16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/112/8772.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 20 (112) октябрь 2008 года

«Кислота» с неба

Наука и новые технологии К. т. н. Игорь ДУБРОВИН, к. т. н. Евгений ДУБРОВИН 2382

Одна из насущных проблем современности – атмосферные осадки, которые в виде кислотных дождей и снегопадов, преодолевая в воздушном пространстве огромные расстояния, выпадают на большие территории, принося экологический ущерб окружающей среде, человеку, флоре и фауне.

Кислотные осадки – это одна из качественных характеристик экологического загрязнения окружающей природной среды.



Ядовитый дождь

Известно, что атмосферные осадки – это вода в жидком или твердом состоянии, образующаяся непосредственно на земной поверхности или выпадающая из смешанных (преимущественно слоисто-дождевых и высокослоистых) облаков в виде капель или кристаллов размером от 0,5 до 6‑7 миллиметров.

Выпадение атмосферных осадков происходит в результате укрупнения части уже существующих облачных элементов до размеров, при которых они приобретают заметную скорость падения. Наиболее крупные кристаллические элементы сталкиваются с переохлажденными каплями, примораживая их к себе, или смерзаются между собой, образуя хлопья. Перейдя в атмосферные слои с температурами выше 0 °С, твердые частицы тают, образуя капли дождя. При низких температурах воздуха (около 0 °С и ниже) твердые частицы достигают земной поверхности в виде снега, крупы и др., не растаяв.

Атмосферные осадки, выделяющиеся на земной поверхности и называемые наземными гидрометеорами, представлены росой, изморосью, инеем, жидким и твердым налетом и другими.

Интенсивность осадков колеблется от 0,25 мм/ч до 100 мм/ч. В нормальных условиях вода (или снег), содержащаяся в атмосферных осадках, не опасна, поскольку имеет нейтральную основу. Количество осадков, их распределение по земной поверхности, годовой и суточный ход, повторяемость, интенсивность и т д. являются определяющими характеристиками климата.

С точки зрения физики атмосферные осадки – это один из этапов природного цикла круговорота воды (влагооборота) в природе, поэтому выпадение дождей и снега естественное для земной атмосферы природное явление.

Состав атмосферных осадков не одинаков и может изменяться при движении дождевых облаков над сушей или над океаном, а также в зависимости от высоты над уровнем земной поверхности.

Появление кислотных осадков обусловлено взаимодействием атмосферной влаги или частиц снега с кислотообразующими химическими веществами, соединениями и элементами, попавшими в атмосферу из природных и антропогенных источников.

Кислотообразующие компоненты, выброшенные в окружающую природную среду, растворяются в воздушной влаге или снеге, в результате чего образуются различные кислоты, которые придают каплям воды (частицам снега) кислотную основу (рН > 5,6), превращая атмосферные осадки в кислые (или в кислотные).



Источники загрязнения

Источники кислотного загрязнения атмосферы могут быть как естественные (природные), так и искусственные (антропогенные).

К естественным источникам, поставляющим кислотообразующие загрязнители в атмосферу, относятся действующие вулканы, лесные пожары, продукты жизнедеятельности растений и животных, выделяющие природные газы почва и вода.

Искусственными источниками являются объекты промышленности, энергетики и транспортные средства, использующие углеводородное топливо и выбрасывающие в составе дымовых газов – продуктов сгорания производные серы, азота, углерода, недогоревшие топливные углеводороды и другие химические соединения, элементы и вещества.



Причины возникновения

Известно, что углеводородное горючее и атмосферный воздух, несмотря на то что они включают в свой состав кислотообразующие химические элементы – такие, как азот, сера, углерод и другие, – по отношению к воде химически неактивны, однако их производные, например оксиды и диоксиды, растворяясь в воде, образуют кислоты. Оксиды и диоксиды, а также недогоревшие углеводороды формируются непосредственно в процессе горения углеводородного топлива, а их состав и количество определяются, в свою очередь, качеством протекания реакции сгорания.

В связи с этим причинами возникновения кислотных осадков, по мнению авторов, являются переменное качество используемого топлива, невозможность его улучшения перед сжиганием вследствие применения морально устаревших конструкций топливных систем и невысокая организация сжигания углеводородного горючего.



Механизм и места образования

В процессе горения углеводородного топлива продукты его сгорания – оксиды и диоксиды азота, серы, углерода, сероводород, хлороводород, летучие органические соединения, например ненасыщенные углеводороды, выбрасываются в атмосферу, где взаимодействуют с влагой или частицами снега, образуя азотную, азотистую, серную, сернистую, угольную, фосфорную и другие кислоты.

При этом, чем выше концентрация кислотообразующих веществ, соединений и элементов и больше их количество в выбрасываемых в атмосферу газах, тем сильнее концентрация образующихся при этом кислотных дождей или снегопадов.

Постоянная доставка кислотообразующих компонентов в верхние слои атмосферы обеспечивается за счет превышения температуры дымовых газов на срезе трубы над температурой окружающего воздуха.

Очевидно, что с повышением первой и (или) понижением второй дымовые газы поднимаются выше и распространяются дальше от источника загрязнения. Величина подъема и распространения вредных газов по площади в значительной степени определяется высотой дымовой трубы над поверхностью Земли.

Поскольку на создание кислотных осадков влияет химический состав участвующих в реакции компонентов (топлива и воздуха), то в продуктах сгорания газообразного топлива содержатся вещества, элементы и соединения, формирующие азотные и азотистые кислоты. Наряду с азотными и азотистыми соединениями при сжигании жидкого нефтяного топлива (особенно сернистого и малосернистого) в атмосфере появляются серные и сернистые вещества.

Отопление котельных агрегатов твердым топливом – например, углем – наряду с образованием серных и сернистых кислот в атмосфере могут формироваться кислоты на основе примесей, например фосфорные.

Кроме того, при выбросах в атмосферу промышленных газов и продуктов сгорания углей в воздушном пространстве накапливается большое количество соединений металлов, в основном Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, V, Cd, P, As и Se, которые во влажной атмосфере смешиваются с каплями воды и частицами снега и далее выпадают с осадками.

Таким образом, механизм образования в атмосфере кислотных осадков антропогенного происхождения наряду с физико-химическими показателями горючего и окислителя определяется, в первую очередь, качеством реализации технологических процессов их подготовки и смешения, а также условиями протекания окислительно-восстановительных реакций. Следовательно, наличие кислотных осадков и тенденция к их увеличению вызваны как несовершенством применяемых сегодня технологий подготовки горючих и воздуха к процессу горения, так и постоянно растущими объемами сжигаемого углеводородного топлива.

Кислотные атмосферные осадки формируются, в основном, над промышленными регионами, над районами расположения энергетических объектов и в мегаполисах с большим количеством транспортных средств, то есть везде, где существуют источники выброса кислотообразующих компонентов.



Последствия выпадения

Кислотные атмосферные осадки оказывают чрезвычайно негативное влияние на окружающую среду – среду обитания, ухудшая ее качественные показатели.

Так, почва и водоемы закисляются, что приводит к гибели деревьев и растений, животных и живых организмов, а также к уничтожению их кормовой базы. На человека кислотные осадки оказывают комплексное, вредное влияние, нарушая работу внутренних органов (легких, желудка, печени, почек и т. п.) через вдыхаемый воздух и потребляемую питьевую воду, раздражая и вызывая ожоги кожных покровов и глаз, выпадение волос в результате непосредственного контакта.

Наиболее чувствительны к кислотным атмосферным осадкам деревья хвойных пород, представляющие собой как бы «лакмусовую бумагу» наличия в воздухе жидкости с повышенной кислотностью. При контакте иголок с кислотой даже малой концентрации они сначала желтеют, потом высыхают и отпадают.

Основной особенностью кислотных атмосферных осадков является масштабность их поражающей способности. Так, суммарная площадь, поражаемая кислотными атмосферными осадками, может составлять от десятков до тысяч квадратных километров.



Борьба с осадками

В нашей стране о проблеме кислотных дождей впервые заговорили только в конце 1980‑х годов, а решать данную проблему в России начали в 1990‑х годах.

На первом этапе борьба с кислотными осадками сводилась к ужесточению природоохранного законодательства, нормированию выбросов вредных веществ, повышению штрафов, то есть к реализации организационных мероприятий, которые принесли определенный экологический эффект, однако полностью проблему решить не смогли. В связи с этим были разработаны и внедрены отдельные конструктивные мероприятия, в частности:
установка фильтров, катализаторов и циклонов на дымовых и выхлопных трубах;
применение горелок со сниженными оксидами азота (NOх);
двухстадийное сжигание топлива;
рециркуляция дымовых (выхлопных, отработавших, уходящих) газов;
ввод в зону горения воды или водяного пара;
ввод присадок в топливо или в зону горения;
химические методы очистки уходящих газов.

К сожалению, внедрение и этих мероприятий также полностью не устранило проблему возникновения кислотных осадков, которая так и не решенная перешла в ХХI век.

По мнению авторов, эффективность реализованных на сегодняшний день мероприятий по снижению вероятности возникновения кислотных осадков достигла своего предела. В связи с этим необходимо разрабатывать и внедрять новые мероприятия, устраняющие причины формирования кислотообразующих химических веществ, соединений и элементов.

Например, дальнейшее совершенствование процессов топливоподготовки и минимизация количества участвующего в процессе горения атмосферного воздуха, качественное изменение механизмов образования кислотообразующих компонентов при сжигании углеводородного топлива, нейтрализация кислых газов до выброса их в атмосферу, а также изменение конструкции дымовых труб и др.

Кабельная арматура, Котельная, Топливо

Похожие Свежие Популярные