1498

результате работы теплоэлектростанций и двигателей внутреннего сгорания. Оксиды азота выделяются при синтезе азотной кислоты во время процессов, связанных с получением мышьяковой кислоты и арсената натрия, серной кислоты по нитрозному способу, с получением щавелевой и хромовой кислот, алифатических и ароматических нитросоединений, анилиновых красителей; при изготовлении фотопленки, искусственного шелка, при травлении металлов; при взрывных работах в угольных шахтах, при сварке, плазменной резке металлов; при силосовании зерна. Воздействие воздуха, загрязненного оксидами азота на здоровье человека весьма значительно. При контакте оксидов азота с влажной поверхностью легких образуются азотная HNO3 и азотистая HNO2 кислоты, поражающие альвеолярную ткань, что вызывает отек легких. При отравлении оксидами азота в крови образуются нитраты и нитриты. Нитриты вызывают расширение сосудов и снижение кровяного давления. Они приводят к превращению оксигемоглобина в метгемоглобин, что нарушает снабжение кислородом клеток организма. При острых отравлениях высокими концентрациями оксидов азота возможен смертельный исход. В случае хронических отравлений у человека возникают хронические воспалительные заболевания верхних дыхательных путей, хронические бронхиты, разрушаются коронки зубов. Иногда у людей, подвергшихся воздействию больших концентраций оксидов азота, может появляться желтоватое окрашивание на коже кистей рук и ноздрей.

Веселящий газ N2O применяется в качестве исходного продукта для получения азида натрия; в медицине используется в смеси с кислородом для анестезии при хирургических операциях. В больших концентрациях этот газ вызывает удушье вследствие вытеснения кислорода из легких. Газовые смеси, которые содержат 20 %, 30 % и 50 % веселящего газа ухудшают кратковременную память у человека.

Оксид азота NO выделяется в качестве промежуточного продукта при получении азотной кислоты окислением аммиака или азота воздуха. В природе оксид азота может выделяться в

11

атмосферу в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Концентрация оксида азота в сигаретном дыме равна 0,32 мг/л. На начальной стадии острого отравления появляется общая слабость, головокружение, онемение ног. Затем снижается кровяное давление. При тяжелой форме отравления замедляется пульс, изменяется цвет крови по причине образования метгемоглобина из оксигемоглобина, увеличиваются печень и селезенка. Оксид азота может вызывать паралич и судороги. Последствия отравления выражаются в ослаблении памяти и мышечной силы.

Диоксид азота NO2 выделяется при использовании концентрированной азотной кислоты, например, при нитровании глицерина, при травлении меди и медных сплавов. Этот газ применяется в качестве гомогенного катализатора при получении серной кислоты камерным способом. В природе некоторое количество диоксида азота образуется при извержении вулканов и электрических разрядах в верхних слоях атмосферы. Диоксид азота обладает сильным раздражающим воздействием на дыхательные пути, особенно глубокие, что приводит к развитию токсического отека легких. Этот газ угнетает аэробное дыхание и стимулирует анаэробное окисление в легочной ткани. Предельно допустимая концентрация для диоксида азота составляет 9 мг/м3, для оксида азота – 30 мг/м3.

Одним из наиболее распространённых загрязнителей атмосферного воздуха является оксид углерода (СО), или угарный газ. В городском воздухе концентрация оксида углерода часто превышает концентрацию любого другого загрязнителя. При повышенных концентрациях оксид углерода является смертельно опасным ядом. Его ядовитые свойства объясняются тем, что оксид углерода обладает значительно более высоким сродством к гемоглобину, чем кислород. Таким образом, чем больше оксида углерода содержится в воздухе, тем больше его молекул связывается с гемоглобином и тем меньше кислорода переносится от лёгких к различным тканям, что ведет к кислородному голоданию и гибели организма. Опасность оксида углерода усугубляется тем, что органы чувств человека не в со-

12

стоянии обнаружить его присутствие, так как этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, поэтому отравление им может произойти совершенно незаметно.

Внастоящее время в результате деятельности человека в атмосферу выделяется около 300 миллионов тонн оксида углерода в год. Причем 70 % – 75 % антропогенных выбросов образуется в результате сжигания бензина в двигателях внутреннего сгорания, около 10 % – в результате сжигания угля и дров, приблизительно столько же – в результате сжигания бытовых отходов и около 5 % – в результате лесных пожаров. Некоторая часть оксида углерода попадает в атмосферу вследствие технологических потерь в промышленности, например, металлургической, нефтеперерабатывающей, химической.

Кроме того, источником оксида углерода является табачный дым, с которым сталкиваются не только курильщики, но и их ближайшее окружение. Установлено, что курильщики поглощают вдвое больше оксида углерода, чем некурящие.

Внастоящее время к основным антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха относят следующие отрасли: автотранспорт, теплоэнергетика, предприятия черной

ицветной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, машиностроение, производство стройматериалов и т. д. Выхлопные газы автомобильных двигателей внутреннего сгорания содержат большое количество токсичных соединений, например, бенз(а)пирен, альдегиды, оксиды азота и оксиды углерода и особо опасные соединения свинца (из этилированного бензина). Период существования этих загрязнителей длится от нескольких минут до 5 лет. Огромный вред влечет за собой попадание в атмосферу бенз(а)пирена. Он является одним из наиболее опасных транспортных загрязнителей. Бенз(а)пирен представляет собой сильное канцерогенное вещество, получаемое при производстве каменноугольной смолы, каменноугольного пека, сланцевой смолы, сланцевых масел. Оно содержится в сырой нефти, нефтепродуктах, древесном дыме, продуктах пиролиза древесины и торфа. Существует гипотеза, что бенз(а)пирен не обладает самостоятельной канцерогенной ак-

13

тивностью, а только создает условия для онкогенных вирусов. По химическому составу и свойствам, а также по воздействию на организм человека компоненты отработавших газов двигателей внутреннего сгорания объединяют в несколько групп.

Впервую группу входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водород, водяной пар, углекислый газ. В этой группе необходимо обратить внимание на углекислый газ в связи с его ролью в возникновении парникового эффекта.

Ко второй группе относится оксид углерода, или угарный газ. Отравление угарным газом может возникнуть у водителей автотранспортных средств при ночевках в кабине с работающим двигателем или при прогреве двигателя в закрытом гараже.

Всостав третьей группы входят оксиды азота, главным образом оксид азота и диоксид азота. Эти газы образуются в

камере сгорания при температуре 2800 С и давлении около 1 МПа. Диоксид азота тяжелее воздуха, поэтому может накапливаться в углублениях, канавах и представляет большую опасность при техническом обслуживании транспортных средств.

В четвертую группу входят различные углеводороды: этан, метан, бензол, ацетилен. Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное влияние на сердечно-сосудистую систему. Кроме того, углеводороды обладают канцерогенными свойствами.

Пятую группу составляют альдегиды. В выхлопных газах присутствуют в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Наибольшее количество альдегидов образуется при режиме холостого хода, когда температура сгорания в двигателе не очень высокая. Формальдегид представляет собой бесцветный газ. Он тяжелее воздуха, легко растворяется в воде. Формальдегид раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, поражает центральную нервную систему. Акролеин, или альдегид акриловой кислоты, является бесцветным ядовитым газом. Он оказывает раздражающее действие на слизистые

14

оболочки. Уксусный альдегид представляет собой газ, токсичный для человека.

Вшестую группу входят взвешенные твердые частицы: продукты износа двигателя, аэрозоли, масла.

Вседьмую группу входят сернистый газ и сероводород, которые есть в составе отработавших газов, если в транспортном средстве используют топливо с повышенным содержанием серы.

Компонентами восьмой группы являются свинец и его соединения. Накопление свинца в придорожной почве делает

еенепригодной для сельскохозяйственного использования. Экологические проблемы теплоэнергетики во многом

обусловлены видом сжигаемого топлива. Основную долю в выбросах при сжигании ископаемого топлива занимает углекислый газ CO2. При сжигании твердого топлива, в атмосферу выделяются летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, определенное количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях может содержать очень вредные примеси. Например, в золе донецких антроцитов в незначительных количествах содержится мышьяк, в золе Экибастузского и некоторых других месторождений – свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Канск-Ачинского бассейна – свободный оксид кальция. Самым распространённым ископаемым топливом на нашей планете является уголь. Он распространен более равномерно, чем нефть, а также более экономичен. Существует метод получения синтетического жидкого топлива путем переработки угля. У такого топлива достаточно высокое октановое число. Однако экономические затраты на этот процесс очень высоки.

При энергетическом использовании торфа необходимо учитывать ряд отрицательных последствий для окружающей среды, которые возникают в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, например, относятся ухудшение качества источников пресной воды, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, загрязнение воздушного

15

бассейна, ухудшение условий существования животных. Значительные экологические трудности возникают и в связи с транспортировкой и хранением торфа.

При использовании жидкого топлива, к которому относится мазут, с дымовыми газами в атмосферный воздух выделяются сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо является более чистым. При этом отсутствует проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории и являются источниками загрязнения воздуха из-за уноса части золы ветром. В продуктах сгорания жидких видов топлива нет летучей золы.

Таблица 1 Воздействие электростанций на окружающую среду

в зависимости от используемого топлива

При сжигании природного газа в атмосферу поступают оксиды азота. Однако, в силу особенностей процесса сжигания природного газа на теплоэлектростанции, выброс оксидов азота ниже, чем при сжигании угля. Таким образом, природный газ представляет собой более экологически чистый вид топлива.

Наряду с газообразными выбросами, теплоэнергетика производит большое количество твердых отходов. Они пред-

16

ставлены хвостами углеобогащения, золой и шлаками. Отходы углеобогатительных фабрик включают в себя 55 – 60 % оксида кремния SiO2; 22 – 26 % оксида алюминия Al2O3; 5 – 12 % оксида железа Fe2O3; 0,5 – 1 % оксида кальция CaO; 4 – 4,5 % оксида калия K2O и оксида натрия Na2O; и около 5 % углерода. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят, резко ухудшая состояние атмосферного воздуха и прилегающих земельных участков. В золе электростанций могут находиться повышенные концентрации тяжелых металлов и радиоактивных элементов. Среди загрязнителей, поступающих в атмосферу от сжигания ископаемого топлива, присутствуют парниковые газы, соединения, способствующие выпадению кислотных осадков, а также вещества, участвующие в разрушении озонового слоя стратосферы.

Меньше загрязняют атмосферу в период безаварийной работы атомные электростанции (АЭС), но тем не менее, они выделяют в воздух такие токсичные вещества как радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Большую потенциальную опасность представляют отходы ядерного топлива и аварии атомного реактора.

Ядерная энергетика в настоящее время является очень перспективной отраслью. Это объясняется как значительными запасами ядерного топлива, так и щадящим воздействием на среду. К преимуществам ядерной энергетики также относится возможность строительства атомных электростанций, без привязки к месторождениям ресурсов, так как их транспортировка не требует крупных затрат в связи с малыми объемами. Однако, реакции деления атомных ядер, лежащие в основе получения энергии на АЭС, гораздо более опасны, чем, например, процессы горения. Поэтому ядерная энергетика при получении энергии должна реализовывать принцип максимальной безопасности при наибольшей возможной производительности.

Серьезный вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят металлургические предприятия. При выплавке только одной тонны стали в атмосферу выделяется 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксида серы, около 0,05 т оксида углерода, а также в

17

небольших количествах такие опасные загрязнители как свинец, фосфор, марганец, мышьяк, пары ртути и др.

Значительную угрозу для живых организмов представляют выбросы химического производства. Негативное воздействие на все компоненты биосферы оказывают такие вещества как сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода, фенолы, ароматические углеводороды, спирты эфиры, галогенопроизводные углеводородов, кетоны, сероводород, сероуглерод, фториды, аммиак, сажа.

Химическое загрязнение окружающей среды – главный неблагоприятный фактор переработки нефти. В качестве примера можно привести:

1.Производство синтетического этилового спирта методом прямой гидратации этилена, которое является источником непредельных углеводородов, паров аммиака, этилового спирта.

2.Производство ацетилена, которое является источником углеводородов, синильной кислоты, диметиламина и муравьиной кислоты.

3.Производство синтетического фенола и ацетона, которое является источником фенола, ацетона, бензола, углеводородов, ацетонфенола, диметилкарбинола, изопропилбензола.

Огромную опасность представляет загрязнение окружающей среды диоксинами. Диоксинсодержащие отходы возникают при сжигании промышленного и бытового мусора, бензина со свинцовыми присадками и как побочные продукты в химической, целлюлозно-бумажной и электротехнической промышленности. Диоксины представляют собой синтетические органические вещества из класса хлоруглеводородов. Они обладают мутагенными, канцерогенными, эмбриотоксическими свойствами. Биологическое действие диоксинов проявляется даже при очень низких концентрациях.

Если в загрязненном воздухе присутствует несколько токсичных соединений, то может наблюдаться эффект синергизма, характеризующийся значительным усилением воздействия вредных веществ при наличии нескольких ингредиентов по

18

сравнению с суммой воздействий от каждого компонента в отдельности.

Опасные нарушения в организмах живых существ может вызвать ядовитая смесь дыма, тумана и пыли – смог. Выделяют два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип, или фотохимический смог). Зимний смог возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных для самоочищения атмосферы погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная инверсия заключается в повышении температуры воздуха с высотой примерно в интервале 300 – 400 м от поверхности земли вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха нарушается, загрязняющие вещества не поднимаются вверх и не рассеиваются. Часто возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека значений, вызывая расстройство кровообращения, дыхания. Летний смог возникает летом при интенсивном воздействии солнечного излучения на воздух, чрезмерно насыщенный выхлопными газами автомобилей. При слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых токсичных загрязнителей – фотооксидантов (органические пероксиды, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, дыхательной системы, органов зрения. В крупных городах, расположенных в низинах, в результате увеличения количества автомобилей, а, следовательно, и выбросов выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность возникновения фотохимического смога повышается.

Наблюдаемое в настоящее время постепенное повышение среднегодовой температуры многие ученые связывают с накоплением в атмосфере так называемых «парниковых газов», главным образом, углекислого газа СО2. В связи со сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива, концентрация углекислого газа в атмосфере увеличивается. Парниковые газы препятствуют тепловому излучению с поверхно-

19

сти Земли, и атмосфера, насыщенная ими, действует как теплица. Она, пропуская большую часть солнечного излучения, почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.

В стратосфере на высотах 15 – 45 км расположен озоновый экран; пик концентрации озона приходится на высоту 25 – 30 км. Озоновый пояс атмосферы Земли соответствует слою чистого озона толщиной около 3 мм при температуре 0 С и давлении 100 кПа. При длине волны, равной максимуму спектра поглощения озона (около 260 нм), атмосферный озоновый слой ослабляет УФ-излучение примерно в 1040 раз. Поверхности Земли достигает ослабленное излучение с длинами волн больше примерно 287 нм. Это излучение в умеренных дозах полезно и иногда необходимо для живых организмов. Толщина озонового слоя поддерживается на относительно постоянном уровне за счет обратимых фотохимических и темновых реакций. Поглощение УФ-излучения кислородом, приводящее к синтезу озона, эффективно в области 100 – 230 нм; максимум этого поглощения наблюдается около 150 нм. Истощение озонового слоя ослабляет способность атмосферы защищать живые организмы от коротковолнового ультрафиолетового излучения.

«Озоновые дыры» – это пространства в озоновом слое атмосферы с пониженным на 50 % и более содержанием озона. Ученые предполагают как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». В качестве естественных причин истощения озонового слоя некоторые исследователи рассматривают прорыв глубинных газов (водорода, метана, азота) через рифтовые разломы земной коры. Антропогенное происхождение «озоновых дыр» большинство ученых связывают с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Поднимаясь в стратосферу, эти соединения под воздействием ультрафиолетового излучения разлагаются с выделением оксида хлора, который губительно действует на молекулы озона. Кислотные дожди возникают при промышленных выбросах диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют разбавленную серную и азотную ки-

20