Преобразование вредных выбросов в приземном слое атмосферы

Время нахождения (время жизни) взвешенных частиц в атмосфере зависит от их физико-химических свойств, метеорологических параметров, от высоты выбросов частиц в атмосферу, их размеров и т.д.

Основные процессы самоудаления аэрозолей из атмосферы:

1) осаждение частиц под действием сил тяжести;

2) осаждение на растениях;

3) включение их в элементы осадков, путем конденсации и вымывания дождем.

Быстрее всех осаждаются частицы с радиусом больше 10 мкм; с размером от 4 – 10 мкм с дымом распространяются на сотни километров, от 1 – 4 мкм осаждаются в течение года; с размером менее 1 мкм скорость осаждения ничтожно мала по сравнению с перемещением воздуха в атмосфере (не оседают вообще).

Срок жизни в атмосфере сернистого газа SO₂ составляет от нескольких часов до нескольких суток. SO₂ постепенно окисляется в SO₃, который при взаимодействии с влагой воздуха образует серную кислоту. На скорость процесса окисления влияет солнечный свет, и мельчайшие частицы пыли, каталитически ускоряющие процесс окисления.

Наиболее активен процесс перехода SO₂ в SO₃ при длине волны 220 – 250 нм. На процесс окисления влияет также влажность. Например, при влажности воздуха 60 % концентрация аэрозоля серной кислоты в атмосферном воздухе = 7,8 %, а при влажности 81 % - = 31 %.

При сжигании органического топлива атмосферный запас СО₂ возрастает на 0,7 % в год. В настоящее время средняя концентрация СО₂ в атмосфере составляет примерно 0,033 % от первоначального (0,029 %).

Выбросы СО₂ противопоставляются его усвоению растительностью, причем с повышением концентрации СО₂ в атмосфере увеличивается интенсивность реакции фотосинтеза, то есть усиливается рост растений.

Реакция фотосинтеза: СО₂ + Н₂О + световая энергия → СН₂О + О₂

Формальдегид

К 2000 году концентрация СО₂ удвоилась. Это ведет к повышению температуры на планете, за счет усиления поглощения в инфракрасной области спектра и уменьшение излучения энергии, теряемой в космосе.

С другой стороны, повышение запыленности атмосферы за счет вулканических извержений и деятельности человека снижает среднюю температуру планеты на 1 – 1,5 °С по сравнению с 1860 годом. Таким образом, влияние повышения содержания СО₂ на климат затруднительно.

В связи с возрастающим количеством выбросов окислов азота от ТЭС, рассмотрим круговорот азота в атмосфере.

Атмосфера состоит из азота на 79 % в форме молекул N₂. Растения же могут использовать только «фиксированный» азот, то есть азот, включенный в такие химические соединения, которые могут использовать растения и животные. В естественных условиях азот фиксируется почвенными организмами и некоторыми морскими организмами, некоторое количество фиксируется в атмосфере в природных процессах ионизации за счет воздействия космических лучей и электрических зарядов. В сельском хозяйстве для фиксации азота используют бобовые растения.

Время жизни окислов азота в атмосфере до 5 суток. Затем они вымываются атмосферными осадками, поступая в почву и водоемы. Таким образом, уже сейчас количество связанного азота за счет человеческой деятельности превышает количество связанного азота, получаемого естественным путем в природе.

Общее количество фиксированного азота без участия человечества составляет 58 млн. тонн в год, за счет действия человека примерно 64 млн. тонн в год, промышленного азота (транспорт и ТЭС) 20 млн. тонн в год.

Оксиды азота вызывают такое явление как фотохимический туман (смог), ухудшающее видимость и вредно влияющее на здоровье человека.

Фотохимическая реакция с двуокисью азота

NO₂ + УФ = NO + O

O + О₂ = О₃

NO + O₂ = NO₃ вторичные реакции

NO₃ + О₂ = NO₂ + O₃

NO + O₃ → NO₂ + O₂

В результате этих реакций количество NO₂ в продуктах сгорания ТЭС увеличивается по мере движения дымового факела в атмосфере до 60 – 70% в зоне максимальных концентраций. Тогда как на выходе из дымовой трубы двуокись азота составляет 10 – 15 % всех окислов азота, содержащихся в дымовых газах, остальная часть 85 – 90 % NO. Это приводит к усилению отрицательного воздействия продуктов сгорания на природу, так как NO₂ в 2 – 3 раза токсичнее по воздействию, чем NO.

Чем выше валентность оксида азота, тем он ядовитее.

Условиями, способствующими образованию фотохимического тумана (смога) является обилие солнечной радиации, температурная инверсия и малая скорость ветра. Вслед за низкими ночными концентрациями оксидантов наблюдается их значительное увеличение ранним утром, наивысшая концентрация в полдень и максимальная в течение всего светового дня.

На существование животного мира решающее воздействие оказывает кислород воздуха. Его содержание уменьшается в процессе дыхания и горения органического топлива, из-за сокращения зеленых массивов на земле. Снижение концентрации О₂ связанно также с повышением концентрации СО₂.