Оксиды азота. Фотохимический смог

Оксиды азота, монооксид NO и диоксид NО2 образуются при ґсжигании всех видов топлива и представляют особую опасность для здоровья человека. Основными источниками выбросов оксидов азота в атмосферу являются двигатели внутреннего сгорания (ДВС), автотранспорт, авиация, ТЭС, ТЭЦ, металлургия и другие отрасли промышленности. Если общее ежегодное выделение оксидов азота в мире оценивалось в 1967 г. в 53 млн. т, то уже в 1995 г. оно составило 130 млн. т. Удельный вес выбросов оксидов азота от различных стационарных источников в США составляет: ТЭС - 52%, промышленно-отопительные котлы - 14,4, промышленные печи и технологические нагревательные установки - 4,1, поршневые двигатели и ДВС - 19,8%, газовые турбины - 20, выбросы, не связанные с горением, - 1,9, прочие стационарные выбросы - 4,1%.

Высокие концентрации оксидов азота локализуются вблизи источников выбросов и приводят к появлению смога.

Смог - сильное загрязнение воздуха в больших городах и промышленных центрах, обусловленное застаиванием больших масс воздуха. Существует два типа смога:

  • · густой туман с примесью дыма и газовых отходов производства;
  • · пелена едких газов и аэрозолей повышенной концентрации.

Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенной физико-географической обстановке: наличия в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов, озона и других загрязнителей в условиях интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздушных масс в приземном слое. В декабре 1952 г. от лондонского смога погибло около 4000 человек, но это не был фотохимический смог, который интенсивно образуется при ясной солнечной погоде с выделением исключительно высокотоксичных загрязнителей. Основными "поставщиками" исходных химических веществ для образования фотохимического смога являются выхлопные газы автомобилей. На формирование смога влияют природные факторы: температурная инверсия, которая присуща любому крупному городу; ветер, инсоляция, влажность. Печальный рекорд со смогом принадлежит до сих пор Лос-Анджелесу, хотя проблема в настоящее время во многом решена. Формирование смога в этом городе обусловлено тем, что он расположен в низине и окружен со всех сторон холмами. В прежние годы в городе фиксировалось до 270 дней в году со смогом. Большое количество автомобилей в городе выбрасывают массу выхлопных газов, которые не поднимаются вверх и не рассеиваются в атмосфере, причем теплые газы вредных веществ остаются в непосредственной близости от земной поверхности. Это отрицательно сказывается на растительности, животных и, конечно, на человеке.

По своему физиологическому воздействию на человеческий организм фотохимический смог крайне опасен, особенно для дыхательной и кровеносной систем; при воздействии смога возникает стойкая неспособность крови к усвоению и переносу кислорода.

В образовании фотохимического смога участвуют многие загрязнители воздуха, среди которых NO и NO2 представляют особую опасность.

Монооксид азота NO образуется в малых количествах в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания при прямом соединении азота с кислородом. В выхлопных газах присутствует также некоторое количество NO2, который образуется непосредственно в автомобильном двигателе или при окислении NO. Часть NO2, растворяясь в парах воды, превращается в азотную кислоту. Другая часть NO2 на солнечном свету подвергается фотохимической диссоциации:

NO2 + hv > NO + О

Для протекания реакции требуется энергия 304 кДж/моль, что соответствует энергии фотонов с длиной волны 393 нм.

Образующийся атомарный кислород может вступать в самые разнообразные реакции, в том числе в реакцию образования озона, который способен быстро окислять NO до NO2.

Скорость протекания этих реакций в течение суток не одинакова, что связано с интенсивностью движения автотранспорта. На рис. 73 показана зависимость концентрации различных компонентов смога от времени суток. В ранние утренние часы концентрация NO невелика. По мере усиления автомобильного движения начинают интенсивно протекать вышеописанные химические процессы и в полдень их скорость становится максимальной.

Помимо оксидов азота (30%) автотранспорт выделяет в воздух города более 95% оксидов углерода, около 65% углеводородов. Кроме токсичных компонентов отработавших газов двигателей атмосфера загрязняется парами топлива из баков, карбюраторов, систем питания двигателей, продуктами износа шин, тормозных накладок. Все эти органические вещества окисляются озоном или атомарным кислородом. Одним из продуктов окисления являются альдегиды.

Концентрация компонентов фотохимического смога в крупных городах в разное время суток

Рис. 73. Концентрация компонентов фотохимического смога в крупных городах в разное время суток

Как видно из рис. 73, в то время, когда снижается содержание углеводородов, увеличивается содержание альдегидов (общая формула R-СОН, где R - СН3; С2Н5 и др.). При окислении углеводородов образуется также много свободных радикалов, которые вследствие своей высокой химической активности вызывают в загрязненной атмосфере сложные химические процессы, в результате образуются, в частности, пероксоацилнитраты (ПАК) - R - СО - О - О - NO2. Это чрезвычайно вредные вещества, раздражающие глаза, затрудняющие дыхание, вызывающие аллергию.

Автомобильный транспорт, использующий этилированный бензин, является также основным источником выброса высокотоксичных соединений свинца. В 1 л такого бензина содержится до 0,4 г свинца. При существующем в США парке автомобилей, по данным американских ученых, в атмосферу ежегодно выбрасывается до 2000 т свинца, что составляет шестую часть его добычи в стране.

По данным ЮНЕСКО, из атмосферы ежегодно поступает в моря и океаны до 200 тыс. т свинца.

Одним из наиболее токсически опасных выбросов в атмосферу является бенз(а)пирен (С2ОН12). Это вещество имеет свойство накапливаться в организме и способствует развитию онкологических заболеваний, т. е. является канцерогеном. При сжигании природного газа при неправильном режиме может образовываться 1-10 мкг/100 мі бенз(а)пирена, а при сжигании мазута - 50-100 мкг/100 мі.

Общий выброс бенз(а)пирена в атмосферу Земли оценивается от 8 до 20 тыс. т в год. По расчетам ученых, во взвешенном состоянии в атмоссЬеоном воздухе нашей страны находится до 5 тыс. т бенз(а)пирена, ртути, мышьяка, свинца, кадмия, фенолов, фреонов и других весьма опасных канцерогенных веществ.

Статистика показывает, что в 1930 г. смертность от рака в США, Нидерландах и Великобритании составляла ежегодно 50 чел. на 1 млн. жителей. К 1950 г. эти величины выросли до 300 в Великобритании, 150 - в Нидерландах, 130 - в США. В 1985 г. число заболеваний (по сравнению с 1930 г.) увеличилось в США примерно в 30 раз, в Великобритании в 50 раз. Предельно допустимая концентрация (ПДК) бенз(а)пирена в атмосфере составляет 0,000001 мг/мі. Однако во многих городах она превышает данное значение на 2 порядка и более. Например, в Париже на некоторых улицах она достигает 0,0007 мг/мі в ряде крупных городов США - 0,002 мг/мі, в Цюрихе - 0,0024 мг/мі.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Загрузить   След >