трубы набирает скорость, смешивается с промывочной жидкостью и пыль осаждается на каплях, поступая в диффузор. На каплеуловителе происходит сепарация. При этом скорость потока жидкости меньше потока пыли. Скрубберы Вентури часто используются в качестве первичной очистки газов. Скрубберы находят широкое применение в черной, цветной металлургии, химической, нефтяной промышленности, в энергетике.

Основной недостаток этого способа газоочистки — образование больших объёмов шлама - отходы продукта, составляющие пылевые и мелочные его части, образующийся при отстаивании или фильтрации жидкости. Действие аппаратов мокрой очистки газов основано на захвате частиц пыли жидкостью, которая уносит их из аппаратов в виде шлама. Процесс улавливания в мокрых пылеуловителях улучшается из-за конденсационного эффекта — укрупнение частиц пыли за счёт конденсации на них водяных паров.