53. Атмосфераны химиялық ластанудан қорғау. Шрк түсінігі, ластанған атмосфералық ауаны тазарту түрлері және тиімділігі

Қоршаған ортаны қорғау көзқарасынан бұл газды отын нағыз экологиялық таза болуына байланысты оң мәнге ие, бірақ оның қоры таусылуы мүмкін деген қауіп бар. Табиғи газды газгидраттардан алынатын метанмен алмастыруға деген мүмкіндік бар, алайда бұл әлі болашақтың технологиясы.Зиянды антропогенді заттардан (жану өнімдері) қоршаған ортаны қорғаудың екі жолы бар: бастапқы отынды тазарту және бөлінетін газдарды тазарту. Ауа азотының есебінен отын жанғанда түзілетін азот оксидтерінің мөлшері жанудың төмен температурадағы режимін қолданғанда төмендейді. Азот оксидінен шығатын газды тазарту үшін оксидті бос азотқа дейін каталитикалық тотықсыздандыру әдісін қолданады. Мысалы, Германияда NO_x оксидін аммиак қатысында каталитикалық тотықсыздандыру процесі кең қолданылады. Катализатор титан диоксиді негізінде ванадий, вольфрам немесе молибден оксидтерін қоса отыра дайындалады. Ол 300-400 °С температурада жұмыс істейді. Мұндай катализатордағы химиялық процестерді мынадай түрде келтіруге болады:

NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O

6NO₂+ 8NH₃ = 7N₂ + 12H₂O

Бұл әдіс NO_x шығатын газдарды 95% дейін тазартуға мүмкіндік береді. . Ал табиғатты антропогенді күкірт диоксидінен қорғау үшін, бұл мәселені екі жолмен шешу қажет:отынды күкіртқұрамды заттардан тазарту жолымен және жану кезінде бөлінген газдарды тазарту жолымен.

Мұндай жол қатты және сұйық отында да (көмір мен мұнай) әрқашан қоспа ретінде күкірттің болуына негізделген. Күкіртті көмірдің құрамынан жою үшін кейбір елдерде (АҚШ) қатты отынның алдын ала тазартуы жүргізіледі. Көмірді алдын ала тазарту күкірттің мөлшерін 10-30% дейін азайтады. Көмірдегі күкірт органикалық немесе пиритті формада болуы мүмкін. Пиритті қолмен бөліп алады, ал органикалық күкірттен флотация жолымен құтылады. Сонымен қатар органикалық күкіртті тазартудың химиялық (гидрогенизация) және микробиологиялық әдістері болады. Аналогты әдістерді сұйық отынды тазарту үшін де пайдаланады.

Бөлінген газдарды күкіртқұрамды қоспалардан тазарту үшін арнайы құралдар – әкпен, әктаспен және арнайы қосындылармен толтырылған скрубберлер қолданылады. Осылайша бөлінген газдардағы күкірт диоксидін 70-90% азайтуға болады

54. Атмосферадағы газфазалы реакциялар Атмосфераны металлургияда коргау Ластангыштарды анықтау әдістері. Қара металлургия. Шойын балқыту, оны құрышқа қайта өңдеу кезінде де атмосфераға лас түтін көп бөлінеді. 1 тонна шойынды балқыту кезінде 4,5 кг шаң, 2,7 кг күкіртті газ, 0,5-0,1 кг марганец бөлінеді. Онымен қоса қоршаған ортаға біраз мөлшерде мышьяк, фосфор, сурьма, қорғасын қосылыстары, сынап парлары, шайырлы заттар бөлінеді. Түсті металлургияда атмосфераны шаңмен, газбен ластау көзі болып табылады. Түсті металлургиядан атмосфералық ауаға шаңды заттар, мышьяк, қорғасын және т.б. заттар бөлінеді. Электролиз арқылы алюминий алу кезінде де электролиздік ванналардан көптеген шаңды және газды фтор қосындылары бөлінеді. 1 тонна алюминий алу үшін электролиздердің түрі мен қуатына байланысты 33-47 кг фтор жұмсалып, оның 65% қоршаған ортаға тарайды. Атмосферада күкіртті газдар ұзақ сақталмайды. Ауа райы құрғақ жағдайда 2-3 аптадан, ылғалды және атмосферада аммиак болған жағдайда бірнеше сағаттарға дейін сақталады . Атмосферадағы ылғалмен әрекеттесіп - каталитикалык, фотохимиялық еакциялардың әсерінен тотығып H,SO₄ ерітіндісін түзеді. Сөйтіп Бұл қосылыстың қауіптілігі арта түседі- күкіртті қосындылар ауа массасымен бірге жел арқылы көшіп сульфатты формаларға ауысады. Олардың көшуі желдің жылдамдығы 10 м/сек жағдайда 750-1500 м биіктікте жүреді күкіртті газдардың таралуы 300-400 км қашықтыққа дейін жетеді. Қатты отынды жақ қанда атмосфералық ауаға толық Жанбаған отынның күлді бөлшектірімен бірге күкіртті ангидрид, азот оксиді, фторлы қосылыстардың кейбір қоспалары бөлінеді. Кейбір жағдайларда отын күлінің құрамында Мұнан да улы заттар қоспалары кездеседі.

55. Автотранспорттан ауаға бөлінетін зиянды заттар мөлшерін есептік бағалау Оларды анықтау әдістері.. Автотранспорт және телеэнергетика атмосфераның ластануының көзі.ХХ ғасырдың бірінші жартысында индустриалды дамыған қала атмосферасын ластайтын химиялық заттар өндіріс орындарының шығарылымдарымен қоршаған ортаға түсетін. Қазіргі таңда атмосфераны ластаушы көздердің алдыңғы қатарына автокөліктер мен ЖЭС шықты, 50 жылдан астам уақыт бойы атмосфераның осы антропогенді ластауыш көздермен әсіресе автокөліктермен ластануы адамды қоршаған ортамен және биосфера үшін қауіп ретінде қарастырылуда. Туындап отырған экологиялық мәселе Жердің климатын түбегейлі өзгертетін «парниктік» жылыну деп аталатын мәселе мен қиындатылып отыр. парниктік эффектінің болуы – біздің планетамызда өмір сүру жағдайын нашарлатады (парниктік эффект болмаған жағдайда жер бетіндегі орташа температура 34 ^оС –дан төмен болады). Бірақ осы құбылыстың күшеюі мұздықтардың еруі, Дүниежүзілік Мұхиттар деңгейінің көтерілуі (сәйкесінше осы құбылыстар нәтижесінде миллиондаған адамдар тұратын үлкен территорияларды су басады), жауын-шашын деңгейінің өзгеруі сияқты өзгерістермен жалғасады.

Атмосфераның ластануынан адам денсаулығына кері әсер тиген кезде адамдар дабыл қағады. барлық адамдардың денсаулығына олардың ықпалы артынан үрейлердi жиiрек шақырады. Екi газ- О₃ және азоттың оксидтерi, тыныс алу жолдарын нашарлатады. Озон өкпе жұмысын әлсiретедi, жоғары концентрациядағы азоттың оксидтерi демiкпе ауруына шалдыққан адамдар үшiн аса қауiптi.

Оны негізінен азот оксидтері мен түтіннің құрамындағы әртүрлі органикалық қосылыстар арасында жүретін реакция нәтижесінде түзілетін құрамында азоты бар органикалық қосылыстар тобымен байланыстырады.

Көздің тітіркенуін тудыратын азотты қосылыстарға – пероксиацетилнитрат оны көбінесе ПАН деп атайтын қосылыс жаталы.

Бұл транспорттар туғызатын жалғыз ғана мәселе емес. Автокөліктерден басқада ластағыштар шығарылады қорғасын (РЬ) және бензол (С₆Н₆). Автокөліктердің қозғалтқыштарының жұмысын жақсарту мақсатында антидетонатор ретінде қорғасынның тетраалкилдерін қолданудағы жетістіктер автокөліктер көп қалаларда қорғасынның көп концентрациясының жиналуына алып келді. Әсіресе автокөліктер көп жүретін магистраль жанындағы қалаларда қорғасын көп мөлшерде жер бетіне тұнатын. Қорғасын улы және онымен адам денсаулығына байланысты бірқатар мәселелерді туындатады. Айналада қорғасынның ең аз концентрациясының өзінде балалардың шығармашылық дамуын төмендетеді деген зерттеу нәтижелері қазіргі кезде ең қауіпті болып отыр.

1970 жылдары АҚШ-да құрамында қорғасын жоқ бензин ұсынылды, ондай автокөліктер каталитикалық конвертер қолдануы қажет. Осындан кейін құрамында қорғасыны жоқ бензин кеңінен қолданыла бастады. Автоліктерден шығарылатын қорғасынның мөлшері азайғаннан кейін, канның құрамындағы қорғасынның концентрациясы төмендеді деген мәлімет бар. Балалар денсаулығына келетін кері әсерді нөлдік деңгейге жеткізу үшін атмосферадағы қорғасынның мөлшерін азайту жеткіліксіз. Дене салмақтарына байланысты балалар тағамды өздеріне қажетті мөлшерде пайдаланады. Осылайша олар қорғасынның көп мөлшерін ересек адамдарға қарағанда тағам және су арқылы ағзаларына жинақтайды. Қорғасын тағамға атмосфера арқылы және тағамды өңдеу барысында түсуі мүмкін.

Бензол – автокөлік жанармайынан бөлінетін ластаушы компонент. Ол тазаланбаған мұнай құрамында табиғи түрде кездеседі, сонымен қатар ол пайдалы компонент болып табылады, себебі ол құрамында қорғасыны жоқ бензиннің алдын-ала жанып кетуін болдырмайды. Құрамында жоғары концентрацияда ароматты көміртектері бар жанармайды пайдаланатын аудандарда түтінді-тұманның (смогтың) бірден артуы байқалды деген мәліметтер бар. Қала атмосферасындағы осы көмірсутектердің реакционды қабілетін өте жоғары. Осыдан келесідей қорытынды шығаруға болады – белгілі бір экологиялық мәселенің шешімі (бензиннің құрамындағы қорғасынды азайту) екінші оданда күрделі экологиялық мәселеге (ароматты көмірсутектердің реакцияға қабілеттілігі жоғары болғандықтан фотохимиялық түтінді-тұманның көбеюі) әкелуі мүмкін.

56. Атмосферадағы фотохимиялық процесстің адамзатка әсері.Озон азот тотыктары күкірт төменгі атмосферада.Зиянды антропогенді заттардан (жану өнімдері) қоршаған ортаны қорғаудың екі жолы бар: бастапқы отынды тазарту және бөлінетін газдарды тазарту.

Ауа азотының есебінен отын жанғанда түзілетін азот оксидтерінің мөлшері жанудың төмен температурадағы режимін қолданғанда төмендейді. Азот оксидінен шығатын газды тазарту үшін оксидті бос азотқа дейін каталитикалық тотықсыздандыру әдісін қолданады.

Мысалы, Германияда NO_x оксидін аммиак қатысында каталитикалық тотықсыздандыру процесі кең қолданылады. Катализатор титан диоксиді негізінде ванадий, вольфрам немесе молибден оксидтерін қоса отыра дайындалады. Ол 300-400 °С температурада жұмыс істейді. Мұндай катализатордағы химиялық процестерді мынадай түрде келтіруге болады:

NO + 4NH₃ = 5N₂ + 6H₂O

6NO₂+ 8NH₃ = 7N₂ + 12H₂O

Бұл әдіс NO_x шығатын газдарды 95% дейін тазартуға мүмкіндік береді. .Ал табиғатты антропогенді күкірт диоксидінен қорғау үшін, бұл мәселені екі жолмен шешу қажет:отынды күкіртқұрамды заттардан тазарту жолымен және жану кезінде бөлінген газдарды тазарту жолымен.

Мұндай жол қатты және сұйық отында да (көмір мен мұнай) әрқашан қоспа ретінде күкірттің болуына негізделген. Күкіртті көмірдің құрамынан жою үшін кейбір елдерде (АҚШ) қатты отынның алдын ала тазартуы жүргізіледі. Көмірді алдын ала тазарту күкірттің мөлшерін 10-30% дейін азайтады. Көмірдегі күкірт органикалық немесе пиритті формада болуы мүмкін. Пиритті қолмен бөліп алады, ал органикалық күкірттен флотация жолымен құтылады. Сонымен қатар органикалық күкіртті тазартудың химиялық (гидрогенизация) және микробиологиялық әдістері болады. Аналогты әдістерді сұйық отынды тазарту үшін де пайдаланады. Бөлінген газдарды күкіртқұрамды қоспалардан тазарту үшін арнайы құралдар – әкпен, әктаспен және арнайы қосындылармен толтырылған скрубберлер қолданылады. Осылайша бөлінген газдардағы күкірт диоксидін 70-90% азайтуға болады.

57. Қышқыл жаңбырдың тірі ағзаларға әсерін зерттеу. Жаңбыр суында көбінесе әртүрлі, сонымен қатар қышқыл сипатты табиғи және антропогенді химиялық заттар болады. Жаңбыр суының қышқыл реакциясы 1684 ж ағылшын ғалымы Роберт Бойлмен анықталған болатын. Қандай жаңбыр суын қышқыл деп айтуға болады деген сұрақ туындайды? Қарапайым жауап, табиғи жаңбыр суы егер оның рН мәні 7-ден төмен болса, ол болмайды. Табиғатта жаңбыр суы қоршаған ортаның заттарымен тепе-теңдікте болады. Таза, антропогендік қоспасыз атмосферадағы жаңбыр суының рН шамасы ең алдымен көмірқышқыл газы тепе-теңдігімен анықталады. Оның атмосферадағы мөлшері 350 ррм (350миллионға үлесі) жуық. Бұл жағдайда жаңбыр суының рН мәні 5,6 тең болу керек.

Күкірт диоксиді атмосфераға түскен соң күкірт қышқылын түзбестен бұрын бірнеше реакция қатарынан өтеді. Алдымен, фотохимиялық процестің нәтижесінде күкірт ангидриді түзіледі SО₃:

2 SO₂ + O₂ ↔ 2 SО_3,

Кейін ылғалдың әсерінен аэрозольдер түзіледі:

SО₃ + H₂O → H₂ SО₄

H₂SО₄ ↔ H⁺ + HSО₄^-

Сонымен қатар SO₂•nH₂O және H₂ SО₃ түзіледі:

SO₂ + H₂O → H₂ SО₃

H₂SО₃ ↔ H⁺ + HSО₃^-

Ары қарай күкіртті қышқыл күкірт қышқылына дейін тотығады:

2H₂ SО₃ + O₂ → 2 H₂ SО₄

Қышқыл жаңбырдағы күкірт қышқылының мөлшері үштен екі бөлігін құрайды, жаңбырдың қалған бөлігін азот қышқылы құрайды:

2NO₂ + H₂O→ HNO₃ + HNO₂

HNO₃ ↔ H⁺ +NO₃^-

HNO₂ ↔ H⁺ +NO₂

рН = 5,6 болатын жаңбыр суы әлеқайда табиғи екені анық. Дегенмен, қышқыл жаңбыр үшін басқа анықтама қабылданған. Жаңбыр суы егер рН мәні 5-тен төмен болса қышқыл деп саналады. Бұл түскен жауынның сараптамасы (барлық жер беті бойынша орташа нәтиже) рН 5-ке жуық шама беретінімен байланысты.

рН шамасының болу мүмкіндігі негізінен 4-тен 6,3-ке дейінгі аралықта. Алайда, кейде өте төмен шамада, тіпті 2-ге дейін, кейде жеткілікті жоғары – 8 шамасында байқалады. Қышқыл жаңбырлар (рН < 5) Батыс Европа, АҚШ және Жапонияның жоғары жақсы дамыған аймақтарына тән, бірақ оқшауланған мұхит аудандарында да тіркелген. Жаңбыр суында негізінен күкірт, азот, құмырсқа мен сірке қышқылдары анықталған. Оларды түзушілер күкірт диоксиді, азот диоксиді және органикалық қосылыстар болып табылады. Жауынның қышқылдылығы. Атмосферада түзілген қышқылдар тұманның, бұлттың және жаңбыр тамшысының құрамына кіреді. Осы табиғи түзілулердегі рН-тың шамасы мен кейбір қоспалардың концентрациясын келтірейік:

РН H⁺мкМ Сl^- мкМ

Тұман 2,9-4,9 320-500 480-730

Бұлт 4,4 120 150

Жаңбыр суы 4,7 19. 8 21. 7

Мұндай таралуды келесідей түсіндіруге болады. Жер бетіндегі қоспалардың концентрациясы әлеқайда жоғары, сондықтан тұманда қоспа мен қышқылдың концентрациясы жоғары болады. Бұлтты тамшылар болатын бірнеше километр биіктікте атмосферадағы қоспаның концентрациясы әлдеқайда аз, жер бетіне қарағанда. Жаңбыр түзілген кезде бұлтты тамшылардың сұйылуы орын алады, сондықтан қоспа мен қышқылдың концентрациясы одан сайын төмендейді. Осылайша, ауылшаруашылығы мен бақша үшін тұмандар қауіпті, себебі оларда әдетте жаңбыр суымен салыстырғанда құрамында көп қоспа болады. Түзілген қышқылдар атмосферадан жаңбырмен 7 тәуліктен кейін шығарылады. Бұл кезде қышқылдар су қоймаларына, өсімдіктерге, топыраққа және адам тұрмысындағы әртүрлі нысандарға (ғимараттар, ескерткіштер және т.б.) түседі. Жаңбыр суының әлдеқайда төмен рН шамасы Батыс Европа мен АҚШ-та байқалуда. Бұл аймақтарда антропогенді қалдықтардың сипатына байланысты жауында не күкірт, не азот қышқылы болуы мүмкін.

Қышқыл жаңбырдың табиғи нысандарға әсері. Қышқыл жаңбырлар мен өзендер. Жерасты су қоймаларының рН шамасы 6-8 аралықта жатады. Ішкі су қоймасының қышқылдануы АҚШ-та және Батыс Европаның кейбір елдерінде орын алуда, әсіресе ХХ ғасырдың екінші жартысында. Қышқылданудың салдары жақсы белгілі. рН < 6 болғанда фитопланктондар мен зоопланктондардың түрлері азаяды, ал қалған түрлерінің мөлшері кемиді. Балықтар үшін 6,5-тен 8,5-ке дейінгі аралықтағы рН шамасы қолайлы болып табылады. Судың рН шамасының төмендеуі әсіресе форель, плотва сияқты балықтар үшін қауіпті, ал рН 5,6-4,6 болғанда балықтардың жаппай қырылуы орын алады. Балықтардың көбеюге қабілеттіліктері рН = 5,5 болғанда бірден төмендейді, ал 4,5-тен төмен болса көбею тоқтайды. Қышқыл жаңбырлар мен өсімдіктер. Төмен өсетін өсімдіктер жоғары өсетін өсімдіктерге қарағанда қышқыл жаңбыр әсеріне қатты ұшырайды, бұл түрдің азаюына әкеледі. Газ тәрізді күкірт диоксидінің жоғары өсетін өсімдіктерге әсері әрқашан кері емес. Күкірт диоксиді аз концентрацияда (100 ppt дейін) өсімдіктер үшін азық ретінде қызмет атақарады және зең ауруларының түзілуінің алдын алады. Қазіргі таңда жер шарының көптеген аймақтарына тән күкірт диоксидінің концентрациясы (10 ppb және одан төмен) өсімдіктерге әсер етпеуі тиіс.

Дәнді дақылдардың өнімділігі күкірт диоксидінің 100 ppb және одан жоғары концентрациясы әсерінен төмендейді. Күкірт пен азот оксидтерінің кері әсері озонмен біріккен жағдайда ерекше байқалады.

Қышқыл жаңбырлар мен топырақ. Өсімдік жақсы өсуі үшін топырақтың рН шамасы 5-7 аралықта болуы тиіс. рН шамасы 4-ке тең қышқыл жаңбырлар топырақтың құнарлылығын төмендетуі мүмкін. Егер топарықтың рН шамасы 3-ке тең болса, онда мұндай жерде мүлдем ештене өспейді. Әсіресе мұндай жағдайлар алып заводтардың маңында байқалады. Мысалы, түсті металлургияның ірі өндіріс орындары (Братск, Норильск) 150 км радиуске дейінгі қашықтықтағы орман жағдайына кері әсер етеді.

Топырақты қышқыл өндірістік газдардың әсерінен қорғау мәселесін шешу мүмкіндігі – завод құбырларын биік етіп салу жолы 1960-65 жж. Батыс Европа елдері қатарында орындалған болатын. Алайда бұл жағдайда көрші мемлекеттер зардап шекті. Мысалы, құрамында күкірті көп отынды пайдаланбайтын Норвегия осы саясаттың құрбаны болды, себебі Англия және Батыс Европа елдері өндірістерімен шығарылған қоспалардың Норвегия аймағына таралуы мен орын ауыстыруына метеорологиялық жағдайлар негіз болды. Кольский жартылай аралы мен Карелия қауіпті аймақта орналасқан. Қышқылданған топырақтың қайта қалыпты жағдайға келуі – ұзақ және қымбат процесс. Жоғарыда көрсетілгендей, қышқыл жаңбырлар негізінен антропогендік бастау алады. Қышқыл жауындардың пайда болуы энергетикалық шикізат – отынды өңдеу салдарынан атмосферада күкірт пен азот оксидтері және органикалық заттардың жинақталуынан болады. Қазіргі таңға дейін пайдаланылған және эксплуатацияға жарамды көмір, мұнай және газ кен орындарының ішінен жер бетінде негізгі үлес көмірге тиесілі. Бұл ресурстардың қатынасы (энергетикалық шкалада) 83: 14: 3 тең, ал қолдану құрылымы басқаша 33: 44: 23. Ресейде газдың пайдаланылуы бүкіл жер жүзі бойынша орташа үлеске қарағанда жоғары үлесті құрайды. Қоршаған ортаны қорғау көзқарасынан бұл газды отын нағыз экологиялық таза болуына байланысты оң мәнге ие, бірақ оның қоры таусылуы мүмкін деген қауіп бар. Табиғи газды газгидраттардан алынатын метанмен алмастыруға деген мүмкіндік бар, алайда бұл әлі болашақтың технологиясы.