Серная кислота и экология биосферы

Присутствие оксидов серы в атмосфере оказывает негативное влияние на жизнедеятельность животных и растений: диоксид серы взаимодействует с кислородом воздуха с образованием SO3 и в конечном счете H2SO4:

2SO2+ O2 = 2SO3

SO3+ H2O =H2SO4

Наиболее благоприятные условия протекания этой реакции находятся в пределах озонового слоя атмосферы, где в процессе распада молекул озона на O и О2 генерируется атомный кислород. В результате в стратосфере на высоте порядка 18 км присутствует слой высокой концентрации SO3.

Анализ данных о круговороте серы в окружающей среде показывает, что выброс техногенного диоксида серы составляет 30% от ее общего поступления в атмосферу.

Установлено, что в индустриальных регионах до 60% почвенной кислотности определяется образованием в атмосфере серной кислоты

6. Круговорот серы в биосфере.

Сера в значительном количестве присутствует в океане в окисленном виде в составе сульфат-иона Серобактерии в океане, почве и болотах восстанавливают ее из окисленного состояния и выделяют в атмосферу газообразный сероводород. Сероводород сравнительно быстро, за время порядка нескольких минут или десятков минут, окисляется в воздухе с образованием сернистого газа SO2. Дополнительными природными источниками сероводорода и сернистого газа являются вулканы, горячие источники и гейзеры. Сернистый газ хорошо растворяется в облачной воде с образованием сернистой кислоты H2SO3, которая в свою очередь быстро окисляется и превращается в серную кислоту. Поэтому, попав в облака, где всегда присутствует аммиак, щелочные или щелочноземельные металлы, сера быстро переходит снова в сульфатную форму и вместе с дождем или снегом выпадает из облаков на землю.

Рис.3 Потоки серы в биосфере

При высыхании обычных капель и брызг, образующихся при осушении морских волн, в атмосфере остаются сульфатные частицы с размерами 0,01-10 микрометров. Эти частицы практически невесомы и могут реять в воздухе очень долго, переносимые ветрами на огромные расстояния. Рано или поздно они вымываются осадками и высаждаются на землю, будучи вынесены к ее поверхности турбулентными потоками воздуха. Такая же судьба постигает и молекулы сернистого газа, не успевшие превратится в сульфаты. Попав на поверхность, сернистый газ реагирует с ее материалом и также превращается в сульфаты. Органическое топливо – уголь и нефть – содержит много, от 0,5 до 5%, серы. Поэтому при его переработке и сжигании в атмосферу выбрасываются огромные объемы сернистого газа, концентрации которого во многих регионах многократно превосходят естественный уровень, что вызывает закисление дождей, почв и водоемов с тяжелыми последствиями для многих биогеоценозов.

7. Очистка газов от SO2

Диоксид серы SO2 оказывает сильное токсическое действие уже при концентрации в воздухе 0,25 – 0,50 мг/м3, а при средней концентрации более 0,50г/м3 отмечается повышение смертности и числа госпитализаций. В нашей стране на SO2 установлены следующие предельно допустимые концентрации: ПДКр.з. – 10мг/м3, ПДКм.р. – 0,3мг/м3, ПДКс.с. – 0,005 мг/м3.

ПДКр.з. – предельно допустимая концентрация рабочей зоны;

ПДКм.р. – максимально – разовая;

ПДКс.с. – среднесуточная.

Используемые в промышленных масштабах методы очистки отходящих газов от SO2 можно разделить на три основные группы:

аммиачные методы, позволяющие получать сульфит и гидросульфит аммония, которые используются как товарные продукты.

Методы нейтрализации, обеспечивающие высокую степень очистки газов, но дающие в качестве побочных продуктов сульфиты и сульфаты, не имеющие широкого спроса в народном хозяйстве.

Методы каталитического окисления SO2 до SO3 с последующим получением разбавленной серной кислоты.

8. Контроль атмосферы в Челябинске

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха в г. Челябинске проводится на 8 стационарных постах, расположенных в различных районах города:

пост №16 – ул. Новороссийская, Ленинский район;

пост №17 – ул. Румянцева, Металлургический район;

пост №18 – ул. Захаренко, Курчатовский район;

пост №20 – ул. Горького, Калининский район;

пост №22 – ул. Трудовая, Металлургический район;

пост №23 – пр. Победы, Курчатовский район;

пост №27 – ул. Российская, Калининский район;

пост №18 – ул. Сони Кривой, Центральный район.

Рис. 4 Схема расположения постов наблюдения