Проблемы загрязнения окружающей среды оксидами серы и азота

Главными источниками антропогенной эмиссии NOX являются сжигание ископаемого топлива, индустрияминеральных удобрений. В отличие от эмиссии диоксида серы, где явно преобладает антропогенная компонента, роль природных источников в эмиссии оксидов азота оценить более сложно. Их производство от сжигания топлива определяется в 20 млн. т N/год, что выше вдвое естественныхвыбросов, оценённых в 9 млн. 623 т N/год, включая 5 млн. т N/год от грозовых разрядови 4 млн. т N/год от лесных пожаров. Всего человечеством мобилизуется около 140 млн. т азота ежегодно. Ещёдополнительных,два источника производства азота – это минеральные удобрения и культивирование бобовых и риса: в 1990 г. они добавляли в окружающую среду 80 млн. т N/год и 40 млн. т N/год соответственно. Почти половина от общего количества освобождалась в атмосферу в виде аммиака, что в 2.5 раза больше по сравнению с поступлением NOX от сжигания угля []. Основным источником образования техногенных оксидов азота (до 80 % от всего объёма) является азот топлива. При сгорании топлива в любых двигателях, прежде всего, появляется монооксид азота. Образуется он преимущественно при высоких температурах, присущих пламени, как следствие взаимодействия атмосферного азота с кислородом. Это так называемый термический NO. В зоне горения могут возникать относительно высокие концентрации NO2 с последующим превращением обратно в NO в послепламенной зоне. Окисление NO до NO2, так же как и сернистого ангидрида, до серного, происходит в тропосфере под действием тех же факторов: фотохимическое окисление, окисление молекулярным, атомарным кислородом, озоном.2NO + O2 → 2NO2Оказываясь в стратосфере под действием солнечных лучей (при X 430 нм), диоксид азота подвергается фотодиссоциации (фотолизу):N2O + hv → N2 + O,N2O + O → 2NOТак попадающий в тропосферу с эмиссией газов N2O становится основным источником NO в стратосфере[].Особенность цикла азота в том, что образующийся атомарный кислород способен в свою очередь окислять монооксид азота до диоксида.Дополнительно NO быстро взаимодействует с озоном:NO + O3 → NO2, + O2,NO2 быстро подвергается фотолизу:NO2 + hv → NO + О.Молекулярный кислород взаимодействует с атомарным кислородом с образованием озона:О + O2 → O3.Озон в свою очередь тоже подвергается фотолизу.Есть сведения, что озоном, составляющим основную часть атмосферныхоксидантов, может быть обусловлен фотохимический туман в атмосфере, который вызывает токсический эффект. Пороговой (по запаху) концентрацией озона в воздухе чаще всего принимают концентрацию 0,02 мг/м3. Негативное влияние озона на живые организмы предположительно связано с возникновением свободных радикалов, вызывающих в организмах клеточные повреждения. У людей следствием этого может быть нарушение респираторной функции.Таким образом, в атмосферном воздухе осуществляется конверсия NO и NO2, которая вовлекает во взаимодействие загрязняющие органические вещества с образованием более токсичных соединений, например нитрозосоединений, нитроПАУ и др.В атмосфере происходит рассеяние газов и их разбавление атмосферным воздухом. Токсичность NO2 выше, чем NO. В связи с этим предельно допустимый уровень содержания оксида азота в воздухе составляет 0,6 мг/м3, а диоксида азота – почти на порядок ниже – 0,085 мг/м3.Преобразование оксидов азота в атмосфере может сопровождаться образованием более токсичных веществ. Например, образовавшиеся при фотодиссоциации диоксида азота атомарный кислород и озон окисляют углеводороды с образованием формальдегида, ПАН и других опасных токсичных продуктов. Взаимодействие NO с толуолом ведёт к образованию нитрофенолов – высокотоксичных веществ [].Есть сведения, что оксид азота действует на центральную нервную систему, при больших концентрациях переводит оксигемоглобин крови в метгемоглобин. Диоксид азота способствует развитию эмфиземы легких, астмы, нарушению лёгочной функции.Следует отметить, что при наметившейся ещё в 1990-е гг. в России тенденции снижения выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями доля оксидов азота в этих выбросах увеличивается. Суммарные выбросы всех загрязнителей в воздушную среду, в том числе и оксидов азота сократились. Однако только лишь 20% этих сокращений обусловлено природоохранными мероприятиями и усилением экологического контроля. Основной причиной является спад производства, который составил более 50%.4 Пути решения проблем загрязнения окружающей среды оксидами серы и азотаСуммарные антропогенные мировые выбросы двух главных загрязнителей воздуха – виновников подкисления атмосферы– SO2 и NО ежегодно составляют более 255 млн. т. На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем [].Обычно газы в промышленности загрязнены опасными примесями, поэтому их очистка широко используется на предприятиях и заводах для технологических, санитарных иэкологических целей. Способы очистки от газо- и парообразных токсичных примесей газовых выбросов можно распределить на три основные группы: 1) адсорбция твёрдыми поглотителями; 2)абсорбция жидкостями; 3) каталитическая очистка.Также в меньших масштабах применяют тепловые методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнителей, способы химического взаимодействия с сухими поглотителями и окисление озоном примесей.Абсорбционные методы предназначаются для технологической и санитарной очистки газов. Основаны они на избирательности растворимости газовых и парообразных примесей в жидкостях (физическая абсорбция) или на ихизвлечении с помощью избирательных химических реакций с активным поглощающим компонентом (хемосорбция).Методы каталитической очистки газов основаны на реакциях при наличии твёрдых катализаторов. Находящиеся в газе примеси в результате каталитических реакций, преобразуются в другие соединения, т. е. примеси из газа не извлекаются, а превращаются в безопасные соединения, присутствие в выхлопном газе которых допустимо, либо в легко удаляемые из газового потока соединения. Десульфуризацияэто перспективное направление снижения количества выбросов оксидов серы, от действия ТЭС, посколькусразу наиболее полно решается задача отстранениянегативных последствий, связанных с образованием оксидов серы и прохождением их по тракту котла, повышения экономичности сжигания топлива. При этом не возникает проблем утилизации продуктов обессериваниядымоотходовых газов. Но в отличие от обессеривания газообразного топлива, которое довольно просто осуществляют прямо на месте добычи, обессеривание твёрдого и жидкого топлива является довольно сложным процессом в техническом плане.Наибольшее распространение в мире получило второе направление снижения количества оксидов серы – очистка дымовых газов в сероулавливающих установках. На сегодняшний деньнасчитывают более 80-и способов удаления S0и их модификаций 2 из дымовых газов. Мокрые абсорбционные способы очистки от сернистого ангидрида дымовых газов, использующие в качестве поглотителядешёвый и недефицитный материал (известняк и известь), получили в мире наибольшее распространение, несмотря на опасность созданиятрудноудаляемых отложений в аппаратах. Из действующих в мире сероулавливающих установок на сегодня около 90 % от всего количества составляют установки, использующие именно этот метод. В основе методов мокрого абсорбционного очищения дымовых газов лежит нейтрализация сернистой кислоты, которая образуется в результате растворения сернистого ангидрида, содержащегося в дымных газах, гидроксидом кальция Са(ОН)2 (известью) или карбонатом кальция СаСОз (мелом). Известь более дефицитный и дорогостоящий материал, но применение в качестве сорбента извести позволяет сократить почти в два раза расход реагента, снизить расходы электроэнергии на приготовление суспензии и орошение абсорбера. Применение извести в ряде случаев может быть оправдано, несмотря на то, что по сравнению с известняком её стоимость может быть в 2 – 2,5 раза выше. С применением извести в США работают около 35 % «мокрых» сероочистных установок, в Германии – 20 %, в Японии – 11 % [].Для денитрификации отходящих дымовых газов ТЭС разработаны каталитические высокотемпературного и селективного процессы восстановления с использованием катализаторов высокой активности. Первый процесс протекает в бескислородной среде, второй осуществляется при взаимодействии восстановителя, чаще всего аммиака, с NOх в присутствии кислорода [].К катализаторам для очистки газов предъявляют весьма жёсткие требования: высокая избирательность и активность каталитического действия, устойчивость к действию ядов, термостабильность, высокая теплопроводность, большая механическая прочность. Катализаторы не должны бытьвероятно опасными, их производство дополнительное загрязнение не должно привносить в окружающую среду. Активнымкомпонентом как правило выступает один или несколько металлов: Mn, Fe, V, Cr, Mo, Ni, Co, Ce, W, Sn, Cu, Au, Pt, Pd, Rh и Ir []. Существующие на сегодня методы каталитического очищенияот оксидов азота газовых выбросов основаны на восстановлении NОх такими соединениями как монооксид углерода, аммиак, углеводороды, и др. В этом процессе для практического употребления пригодны только те катализаторы, сохраняющие свою активность в наличии кислорода, который является конкурентом NОх при его взаимодействии с окисью углерода. Потому большой избыток кислорода сильно снижает конверсию NОх.Во избежание экологической катастрофы борьба с физическим загрязнением должна быть первостепенной задачей и должна решатся на международном уровне, потому что у природы нет государственных границ. Для предупреждения загрязнения необходимо вводить санкции предприятиям, выбрасывающим отходы в окружающую среду, налагать крупные штрафы за размещение мусора в неположенном месте. Стимуляция к соблюдению норм экологической безопасности также может быть осуществлена финансовыми методами. Такой подход доказал свою эффективность в некоторых странах.ЗаключениеЗагрязнение окружающей среды представляет собой масштабную мировую проблему, решить которую возможно лишь при активном участии каждого, кто называет планету Земля своим домом, иначе экологическая катастрофа будет неминуемаВлияние антропогенной деятельности на биогеохимические процессы и круговорот элементов серы и азота, выражается в том, что оксиды серы и азота являются не только токсичными веществами, но и принимают активное участие в целом ряде нежелательных процессов в различных частях атмосферы. Это – повышение кислотности атмосферных осадков, возникновение фотохимического смога, образование озона в тропосфере и снижение его количества в стратосфере. Следует особо подчеркнуть, что в части перечисленных процессов оксиды азота выполняют каталитическую функцию, что делает их особо опасными загрязнителями. Существующие методы очистки отходящих газов от оксидов серы азота доказали свою эффективность в борьбе с загрязнением, но проблема в том что все эти методы являются дорогостоящими и потому их применение часто игнорируется промышленным производством, энергетикой и транспортом. Особенно печально обстоят дела с этим у российских промышленников.Список использованной литературы и источников